Bài báo cáo môn biến tính - Phương Pháp Luận Sáng Tạo (HCMUS-2022) | Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoARcPSD|46958826 lOMoARcPSD|46958826
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
TÌM HIỂU VỀ BIẾN TÍNH TRONG SẢN XUẤT
LINH KIỆN BÁN DẪN VÀ VI MẠCH TÍCH HỢP
BÀI BÁO CÁO MÔN KỸ THUẬT BIẾN TÍNH BỀ MẶT VẬT
LIỆU NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2022 lOMoARcPSD|46958826
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
TÌM HIỂU VỀ BIẾN TÍNH TRONG SẢN XUẤT
LINH KIỆN BÁN DẪN VÀ VI MẠCH TÍCH HỢP
Ngành: Công nghệ vật liệu
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2022 2 lOMoARcPSD|46958826 MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU.........................................................................................................................................................5
DANH MỤC VIẾT TẮT........................................................................................................................................6
MỤC LỤC HÌNH ẢNH..........................................................................................................................................7
PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG...........................................................................................................................8 1.1.
Khái quát về linh kiện bán dẫn............................................................................................................8 1.2.
Lịch sử....................................................................................................................................................8 1.3.
Cấu tạo của linh kiện bán dẫn............................................................................................................10 1.3.1.
Định nghĩa........................................................................................................................................10 1.3.2.
Cấu tạo..............................................................................................................................................11 1.3.3.
Đặc tính............................................................................................................................................11 1.3.4.
Chức năng........................................................................................................................................12 1.3.5.
Ưu nhược điểm Transistor...............................................................................................................12 1.4.
Kết luận chương..................................................................................................................................13
PHẦN 2: TÍNH CHẤT.........................................................................................................................................13 2.1.
Phương pháp chế tạo IC.....................................................................................................................13 2.2.
Cấu tạo của IC.....................................................................................................................................16 2.3.
Công nghệ chế tạo IC..........................................................................................................................17 2.3.1.
Thiết kế.............................................................................................................................................17 2.3.2.
Xử lý.................................................................................................................................................19 2.5.
Cấu trúc và thành phần IC.................................................................................................................21 2.5.1.
Cấp hệ thống....................................................................................................................................21 2.5.2.
Cấp mô đun......................................................................................................................................21 2.5.3.
Đăng ký mức chuyển giao (RLT)...................................................................................................21 2.5.4.
Cổng cấp...........................................................................................................................................22 2.5.5.
Mật độ bóng bán dẫn......................................................................................................................23 2.6.
Công dụng của IC................................................................................................................................24 2.7.
Tổng kết chương..................................................................................................................................24
PHẦN 3: ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM...........................................................................................................25 3.1.
Ưu điểm của vi mạch điện tử IC........................................................................................................25 3.2.
Nhược điểm của vi mạch điện tử IC..................................................................................................26 3.3.
Tổng kết chương..................................................................................................................................27
PHẦN 4: ỨNG DỤNG..........................................................................................................................................27 4.1.
Phân loại IC..........................................................................................................................................27 4.1.1.
Phân loại IC theo khả năng xử lý tín hiệu....................................................................................27 4.1.2.
Phân loại IC dựa vào số lượng transistor/CMOS/số cổng (gate) có trong vi mạch..................28 4.1.3.
Phân loại dựa vào mức độ tích hợp...............................................................................................28 4.1.4.
Phân loại dựa vào công nghệ chế tạo.............................................................................................29 3 lOMoARcPSD|46958826 4.2.
Ứng dụng IC trong các lĩnh vực.........................................................................................................29 4.3.
Ứng dụng của thiết bị mạch bán dẫn.................................................................................................29 4.4.
Ứng dụng thiết bị bán dẫn..................................................................................................................30 4.5.
