 Wie schnell kann ich mit dem Prozessor arbeiten?
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Wie schnell kann ich mit dem Prozessor arbeiten?
Das Ausgangsmaterial ist Sand – um genau zu sein Quarzsand (Siliciumdioxid). Das weist einen hohen Silizium-Anteil auf.
Um Silizium für Computerchips zu verwenden, muss es gereinigt werden – es darf nicht mehr als ein fremdes Atom pro Milliarde enthalten. Dazu wird es geschmolzen, bis es ein einzelnes ununterbrochenes Kristallgitter in Form eines Zylinders bildet.
Der Zylinder hat einen Durchmesser von 300 Millimeter und wiegt etwa 100 Kilogramm.
Der Barren wird anschließend in einzelne Siliziumscheiben geschnitten, auch „Wafer“ genannt. Jedes Plättchen hat einen Durchmesser von 300 Millimeter und ist etwa 1 Millimeter dick.
Die Wafer werden poliert – bis sie eine einwandfreie, spiegelglatte Oberfläche haben.
Per Photolithographie und mit Fotolack wird ein vorgegebenes Muster auf den sich drehenden Wafer gedruckt.
Der Fotolack wird gehärtet und Teile davon mittels einer Maske ultraviolettem Licht ausgesetzt. Diesen Vorgang wiederholen die Techniker mehrmals und erhalten so lösliche Abschnitte.
Die löslichen Abschnitte werden nun entfernt.
Jetzt bombardieren Ionen (positiv oder negativ geladene Atome) mit 300.000 Kilometer pro Stunde die nicht von Photolack bedeckten Bereiche des Wafers. Dabei werden Verunreinigungen in das Silizium eingeführt, wodurch sich die leitenden Eigenschaften des Silizium an ausgewählten Positionen verändern.
Danach wird der Fotolack entfernt.
Dieses Bild zeigt einen stark vergrößerten Transistor auf dem Wafer.
Jetzt fehlt noch die Rippe für einen Tri-Gate-Transistor – etwa von einem aktuellen Intel-Prozessor. Dazu wird erneut eine Maske (Blau) und das zuvor beschriebene Verfahren angewendet.
Die Maske wird chemisch entfernt, sodass eine große, dünne Silizium-Finne entsteht, die den Kanal eines Transistors enthalten soll.
Jetzt werden bestimmte Bereiche des Transistors noch einmal mit Fotolack und einer dünnen Siliziumdioxidschicht (Rot) durch Einsetzen des Wafers in einen mit Sauerstoff gefüllten Ofen bedeckt.
Wiederum per Photolithographie wird eine temporäre Schicht aus polykristallinem Silizium (Gelb) erstellt.
Nun wird eine Siliziumdioxid-Schicht über den gesamten Wafer (Rot und transparente Schicht) geschaffen, um den Transistor von anderen Baugruppen zu isolieren.
Jetzt werden die temporär angelegten Bereiche weggeätzt.
Es folgt das Auftragen einzelner Molekülschichten auf die Oberfläche des Wafers. Die hier gezeigten gelben Schichten sind zwei davon.
Eine Elektrode (Blau) wird nun über dem Wafer erstellt.
Der Transistor ist fast fertig. Die drei Löcher in der Isolationsschicht (rote Farbe) oberhalb des Transistors werden mit Kupfer für Verbindungen zu anderen Transistoren gefüllt.
Die Wafer werden in eine Kupfer-Sulfatlösung gesetzt, wodurch die Kupferionen auf dem Transistor durch einen galvanischen Prozess entfernt werden.
Durch den galvanischen Prozess hat sich eine dünne Kupferschicht auf dem Transistor gebildet.
Das überschüssige Material wird mechanisch wegpoliert.
Mehrere Metallschichten sind nun geschaffen, um die Transistoren in einer vorgegebenen Konfiguration auf dem Chip zu verbinden („verdrahten“).
Prozessoren sehen zwar extrem flach aus, können aber tatsächlich über 30 Ebenen einen komplexen Schaltkreis bilden. Eine vergrößerte Ansicht zeigt ein dichtes Netz von Stromleitungen und Transistoren.
Auf einem Wafer lassen sich mehrere 100 Prozessoren herstellen. Hier werden die fertigen Recheneinheiten getestet.
Der Wafer wird in Stücke („Dies“) geschnitten.
Der Prozessor-Die wird aus dem Wafer genommen.
Das ist ein einzelner Prozessor-Die – hier ein Intel-Modell.
Die Baugruppe, bestehend aus Prozessor-Die und Wärmeverteiler, wird zusammengesetzt. Das grüne Bauteil ist die elektrische und mechanische Schnittstelle für die Hauptplatine eines PCs, das silberne Bauteil für die Wärmeabführung.
Der Prozessor ist nun fertig.
Jetzt wird der Prozessor auf Funktionalität, Leistung und Energiebedarf geprüft.
Die Prozessoren werden wahlweise in so genannte Trays verpackt oder ...
... einzeln in einer Box. |
Welcher prozessor für office anwendungen
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