|
II BOB MIKROPROTSESSORLARNING ISHLAB CHIQARISH XUSUSIYATLARI
|
| bet | 5/14 | | Sana | 28.06.2022 | | Hajmi | 1.14 Mb. | | #24540 |
Bog'liq О‘zbekistоn respublikаsi аxbоrоt texnоlоgiyаlаri vа kоmmunikаtsi Fizika 7-8-9-sinf 34 soat to\'garak, Самокаты Юрент , hujjatlar 12212121, 1-Mustaqil ishiII BOB MIKROPROTSESSORLARNING ISHLAB CHIQARISH XUSUSIYATLARI
2.1 Mikprotsessorlarning tayyorlanish jarayoni.
Ma'lumki, mavjud CMOS tranzistorlari juda ko'p cheklovlarga ega va yaqin kelajakda protsessorlarning chastotalarini ham og'riqsiz ko'tarishga imkon bermaydi. 2003 yil oxirida Tokio konferensiyasida Intel mutaxassislari kelajakning yarim o'tkazgich tranzistorlari uchun yangi materiallarni ishlab chiqish bo'yicha juda muhim bayonot berdi. Avvalo, bugungi kunda ishlatiladigan silikon dioksid (SiO2) o'rniga qo'llaniladigan yuqori dielektrik tranzistorlar ("yuqori-k"-material), shuningdek, yangi panjara dielektrik bilan mos keladigan yangi metall qotishmalar uchun yangi panjara dielektrlari haqida. Tadqiqotchilar tomonidan taklif etilgan yechim 100 marta oqish oqimini pasaytiradi, bu esa ishlab chiqarish jarayonini 45 nanometr loyiha normasi bilan amalga oshirishga yaqinlashtirishga imkon beradi. Mutaxassislar tomonidan mikroelektronika texnologiyalari dunyosida kichik inqilob sifatida qaraladi.
Nima haqida gapirayotganimizni tushunish uchun, birinchi navbatda, eng murakkab protsessorlarni ishlab chiqaradigan an'anaviy MOSFET tranzistoriga qaraylik. MOSFET tranzistorlari 2.1-rasm da ko'rsatilgan.
2.1 - rasm. Mos tranzistor.
Unda o'tkazuvchi polikremniy qopqog'i tranzistor kanalidan eng nozik (faqat 1,2 nm yoki 5 nm atomlarining qalinligi) silikon dioksid qatlami (qopqoq ostida dielektrik sifatida ishlatiladigan o'nlab yillar davomida material) bilan ajralib turadi.
Dielektrikning bunday kichik qalinligi tranzistorning kichik o'lchamlarini emas, balki uning yuqori tezligi uchun ham (zaryadlangan zarralar eshik orqali tezroq harakatlanadi, natijada bunday VT soniyada 10 milliard marta o'zgarishi mumkin)
Soddalashtirilgan-tranzistor kanaliga qanchalik yaqin bo'lsa (ya'ni, dielektrikning tinerligi), tranzistor kanalidagi elektronlar va teshiklarga tezlik jihatidan "katta ta'sir" bo'ladi. Panjara izolyatsiya qatlamining ko'rinishi 2.2-rasmda ko'rsatilgan.
2.2- rasm. Panjaraning izolyatsiya qatlami tashqi ko'rinishi.
Biroq, boshqa tomondan, bunday nozik dielektrik eshikdan kanalgacha bo'lgan katta elektronlar oqimlarini uzatadi (ideal MOSFET tranzistor manbadan oqimga o'tishi va eshikdan manbaga va oqimga o'tmasligi kerak). Bugungi kunda yuqori integratsiyalangan chiplarda yuz millionlab tranzistorlar bilan bitta kristalli oqimlari billurdagi tranzistorlar sonini ko'paytirishga to'sqinlik qiluvchi halokatli muammolardan biri bo'lib qolmoqda. Bundan tashqari, biz tranzistorni qanchalik kichik qilsak, quyi dielektrikni yanada nozik qilish kerak. Ammo uning qalinligi 1 nm dan kam bo'lsa (eksponentga ko'ra), qochqinning tunnel oqimlari oshib boradi, bu an'anaviy tranzistorlarni kamroq aniq "gorizontal" o'lchamlarga ega bo'lishiga imkon bermaydi (agar biz ulardan yaxshi tezlikni olishni istasak). Mutaxassislarning fikriga ko'ra, zamonaviy chiplarda deyarli 40% energiya sizib chiqish tufayli yo'qolishi mumkin.
