1 / 11
Med en masse på omkring 25 procent af jordoverfladen (earths crust) er silicium det næsthyppigst forekommende stof efter ilt.
Sand - især kvartssand - indeholder meget silicium i form af silicium dioxid (SiO2) og er hovedingrediensen, når det gælder produktion af halvledere.
Silicium bliver forfinet og stadig renere gennem en række skridt og når til sidst produktionskvaliteten "Electronic Grade Silicon", som kun må indeholde et fremmed atom for hver milliard silicium-atomer. Resultatet er en 30 centimeter høj cirkelformet krystal, som kaldes en 'Ingot'. En Ingot vejer cirka 100 kilo og består af 99,9999999 procent silicium.
2 / 11
Nu skæres den 30 centimeter høje Ingot i cirka 1 mm tykke siliciumskiver, som kaldes wafers.
Derefter poleres skiverne, indtil de får en fuldstændig fejlfri og spejlblank overflade. I dag bruger Intel wafers med en diameter på 30 centimeter i produktionen af sine 32 nm High-K/Metal Gate-transistorer. Da Intel i sin tid begyndte produktionen af computerchips printede selskabet sine kredsløb på wafers med en diameter på fem centimeter. At diameteren i dag er øget til 30 centimeter reducerer produktionsomkostningerne per chip.
Fremstillingen af chips på en wafer omfatter hundreder af komplekse og præcist kontrollerede fabrikationstrin, som resulterer i mange lag bestående af forskellige materialer oven på hinanden. På de næste billeder kan du se et resumé af de vigtigste trin i processen.
Du kan altid klikke på billedet for at se det i stort format.
3 / 11
Photo Resist (den blå farve) tilsættes og vaskes af gentagne gange før det næste skridt (forklaring følger).
Resterne af det fotoresistente lag (det blå skin på wafer'en) beskytter materialet, som ikke skal have tilført ioner.
Mønstret på skiven opstår i en fotolitografisk proces. Skiven bombarderes til at starte med af en stråle af ioner (positivt eller negativt ladede atomer), som lejrer sig under overfladen på skiven og ændrer silicium'ens ledende egenskaber i bestemte områder.
De grønne områder på billedet til højre har fået implanteret disse fremmede atomer. Efter tilførslen af ioner fjernes det fotoresistente lag, og materialet har nu fået tilført ioner undtagen der, hvor det fotoristente lag har hindret, at ionerne blev siddende. Klik på billedet for at se det i stort format.
4 / 11
I stedet for en traditionel isolering mellem en transistors (læs om transistorer her) port og dens kanal lægger Intel mange lag High-K dielectric materiale på overfladen af hver wafer. Materialet bliver lagt på i et lag, der kun er én atom tykt (gult på billedet). Denne proces reducerer elektrisk lækage og giver mere energi-effektive processorer.
Der bliver lagt mange individuelle lag af molekyler på overfladen af hver wafer. De to gule lag vist her repræsenterer to af disse lag.
Til sidst - og nu er vi nede i et størrelsesforhold på 50-200 nm (nanometer) - tilføres der High-k materiale, der er tykkere end det traditionelle silicium-dioxid-lag, mens det har de samme ledende egenskaber. På grund af det tykkere lag tabes der mindre elektricitet/strøm/current gennem denne form for isolering. Klik på billedet for at se det i stort format.
5 / 11
Så er det tid til mere af det fotoresistente, der er med til at forme de kanaler, som bærer strømmen rundt i de bittesmå transistorer. Denne gang hældes det fotoresistente lag på i flydende form samtidig med, at skiven drejer rundt for at sikre et ensartet og meget tyndt lag i stil med, hvad vi så på det tidligere billede Det blå skin.
Nu (billedet i midten) udsættes det fotoresistente lag for ultraviolet lys (UV). Den kemiske reaktion, som UV-lys udløser svarer til, hvad der sker, når du trykker på udløseren i et filmkamera. Fotoresist-overfladen bliver flydende (soluble) og ved at bruge masker med mønstre i sammen med det ultraviolette lys skaber lyset de forskellige kredsløb på hvert af mikroprocessorens forskellige lag. En linse (i midten) reducerer det billede, som masken skaber. Så hvad der printes på skiven er typisk kun en fjerdedel af maskens billede.
Selv om der almindeligvis laves hundredvis af mikroprocessorer på en enkelt wafer, fokuserer denne 'billed-fortælling' fra nu af kun på et lillebitte stykke af en mikroprocessor - på en transistor eller dele af en sådan. En transistor fungerer som en kontakt og kontrollerer strømmen af elektricitet i en computerchip.
