数以百万计的晶体管是如何放置在一张邮票大小的卡片上的?

时间:2021-12-10 09:08:15   作者:
晶体管不是放在硅上的。它们是用光线雕刻而成的。

要制作CPU或其他类似的集成电路,首先要从一个非常完美的硅片开始——一个大晶体的薄片——然后交替地蚀刻层和在上面沉积材料。如果你拿走“填充”材料,近距离观察这些晶体管,它们看起来是这样的:

数以百万计的晶体管是如何放置在一张邮票大小的卡片上的

灰色是他们开始的颜色。绿、黄、蓝和红是组成晶体管的不同层。铜制的东西是传输电信号的电线。

这些额外的物质以各种方式沉积,通常是在一种称为金属有机化学气相沉积(mocvd)的过程中使用气体。因此,除了利用光线来雕刻空间外,他们还将金属和其他有用的化合物转化为气体并喷洒在其上。

我正在戏剧性地简化,因为半导体器件制造是一门极其复杂的学科。但在这个过程的最后,得到的基本上是一块固体材料。试着用一个很好的锯子切割其中一个,你可能会把刀片弄断——这就像切割岩石一样。

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集成电路(ICs)就在那些黑色的大方块里面。绿色的部分没什么特别的。但是我们把塑料外壳放在集成电路上以防损坏。

整个制造过程中实际上有很多“黑魔法”。如今的晶体管是如此之小,以至于连光都不够精细到可以蚀刻它们。所以人们正在研究电子束这样的东西来获得更好的精度。这一过程的每一部分都接近我们当前材料和制造的极限,每一代都需要想出聪明的变通办法,以应对基本的物理限制。

更不用说一个人或一组人不可能手工布局数十亿个晶体管,所以设计它们的算法和编程也是相当神奇的。考虑到这些小金属块的工作速度如此之快,电磁波(即光)实际上可以通过它们,这影响并限制了芯片的设计。

我们谈论的是一个小广场,它拥有数十亿个设备,每秒对数十亿条信息进行数十亿次操作。
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