Shuning uchun Intel olimlarini kashf qilishning ahamiyati beqiyos. Besh yillik tadqiqotlardan so'ng korporatsiya laboratoriyalarida an'anaviy silikon dioksidni an'anaviy chip ishlab chiqarish yo'nalishida almashtirishga imkon beruvchi maxsus material ishlab chiqildi. Bunday materiallar uchun talablar juda jiddiy: yuqori kimyoviy va mexanik (atom darajasida) silikon bilan muvofiqligi, an'anaviy silikon texnologik jarayonning yagona davrida ishlab chiqarish qulayligi, lekin eng muhimi, past sizib chiqish va yuqori dielektrik sobit.
Agar qochqinlarga qarshi kurashsak, dielektrik qalinligi kamida 2-3 nmga ko'tarilishi kerak (yuqoridagi rasmga qarang). Shu bilan birga tranzistorning oldingi tiklanishini (oqimning kuchlanishga bog'liqligi) saqlab qolish uchun dielektrik materialning dielektrik o'tkazuvchanligini mutanosib ravishda oshirish kerak. Yuqori dielektrik o'tkazuvchanlik izolyatori 2.3 - rasm da ko'rsatilgan.
2.3-rasm. Yuqori dielektrik o'tkazuvchanlik izolyatori.
Agar voltmetrik silikon dioksidning o'tkazuvchanligi (yoki Ultra yupqa qatlamlarda bir oz kamroq) bo'lsa, yangi "intellektual" dielektrikning, dielektrik o'tkazuvchanligining o'rtacha qiymati 10-12 hududida qiymat sifatida qaralishi mumkin. Bunday dielektrik o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan materiallar juda ko'p (kondansator keramika yoki silikon monokristal) bo'lsada, materiallarning texnologik muvofiqligi omillari kamroq ahamiyatga ega. Shuning uchun, yangi yuqori kristal material uchun 2.4-rasmda taqdim etilgan yuqori aniqlikdagi dastur jarayoni ishlab chiqilgan bo'lib, uning davomida ushbu materialning bitta molekulyar qatlami bir siklda hosil bo'ladi.
2.4-rasm. Yuqori aniqlikdagi qatlamni qo'llash jarayonining diagrammasi.
Ushbu rasmga asoslanib, yangi material ham oksiddir. Bundan tashqari, asosan, ikkinchi guruh, masalan, magniy, sink yoki hatto mis kabi materiallardan foydalanishni anglatadi.
Ammo dielektrik cheklangan emas edi. Panjara o'zi-odatiy polikristalli kremniyni o'zgartirish kerak edi. Aslida, silikon dioksidni yuqori k-dielektrik bilan almashtirish polikristalli kremniy bilan o'zaro bog'liq muammolarga olib keladi (tranzistorning taqiqlangan zonasining kengligi uning uchun eng kam kuchlanishni aniqlaydi). Har ikki turdagi tranzistorlar (n-tip va p-tip) uchun maxsus metallarni maxsus jarayon bilan birlashtirganda, bu muammolarni bartaraf etish mumkin. Ushbu materiallar kombinatsiyasi tufayli tranzistorlar va noyob past oqimlari rekord ko'rsatkichlariga erishish mumkin, bu hozirgi materiallardan 100 marta kichikroq. Bunday holda, ba'zi bir yirik mikroprotsessor ishlab chiqaruvchilari kabi, qochqinlarga qarshi kurashish uchun juda qimmat SOI (izolyatordagi silikon) texnologiyasidan foydalanish foydasi yo'q. Yuqori K qatlami bilan tranzistorlarning xususiyatlari 2.5-rasmda ko'rsatilgan.
