فناوری پشت تولید تراشه نیمه هادی چیست؟ | توضیح داد

برای اهداف نمایندگی. | اعتبار عکس: iStockphoto

داستان تا اینجا: قابلیت های تولید تراشه های نیمه هادی در حال حاضر به مناطق بسیار کمی در جهان محدود شده است. با اختلالات زنجیره تامین در طول همه گیری و تنش های ژئوپلیتیک اخیر، بسیاری از شرکت ها و کشورها، از جمله هند، به اهمیت سرمایه گذاری در زیرساخت های تولید تراشه پی برده اند. گروه TATA با شرکت تولید نیمه هادی پاورچیپ تایوان (PSMC) برای راه اندازی یک کارخانه ساخت ویفر 300 میلی متری در گجرات شریک شده است. این اولین تراشه 28 نانومتری خود را در سال 2026 عرضه خواهد کرد. دو کارخانه مونتاژ و آزمایش در گجرات و آسام نیز اخیراً توسط دولت هند تأیید شده است.

تراشه نیمه هادی چیست؟ چگونه تولید می شود؟

یک نیمه هادی دارای خواصی بین یک هادی (که الکتریسیته را هدایت می کند) و یک عایق (که این کار را نمی کند) دارد. نیمه هادی در خالص ترین شکل خود، هادی بسیار ضعیف الکتریسیته است. با این حال، خواص الکتریکی آن را می توان با افزودن مقادیر کمی از مواد خاص به نام “دوپانت” تغییر داد. با گرفتن یک نیمه رسانا خالص و تزریق دقیق قطعات خاصی با مواد ناخالص خاص، می توان مدارهای پیچیده را روی نیمه هادی “چاپ” کرد.

همچنین بخوانید: نیاز به تعمیرات اساسی یک طرح نیمه هادی

این فرآیند به طرز خامی مشابه ایجاد یک اثر هنری پیچیده بر روی کاغذ یا دیوار، با استفاده از دسته ای از شابلون ها و رنگ های اسپری با رنگ های مختلف است. شابلون ها در صنعت “ماسک” نامیده می شوند و رنگ آن مشابه ماده ناخالص است.

ترانزیستور چیست؟

ترانزیستور، یکی از اولین قطعات الکترونیکی است که با استفاده از نیمه هادی ساخته شده است، یک دستگاه بسیار همه کاره است. در محبوب ترین شکل خود می تواند به عنوان یک سوئیچ الکترونیکی عمل کند. یک تراشه نیمه هادی معمولی می تواند میلیون ها/میلیاردها از این سوئیچ های متصل به هم داشته باشد که برای انجام عملیات های منطقی و محاسباتی مختلف با هم کار می کنند.

ترانزیستور همچنین می تواند به عنوان یک تقویت کننده (برای تقویت سیگنال ضعیف دریافتی توسط تلفن همراه شما) عمل کند و بخشی جدایی ناپذیر از مدارهایی است که سیگنال های فرکانس بالا (مانند سیگنال های مورد نیاز در فناوری های ارتباط بی سیم) را تولید و پردازش می کند. امروزه همه این آواتارهای مختلف ترانزیستور به طور معمول در یک تراشه نیمه هادی (مانند تراشه WiFi در تلفن همراه شما) قرار می گیرند.

ترانزیستور نشان داد که چگونه می توان یک دستگاه واحد را از یک قطعه نیمه هادی ساخت. «چاپ» چندین دستگاه بر روی یک قطعه نیمه هادی برای ایجاد مدارهای کامل، جهش بعدی بود. هر دوی این پیشرفت‌ها پایه‌های انقلاب نیمه‌رساناها را گذاشتند و به درستی توسط جوایز نوبل (در سال‌های 1956 و 2000) به رسمیت شناخته شدند.

تکنولوژی ساخت چیست؟

از زمانی که تراشه نیمه هادی بیش از شش دهه پیش برای اولین بار مفهوم سازی شد، فناوری با سرعتی بی امان پیشرفت کرده است. فن آوری های جدیدتر تولید با سرعتی منظم معرفی شده اند. سطح کوچک سازی نیمه هادی به ترتیبی افزایش یافته است. چسبیدن به قیاس شابلون عمدتاً به این دلیل است که شابلون ها می توانند الگوهای کوچکتر و پیچیده تری را حکاکی کنند. به همان اندازه دستاوردهای چشمگیری در قابلیت سوئیچینگ ترانزیستورها وجود داشته است. آنها می‌توانند سریع‌تر (محاسبات بیشتر در ثانیه) و با مصرف انرژی کمتر (عمر باتری طولانی‌تر و اتلاف حرارت کمتر) روشن و خاموش شوند.

