Wie „schrumpft“ man elektronische Bauteile wie Transistoren, Widerstände und Dioden?

Halbleiter werden unter Verwendung von Prozesstechnologien hergestellt. Die Erfindung dieser Technologien hat zu schrumpfenden Transistorgrößen geführt, von denen die Elektronikindustrie so stark profitiert hat. Sie sind so schnell geschrumpft, dass die Rate seit ihrer Erfindung tatsächlich exponentiell war, dem Gesetz von Moore folgend. 1970 erreichten Herstellungsprozesse den 10-µm-Knoten. 2013 bewegen wir uns unter 22 nm. Bei einer über 450-mal kleineren Größe können Sie sehen, dass Sie mit einem Chip so viel mehr tun können als 1970 mit der gleichen Größe.

Aber was ist Verfahrenstechnik? Einfach ausgedrückt ist ein Prozess wie ein Rezept. Viele Schritte werden durchgeführt, um einen Siliziumwafer zu bearbeiten, bis einzelne verpackte Schaltkreise das Ergebnis sind. Viele ausgereifte Prozesse bestehen aus mehr als 100 Schritten. Der Siliziumprozess war ein enorm wertvolles Forschungsthema und es gibt viele Ressourcen , um mit dem Lernen zu beginnen. Wenn eine Prozesstechnologie fortgeschritten ist und kleinere Strukturgrößen zulässt, sagen wir, dass der Prozess geschrumpft ist. Das ist das eigentliche Wort, das Verfahrenswissenschaftler und Ingenieure verwenden. Wenn ein Prozess verkleinert wird, gibt es normalerweise zumindest einen gewissen Fortschritt in der Fotolithografiephase, wodurch kleinere Details strukturiert werden können. Viele Schritte können jedoch von einem Prozessschrumpfen betroffen sein, da es sich um einen so komplizierten Prozess handelt.

Wer muss es wissen? Überraschenderweise müssen nur wenige Menschen Prozesstechnologie verstehen, und die meisten Elektroingenieure können weitgehend uninformiert darüber bleiben, ohne dass dies ihre Karriere beeinträchtigt. ASIC-Entwickler und -Forscher, die zu fertigende Geräte entwerfen, müssen die durch den Prozess auferlegten Designregeln verstehen, müssen aber nicht unbedingt die Details der Fertigung kennen, obwohl ihnen dieses Wissen sicherlich einen Vorteil verschafft. Natürlich müssen die Prozessingenieure ein detailliertes Verständnis haben, und die Prozessforscher müssen noch ein detaillierteres Verständnis haben.

Was kommt als nächstes? Das Mooresche Gesetz ist für Siliziumprozesse nicht haltbar. Wir nähern uns aufgrund der physikalischen Begrenzungen bereits den Grenzen des Siliziums. Es ist möglich, dass Quantencomputing es uns ermöglicht, das Computing weiter kleiner und effizienter zu machen. In der anderen Richtung finden Forscher neue Anwendungen für Silizium: mikro- und nanoelektromechanische Systeme MEMS/NEMS . Diese Geräte eröffnen Anwendungen, die allein mit Elektronik unmöglich sind, und geben Vorhersagen über fantastische Scifi-ähnliche Ideen wie Nanobots Glaubwürdigkeit.

Elektronische Bauteile werden nicht geschrumpft. Sie beginnen nicht mit einem großen Transistor, murmeln einen Zauberspruch und enden dann mit einem kleinen Transistor. Um mit einem kleinen Transistor zu enden, macht man zuerst einen kleinen Transistor.

Nein, alle Ingenieure müssen nicht wissen, wie elektronische Teile geschrumpft werden, da dies nicht der Fall ist, und viele Arten von Ingenieurdisziplinen haben ohnehin wenig mit elektronischen Teilen zu tun.

Für Elektroingenieure ist es nützlich, eine Vorstellung vom Halbleiterherstellungsprozess zu haben, aber es gibt keinen besonderen Grund, die Details zu kennen, es sei denn, Sie haben direkt mit Halbleiterherstellungsprozessen zu tun. Wenn Sie Chips entwerfen, dann ist ein bisschen mehr Vertrautheit mit den Prozessen eine gute Idee.

Transistoren und Dioden sind schon ziemlich winzig. Die, die Sie sehen, sind in (relativ) großen Paketen, sodass sie leicht gehandhabt werden können.

Integrierte Schaltungen bestehen aus vielen (manchmal sehr vielen) Transistoren und Dioden, die auf einem einzigen Stück Silizium hergestellt sind, komplett mit allen notwendigen Verbindungen, wiederum in relativ großen Gehäusen untergebracht, mit Verbindungspunkten, die um die Kanten herum beabstandet sind, so dass das Gehäuse angelötet werden kann eine PC-Platine.

Wenn Sie keine integrierten Schaltkreise entwerfen oder herstellen, sind meines Erachtens detaillierte Kenntnisse des Prozesses für den durchschnittlichen Ingenieur oder Techniker nicht von Bedeutung.

Wenn sich Ihre Frage auf den historischen Fortschritt von Halbleitern bezieht - Viele Wissenschaftler und Ingenieure waren an der Entwicklung moderner Halbleiter beteiligt, und das ist eine sehr lange und komplizierte Geschichte. Für den heutigen Elektroingenieur ist es nicht unbedingt erforderlich, die ganze Geschichte zu kennen. Es gibt bestimmte Bereiche, in denen Ingenieure direkt an technologischen Prozessen auf niedriger Ebene beteiligt sind, z. B. beim Entwerfen und Herstellen integrierter Schaltkreise.

Wenn Sie an den Designprozess denken, verwenden Ingenieure in der Entwicklung Prototypen, die oft ganz anders aussehen als das Endprodukt. Manchmal verwenden sie größere Pakete (falls verfügbar), Debugging-Tools und Schaltungen. Im Endprodukt werden alle unnötigen Teile der Schaltung entfernt, größere Pakete werden durch kleinere ersetzt (Hexen sind normalerweise besser für die Pick-and-Place-Montage geeignet) http:// www.youtube.com/watch?v=nyh9u-t7yvQ