Tổng kết chương..................................................................................................................................31
KẾT LUẬN............................................................................................................................................................32 4 lOMoARcPSD|46958826 LỜI MỞ ĐẦU
Trong sự phát triển của mỗi quốc gia hiện hay, ngành Vật liệu nắm một
vai trò vô cùng quan trọng. Không những đóng góp cho nền kinh tế mà
ngành Vật liệu còn góp phần phát triển, mang lại. Với quốc gia đang
mạnh và phát triển về ngành Vật liệu, quốc gia đó sẽ có điểm tựa vững
chắc để phát triển mạnh mẽ nền kinh tế của mình.
Chính vì sự đa dạng và phát triển của ngành nên em đã chọn Vật liệu là
con đường phát triển của mình. Hơn bao giờ hết, Vật liệu bán dẫn là một
trong những thứ cần thiết quan trọng trong quá trình ứng dụng vào đời
sống, hỗ trợ rất nhiều cho con người vào đời sống. Việc nghiên cứu và
phát triển đế linh kiện cũng như là linh kiện bán dẫn là một công việc thiết
yếu và được cho là vô cùng quan trọng vì hầu hết các thiết bị điện tử, các
máy móc thiết bị đều sử dụng linh kiện. Vậy để sản xuất ra được linh kiện
bán dẫn, chúng ta cần phải biết được quá trình tạo ra đế linh kiện bán dẫn như thế nào.
Sau thời gian học tập cũng như tìm hiểu trên nhiều nguồn kiến thứckhác
nhau chúng em đã nhận thức sâu sắc hơn tầm quan trọng đó, em quyết
định chọn chủ đề “TÌM HIỂU VỀ BIẾN TÍNH TRONG SẢN XUẤT LINH
KIỆN BÁN DẪN VÀ VI MẠCH TÍCH HỢP” làm đề tài cho bài báo cáo
thực tập của chúng em. 5 lOMoARcPSD|46958826 DANH MỤC VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng anh Tiếng việt PVC Polyvinyl chloride Nhựa nhiệt dẻo ESD Electrostatic discharge Sự phóng tĩnh điện RTL Register-transfer level Mức độ truyền thanh ghi??? CAD Computer-aided design
Thiết kế có sự hỗ trợ của máy tinh EB Electron Beam Chùm tia điện tử CVD Chemical vapor Lắng đọng hơi hóa học deposition CMP Chemical Mechanical Hóa chất cơ học phẳng Planarization MEMS Micro-Electro-
Hệ thống vi cơ điện tư Mechanical Systems JFET junction gate field-effect Transitor hiệu ứng transistor) trường cổng nối IJBT Insulated Gate Bipolar Transistor có cực điều Transistor khiển cách ly BJT Bipolar junction Trasistor lưỡng cực transistor Very High-Speed Phần cứng cho mạch tích VHDL Intergrated hợp tốc độ cao NAND NOT - AND Cổng NAND USD United States Dollar Đồng tiền đô la Mỹ IC integrated circuit Vi mạch tích hợp AC Alternating current Điện xoay chiều DC Direct curent Điện một chiều MỤC LỤC HÌNH ẢN
Hình 1. 1: Transistor đầu tiên..................................................................8
Hình 1. 2: Jack Kilby và những con chip IC hiện đại.............................9 6 lOMoARcPSD|46958826
Hình 1. 3: Vi mạch điện tử đầu tiên trên thế giới do Jack Kilby phát
minh............................................................................................................ 9
Hình 1. 4: Hình ảnh transistor NPN.......................................................11
Hình 1. 5: Hình ảnh transistor PNP........................................................12 Y
Hình 2. 1: Quy trình tạo ra chip IC.......................................................16 H
ình 2. 2: Cấu
tạo cơ bản của IC ............................................................17
Hình 2. 3: Quy trình xử lý wafer............................................................20
Hình 2. 4: Quy trình làm ra IC trên nền silicon....................................20