این صنعت از برچسب‌هایی مانند «45 نانومتر»، «28 نانومتر» و «16 نانومتر» برای معرفی هر فناوری تولید جدید استفاده کرده است. 'nm' مخفف نانو متر است و به واحد بسیار کوچک طول برابر با یک میلیاردم متر اشاره دارد. این اعداد نشان دهنده سطح کوچک سازی است که با استفاده از یک فناوری خاص قابل دستیابی است (پس کوچکتر بهتر است). اگرچه همیشه دقیق نیست، اما می توانید این عدد را به عنوان نمایانگر ابعاد یک ترانزیستور در نظر بگیرید. در حالی که مدارهای الکترونیکی به طور سنتی به صورت مسطح روی نیمه هادی قرار می گیرند، محققان در حال افزایش به دنبال سرمایه گذاری بر روی بعد سوم (ارتفاع) هستند. با کاهش طول و عرض یک سوئیچ ترانزیستور، افزایش ارتفاع آن می تواند به اطمینان از عملکرد قابل اعتماد کمک کند. قرار دادن کل مدارها روی یکدیگر راه دیگری برای ادامه کوچک کردن اندازه تراشه های نیمه هادی است.

چه چیزی به عنوان ویفر شناخته می شود؟

یک تراشه نیمه هادی بسیار شبیه به یک تمبر پستی ساخته می شود. یک ورق تمبر روی یک تکه کاغذ چاپ می شود و سپس هر تمبر جداگانه بریده می شود. به طور مشابه، آرایه ای (معمولاً 300-400) از تراشه ها روی یک قطعه نیمه هادی دایره ای (که در اصطلاح صنعتی ویفر نامیده می شود) چاپ می شود. سپس این قطعه برای ایجاد تراشه های جداگانه خرد می شود. اندازه ویفر بزرگتر اجازه می دهد تا تراشه های بیشتری روی یک ویفر چاپ شود که تولید تراشه را سریعتر و ارزان تر می کند. اندازه های ویفر مورد استفاده در صنعت به طور مداوم در حال افزایش است. وضعیت فعلی هنر 300 میلی متر است که تقریباً 12 اینچ است (این به قطر ویفر اشاره دارد). تلاش ها برای انتقال به اندازه ویفر 450 میلی متری ادامه دارد. در حالی که حرکت به یک اندازه بزرگتر ویفر چالش های فنی و هزینه های سرمایه ای خود را دارد، ثابت شده است که در دراز مدت مقرون به صرفه است.

هنگامی که ویفر به شکل تراشه ها خرد شد، هر تراشه جداگانه باید در یک پوشش محافظ بسته بندی شود. سیم های ریز باید از دستگاه تا مرز بسته هدایت شوند. برخی از این سیم ها برق را تامین می کنند، در حالی که برخی دیگر برای تغذیه و خواندن سیگنال ها و داده ها استفاده می شوند. یک تراشه همچنین باید مورد آزمایش قرار گیرد – این شامل تأیید عملکرد و تست استرس (تحت قرار دادن تراشه در معرض دما و ولتاژ بالا) است – تا از قابلیت اطمینان در طول عمر آن اطمینان حاصل شود. همه اینها در یک کارخانه مونتاژ و آزمایش انجام می شود.

همچنین بخوانید: توضیح داده شده | نقشه برداری اکوسیستم طراحی تراشه هند

اکوسیستم نیمه هادی هند چگونه است؟

هند از دهه 1990 صنعت طراحی تراشه پر رونقی داشته است. با توجه به جادوی طراحی به کمک کامپیوتر، می توان یک تراشه نیمه هادی را به طور کامل در نرم افزار طراحی کرد. فرآیند مشخص کردن عملکرد یک تراشه، ترجمه این عملکرد به مدارهای الکترونیکی، اعتبارسنجی مدارها، بهینه‌سازی سرعت، مصرف انرژی و اندازه، می‌تواند توسط تیمی از مهندسان ماهر که روی دسکتاپ خود نشسته‌اند انجام شود. طرح نهایی در یک فایل چکیده شده و برای ساخت به کارخانه ساخت ارسال می شود. کمی شبیه طراحی یک رمان گرافیکی کامل بر روی لپ تاپ و ارسال فایل پی دی اف به ناشر خود برای چاپ است.

هجوم هند به سمت تولید نیمه هادی ها از اکوسیستم موجود برای طراحی تراشه که با عرضه ثابت مهندسین الکترونیک و کامپیوتر تامین شده است، سود خواهد برد. تولید نیمه هادی ها که اساساً یک تلاش بین رشته ای است، می تواند فرصت هایی را برای طیف وسیع تری از متخصصان مانند مهندسان فرآیند و کنترل، دانشمندان داده، دانشمندان مواد، فیزیکدانان و مهندسان شیمی ایجاد کند تا به طور معناداری در این صنعت مشارکت کنند.

نویسنده با تگزاس اینسترومنتز است

• قابلیت های تولید تراشه های نیمه هادی در حال حاضر به مناطق بسیار کمی در جهان محدود شده است

• گروه TATA با شرکت تولید نیمه هادی پاورچیپ تایوان (PSMC) برای راه اندازی یک کارخانه ساخت ویفر 300 میلی متری در گجرات شریک شده است.

• دو کارخانه مونتاژ و آزمایش در گجرات و آسام نیز اخیراً توسط دولت هند تأیید شده است