تحقیق در مورد نحوه بوجود آمدن و ساخت پردازنده

اختصاصی از یاری فایل تحقیق در مورد نحوه بوجود آمدن و ساخت پردازنده دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه9

نحوه بوجود آمدن و ساخت پردازنده

ماده اولیه:
امروزه همه می دانند که ماده اولیه پردازنده ها همچون دیگر مدارات مجتمع الکترونیکی، سیلیکون است.در واقع سیلیکون همان ماده سازنده شیشه است که از شن استخراج می شود. البته عناصر بسیار دیگری هد در این فرایند به کار برده می شوند و لیکن از نظر درصد وزنی، سهم مجموع این عناصر نسبت به سیلیکون به کار رفته در محصول نهایی بسیار جزئی است.
آلمینیوم یکی از موارد دیگری است که در فرایند تولید پردازنده های مدرن، مس به تدریج جایگزین آلمینیوم می شود. علاوه بر آنکه فلز مس دارای ضریب هدایت الکتریکی بیشتری نسبت به آلمینیوم است،دلیل مهم تری هم برای استفاده از مس در طراحی پردازنده های مدرن امروزی وجود دارد. یکی از بزرگ ترین مسائلی که در طراحی پردازنده ها ی امروزی مطرح است، موضوع نیاز به ساختارهای فیزیکی ظریف تر است. به یاد دارید که اندازه ها در پردازنده های امروزی در حد چند ده نانو متر هستند. پس از آنجایی که با استفاده از فلز مس، می توان اتصالات ظریف تری ایجاد کرد، این فلز جایگزین آلومینوم شده است.

