¿Cómo funcionan los circuitos integrados?

La llegada de los circuitos integrados ha hecho una verdadera revolución tecnológica en la industria electrónica y de TI. Parecería que hace solo unas décadas, para cálculos electrónicos simples, se usaron enormes computadoras de tubo, ocupando varias habitaciones e incluso edificios enteros.

Estas computadoras contenían muchos miles de lámparas electrónicas, que requerían potencias eléctricas colosales y sistemas de enfriamiento especiales para su trabajo. Hoy, son reemplazados por computadoras en circuitos integrados.

De hecho, un circuito integrado es un conjunto de muchos componentes semiconductores de tamaño microscópico colocados en un sustrato y empaquetados en una caja en miniatura.

Un chip moderno del tamaño de una uña humana puede contener varios millones de diodos, transistores, resistencias, conductores de conexión y otros componentes en el interior, que en los viejos tiempos requerirían el espacio de un hangar bastante grande para su colocación.

¡No tiene que ir muy lejos para obtener ejemplos, el procesador i7, por ejemplo, contiene más de tres mil millones de transistores en un área de menos de 3 centímetros cuadrados! Y este no es el límite.

A continuación, consideraremos la base del proceso de creación de chips. El microcircuito se forma de acuerdo con la tecnología plana (superficie) mediante litografía. Esto significa que, por así decirlo, se cultiva a partir de un semiconductor en un sustrato de silicio.

El primer paso es preparar una oblea de silicio delgada, que se obtiene de un cristal único de silicio cortando de una pieza de trabajo cilíndrica usando un disco recubierto de diamante. La placa se pule en condiciones especiales para evitar la contaminación y el polvo.

Después de eso, la placa se oxida: se expone al oxígeno a una temperatura de aproximadamente 1000 ° C para obtener en su superficie una capa de una película dieléctrica fuerte de dióxido de silicio con un espesor del número requerido de micras. El espesor de la capa de óxido así obtenida depende del tiempo de exposición al oxígeno, así como de la temperatura del sustrato durante la oxidación.

A continuación, se aplica una fotorresistencia a la capa de dióxido de silicio, una composición fotosensible que, después de la irradiación, se disuelve en una sustancia química específica. Se coloca una plantilla en la fotorresistencia, una fotomáscara con áreas transparentes y opacas. Luego, se expone una placa con una fotorresistencia aplicada: se ilumina con una fuente de radiación ultravioleta.

Como resultado de la exposición, esa parte de la fotorresistencia que estaba debajo de las áreas transparentes de la fotomáscara cambia sus propiedades químicas, y ahora se puede eliminar fácilmente junto con el dióxido de silicio debajo de ella con productos químicos especiales, usando plasma u otro método, esto se llama grabado. Al final del grabado, los lugares desprotegidos (iluminados) de la oblea se limpian de la fotorresistencia expuesta y luego de dióxido de silicio.

Después del grabado y la purificación de la fotorresistencia no iluminada de aquellas partes del sustrato en las que quedó el dióxido de silicio, comienzan la epitaxia: aplican capas de la sustancia deseada de un átomo de espesor sobre la oblea de silicio. Dichas capas se pueden aplicar tanto como sea necesario. A continuación, la placa se calienta y se lleva a cabo la difusión de iones de ciertas sustancias para obtener las regiones p y n. El boro se usa como aceptor, y el arsénico y el fósforo se usan como donantes.

Al final del proceso, la metalización se realiza con aluminio, níquel u oro para obtener películas conductoras delgadas que actuarán como conductores de conexión para transistores, diodos, resistencias cultivadas en el sustrato en las etapas anteriores, etc.De la misma manera, salen las almohadillas para montar el microcircuito en la placa de circuito impreso.

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