Wafel krzemowy wielki jak pizza!!!

Niedawno wpadła w moje ręce niezła gratka - monstrualnie wielki, współczesny, w doskonałym stanie - wafel krzemowy! To z takiego krążka powstają tysiące układów scalonych. W tym krótkim artykule przedstawię wynik mojego dochodzenia co to jest i skąd się wzięło. Jeśli macie jakieś pomysły, uwagi i opinie na ten temat, to proszę pisać w komentarzach na dole strony.



Wafelek dostałem od kolegi, a ten od kolegi kolegi, a tamten od kolejnego kolegi, itd. Mimo zagadkowego pochodzenia tego unikatu, można o nim powiedzieć kilka zdań i to z dużą pewnością. Zacznijmy od tego, że wafel ma naprawdę imponujące rozmiary. Średnica wafla to aż 30cm! Grubość krążka to 0,75mm. Mając go w ręce ma się wrażenie, że trzyma się coś wyjątkowo delikatnego.

Produkcja układów scalonych zaczyna się od gigantycznego krzemowego cylindra, ważącego kilka ton. Cylinder taki dosłownie "wyciąga się" z krzepnącego krzemu metodą Czochralskiego. Cylinder jest superczystym jednorodnym monokryształem krzemu, który następnie kroi się na plasterki diamentową piłą i poleruje, by zapewnić doskonale gładką powierzchnię. Cały proces produkcji układów scalonych dzieje się w super czystych pomieszczeniach, gdzie ludzie chodzą w sterylnych kombinezonach.



Wafel trafia do obracarki, gdzie kręci się z dużą prędkością, a z góry jest polewany reagentem światłoczułym. Siła odśrodkowa sprawia, że reagent równomiernie rozpływa się na całej powierzchni wafla, pokrywając ją cienką warstwą. Po zastygnięciu reagentu, wafel naświetla się poprzez maskę, po czym reagent ulega wywołaniu. Naświetlone powierzchnie reagentu stają się odporne na wywoływacz, natomiast nienaświetlone się zmywają w wywoływaczu, zostawiając okienka nieosłoniętego krzemu.

Kolejnym etapem jest domieszkowanie krzemu różnymi pierwiastkami, które wnikają w jego strukturę poprzez wytrawione okna w powłoce reagentu. Jest to fotolitografia. Po zmyciu reagentu utwardzonego, ponownie nanosi się go jeszcze raz i tym sposobem wafel jest domieszkowany różnymi pierwiastkami. Kolejnym etapem jest zbiorcze testowanie wszystkich układów w waflu. Układy wadliwe zaznaczane są kropką farby. Później wszystkie są cięcie na pojedyncze struktury i pakowanie w plastikowe obudowy.



Wróćmy do naszego wafla, który właśnie leży przede mną i mieni się tysiącami kolorów. Widać, że został on wyjęty z produkcji po kilku naświetleniach, a reagent nie został zmyty. Pokryty jest brązową substancją (krzem jako taki jest srebrny), a na obrzeżach substancji jest więcej niż na środku. Nie widać śladów testowania ani nacinania. Prawdopodobnie coś poszło nie tak przy naświetlaniu i wafel został zezłomowany.



Zobaczmy przez mikroskop...

Kiedyś otwierałem różne scalaki i najbardziej to przypomina dynamiczną pamięć RAM. Poszczególne bloki (na zdjęciach widoczne jako kwadraty) składają się z matrycy 32x32 mniejszych komórek, a te z kolei z jeszcze mniejszych, ale... mikroskop z powiększeniem 1000x razy nie pozwala zobaczyć niestety pojedynczych tranzystorów. Na jednym zdjęciu widać rok 2007, więc wafel jest wykonany w technice kilkunastu lub kilkudziesięciu nanometrów!!!

Ciekawi mnie czym jest nietypowy układ zajmujący powierzchnię dwóch kwadratów. Prawdopodobnie to jest jakiś sterownik pamięci. Pojedyncza struktura najprawdopodobniej składa się ze sterownika i szesnastu bloków pamięci dookoła. Daje do imponujący rozmiar pojedynczej struktury - aż 21x10 mm!

Wafelek jest niesamowitą ozdobą. Wszystkie osoby, które odwiedziły Leon Instruments zwróciły uwagę na ten eksponat. Po przeczytaniu tego tekstu wiesz już, co opowiedzieć znajomym, kiedy zapytają co to za nietypowy wynalazek :) Pytania, sugestie, pomysły? Piszcie w komentarzach!