آماده سازی:
فرایندهای تولید قطعات الکترونیکی از یک جهت با بسیاری از فرایندهای تولید دیگر متفاوت است. در فرایندهای تولید قطعات الکترونیک، درجه خلوص مواد اولیه مورد نیاز در حد بسیار بالایی اهمیت بسیار زیادی دارند.
اهمیت این موضوع در حدی است که از اصطلاح electronic grade برای اشاره به درجه خلوص بسیار بالایی مواد استفاده می شود.
به همین دلیل مرحله مهمی به نام آماده سازی در تمامی فرایندهای تولید قطعات الکترونیک وجود دارد. در این مرحله درجه خلوص موارد اولیه به روش های گوناگون و در مراحل متعدد افزایش داده می شود تا در نهایت به مقدار خلوص مورد نظر برسد. درجه خلوص مواد اولیه مورد نیاز در این صنعت به اندازه ای بالاست که توسط واحدهایی مانند ppm به معنی چند اتم نا خالصی در یک میلیون اتم ماده اولیه،بیان می شوند.
آخرین مرحله خالص سازی ماده سیلیکون،به این صورت انجام می شود که یک بلور خالص سیلیکون درون ظرف سیلیکون مذاب خالص شده قرار داده می شود، تا بلور باز هم خالص تری در این ظرف رشد کند ( همان طور که بلورهای نبات در درون محلول اشباع شده به دور یک ریسمان نازک رشد می کنند ) . در واقع به این ترتیب، ماده سیلیکون مورد نیاز به صورت یک شمش تک کریستالی تهیه می شود ( یعنی تمام یک شمش بیست سانتی متری سیلیکون، یک بلور پیوسته و بدون نقض باید باشد!). این روش در صنعت تولید چیپ به روش cz معروف است. تهیه چنین شمس تک بلوری سیلیکون آن قدر اهمیت دارد که یکی از تحقیقات اخیر اینتل و دیگر شرکت های تولید کننده پردازنده، معطوف تولید شمش های سی سانتی متری سیلیکون تک بلوری بوده است. در حالی که خط تولید شمش های بیست سانتی متری سیلیکون هزینه ای معادل 5/1 میلیارد دلار در بر دارد، شرکت های تولید کننده پردازنده ، برای بدست آوردن خط تولید شمش های تک بلوری سیلیکون سی سانتی متری، 5/3 میلیارد دلار هزینه می کنند. موضوع جالب توجه در این مورد ان است که تغییر اندازه شمش های تک بلوری ، تاکنون سریع تر از یک بار در هر ده سال نبوده است. پس از آنکه یک بلور سیلیکونی غول آسا به شکل یک استوانه تهیه گشت، گام بعدی ورقه ورقه بریدن این بلور است. هر ورقه نازک از این سیلیکون، یک ویفر نامیده می شود که اساس ساختار پردازنده ها را تشکیل می دهد. در واقع تمام مدارات یا ترانزیستورهای لازم،بر روی این ویفر تولید می شوند. هر چه این ورقه ها نازک تر باشند،عمل برش بدون آسیب دیدن ویفر مشل تر خواهد شد. از طرف دیگر این موضوع به معنی افزایش تعداد چیپ هایی است که میتوان با یک شمش سیلیکونی تهیه کرد. در هر صورت پس از آنکه ویفرهای سیلیکونی بریده شدند.نوبت به صیقل کاری آنها می رسد. ویفرها آنقدر صیقل داده می شوند که سطوح آنها آیینه ای شود. کوچکترین نقص در این ویفرها موجب عدم کارکرد محصول نهایی خواهد بود. به همین دلیل،یکی دیگر از مراحل بسیار دقیق بازرسی محصول در این مرحله صورت می گیرد. در این گام،علاوه بر نقص های بلوری که ممکن است در فرایند تولید شمش سیلیکون ایجاد شده باشند، نقص های حاصل از فرایند برش کریستال نیز به دقت مورد کنکاش قرار می گیرند.
پس از این مرحله،نوبت به ساخت ترانزیستورها بر روی ویفر سیلیکونی می رسد.
برای این کار لازم است که مقدار بسیار دقیق و مشخصی از ماده دیگری به درون بلور سیلیکون تزریق شود. بدین معنی که بین هر مجموعه اتم سیلیکون در ساختار بلوری دقیقا” یک اتم از ماده دیگر قرار گیرد. در واقع در این مرحله نخستین گام فرایند تولید ماده نیمه هادی محسوب می شود که اساس ساختمان قطعات الکترونیک مانند ترانزیستور را تشکیل می دهد. ترانزیستورهایی که در پردازنده های امروزی به کار گرفته می شوند،توسط تکنولوژی CMOS تولید می شوند.CMOS مخخف عبارتComplementary Metal Oxide Semiconductor است . در اینجا منظور از واژه Complementary آن است که در این تکنولوژی از تعامل نیمه هادی های نوع n و p استفاده می شود.
بدون آنکه بخواهیم وارد جزئیات فنی چگونه تولید ترانزیستور بر روی ویفرهای سیلیکونی بشویم،تنها اشاره می کنیم که در این مرحله، بر اثر تزریق مواد گوناگون و همچنین ایجاد پوشش های فلزی فوق نازک ( در حد ضخامت چند اتم ) در مراحل متعدد، یک ساختار چند لایه ای و ساندویچی بر روی ویفر سیلیکونی اولیه شکل می گیرد. در طول این فرایند ، ویفر ساندویچی سیلیکونی در کوره ای قرار داده می شود تا تحت شرایط کنترل شده و بسیار دقیق ( حتی در اتمسفر مشخص) پخته می شود و لایه ای از sio2 بر روی ویفر ساندویچی تشکیل شود. در جدید ترین فناوری اینتل به تکنولوژی 90 نانو متری معروف است، ضخامت لایه sio2 فقط 5 اتم است! این لایه در مراحل بعدی دروازه یا Gate هر ترانزیستور واقع در چیپ پردازنده خواهد بود که جریان الکتریکی عبوری را در کنترل خود دارد ( ترانزیستورهای تشکیل دهنده تکنولوژی CMOS از نوع ترازیستورهای اثر میدانی field Efect Transistor:FET نامیده می شوند. جریان الکتریکی از اتصالی بنام Source به اتصال دیگری به نام Drain جریان می یابد. وظیفه اتصال سوم به نام Gate در این ترانزیستور، کنترل و مدیریت بر مقدار و چگونگی عبور جریان الکتریکی از یک اتصال به اتصال دیگر است ).
اخرین مرحله آماده سازی ویفر، قرار دادن پوشش ظریف دیگری بر روی ساندویچ سیلیکونی است که photo-resist نام دارد. ویژگی این لایه آخر همان طور که از نام آن مشخص