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Fazendo Microchips

Existem poucas coisas no mundo tão simples quanto areia, e talvez nenhuma tão complexa quanto os chips de computador. Ainda assim, o simples elemento silício na areia é o ponto de partida para fazer os circuitos integrados que alimentam tudo hoje, de supercomputadores a telefones celulares e fornos de microondas.

Transformar areia em dispositivos minúsculos com milhões de componentes é um feito extraordinário de ciência e engenharia que teria parecido impossível quando o transistor foi inventado no Bell Labs em 1947.



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O silício é um semicondutor natural. Sob algumas condições, ele conduz eletricidade; sob outros, ele atua como um isolante. As propriedades elétricas do silício podem ser alteradas pela adição de impurezas, um processo chamado dopagem. Essas características o tornam um material ideal para a fabricação de transistores, que são dispositivos simples que amplificam sinais elétricos. Os transistores também podem atuar como interruptores - dispositivos liga / desliga usados ​​em combinação para representar os operadores booleanos 'e' 'ou' e 'não'.

Vários tipos de microchips são feitos hoje. Microprocessadores são chips lógicos que realizam os cálculos dentro da maioria dos computadores comerciais. Os chips de memória armazenam informações. Os processadores de sinal digital convertem entre sinais analógicos e digitais (QuickLink: a2270). Os circuitos integrados de aplicações específicas são chips de uso especial usados ​​em coisas como carros e eletrodomésticos.



O processo

Os chips são feitos em fábricas de vários bilhões de dólares chamadas fabs. Fabs derretem e refinam areia para produzir lingotes de silício monocristalino 99,9999% puro. As serras cortam os lingotes em bolachas com a espessura de uma moeda e vários centímetros de diâmetro. Os wafers são limpos e polidos e cada um é usado para construir vários chips. Essas etapas e as subsequentes são realizadas em um ambiente de 'sala limpa', onde são tomadas precauções extensivas para evitar a contaminação por poeira e outras substâncias estranhas.

Uma camada não condutora de dióxido de silício é formada ou depositada na superfície do wafer de silício, e essa camada é coberta com uma substância química fotossensível chamada fotorresiste.



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O fotorresiste é exposto à luz ultravioleta brilhando através de uma placa padronizada, ou 'máscara', que endurece as áreas expostas à luz. As áreas não expostas são então removidas por gases quentes para revelar a base de dióxido de silício abaixo. A base e a camada de silício abaixo são ainda gravadas em profundidades variadas.

O fotorresiste endurecido por este processo de fotolitografia é então removido, deixando uma paisagem 3-D no chip que replica o design do circuito incorporado na máscara. A condutividade elétrica de certas partes do chip também pode ser alterada por dopagem com produtos químicos sob calor e pressão. A fotolitografia com diferentes máscaras, seguida de mais corrosão e dopagem, pode ser repetida centenas de vezes para o mesmo chip, produzindo um circuito integrado mais complexo a cada etapa.

Para criar caminhos condutores entre os componentes gravados no chip, todo o chip é coberto com uma fina camada de metal - geralmente alumínio - e a litografia e o processo de corrosão são usados ​​novamente para remover tudo, exceto os caminhos finos de condução. Às vezes, várias camadas de condutores, separadas por isoladores de vidro, são estabelecidas.

Cada chip no wafer é testado quanto ao desempenho correto e, em seguida, separado dos outros chips no wafer por uma serra. Os chips bons são colocados nos pacotes de suporte que permitem que eles sejam conectados às placas de circuito, e os chips ruins são marcados e descartados.

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