Proses Komprehensif Fabrikasi Sirkuit Terpadu

Fabrikasi sirkuit terpadu melibatkan proses pembuatan lapisan permukaan yang sangat tipis dari bahan semikonduktor di atas lapisan substrat, biasanya terbuat dari silikon, yang dapat diubah secara kimia pada tingkat atom untuk menciptakan fungsionalitas berbagai jenis komponen rangkaian, termasuk transistor, kapasitor, resistor, dan dioda. Ini merupakan kemajuan dibandingkan desain sirkuit sebelumnya di mana masing-masing komponen resistor, transistor, dan lainnya dipasang dengan tangan ke papan tempat memotong roti penghubung untuk membentuk sirkuit yang kompleks. Proses fabrikasi sirkuit terpadu bekerja dengan komponen yang sangat kecil sehingga miliaran komponen dapat dibuat di area beberapa sentimeter persegi pada tahun 2011, melalui berbagai proses litografi foto dan etsa di fasilitas fabrikasi mikrochip.

Sirkuit terpadu, atau IC, chip secara harfiah adalah lapisan bahan semikonduktor di mana semua komponen sirkuit saling berhubungan dalam satu rangkaian proses manufaktur sehingga semua komponen tidak perlu lagi diproduksi secara individual dan kemudian dirakit. Bentuk paling awal dari sirkuit terpadu mikrochip diproduksi pada tahun 1959 dan merupakan perakitan kasar beberapa lusin komponen elektronik. Namun, kecanggihan fabrikasi sirkuit terpadu meningkat secara eksponensial, dengan ratusan komponen pada chip IC pada tahun 1960an, dan ribuan komponen pada tahun 1969 ketika mikroprosesor pertama yang sebenarnya diciptakan. Sirkuit elektronik pada tahun 2011 memiliki chip IC dengan panjang atau lebar beberapa sentimeter yang dapat menampung jutaan transistor, kapasitor, dan komponen elektronik lainnya. Mikroprosesor untuk sistem komputer dan modul memori yang sebagian besar berisi transistor adalah bentuk chip IC paling canggih pada tahun 2011, dan dapat memiliki miliaran komponen per sentimeter persegi.

Karena komponen dalam fabrikasi sirkuit terpadu sangat kecil, satu-satunya cara efektif untuk membuatnya adalah dengan menggunakan proses etsa kimia yang melibatkan reaksi pada permukaan wafer akibat paparan cahaya. Masker atau semacam pola dibuat untuk sirkuit, dan cahaya disinari melaluinya ke permukaan wafer yang dilapisi dengan lapisan tipis bahan photoresist. Masker ini memungkinkan pola diukir pada wafer photoresist yang kemudian dipanggang pada suhu tinggi untuk memperkuat pola tersebut. Bahan photoresist kemudian terkena larutan pelarut yang menghilangkan daerah iradiasi atau daerah permukaan yang tertutup tergantung pada apakah bahan photoresist merupakan reaktan kimia positif atau negatif. Yang tertinggal hanyalah lapisan halus komponen yang saling berhubungan dengan lebar panjang gelombang cahaya yang digunakan, yang dapat berupa sinar ultraviolet atau sinar-X.

Setelah masking, fabrikasi sirkuit terpadu melibatkan doping silikon atau implantasi atom individu biasanya atom fosfor atau boron ke permukaan material, yang memberikan daerah lokal pada kristal muatan listrik positif atau negatif. Daerah bermuatan ini dikenal sebagai daerah P dan N, dan jika bertemu, keduanya membentuk sambungan transmisi untuk menghasilkan komponen listrik universal yang dikenal sebagai sambungan PN. Persimpangan tersebut memiliki lebar sekitar 1.000 hingga 100 nanometer pada tahun 2011 untuk sebagian besar sirkuit terpadu, yang membuat setiap persimpangan PN seukuran sel darah merah manusia, yang lebarnya kira-kira 100 nanometer. Proses pembuatan sambungan PN disesuaikan secara kimia untuk menunjukkan berbagai jenis sifat listrik, sehingga sambungan tersebut dapat berfungsi sebagai transistor, resistor, kapasitor, atau dioda.

Karena tingkat komponen dan hubungan antar komponen pada sirkuit terpadu sangat halus, maka jika proses rusak dan terdapat komponen yang rusak maka seluruh wafer harus dibuang karena tidak dapat diperbaiki. Tingkat pengendalian kualitas ini ditingkatkan ke tingkat yang lebih tinggi lagi dengan fakta bahwa sebagian besar chip IC modern pada tahun 2011 terdiri dari banyak lapisan sirkuit terintegrasi yang ditumpuk satu sama lain dan dihubungkan satu sama lain untuk membuat chip akhir itu sendiri dan memberinya lebih banyak kekuatan pemrosesan. Lapisan isolasi dan interkoneksi logam juga harus ditempatkan di antara setiap lapisan sirkuit, serta membuat sirkuit berfungsi dan dapat diandalkan.

Meskipun banyak chip yang ditolak diproduksi dalam proses fabrikasi sirkuit terpadu, chip yang berfungsi sebagai produk akhir yang lulus pengujian kelistrikan dan inspeksi mikroskop sangatlah berharga sehingga membuat proses tersebut sangat menguntungkan. Sirkuit terpadu sekarang mengendalikan hampir semua perangkat elektronik modern yang digunakan pada tahun 2011, mulai dari komputer dan telepon seluler hingga elektronik konsumen seperti televisi, pemutar musik, dan sistem permainan. Mereka juga merupakan komponen penting dari sistem kendali mobil dan pesawat terbang serta perangkat digital lainnya yang menawarkan tingkat kemampuan pemrograman kepada pengguna, mulai dari jam alarm digital hingga termostat lingkungan.

Tentang Mekanika didedikasikan untuk memberikan informasi yang akurat dan dapat dipercaya. Kami dengan hati-hati memilih sumber yang memiliki reputasi baik dan menerapkan proses pemeriksaan fakta yang ketat untuk mempertahankan standar tertinggi. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang komitmen kami terhadap akurasi, baca proses editorial kami.

Tautan ke Sumber

• https://www.kpsec.freeuk.com/components/ic.htm
• https://www.pbs.org/transistor/background1/events/icinv.html
• https://www. thoughtco.com/history-of-integrated-circir-aka-microchip-1992006