במהלך שלב ה"חמצון", נוצרת שכבת תחמוצת (SiO2) על פני הוופל. הוופל הוא החומר החשוב ביותר בעיבוד מוליכים למחצה. שכבת התחמוצת מגנה על פני הוופל מפני זיהומים, והשלב הבא הוא תכנון מעגל המוליך למחצה.

איך נראה המעגל בשבב מוליכים למחצה? בואו ללמוד ביחד!

שבבי מיקרו-מוליכים למחצה מכילים בתוכם אלפי עד מיליוני רכיבים אלקטרוניים (דיודות, טרנזיסטורים, קבלים, נגדים). כיצד מיוצרים מעגלים משולבים מוליכים למחצה אלה? בואו נבין תחילה מעט מההיסטוריה של פיתוח מוליכים למחצה.

טרנזיסטורים: היכן החלה המהפכה האלקטרונית

בשנת 1947, חוקרים במעבדות בל, מתקן המחקר המרכזי של חברת התקשורת הגדולה בארצות הברית, אמריקן טלפון וטלגרף (AT&T), המציאו את הטרנזיסטור. המצאה זו נקראה בתחילה "מגבר" ולאחר מכן שונה שמו לטרנזיסטור.

טרנזיסטורים הפכו במהרה למרכיבים המרכזיים של מוצרים אלקטרוניים. עם זאת, עם ההתקדמות הטכנולוגית, מוצרים אלקטרוניים החלו לקבל יותר ויותר פונקציונליות. דבר זה הוביל לגידול אקספוננציאלי במספר הרכיבים שהיה צורך לחבר ביניהם, החל מטרנזיסטורים ונגדים ועד דיודות וקבלים. נקודות מגע אלו הפכו גם לגורם לרוב כשלים במוצרים.

בשנת 1958, המהנדס ג'ק קילבי מ-Texas Instruments (TI) פיתח פתרון. רכיבים אלקטרוניים מורכבים היו ממוזערים ואז מודפסים כמעגלים על משטח קטן. מעגלים אלה יהיו מוערמים זה על גבי זה, ויולידו מעגלים משולבים (ICs).

מעגלים משולבים (ICs): מהפכה באלקטרוניקה

טרנזיסטורים, נגדים, דיודות וקבלים, המרכיבים מעגלים משולבים של מוליכים למחצה (IC), מחוברים זה לזה כדי לחשב ולאחסן אותות חשמליים.

בואו נבחן מקרוב את הפונקציה של כל רכיב מסוג. טרנזיסטורים משמשים כמתגים לפתיחה וסגירה של ספק הכוח, בעוד שקבלים צוברים ומאחסנים מטענים. נגדים מווסתים זרם, ודיודות שומרות על אחידות האות.

מעגלים משולבים מוליכים למחצה מיוצרים על ידי שילוב כל רכיבי המעגלים לדפוסים מורכבים ומורכבים רב שכבתיים. אי אפשר לצייר את המעגלים המורכבים האלה באופן ידני, ולכן נעשה שימוש בשיטה הדומה לפיתוח תמונות צילום.

הפיתוח של מעגלים משולבים עורר את ההתקדמות של תעשיית המוליכים למחצה. מעבר מחיבור ידני של רכיבים בודדים למעגלים משולבים פירושו גורמי צורה קטנים יותר של המוצר וצריכת חשמל נמוכה יותר, תוך השגת עיבוד נתונים מהיר יותר. שימוש בטכנולוגיית פוטו-ליטוגרפיה פירושו ש-IC מוליכים למחצה היו אמינים ומועילים לייצור בקנה מידה גדול.

בשנות ה-1960, המהנדס הקוריאני-אמריקאי המנוח במעבדות בל, ד"ר דאון קאנג, ומרטין אטלה פיתחו את ה-"MOS-FET" (טרנזיסטור אפקט שדה של תחמוצת מתכת מוליך למחצה). מעגלים משולבים באמת החלו לזרוח מכאן.

MOS-FET פתר את המגבלות של טרנזיסטורי צומת דו-קוטביים מסורתיים, שהיו קשים לייצור וצרכו הרבה חשמל.

בתוך 60 שנה, מוליכים למחצה התפתחו מטרנזיסטורים למעגלים משולבים ו-MOS-FETs. חדשנות נוספת בעתיד היא מרגשת ומצפה. 

במאמר הבא, נציג כיצד המעגלים המעוצבים בצורה מורכבת נמשכים על גבי פרוסות באמצעות תהליכי תחריט.