集成电路工作原理以及制作集成电路的六个步骤

打开电视或收音机的后盖，您会看到印刷电路板（PCB）构建 ：有点像电子街道地图，上面有小的电子组件（例如电阻器和电容器）就像微型金属街道一样。

电路板适用于小型家电，但是如果您尝试使用相同的技术来制造复杂的电子机器，例如计算机，您很快就会遇到障碍。即使是最简单的计算机，也需要八个电子开关来存储单个字节（字符）的信息。因此，如果您要构建一台仅具有足够内存来存储此段的计算机，则对于单个段，您需要查看大约750个字符的8倍，大约6000个开关。如果是成年拇指大小的一个真空管，您就会得到一台非常巨大并且耗电量也巨大的机器，该机器需要一个的单独的微型电厂才能保持运转。

1947年，三位美国物理学家发明了晶体管，这种情况有所改善。晶体管只是真空管和继电器的一小部分，使用的功率少得多，可靠性更高。但是当在复杂电路中将所有这些晶体管连接在一起的问题。

照片：集成电路可以安装在印刷电路板（PCB）中，就像绿色的一样。注意将两个不同IC的“分支”（端子）链接在一起的细线。其他走线将IC链接到常规电子组件，例如电阻器和电容器。您可以将轨道视为“街道”，在完成有用的操作（组件本身）的“建筑物”之间建立路径。集成电路中还有一个电路板的小型化版本：在硅晶片的表面上以微观形式创建轨迹。

集成电路改变了这一切。基本思想是采用一个完整的电路，其中包含所有的许多组件以及它们之间的连接，并在硅片的表面上以微观微小的形式重建整个电路。这是一个非常聪明的主意，它使各种“微电子”小工具成为可能，从数字手表和袖珍计算器到带有内置卫星导航的火箭和导弹。

摩尔定律

1960年代和1970年代，集成电路彻底改变了电子和计算领域。首先，工程师们在所谓的小规模集成（SSI）中将数十个组件放在芯片上。紧随其后的是中等规模集成（MSI），在一个面积相同的区域中有数百个组件。大约在1970年左右，大规模集成（LSI）带来了成千上万个组件。

1965年，领先的芯片制造商英特尔公司的戈登·摩尔（Gordon Moore）注意到，芯片上的组件数量大约每隔一两年就会翻一番。“最初的预测是10年，我认为这是一段漫长的历程。但是这十年来，集成电路从60个组件变为60,000个组件— 10年翻了一千倍。并且这个速度将要持续50年。”

摩尔定律的五十年：图表显示了从1970年到现在的普通微芯片晶体管数量的指数增长。

半导体

传统上，人们认为材料可分为两类：一类是使电流很容易流过的材料（导体），另一类是不绝缘的材料（绝缘子）。 金属占导体的大部分，而塑料，木材和玻璃等非金属是绝缘体。实际上，事情要比这复杂得多，特别是当涉及元素周期表中间的某些元素（第14和15组）时，尤其是硅和锗。通常，在绝缘体中，如果我们在称为掺杂的过程中向它们添加少量杂质，则可以使这些元素的行为更像导体。如果将锑添加到硅中，则可以给它提供比通常多一些的电子，并具有导电的能力。以这种方式“掺杂”的硅称为n型。加入硼代替锑，然后除去硅中的一些电子，留下作为“负电子”工作的“空穴”，以相反的方式携带正电流。。并排放置n型和p型硅区域会形成结，在结处电子会以非常有趣的方式工作-这就是我们创建二极管，晶体管和存储器等基于半导体的电子组件的方式。

硅片

制造集成电路的过程中有一个大开始了 单晶硅的，形状像长固体管，这是“萨拉米切片”到薄光盘（约光盘的尺寸）被称为晶片。晶圆被标记为许多相同的正方形或矩形区域，每个区域将组成一个硅芯片（有时称为微芯片）。然后，通过掺杂表面的不同区域以将它们转变为n型或p型硅，在每个芯片上创建成千上万个组件。掺杂是通过各种不同的过程完成的。在其中一种称为溅射的方法中，掺杂材料的离子像枪一样从子弹中射向硅晶片。另一个过程称为气相沉积 涉及将掺杂材料作为气体引入并使其冷凝，以便杂质原子在硅晶片的表面上形成薄膜。分子束外延 是沉积的一种更为精确的形式。