ในระหว่างขั้นตอน "ออกซิเดชัน" ชั้นออกไซด์ (SiO2) จะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ แผ่นเวเฟอร์เป็นวัสดุที่สำคัญที่สุดในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ชั้นออกไซด์จะปกป้องพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์จากสิ่งเจือปน และขั้นตอนต่อไปคือการออกแบบวงจรเซมิคอนดักเตอร์

วงจรในชิปเซมิคอนดักเตอร์มีลักษณะอย่างไร มาเรียนรู้ด้วยกัน!

ชิปไมโครเซมิคอนดักเตอร์ประกอบด้วยชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์หลายพันถึงล้านชิ้น (ไดโอด ทรานซิสเตอร์ ตัวเก็บประจุ ตัวต้านทาน) อยู่ภายใน วงจรรวมเซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไร? ก่อนอื่นมาทำความเข้าใจประวัติความเป็นมาของการพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์กันก่อน

ทรานซิสเตอร์: จุดเริ่มต้นของการปฏิวัติทางอิเล็กทรอนิกส์

ในปี 1947 นักวิจัยที่ Bell Laboratories ซึ่งเป็นศูนย์วิจัยกลางของบริษัทโทรคมนาคมที่ใหญ่ที่สุดในสหรัฐอเมริกา American Telephone and Telegraph (AT&T) ได้ประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ สิ่งประดิษฐ์นี้เริ่มแรกเรียกว่า "เครื่องขยายเสียง" และต่อมาเปลี่ยนชื่อเป็นทรานซิสเตอร์

ทรานซิสเตอร์กลายเป็นส่วนประกอบหลักของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์จึงเริ่มเข้ามามีบทบาทในการใช้งานมากขึ้นเรื่อยๆ สิ่งนี้นำไปสู่การเติบโตแบบทวีคูณในจำนวนส่วนประกอบที่ต้องเชื่อมต่อระหว่างกัน ตั้งแต่ทรานซิสเตอร์และตัวต้านทานไปจนถึงไดโอดและตัวเก็บประจุ จุดสัมผัสเหล่านี้ยังเป็นสาเหตุที่ทำให้ผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่ขัดข้องอีกด้วย

ในปี 1958 วิศวกร Jack Kilby แห่ง Texas Instruments (TI) ได้พัฒนาโซลูชัน ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนจะถูกย่อขนาดแล้วพิมพ์เป็นวงจรลงบนพื้นผิวขนาดเล็ก วงจรเหล่านี้จะซ้อนกันทำให้เกิดวงจรรวม (IC)

วงจรรวม (ICs): การปฏิวัติทางอิเล็กทรอนิกส์

ทรานซิสเตอร์ ตัวต้านทาน ไดโอด และตัวเก็บประจุ ซึ่งประกอบเป็นวงจรรวมเซมิคอนดักเตอร์ (IC) เชื่อมต่อกันเพื่อคำนวณและจัดเก็บสัญญาณไฟฟ้า

มาดูฟังก์ชั่นของแต่ละคลาสส่วนประกอบกันดีกว่า ทรานซิสเตอร์ทำหน้าที่เป็นสวิตช์เพื่อเปิดและปิดแหล่งจ่ายไฟ ในขณะที่ตัวเก็บประจุจะสะสมและจัดเก็บประจุ ตัวต้านทานควบคุมกระแส และไดโอดจะรักษาความสม่ำเสมอของสัญญาณ

วงจรรวมเซมิคอนดักเตอร์ผลิตขึ้นโดยการรวมส่วนประกอบวงจรทั้งหมดให้อยู่ในรูปแบบหลายชั้นที่ซับซ้อนและซับซ้อน วงจรที่ซับซ้อนเหล่านี้เป็นไปไม่ได้ที่จะวาดด้วยตนเอง ดังนั้นจึงใช้วิธีการที่คล้ายกับการพัฒนาภาพถ่าย

การพัฒนาวงจรรวมช่วยกระตุ้นความก้าวหน้าของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ การเปลี่ยนจากการเชื่อมต่อแต่ละส่วนประกอบด้วยตนเองไปเป็นวงจรรวมหมายถึงฟอร์มแฟคเตอร์ของผลิตภัณฑ์ที่เล็กลงและสิ้นเปลืองพลังงานน้อยลง ขณะเดียวกันก็ประมวลผลข้อมูลได้เร็วขึ้น การใช้เทคโนโลยีการพิมพ์หินด้วยภาพถ่ายหมายความว่า IC เซมิคอนดักเตอร์มีความน่าเชื่อถือและเป็นประโยชน์สำหรับการผลิตขนาดใหญ่

ในทศวรรษ 1960 ดร. Dawon Kahng และ Martin Atalla วิศวกรชาวเกาหลีอเมริกันผู้ล่วงลับไปแล้วที่ Bell Labs ได้พัฒนา "MOS-FET" (ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามโลหะออกไซด์-เซมิคอนดักเตอร์) วงจรรวมเริ่มเปล่งประกายอย่างแท้จริงจากที่นี่

MOS-FET แก้ไขข้อจำกัดของทรานซิสเตอร์แบบสองขั้วทางแยกแบบดั้งเดิม ซึ่งผลิตได้ยากและใช้พลังงานมาก

ในรอบ 60 ปี เซมิคอนดักเตอร์ได้พัฒนาจากทรานซิสเตอร์ไปสู่วงจรรวมและ MOS-FET นวัตกรรมใหม่ๆ ในอนาคตที่น่าตื่นเต้นและรอคอย 

ในบทความถัดไป เราจะแนะนำวิธีการดึงวงจรที่ออกแบบอย่างประณีตเหล่านี้ลงบนแผ่นเวเฟอร์โดยใช้กระบวนการแกะสลัก