С чего начинается процессор?

Процессоры – пожалуй, одна из самых сложных технологических штук придуманных человеком. Ключевым элементом любого процессора является транзистор. Да, да, это та самая штука, которая в первые увидела свет в далеком 1947 году. За исследования, приведшие к этому открытию, спустя 10 лет ее создатели: Джон Бардин, Вильям Шокли и Уолтер Браттейн, получили Нобелевскую премию. Основами их работ послужили естественно, более ранние работы в области полупроводников в начале 20 века. Однако если начать разбирать даже краткую предысторию, то получится маленькая книга 🙂

Вернемся к процессорам. Транзисторы это то устройство, которое и реализует всем известный алгоритм 1, 0. Как он это делает? Довольно просто и не замысловато (шучу, шучу, Нобелевку просто так не дают) – он или пропускает ток или нет. Вот вам и элегантное решение для бинарной системы счисления. Таким образом, транзисторы дают возможность логическим элементам схемы работать в двух режимах. Увеличивая число транзисторов, мы можем увеличить и скорость выполнения логических операций. При этом «напихать» транзисторов на один квадратный сантиметр мы можем невероятно много, поскольку размер одного современного транзистора сейчас это порядка десятка нанометров, чтобы представить, насколько это маленькая величина проведем следующую аналогию. Если мы разрежем человеческий волос , то на площади его среза мы сможем разместить более 2000 таких транзисторов! Впечатляет, не правда ли?

Однако для того, что бы получить такие транзисторы придется изрядно попотеть. Для начала нам необходима заготовка в виде пластины из чистого кремния. Тут есть один важный момент. Понятие ЧИСТЫЙ в физике и химии отличается от нашего повседневно-бытового. В случае с процессорами это понятие реализуют в два этапа.

• Сначала получают кремний из песка очистки 98-99% (то есть примесей всего 2 %), путем восстановления при помощи кокса при Т=1800С. Однако это пока оооооочень грязный кремний.
• После этого этапа проводится цепочка химических реакций по циркуляционной схеме, в результате которых мы получаем 99,9999999% кремний. Что же значит эта цифра? Она означает следующее, что на МИЛЛИАРД АТОМОВ кремния приходится не более ОДНОГО АТОМА примеси! Возникает естественный вопрос, а зачем такая чистота? Дело в том, что если у вас будет много сторонних атомов, то в разных местах будущего процессора у вас будет разная проводимость и он не заработает.

В расплав такого вот чистого кремния помещают «затравку» иными словами центр кристаллизации. Именно на этом центре, с дальнейшим распространением от него начнет расти монокристалл кремния. По мере роста центр кристаллизации, а заодно и то, что наросло постепенно вытягивают из емкости, в которой был помещен расплав. Для изготовления столбика монокристалла кремния высотой с рост человека и диаметром 300мм, потребуется 2-3 МЕСЯЦА.

Далее специальными нитями с алмазным порошком этот столбик нарезается на пластины толщиной в 1 мм. Поверхность каждой такой пластины обрабатывается до гладкой поверхности (НА АТОМАРНОМ уровне). Однако это пока заготовка. На нее, в определенные участки нужно будет нанести примеси, которые в итоге совместно с кристаллами кремния и образуют транзисторы.