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什麼是半導體?
by 吳俊逸 2023-07-25 04:52:54, Reply(0), Views(505)

半導體是現代技術的基礎。了解它們的工作原理和製作方法。

 

半導體在幕後孜孜不倦地工作,為我們周圍的世界提供動力從您家中的技術到治療致命疾病的實驗室。它們是現代技術的基礎。沒有它們,全球數十億設備將無法運行。但半導體到底是什麼?它們是如何製作的?

讓我們開始吧。術語半導體 semiconductor ”是指可以改變以傳導電流或阻止電流通過的材料。然而,它更常見的是指集成電路(IC, integrated circuit)或計算機芯片 computer chip。最常見的半導體材料是矽 silicon。毫不奇怪,矽也是計算機芯片的主要成分。

半導體小如指甲蓋,可以說是有史以來製造的最複雜的產品。普通芯片僅約毫米(millimeter)厚,​​包含大約​​ 30 層不同的組件和電線(稱為互連 interconnects),構成其複雜的電路。數十億個稱為晶體管的微型開關使半導體得以工作。

1. Mask 操作

工程師獲取數字藍圖並將其轉換為玻璃模板,稱為masks。它們用於製造光刻或光印刷。當masks 工程師完成每個masks 後,他們會將它們發送到製造工廠(或晶圓廠)開始製造。

什麼是masks

masks 是用於將電路印刷到矽晶片上的模板。masks 工程師使用芯片設計師的計算機繪圖作為藍圖。這些圖紙被輸入機器,將數據轉換為電子束,將電路圖案複製到僅四分之一英寸厚的 6 x 6 英寸石英片上。這些石英方塊稱為masks 。製作芯片的所有層可能需要 50 多個masks 

 

2. 製作Fabrication

技術人員穿著兔子服,在潔淨室中使用高科技設備在矽晶圓上創建多層電路和器件。每個晶圓將包含數百個芯片。從這裡,晶圓廠將成品晶圓發送到芯片/分類準備設施。

什麼是光刻 photolithography

矽片是由從沙子中提取的矽製成的。技術人員使用光刻機將光線穿過掩模來重新創建圖案。透鏡縮小圖像並將其引導到晶圓表面。這是對每一層晶體管和電線連接使用不同的masks 重複完成的。最終,晶圓上將刻有數百甚至數千個微小的單個芯片。

 

3. Die/sort prep

在這些設施中,金剛石鋸將晶圓切割成數千個指甲蓋大小的獨立矩形,每個矩形都稱為芯片die computer chip Die and sort prep 機器挑選工作芯片並將它們交給另一台機器,將它們放置在捲軸上。這些被送到組裝和測試工廠 (assembly and test)

 

4. 組裝與測試 (Assembly and test)

在這裡,技術人員對每個模具進行最後一次測試,以確保它們健康且可以使用。如果通過,它們將被安裝在散熱器和基板之間,形成光滑的封閉式封裝。外部封裝可保護芯片免受損壞、熱量和污染物的影響。在計算機內部,封裝形成芯片和電路板之間的電氣連接。

 

5. 成品倉庫/樞紐 (Finished goods warehouses/hubs)

從這裡,物流專業人員可以將芯片直接發送給某些客戶,例如係統製造商。或者他們將它們運送到全球分銷中心。從這些中心,芯片可能會裝在托盤中發送給原始設備製造商或裝箱零售。

 

主要處理器架構

半導體有很多種,每種都有自己的專業(以及自己的縮寫)。熟悉各種半導體並詳細了解它們的用途。

  • FPGA(現場可編程門陣列;軟件可配置電路) 通常用於需要經常更改的應用,包括加速、通信、電路設計。
  • 圖形處理器 GPU(圖形處理單元製作圖像;加速高度並行操作。
  • 中央處理器 CPU 運行計算機及其所有程序。
  • 專用集成電路 ASIC 很快就能做一件事,包括深度學習、加密和網絡處理。

半導體無處不在: 美國成年人平均每天使用電子產品的時間超過 12 小時,例如電腦、移動設備、電視和汽車。這些設備均由半導體提供動力,可以改善我們的生活、提高生產力並推動經濟增長。