Intels forskere har udviklet transistorer så små, at omkring 30 millioner af dem kan sidde på spidsen af en knappenål! Der er oftest mere end 400 millioner transistorer i den moderne processor.
Klik på billedet for at se det i stort format.
6 / 11
Tid til en gang vask og skyl. Det gummiagtige fotoresistente lag opløses fuldstændigt af et opløsningsmiddel og afslører et mønster af fotoresistens skabt af huller og gange i masken (mørkt rektangel her).
Det tilbageværende fotoresistente materiale er beskyttet af High-k dielectric-materialet, der ikke skal ætses væk. Alt det materiale, som ikke er beskyttet, ætses væk med kemikalier.
Efter ætsningen fjernes det resterende fotoresistente materiale, og den ønskede form bliver synlig. Vi er stadig på transistor-niveau, hvilket vil sige i størrelsesordenen 50-200 nm. Klik på billedet for at se det i stort format.
7 / 11
Transistoren er næsten færdig. Tre huller er blevet ætset ned i laget af isolering (rød farve) over transistoren. Disse tre huller bliver fyldt med kobber eller andet materiale, som sikrer forbindelserne til de andre transistorer.
På dette stadie bliver skiverne lagt i en opløsning af kobbersulfat. Kobber-ionerne lagres på transistoren gennem en proces kaldet electroplating.
Kobberionerne farer fra den positive pol (anoden) til den negative pol (katoden), der repræsenteres af vores wafer (skiven).
Efter metalliseringen sætter kobberionerne sig som et tyndt lag kobber på wafer'ens overflade. Klik på billedet for at se det i stort format.
8 / 11
Først findes polermaskinen frem og alt overskydende materiale poleres væk.
Billede to bringer os til transistorniveau, hvilket med denne kombination af seks transistorer vil sige i størrelsesordenen 500 nm. Her er adskillige lag af metal lagt på for at skabe forbindelse (læs: ledninger) mellem de forskellige transistorer. Hvordan disse forbindelser skal lægges afhænger af arkitekturen og de design-teams, som udvikler funktionaliteten af de respektive processorer som eksempelvis Intels nye i5-processor.
Selvom computerchips ser fuldstændig flade ud, kan de snildt indeholde mere end 30 lag, som er nødvendige for at etablere de ønskede og meget komplekse kredsløb. Hvis du kigger på et forstørret billede af en chip, åbenbarer der sig et netværk af kredsløb og transistorer, der ser ud som et futuristisk net af motorveje i mange lag. Klik på billedet for at se det i stort format.
9 / 11
Før der siges farvel til de enkelte mikroprocessorer, der nu har nået en størrelse på omkring en centimeter, skal der gennemføres en funktionstest. Her fødes hver chip i skiven med testmønstre, og svartiden noteres og sammenlignes med det "rigtige svar".
Så skæres wafer'en i stykker svarende til de individuelle chips kaldet 'dies'. Når det gælder Intels i5-processor, er der en wafer med grafik-chip og en wafer med CPU'er. Skiven på billedet indeholder CPU'er.
Fejlbehæftede chips smides ud og resten pakkes og er så klar til at tage det sidste skridt og blive en rigtig processor. Klik på billedet for at se det i stort format.
10 / 11
Her er de individuelle chips, der blev skåret ud i den forrige proces. Chips'ene her er som nævnt Intels i5. De små er CPU'er og de store HD grafik. At CPU'en og grafikprocessoren er i en samlet chippakke forbedrer den grafiske ydelse samtidig med, at strømforbruget reduceres.
Se også vores test af Intels nye i5 kombi-processorer her.
Her samles fyld, chips og varmesprederen til en komplet processor
Det grønne fyld, der også kaldes substrate, er ansvarlig for den elektriske og mekaniske grænseflade, der gør, at processoren kan kommunikere med resten af pc'ens komponenter. Den sølvfarvede varmespreder er en termisk grænseflade, hvor en køle-løsning kan bygges på, så det hele ikke brænder sammen.
Fiks og færdig Intel Core i5-processor. En mikroprocessor er resultatet af den mest komplekse produktionsproces på denne planet som oven i købet foregår i de reneste omgivelser, som tænkes kan. Klik på billedet for at se det i stort format.
11 / 11
I den allersidste test får alle chips tjekket deres nøgle karakteristika heriblandt, om de kan holde på strømmen og den maksimale frekvens, de kan håndtere.
Denne her klassetest ender med at chips med de samme karakteristika ender i de samme transportbakker.
Det færdige resultat - igen Intel i5 - er nu pakket i enten transportbakkerne, der ryger til producenterne eller i pæne papkasser, som sendes til butikkerne. Klik på billedet for at se det i stort format.