CPU制造过程及原理

CPU的制作过程

准备阶段

 CPU上通过光刻工艺集成了大量晶体管,晶体管其实就是一个“开”或“关”的开关,而对于计算机说就是0或1。

 从沙子中提取纯净的单晶硅(半导体材料),液化硅整型成为圆柱状的硅锭。直径目前多为200mm,越大越难。

 切片,越薄越好。要进行质检。今天的半导体制造多选择CMOS工艺(互补型金属氧化物半导体)。其中互补一词表示半导体中N型MOS管和P型MOS管之间的交互作用。

(晶体管原理)[晶体管原理] 因为单晶硅的导电率低,有一种叫doping的技术,在合格的切片中掺杂质,来提升导电率。如果注入价电子为5的磷,有个电子就会在系统中自由移动(N型DOPING,Negative,负极);如果注入价电子为3的硼,会有个空位(空穴),与之相邻的电子随时可以把它填上。这种电子移动可看作“空穴对位运动”。我们称为P型DOPING,Positive,正极
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 在掺入化学物质的工作完成之后,标准的切片就完成了。将每片控制温度让表面生成一层二氧化硅膜。门氧化物(门电路)是晶体管门电路的一部分,通过对门电压的控制,控制电子流动,而与输入输出电压大小无关。

 在二氧化硅层上覆盖一个感光层(光刻胶)。

光刻蚀

 使用短波紫外线和透镜,感光层在紫外线照射下可溶,利用掩模上的电路图,光刻出每一层的电路图案。

 蚀刻:使用化学物质溶解掉暴露出的晶圆部分,剩下的部分被光刻胶保护。

 蚀刻完成后,清除光刻胶,就能看到设计好的电路图。剩下的是充满的沟壑的二氧化硅层以及暴露出来的在该层下方的硅层。

掺杂

 再次加上一个二氧化硅层,然后光刻一次(浇上光刻胶,光刻后洗掉曝光部分;之后进行离子注入,清除光刻胶)

 重复。

就绪阶段

 在绝缘材上蚀刻出三个孔洞,并填充铜,以便和其它晶体管互连。在晶圆上电镀一层硫酸铜,铜离子沉积在晶圆表面,形成一个薄薄的铜层。将多余的铜抛光掉。

测试

 晶圆切片,每一块是一个处理器的内核。丢弃瑕疵内核,封装好的内核,进行等级测试,决定处理器的等级。

CPU原理

计算机需要解决的最根本的问题是怎么代表数字。
发明二进制后,发现电就可以代表数字。
最开始是一个电子管,通过正负极施压。但容易爆。
发现半导体,体积小,寿命长。晶体管是现代计算机的核心。
硅–>加入特殊元素–>P导体N导体–>PN结–>场效应晶体–>逻辑开关
时钟发生器(晶体振荡器)是读板上的一个芯片,不断对不同针脚通电、断电,不断推动运算。
内存本质是存储了一些电信号,这是提前写好的运算过程,而这些电信号通过总线和我们计算机CPU相连接。CPU把里面的信息0、1读进来,我们就不需要手工给CPU针脚通电、断电了。

CPU一次性能读进来多少位数字进来,就是多少位的OS。与总线读进来的位数不是一定完全匹配的。

利用晶体管建立放大电路。第二个晶体管的基极与第一个的发射极连接起来。在输入端引入一个微小波动,另一端就会产生一个大的信号。
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