Hình 2. 5: Hình ảnh quá trình chuyển giao dữ liệu..............................22
Hình 2. 6: Kí hiệu BJT............................................................................23
Hình 2. 7: Kí hiệu mạch MOSFET........................................................24
Hình 4. 1: Các loại IC khác nhau...........................................................28
Hình 4. 2: Hình ảnh cho thấy sự phổ biến của bán dẫn.......................30
Hình 4. 3: Hình ảnh các chip bán dẫn...................................................31
Hình 4. 4: Các bóng bán dẫn..................................................................31
Hình 4. 5: Bản mạch IC..........................................................................31
Hình 4. 6: Hình ảnh bóng bán dẫn dưới góc nhìn phóng đại...............31 7 lOMoARcPSD|46958826
PHẦN 1: GIỚI THIỆU
CHUNG 1.1. Khái quát về linh kiện bán dẫn
Linh kiện bán dẫn hay phần tử bán dẫn là linh kiện điện tử khai thác
các vật liệu có tính bán dẫn như silic, germani, arsenua galli cũng như các
chất bán dẫn hữu cơ khác. Các linh kiện này sử dung dẫn truyền điện tử ở
dạng rắn, một điểm khác biệt so với các các linh kiện điện tử chân không
dùng dẫn truyền ở dạng phát xạ nhiệt hay khí. Vì thế chúng được thay thế
các linh kiện ion nhiệt trong hầu hết ứng dụng
Trong linh kiện bán dẫn thì hai dạng rời và vi mạch được gia công,
kết nối trên một nền bán dẫn duy nhất là tấm wafer 1.2. Lịch sử 8 lOMoARcPSD|46958826
Sự ra đời của các chất bán dẫn
lần đầu tiên được đánh dấu bởi sự
kiện phát minh bộ phát minh (AC –
DC converter) vào năm 1874. Đến
năm 1946, Đại học Pennsylvania –
Hình 1. 1: Jack Kilby và những con chip IC hiện đại
Mỹ đã cho xây được hệ
Hình 1. 2: Transistor đầu tiên
thống máy tính đầu tiên sử
dụng đèn chân không nhưng kích thước quá lớn của nó chiếm gần như toàn
bộ ngôi nhà, đồng nghĩa với việc lượng điện tiêu thụ cùng nhiệt tỏa ra là rất
lớn. Năm 1947, Bardeen và Brattain tại Bell Laboratories – Mỹ đã phát minh
ra transistor tiếp điểm, sau đó một năm là sự ra đời của transistor lớp chuyển
tiếp do Shockley phát minh. Năm 1956, sự nghiên cứu và phát triển bóng bán
dẫn đã đạt giải thưởng Nobel danh giá do ba nhà vật lý tài năng Shockley,
Bardeen, Brattain thực hiện. tiếp nối sự phát triển của bóng bán dẫn là tốc độ
vượt bậc của công nghiệp bán dẫn. Số liệu được tính toán chỉ trong một năm
sau là quy mô hơn 100 triệu USD. Đến năm 1959, mạch tích hợp lưỡng cực
IC được phát minh bởi nhà nghiên cứu Kilby và Noyce, đánh dấu sự mở cửa
con đường phát triển mới của kỷ nguyên IC. Chiếc IC đầu tiên này được Jack
Kilby phát minh ra để giải quyết những vấn đề mà ông gặp phải. Nó được tạo
thành từ silicon. Nổi bật với những ưu điểm như 9 lOMoARcPSD|46958826
kích thước, trọng lượng nhỏ nhẹ, các vi mạch ngày càng được sử dụng
rộng rãi trong loạt các thiết bị điện. Hãng sản xuất Texas Instruments đã
phát triển chiếc máy tính để bàn sử dụng IC vào năm 1967. Cuộc đua “IC”
bắt đầu nổ ra sau khi Nhật Bản cũng bắt tay vào sản xuất một chiếc máy
tính khác và diễn ra khốc liệt đến đến những năm 1970, IC được cải tiến,
và quy mô tích hợp lớn hơn (LSI). Sau đó, các linh kiện VLSI (100.000 –
10.000.000 linh kiện tích hợp trên mỗi chip) được phát triển vào những
năm 1980, ULSI (hơn 10 triệu linh kiện trên mỗi chip) được phát triển vào
những năm 1990. Tiếp sau đó là sự phát triển của LSI ( một LSI đa chức
năng với nhiều chức năng được tích hợp trong 1 chip).
