Wie eine CPU entsteht: Vom Sand zum Silizium-Chip

[Sentionline007]

Das übersetzen war bestimmt sehr viel Arbeit! Dankeschön!

Hier eine MP3 Version aus dem VoiceReader (Lesegeschwindigkeit 145%), dann könnt ihr euch zurücklehnen und alles vorlesen lassen.

 

[Arhey]

Find sowas cool und faszinierend.
Wünschte es gäbe ein richtiges Video mit richtigen Bildern. Wird es aber nie geben, weil zu geheim^^

 

[GR-Thunderstorm]

Find sowas cool und faszinierend.
Wünschte es gäbe ein richtiges Video mit richtigen Bildern. Wird es aber nie geben, weil zu geheim^^

Siehe meinen Beitrag zum Thema weiter vorn.

 

[coldcrysis07]

Mal keine CryEngine 2 Vergleichsbilder
Weiter so

 

[Arhey]

@GR-Thunderstorm
Ja hab ich schon vor langer Zeit gesehen.
Find ich auch genial, nur leider ist die Qualität nicht besonders gut und hochauflösend.

Noch faszinierender ist, dass so ein Wafer 2 Monate für die Herstellung braucht :p
Also ganz schön viel Arbeit.

 

[wuselsurfer]

Naja von mir aus,vereinzelt wird es sicher noch eingesetzt.Fakt ist aber,dass in der Halbleitertechnik,insbesondere für die Einkristalldarstellung von Silicium heute das Czochralskiverfahren eingesetzt wird.
Und zwar,nachdem das Silicium mittels CVD (= Chemical Vapor Deposition) aufgereinigt wurde.Dabei wird das Silicium (oder generell der aufzureinigende Stoff) in eine Verbindung überführt,die sich leicht in die Gasphase überführen lässt und an einer andere Stelle des System (das zwei Stellen mit unterschiedlicher Temperatur besitzt,z.B. eine Ampulle) das Silicium als Feststoff abscheidet.Damit erhält man äußerst reine Mengen des zu reinigenden Stoffes.

Laß es lieber sein.
CVD ist ein Planarverfahren.
Damit kann man keinen Einkristallkeimling herstellen.

Fü das Ausgangsmaterial ist es machbar.
Das Verfahren ist auch nicht in einer Ampulle sondern als Gasreaktor realisiert, da das Gas (Clor-Silan o.ä.) über den Rezipienten fließen muß.

 

[Schoschi]

Hui, das ist für mich die richtige Mischung aus Fachausdrücken und normaler Sprache, damit jeder normal Mensch sowas versteht Find's sehr interessant, so bekommt man die Schritte nochmal nahe gelegt, auch wenn's in echt ja wie gesagt viel mehr Schritte sind und vorallem viel komplizierter.
Aber das soll mich mit meinen 15 Jahren noch nicht verwirren

 

[mmayr]

@ Wuselsurfer und Moetown!

Jetzt ist es aber wieder gut! Ihr habt hier eure Fachausdrücke rumgeworfen, jeder glaubt, ihr kennt euch aus, und so soll es sein. Es ist mir so was von sch..... egal, ob da jetzt das Molotv-Verfahren oder die Kurnikova-Methode verwendet werden. Diese Artikel soll auch für "Durchschnitts-Menschen" verständlich sein.
Und genau das ist dieser Artikel. Eure Streiterei stört nur den Lesefluss der Postings.

Nichts für ungut!

Mfg mmayr

 

[GR-Thunderstorm]

@ Wuselsurfer und Moetown!

Jetzt ist es aber wieder gut! Ihr habt hier eure Fachausdrücke rumgeworfen, jeder glaubt, ihr kennt euch aus, und so soll es sein. Es ist mir so was von sch..... egal, ob da jetzt das Molotv-Verfahren oder die Kurnikova-Methode verwendet werden. Diese Artikel soll auch für "Durchschnitts-Menschen" verständlich sein.
Und genau das ist dieser Artikel. Eure Streiterei stört nur den Lesefluss der Postings.

Nichts für ungut!

Mfg mmayr

Ich denke ehr im Gegenteil, dass das Forum davon profitiert, wenn hier auch mal etwas Fachwissen diskutiert wird.

 

[basic123]

Sehr schöner Artikel, wollte ich schon immer wissen. Danke

 

[a.stauffer.ch@besonet.ch]

Sehr Interessant!! macht weiter so

 

[JOJO]

Ich denke ehr im Gegenteil, dass das Forum davon profitiert, wenn hier auch mal etwas Fachwissen diskutiert wird.

Klar, zumal ein Teil der "Fachleute" ihr Wissen aus Wiki beziehen, der andere Teil aus handelsüblicher Lektüre, und ein geringer Teil aus einer fundierten Ausbildung.

