Ich habe versucht zu verstehen, wie CPUs mit diesen großen und komplexen Schaltkreisen hergestellt werden. Aber Making of CPU spricht nur über das Projizieren von Transistordiagrammen (vielleicht ist das der Hauptteil). Aber wie werden der CPU zusätzliche Komponenten wie Dioden, Kondensatoren usw. hinzugefügt?
Grundsätzlich werden sie wie Transistoren hergestellt.
Wenn Sie sich den Aufbau eines MOSFETs ansehen, werden Sie feststellen, dass er eigentlich alles hat, was Sie an Widerständen, Kondensatoren und Dioden benötigen.
Der Kanal besteht aus P-Typ und N-Typ dotiertem Silizium, das zwei PN-Übergänge bildet – tatsächlich kann man sich dies als zwei Back-to-Back-Dioden mit PN-Übergang vorstellen. Wie baut man also eine Diode? Sie entfernen einfach einen der Übergänge und lassen sich mit einer PN-Diode zurück. Sie können Schottky-Dioden auch mit einem Metall-Halbleiter-Übergang herstellen, wenn dieser richtig ausgelegt ist. Dies ist auch bei MOSFETs zu finden - Sie sehen, wie Metall sich mit Source / Drain verbindet, was im Wesentlichen ein Metall-Halbleiter-Übergang ist - obwohl es nicht als Diode konzipiert ist, indem das Metall in den Halbleiter diffundiert, aber es ist immer noch dieselbe Struktur.
Betrachten Sie nun das Gate eines MOSFET. Es ist ein Metalloxid-Halbleiter-Übergang (tatsächlich kann es auch ein Polyoxid-Halbleiter sein). Das Oxid fungiert als Dielektrikum, das einen Kondensator bildet, daher ist die Gate-Kapazität für einen MOSFET ein wichtiger Parameter. So haben Sie Ihren Kondensator.
Schauen Sie sich den Kanal des MOSFET an. Beim Leiten wirkt es als Widerstand. Tatsächlich sind die Metallschichten selbst so dünn, dass sie einen bemerkenswerten Widerstand haben, und Polysilizium kann auch als Leiter mit einem ziemlich hohen spezifischen Widerstand verwendet werden.
Schauen wir uns also die Komponenten einzeln an.
Es gibt verschiedene Arten von Dioden, von denen PN und Schottky zwei gängige Typen sind. Wie werden sie hergestellt? Diese werden mit den gleichen Techniken wie ein MOSFET hergestellt. Um einen PN herzustellen, dotieren Sie ein Bit vom N-Typ und ein Bit daneben vom P-Typ und Sie haben einen PN-Übergang. Für eine Schottky-Diode dotieren Sie etwas N-Typ-Silizium und bauen darauf einen Metallübergang.
Wie baut man einen Widerstand? Machen Sie einfach eine Spur aus Widerstandsmaterial mit einer bestimmten Breite und Länge. Dies kann Polysilizium oder Metall in einem CMOS-Bauelement sein. Ersteres ist gut für hohen Widerstand, letzteres für niedrigen Widerstand.
Es gibt zwei Arten, Graben und Metall. Bei Grabenkondensatoren ätzt man in das Silizium, scheidet Metall ab, dann Oxid, dann mehr Metall. Dies bildet eine relativ hohe Kapazität (für seine Größe), die üblicherweise für DDR-Speicher verwendet wird. Sie können auch Metallkondensatoren unter Verwendung der Verbindungsschichten bilden – im Grunde sind die Verbindungen Metallschichten, die durch eine Low-k-Oxidschicht (niedrige Kapazität) getrennt sind. Wenn Sie dieses Oxid mit einer höheren Durchschlagsfestigkeit herstellen, können Sie eine höhere Kapazität herstellen.
Dioden sind schon da, da sie einfach ein PN-Übergang sind
Kondensatoren sind schwieriger. Entweder werden bestimmte Prozessschritte zu deren Erzeugung benötigt oder es werden parasitäre Kapazitäten bestehender Strukturen genutzt.
Widerstände können unter Verwendung des Gate-Materials oder unter Verwendung einer schwach dotierten Struktur hergestellt werden.
Je nachdem, wie die verschiedenen Komponenten hergestellt sind, kann ihre Qualität unterschiedlich sein, was das (analoge) Schaltungsdesign manchmal schwieriger macht.
pjc50
Asmyldof
Jippie