Hình 1. 3: Vi mạch điện tử đầu tiên trên thế giới do Jack Kilby phát minh
Ngày nay, chất bán dẫn đã có mặt trên hầu như mọi thiết bị phục vụ
trong mọi lĩnh vực. Phổ biến nhất là silic, với điểm mạnh là chi phí nguyên
liệu thấp, gia công đơn giản, phạm vi nhiệt độ rộng, có khả năng chế tạo
thành tấm nền có đường kính lên đến 300mm (12 inches). Trong khi Germani
là loại vật liệu bán dẫn được sử dụng đầu tiên, nhưng một điểm trừ làm nó
kém hơn silic là sự nhạy nhiệt. Hiện nay, để phát huy đến ưu điểm của hai
loại vật liệu này, người ta đã kết hợp chúng các linh kiện SiGe tốc độ cao.
Một trong những nhà sản xuất đi đầu trong lĩnh vực này là IBM. Ngoài ra,
Arsenua galli (GaAs) cũng được sử dụng rộng rãi trong các
linh kiện tốc độ cao, nhưng để chế
tạo được tấm nền lớn thì rất lớn,
và chi phí cũng đắt hơn silic rất
nhiều. Ngoài những vật liệu này
thì những loại khác cũng đang
được nghiên cứu và phát triển.
Đơn cử là carbide silic (SiC) được ứng dụng trong sản xuất linh kiện cho 10 lOMoARcPSD|46958826
diot phát sáng xanh lam (LED), một loại linh kiện có khả năng chịu nhiệt
độ hoạt động rất cao cùng môi trường vức xạ ion hóa lớn, ngoài ra các hợp
chất indi như (arsenua, antimonua, phosphua indi) cũng được ứng dụng
trong sản xuất LED và diot laser. Một ví dụ cho việc chế tạo chế tạo linh
kiện từ SiC là diot IMPATT.
1.3. Cấu tạo của linh kiện bán dẫn
Ví dụ: transistor trong IC
Vi mạch điện tử hay còn có tên gọi IC (Integrated Circuit - mạch tích
hợp) là một thuật ngữ quen thuộc với các kỹ sư công nghệ. Đây là loại linh
kiện điện tử cốt lõi có nhiều ứng dụng thiết thực
1.3.1. Định nghĩa
Diode bán dẫn là loại linh kiện bán dẫn có một tiếp giáp P-N, có vỏ
bằng thủy tinh, nhựa hoặc kim loại. Có hai dây dẫn ra là hai điện cực: Anot
(A), Catot (K). Linh kiện bán dẫn tranzito có 3 điện cực, trixto có 3 lớp
tiếp giáp P-N, có vỏ bằng nhựa hoặc kim loại, có 3 dây dẫn ra: Anot (A),
Catot (K), cực điều khiển (G). Triac và Diac cũng là loại linh kiện bán dẫn
có 3 điện cực A1, A2, G, cả hai đều có cấu tạo giống nhau nhưng Diac
không có cực điều khiển G. Một trong những nghiên cứu sản xuất các tế
bào năng lượng mặt trời là sulfile Seleni, một chất bán hữu cơ được sử
dụng cho diot phát sáng hữu cơ.
1.3.2. Cấu tạo
Diode được cấu tạo bởi một lớp tiếp giáp p-n, có hai cực, anot A là cực
nối với lớp p, catot K là cực nối với lớp n. Dòng điện chạy theo chiều từ A
đến K khi dòng qua diode bằng không.
1.3.3. Đặc tính Với transistor NPN:
Hình 1. 4: Hình ảnh transistor NPN 11 lOMoARcPSD|46958826
Cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C - E. (Trong đó (+)
là nguồn vào cực C, (-) là nguồn vào cực E).
Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai
cực B – E (trong đó cực (+) vào chân B và cực (-) vào chân E) .
Khi công tắc mở, mặc dù hai cực C - E đã được cấp điện nhưng vẫn
không có dòng điện chạy qua (lúc này dòng IC = 0).
Khi công tắc đóng, mối P – N được phân cực thuận khi đó có dòng
điện chạy từ nguồn (+) UBE qua công tắc tới R hạn dòng và qua mối
BE về cực (-) tạo thành dòng IB.
Ngay khi dòng IB xuất hiện, lập tức dòng IC chạy qua mối CE làm
bóng đèn phát sáng, lúc đó dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB.
Như vậy, dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB, khi đó có công thức IC = β.IB Trong đó: IC: dòng chạy qua mối CE IP: dòng chạy qua mối BE
Β: hệ số khuếch đại của transistor
Các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giáp P-N khi có điện
UCE để tạo thanh những dòng điện, vì lớp bán dẫn P tại cực rất mỏng và
nồng độ pha tạp thấp khi xuất hiện dông điên IBE , cho nên số điện tử tự
do từ các lớp bán dẫn nhỏ ở trong các điện tử đó lấp vào các lỗ trống tạo
thành dòng IB. Số điện tử bị hút về cực C dưới tác dụng của điện áp UCE
chiếm phần lớn , tạo thành dòng ICE qua transistor. Với transistor PNP: 12 lOMoARcPSD|46958826
Hình 1. 5: Hình ảnh transistor PNP
Tương tự nguyên lý hoạt động của transistor NPN nhưng hoạt động của transitor PNP có cực tính của các
nguồn điện UCE và UBE ngược lại. Đối với dòng IC thì từ E sang C
còn dòng IB đi từ E sang B.
1.3.4. Chức năng
Ta thấy được hai chức năng chính của transistor đó chính là
transistor công tắc và transistor khuếch đại. Transistor công tắc có vai trò
như một chiếc khóa điện tử để kích hoạt chế độ bật tắt cho các ứng dụng
năng lượng cao và thấp. Transistor khuếch đại có vẻ như gần gũi hơn khi
chúng được dùng để khuếch đại âm thanh, hình ảnh của các thiết bị như
điện thoại, TV hay các thiết bị điện tử khác.
1.3.5. Ưu nhược điểm Transistor Ưu điểm:
o Transistor có mức độ tiêu thụ điện năng và độ trễ gần như
không lớn, không chứa chất độc hại bởi chúng không có
bộ phận làm nóng cathode.
o Với kích thước nhỏ và nhẹ hơn nên sản phẩm được tối ưu hơn rất nhiều.
o Hiện nay, transistor phát huy vai trò bởi chúng rất tốt với
các thiết bị hiện đại bởi vì chúng được sử dụng mức điện áp
hoạt động nhỏ gần bằng với pin tiểu.
o Ngoài ra chúng còn có hiệu suất cao và tuổi thọ dài, ít bị vỡ
nên được ưa chuộng sử dụng. Nhược điểm:
o Khả năng hoạt động suy giảm theo thời gian, chúng chỉ hoạt
động tốt tần số nhỏ còn với công suất lớn và tần số cao thì
chúng tỏ ra chưa phù hợp. 13 lOMoARcPSD|46958826
o Dễ hỏng nếu sốc điện hay nhiệt, rất nhạy cảm với bức xạ.
