Els enginyers elèctrics fan patates d'ordinadors?

Autor

declaració de disclosió

Trevor Thornton no treballa per a, consulta, comparteix o rep el finançament de qualsevol empresa o organització que beneficiés d'aquest article, i no ha revelat cap afiliació rellevant més enllà del seu nomenament acadèmic.

Companys

Els semiconductors són una part crítica de gairebé tots els dispositius electrònics moderns, i la gran majoria dels semiconductors es fan a Tawain. L'augment de les preocupacions sobre la reformança a Taiwan per semiconductors, l'Sctruència especialment ha donat a la relació de deuuposa entre Taiwan i la Xina, que el Congrés dels Estats Units va dirigir el Congrés per passar els CHIPS i l'acte de ciències al final del 20 de juliol de 22. L'acte proporciona més de 50.000 milions de dòlars a les subvencions per enfortir la producció dels EUA i s'ha cobert àmpliament a les notícies. Trevor ThorntonCity name (optional, probably does not need a translation) Un enginyer elèctric que estudia semiconductors, explica quins són aquests dispositius i com es fan.

1. Què és un semiconductor?

Generalment parlant, el semiconductor es refereix a un material com el silici que pot conduir l'electricitat molt millor que un insulador com el vidre, però no tan bé com els metalls com el coure o l'alumini. Però quan la gent és Parlem dels semiconductors d'avui. solen ser xips semiconductors.

Aquests xips es fan normalment a partir de talls de silici amb components complexos fixats en patrons específics. Aquests patrons controlen el flux de l'actual usant els interruptors elèctrics anomenat transistors woson, de la mateixa manera que controleu l'actual corrent elèctric a casa vostra, aixecant un canvi per encendre una llum.

La diferència entre casa teva i un xip semiconductor és que els interruptors semiconductors són totalment elèctriques, no hi ha components mecànics per girar-se a l'HUpdP i les fitxes que contenen desenes de milers de milions de interruptors En una àrea no gaire més gran que la mida d'una ungles.

2. Què fan els semiconductors?

Els semiconductors són com procés d'aparells electrònics, emmagatzemar i rebre informació. Per exemple, les fitxes de memòria emmagatzemen dades i software com a codi binari, les fitxes digitals manipulen les dades basades en instruccions de programari i les fitxes sense fil reben dades dels transmissors de ràdios d'alta freqüència i les converteixen en senyals elèctriques. Aquestes fitxes treballen juntes sota el control del programari. Diferents aplicacions de programari fan tasques molt diferents, però totes funcionen canviant els transistors que controlen l' actual.

3. Com es construeix un xip semiconductor?

El punt d'inici de la gran majoria dels semiconductors és un tall prim de silici anomenat wafer. Avui dia, els wourfers són la mida dels plats de sopar i són tallats de cristalls de silici simples . Fabricants afegeix elements com el fòsfor i el boron En una capa fina a la superfície del silici per incrementar la conducta del xip. Està en aquesta capa de superfície on es fan els interruptors transistors.

Els transistors es construeixen afegint capes primes de metalls conductius, insuladors i més silici a tot el wfer, dibuixant patrons en aquestes capes usant un procés complicat lithografia anomenada i després eliminant selectivament aquestes capes utilitzant plasmas controlats per ordinador de gasos altament reactivables per deixar patrons i estructures específiques. Perquè els transsexuals són tan petits, és molt més fàcil afegir materials en capes i eliminar amb cura material no desitjat del que és posar línies primes microscòpices o inulitzadors directament en el xip. Els fabricants semiconductors poden crear patates amb milers de milions de transistors per polzada quadrada.

4. Com estan les fitxes d'avui en dia diferents de les primeres patates?

Hi ha moltes diferències, però probablement l'augment més important és l'augment del nombre de transistors per xips.

Moore Moore, la llei s'ha mantingut durant cinc dècades. Però en els últims anys, la indústria semiconductora té Havia de superar grans reptes ▁mainly, com seguir reduint la mida dels transistors Bèlgica per continuar amb aquest ritme de avenços.

Una solució va ser canviar des del pis, dues capes tridimensionals a la capa tridimensional amb pictes en forma de silici projectant per sobre de la superfície. Aquestes fitxes en 3D van augmentar significativament el nombre de transistors en un xip i ara estan en Ús extensiu , però ells també són molt més difícils d'enganyar.

5. ¿Es necessiten patates més complicades?

Simplement posa't, sí, més complicat el xip, més complicat, i més costós de la fàbrica.

Hi va haver un temps en què gairebé totes les companyies de semiconductors dels EUA van construir i van mantenir les seves pròpies fàbriques. Però avui, una nova fàbrica pot ser Costa més de 10 mil milions de dòlars per construir . Només les empreses més grans poden permetre's aquesta mena d'inversió. En comptes d'això, la majoria de les empreses semiconductores envien els seus dissenys a fundacions independents per fabricar. Els semiconductors de Taiwan de la Manu Co. i GlobalFoundries, encapçalats a Nova York, són dos exemples de multinacionalitats que construeixen xips per a altres companyies. Tenen l'experiència i les economies d'escala per invertir en la tecnologia immensament cara necessària per produir semiconductors de generació següent.

Irònicament, mentre que el transistor i els xips semiconductors es van inventar als Estats Units, cap estat dels semiconductorsarts trobats actualment en sòl americà. Els Estats Units han estat aquí abans dels anys 80 quan hi havia preocupacions que El Japó dominaria el tema de memòria global . Però amb l'acte CHIPS acabat de passar, el Congrés ha proporcionat els incentius i oportunitats per als semiconductors d'una generació propera a la creació dels Estats Units.

Potser els xips del teu següent iPhone seran dissenyats per Apple a Califòrnia, construïts als EUA.