2.5-rasm. Yuqori K qatlami bilan tranzistorlarning xususiyatlari.
Bundan tashqari, Intelning yana bir texnologik yangilik - 90 nanometrli Prescott va Dothan protsessorlarida ishlatiladigan kuchli (strained) silikon texnologiyasi. Nihoyat, Intel o'zining CMOP tuzilmalarida zich kremniy qatlamlarining qanday shakllanishini batafsil aytib berdi. CMOP xujayrasi ikki tranzistordan iborat: n-tip va p-tip. Ikki tranzistorning CMOP xujayrasi 2.6-rasmda ko'rsatilgan.
2.6-rasm. CMOP-ikki tranzistorning xujayrasi.
Birinchi (n-tip) da tranzistor kanali (n-kanal) elektronlar (salbiy zaryadlangan zarralar) va ikkinchi (p-tip) - teshiklar yordamida (shartli ravishda musbat zaryadlangan zarralar) oqimni o'tkazadi. Shunga ko'ra, bu ikki holatda kuchli silikonni shakllantirish mexanizmlari boshqacha. N-tip tranzistorlari uchun tashqi qoplama kremniy nitrid qatlami (Si3N4) ishlatiladi, bu mexanik stress tufayli bir oz (foizning bir qismi) qisadi (oqim yo'nalishi bo'yicha) panjara ostida silikon kristalli panjara, natijada kanalning ish oqimi 10% ga oshadi (shartli ravishda, elektronlar kanal yo'nalishi bo'yicha harakat qilish uchun yanada kengroq bo'ladi). P-tip tranzistorlarida buning aksi haqiqatdir :taglik materiallari (aniqrog'i-faqat istemol qilish va manba hududlari) silikon va Germaniya (SiGe) aloqasi ishlatiladi, bu esa kanal tomondagi panjara ostida silikon kristalli panjarani bir oz siqadi. Shuning uchun, teshiklar nopoklikning qabul qiluvchi atomlari orqali "harakat qilish" osonroq bo'ladi va kanalning ishchi oqimi 25% ga oshadi. Ikkala texnologiyaning kombinatsiyasi 20-30 foizli oqim daromadini beradi. Shunday qilib, har ikki turdagi qurilmalarda (n-tip va p-tip) "kuchli silikon" texnologiyasidan foydalanish tranzistorlarning ish faoliyatini sezilarli darajada oshirishga olib keladi va ularning ishlab chiqarish xarajatlarini faqat ~2% ga oshiradi va keyingi avlodlarning miniatyura tranzistorlarini yaratishga imkon beradi. Intelning rejalari 22 nanometrgacha bo'lgan barcha kelajakdagi texnologik jarayonlar uchun kuchli silikondan foydalanish.6-tranzistor xotira xujayrasi 2.7-rasmda ko'rsatilgan.
2.7-rasm. 6-tranzistor xotira xujayrasi.
Past dielektrik o'tkazuvchanlik materiallari 0,13 mikrondan boshlab barcha Intel texnik protsessorlarida mis birikmalarining dielektrik qismi (rasmga qarang) sifatida ishlatiladi. Ichki signallarning uzatish tezligini oshiradigan va quvvat sarfini kamaytiradigan kristaldagi mis birikmalar orasida paydo bo'ladigan imkoniyatlar oqimini pasaytiradi. Intel, bu past-k materialini o'zaro bog'lanishni izolyatsiya qilish uchun ishlatadigan birinchi va hozirgacha yagona kompaniya. 90-nm texnologiyasi asosida yaratilgan chipdagi ulanishlar 2.8-rasmda keltirilgan.
2.8-rasm. 90 nm jarayon texnologiyasi asosida yaratilgan chipdagi ulanishlar.
Intel laboratoriyalarining innovatsion yarimo'tkazgich texnologiyasini ishlab chiqish borasidagi yutuqlari juda ta'sirli ekanini tan olish kerak. Odatda, Intel korporatsiyasi IBM, Motorola va Texas Instruments kabi boshqa raqobatchilardan bir qadam oldinda.
|
| |