1.4. Kết luận chương
Chương này, tác giả tập trung vào khái niệm, lịch sử, và một phần cấu
tạo nhỏ của Transistor có trong linh kiện bán dẫn. Trình bày một số đặc
tính, cấu tạo, ưu và nhược điểm của transistor. Đưa ra cho chúng ta được
nguyên lý hoạt động của transistor NPN và PNP.Từ điều này tác giả đã
giúp cho chúng ta hiểu được một phần linh kiện có bên trong. PHẦN 2: TÍNH CHẤT
2.1. Phương pháp chế tạo IC
MEMS là một công nghệ mà ở dạng tổng quát nhất của nó có thể được
định nghĩa là các phần tử cơ điện và cơ điện thu nhỏ (tức là các thiết bị và
cấu trúc) được tạo ra bằng cách sử dụng các kỹ thuật chế tạo vi mô. Các
kích thước vật lý quan trọng của thiết bị MEMS có thể thay đổi từ dưới
một micrômet ở đầu dưới của phổ kích thước, cho đến vài milimét. Tương
tự như vậy, các loại thiết bị MEMS có thể thay đổi từ cấu trúc tương đối
đơn giản không có phần tử chuyển động đến hệ thống cơ điện cực kỳ phức
tạp với nhiều phần tử chuyển động dưới sự điều khiển của vi điện tử tích
hợp. Một tiêu chí chính của MEMS là có ít nhất một số phần tử có một số
loại chức năng cơ học cho dù các phần tử này có thể di chuyển hay không.
Thuật ngữ được sử dụng để định nghĩa MEMS khác nhau ở các khu vực
khác nhau trên thế giới. Ở Hoa Kỳ, chúng chủ yếu được gọi là MEMS,
trong khi ở một số nơi khác trên thế giới, chúng được gọi là “Công nghệ hệ
thống vi mô” hoặc “thiết bị vi cơ”.
Trong khi các yếu tố chức năng của MEMS là cấu trúc thu nhỏ, cảm
biến, thiết bị truyền động và vi điện tử, thì các yếu tố đáng chú ý nhất (và
có lẽ thú vị nhất) là cảm biến vi mô và bộ phản ứng vi mô. Bộ cảm biến vi
mô và bộ phản ứng vi mô được phân loại một cách thích hợp là “bộ chuyển 14 lOMoARcPSD|46958826
đổi”, được định nghĩa là những thiết bị chuyển đổi năng lượng từ dạng
này sang dạng khác. Trong trường hợp cảm biến vi mô, thiết bị thường
chuyển đổi tín hiệu cơ đo được thành tín hiệu điện.
Tầm nhìn về MEMS theo đó các cảm biến vi mô, bộ vi phản ứng, vi
điện tử và các công nghệ khác, có thể được tích hợp vào một vi mạch duy
nhất, được kỳ vọng sẽ là một trong những bước đột phá công nghệ quan
trọng nhất trong tương lai. Điều này sẽ cho phép phát triển các sản phẩm
thông minh bằng cách tăng cường khả năng tính toán của vi điện tử với khả
năng nhận thức và điều khiển của cảm biến vi mô và bộ phản ứng vi mô.
Các mạch tích hợp vi điện tử có thể được coi là "bộ não" của hệ thống và
MEMS tăng cường khả năng ra quyết định này với "mắt" và "cánh tay", để
cho phép các hệ thống vi mô cảm nhận và kiểm soát môi trường. Cảm biến
thu thập thông tin từ môi trường thông qua việc đo các hiện tượng cơ học,
nhiệt, sinh học, hóa học, quang học và từ tính. Sau đó, thiết bị điện tử xử lý
thông tin thu được từ các cảm biến và thông qua một số khả năng ra quyết
định, chỉ đạo các bộ truyền động phản ứng bằng cách di chuyển, định vị,
điều chỉnh, bơm và lọc, do đó kiểm soát môi trường cho một số kết quả
hoặc mục đích mong muốn. Hơn nữa, bởi vì các thiết bị MEMS được sản
xuất bằng kỹ thuật chế tạo hàng loạt, tương tự như IC, các mức độ chức
năng, độ tin cậy và độ tinh vi chưa từng có có thể được đặt trên một chip
silicon nhỏ với chi phí tương đối thấp. Công nghệ MEMS vô cùng đa dạng
và màu mỡ, cả trong các lĩnh vực ứng dụng dự kiến của nó, cũng như cách
các thiết bị được thiết kế và sản xuất. Hiện tại, MEMS đang cách mạng hóa
nhiều danh mục sản phẩm bằng cách cho phép hiện thực hóa các hệ thống
hoàn chỉnh trên một con chip.
