Кремниевая пластина (wafer) — основной заготовочный элемент, из которого изготавливаются полупроводниковые микросхемы, включая центральные процессоры (CPU). На одной такой пластине диаметром от 100 до 300 мм размещаются
сотни или тысячи кристаллов, каждый из которых представляет собой полный набор логических элементов, регистров, кэш-памяти и управляющих блоков — фактически полноценный процессор в миниатюре.
Пластина изготавливается из
моно-кристаллического кремния, выращенного методом Чохральского, затем отполированного и покрытого слоями фоточувствительных и проводящих материалов. В процессе фотолитографии на её поверхность поэтапно наносятся сложные структуры, формирующие транзисторы, шины и логические элементы. Количество слоёв — от десятков до сотен в современных чипах.
Порядок изготовления:
- На пластину наносится слой фоторезиста.
- Через маску происходит ультрафиолетовая экспозиция, формирующая шаблон будущей схемы.
- Проводится травление и осаждение материалов, формирующих элементы транзисторов и соединения между ними.
- Повторяется многократно — каждый слой добавляет функциональность.
После завершения всех технологических этапов на пластине оказывается массив
идентичных кристаллов, каждый из которых затем
разрезается (dicing), тестируется и устанавливается в корпус — создавая привычный процессор, который мы видим в компьютере.
Диаметры пластин:
- 100 мм (4") — 1970-е годы
- 150 мм (6") — 1980-е
- 200 мм (8") — 1990-е
- 300 мм (12") — стандарт с 2000-х
- 450 мм — перспективное направление, не внедрённое массово
На одной 300-мм пластине может быть размещено более
1000 кристаллов, в зависимости от размера каждого чипа. Современные кристаллы содержат
десятки миллиардов транзисторов, а допуски — в нанометрах (например, 7 нм, 5 нм, 3 нм).
Кремниевые пластины с нанесёнными кристаллами — это
одновременный символ массового производства и высочайшей прецизионной технологии. Они представляют собой границу между физическим материалом и логическим вычислением — миллиарды атомов, организованных в строго заданную структуру, чтобы исполнять команды, вычислять, управлять и обрабатывать данные.
Такие пластины используются не только в центральных процессорах, но и в графических ускорителях, микроконтроллерах, чипах памяти, контроллерах питания — во всей современной цифровой электронике.