Công nghệ nano là khả năng điều khiển vật chất ở cấp độ nguyên tử
hoặc phân tử để tạo ra thứ gì đó hữu ích ở quy mô kích thước nano. Về cơ
bản, có hai cách tiếp cận trong việc triển khai: từ trên xuống và từ dưới lên. 15 lOMoARcPSD|46958826
Theo cách tiếp cận từ trên xuống, các thiết bị và cấu trúc được tạo ra bằng
nhiều kỹ thuật tương tự như được sử dụng trong MEMS ngoại trừ chúng
được tạo ra với kích thước nhỏ hơn, thường bằng cách sử dụng các phương
pháp khắc và khắc quang học tiên tiến hơn. Cách tiếp cận từ dưới lên
thường bao gồm các công nghệ lắng đọng, phát triển hoặc tự lắp ráp. Ưu
điểm của các thiết bị kích thước nano so với MEMS liên quan đến các lợi
ích chủ yếu bắt nguồn từ các quy luật về tỷ lệ, điều này cũng có thể gây ra một số thách thức.
Công nghệ MEMS đang trở nên phụ thuộc vào công nghệ nano để tạo ra
các sản phẩm mới thành công. Ví dụ, máy đo gia tốc túi khí va chạm
được sản xuất bằng công nghệ MEMS có thể bị suy giảm độ tin cậy lâu
dài do hiệu ứng ngẫu nhiên trong sử dụng động giữa khối lượng bằng
chứng và chất nền. Một công nghệ nano được gọi là lớp phủ một lớp tự
lắp ráp (SAM) hiện được sử dụng thường xuyên để xử lý bề mặt của các
phần tử MEMS chuyển động để ngăn chặn các hiệu ứng ma sát xảy ra
trong suốt thời gian sử dụng của sản phẩm.
Nhiều chuyên gia đã kết luận rằng MEMS và công nghệ nano là hai nhãn
hiệu khác nhau về bản chất là một công nghệ bao gồm những thứ cực nhỏ
không thể nhìn thấy bằng mắt người. Lưu ý rằng một định nghĩa rộng
tương tự tồn tại trong lĩnh vực mạch tích hợp thường được gọi là công
nghệ vi điện tử mặc dù các công nghệ vi mạch hiện đại thường có các thiết
bị có kích thước hàng chục nanomet. Cho dù MEMS và công nghệ nano
có giống nhau hay không, thì không cần nghi ngờ rằng có sự phụ thuộc lẫn
nhau áp đảo giữa hai công nghệ này và sẽ chỉ tăng lên theo thời gian. Có lẽ
điều quan trọng nhất là những lợi ích chung mà các công nghệ này mang
lại, bao gồm: tăng khả năng thông tin; thu nhỏ hệ thống; vật liệu mới kết
quả từ khoa học mới ở quy mô chiều thu nhỏ; và tăng cường chức năng và
quyền tự chủ cho hệ thống. 16 lOMoARcPSD|46958826
Hình 2. 1: Quy trình tạo ra chip IC
2.2. Cấu tạo của IC
Cấu tạo của mạch vi điện tử hay còn gọi là IC gồm có 3 bộ phận chính:
Vỏ chip (còn gọi là cover): Nhiệm vụ của bộ phận này giúp cố định
các dây dẫn, lõi hay là phần chân của vi mạch. Chúng thường được
làm từ gốm, nhựa hoặc thủy tinh,… chính vì là vỏ nên đây chính là
thành phần dễ thấy nhất của của vi mạch (IC)
Lõi (còn gọi là core/die): Phía bên trong lõi được chia làm 2 thành
phần khác nhau, thường được gọi là thành phần thụ động hoặc thành
phần tích cực. Thành phần tích cực thì thường có diodes, transistor,
PMOS, NMOS,…Khác với thành phần tích cực, thành phần thụ động
thì gồm những thành phần đơn giản hơn như tụ điện, điện trở hoặc
cuộn cảm,…Bên trong của một vi mạch điện tử thường sẽ có một
trong 2 thành phần trên hoặc là có cả hai. Đây cũng chính là bộ phận
quan trọng nhất trong IC và thường được làm từ silicon.
Chân (còn gọi là pin/lead): Chức năng của chúng là kết nối đến lõi
thông qua các dây có khả năng dẫn điện.Chúng thường được làm bằng vàng. 17 lOMoARcPSD|46958826
Hình 2. 2: Cấu tạo cơ bản của IC
Như vậy, tùy vào từng loại IC muốn dùng cho việc gì mà sẽ có
thêm những bộ phận hỗ trợ khác nhau. Ví dụ như IC trên xe máy thì sẽ hỗ
trợ thêm kích lửa và nhiều loại khác,… Chính vì thế mà IC thường sẽ
không được cấu tạo giống nhau.
2.3. Công nghệ chế tạo IC 2.3.1. Thiết kế
2.3.1.1. Thiết kế hệ thống
Đây là bước đặc biệt quan trọng. Bởi vì người thiết kế phải lý được
100% hệ thống sắp thiết kế, cũng như những nguyên lý, đặc tính của hệ
thông, chẳng hạn: công nghệ nào sẽ được sử dụng khi chế tạo, tốc độ xử
lý, năng lượng, cách bố trí các pin và điều kiện hoạt động của hệ thống.
Một điều quan trọng của bước thiết kế hệ thống chính là không có bất kì sự
hổ trợ nào từ các công cụ chuyên dụng.
2.3.1.2. Thiết kế chức năng
Thiết kế (Verilog-HDL, VHDL,...) các chức năng cho chip. Mức
độ thiết kế là RTL (Register Transfer Level ) tức chỉ chú trọng vào hoạt
động tổng thể của chip hơn cấu tạo chi tiết trên kết quả tính toán và sự
luân chuyển dữ liệu giữa các register (MÁY GHI). 18 lOMoARcPSD|46958826
2.3.1.3. Thiết kế logic và thiết kế mạch
Ở bước này, những RTLs đã thiết kế ở phần 2 dẽ được chuyển
xuống mức thiết kế thấp hơn.
Các quan hệ logic như (NOT, NAND, NOR, MUX…) sẽ được
chuyển đổi từ các chức năng có mức trừu tượng cao (RTL) từ
đó chuyển xuống mức cổng.
Các Tool chuyên dụng sẽ thực hiện nhiệm vụ này, ví dụ như Design Compiler, Synplify, XST,...
2.3.1.4. Thiết kế sơ đồ bố trí
Các công cụ CAD được nhà thiết kế sử dụng để chuyển net-list sang kiểu
data cho layout. Trong bước này người thiết kế phải tuân thủ quy định
nghiêm ngặt là Design -Rule: các linh kiện được thiết kế sao cho diện tích
chiếm là nhỏ nhất và chức năng của chip được tối ưu hóa.
2.3.1.5. Mask pattern design (Thiết kế mẫu)
Ở công đoạn này người thiết kế chuyển file layout vừa có được sang mask
pattern. Tức là chuyển các phần đã thiết kế sang 1 kiểu format đặc biệt để sản xuất mask. 2.3.2. Xử lý
2.3.2.1. Sản xuất mask
- Sản xuất mask còn được gọi là công nghệ đúc khuôn để đúc vi mạch lên tấm siliicon.
- Công nghệ sản xuất hiện đại sử dụng tia điện tử (EB – Electron Beam)
- Một con chip cần khoảng 20 đến 30 masks. Giá các tấm mask
này khá đặt, giá dao động có thể lên đến vài triệu USD. 2.3.2.2. Xử lí wafer
Bước 1: làm sạch wafer bằng các dung dịch hoá học 19