Hier werden Bezüge gebildet und auch Fachwissen in den Raum gestellt, was mitunter das Studium der Physik bedarf. Andereseits werden Leuts aufgrund ihrer nur "40" Threads als dumm hingestellt. Ich denke mal, hier sind einige Fachleute unterwegs, die noch nicht einmal in der Lage sind, ihr Wechselgeld zählen zu können!

Und noch etwas, ohne das ich hier irgend jemanden auf die Füsse treten will.

Mehr als eine Handvoll "Fachleute" hier ist nicht in der Lage ohne Wicki zu Hilfe zu nehmen (hier ist absolute Ehrlichkeit vor sich selbst gefordert), zu erklären was der Unterschied zwischen P- u. N- dotierten Silizium ist!

Trotzdem ein guter Beitrag, der auch einem Laien die Herstellung hinreichend erklärt. Dem Kenner jedoch dieser Beitrag langweilig erscheint. Dennoch sollte man die Meinug anderer Leute akzeptieren, und vor allem tolerieren. Nicht jeder ist allwissend auf die Welt gekommen!

 

[Nike334]

Sehr interessant, die Firma in der mein Dad arbeitet stellt auch Maschinen zur Herstelluung von Siliziumchips her.^^

Aus Sand wird eine Hochkomplizierte Recheneinheit hergestellt, schon beeindruckend was die Menschheit leisten kann

mfg

 

[GR-Thunderstorm]

Mehr als eine Handvoll "Fachleute" hier ist nicht in der Lage ohne Wicki zu Hilfe zu nehmen (hier ist absolute Ehrlichkeit vor sich selbst gefordert), zu erklären was der Unterschied zwischen P- u. N- dotierten Silizium ist!

Ich versuch mal, ob ich damit was anfangen kann. ^^
In der ETechnik vorlesung hab ich letztens gelernt, dass Transistoren (evtl waren es auch Dioden) aus P- und N-Teilen bestehen. In den N-Teilen sind negativ geladene Teilchen die freien Ladungsträger und positiv geladene Teilchen fest verankert, bei den P-Teilen ist es genau anders herum.
Unter P- oder N-dotiert stelle ich mir also vor, dass entweder positive "Löcher" (unser Prof hat das dauernd gesagt ) oder negative Ionen in das Atomgitter eingebracht werden.

Edit: Meine ETechnik-Mitschrift sagt:
N-Dotierung: Akzeporen werden eingebracht (das sind Ionen die Elektronen "akzeptieren", also aufnehmen), dabei handelt es sich in der Regel um Elemente der 3. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente.
P-Dotierung: Donatoren werden eingebracht (Elektronenspender), entweder Phosphor oder Antimon

Und sowas lerne ich als Maschinenbauer...

 

[animus91]

Nee, das wird nichts.
Auch bei Elektronen nicht.
Die Energie zur Beschleunigung eines massebehafteten Teilchens (e, p, n,..) ist laut Einstein unendlich groß.

Nur "masselose" Teilchen (Photonen, evtl. Neutrinos, ...) erreichen Lichtgeschwindigkeit.

Achwas^^
rat mal wozu ich nahezu geschrieben habe? 99,9999991% von c werden gerad mal so erreicht. "
Die Energie zur Beschleunigung eines massebehafteten Teilchens (e, p, n,..) ist laut Einstein unendlich groß." natürlich freund: E=m*c^2 technisch ist natürlich relativ irrelevant, welche kommastelle erreicht wurde.

 

[Marc1504]

Sehr informativ! Bitte mehr davon. Ich hatte bisher nur eine sehr vage Vorstellung, wie eine CPU hergestellt wird, nun verfüge ich immerhin über gefährliches Halbwissen

Zur vorhergehenden Diskussion: Gravitation breitet sich (angeblich!) unendlich schnell aus, also weit über c

 

[Moetown]

Laß es lieber sein.
CVD ist ein Planarverfahren.
Damit kann man keinen Einkristallkeimling herstellen.

Fü das Ausgangsmaterial ist es machbar.
Das Verfahren ist auch nicht in einer Ampulle sondern als Gasreaktor realisiert, da das Gas (Clor-Silan o.ä.) über den Rezipienten fließen muß.

Ich hab schon mal ein CVD-Verfahren durchgeführt.Du auch?
Ganz unrecht hast du aber nicht,da man mittels CVD auch Oberflächen beschichten kann.Das Gleichgewicht,das speziell bei dem hier benannten Verfahren angewendet wird lautet:

Si + 3 HCl [Gleichgewichtsdoppelpfeil] HSiCl3 (das von dir genannte Trichlorsilan) + H2

(Quelle: Riedel,Anorganische Chemie,6.Auflage)

Außerdem sagte ich ZUM AUFREINIGEN das CVD-Verfahren,damit erhält man polykristallines Silicium.Da man aber monokristallines möchte,also einen Einkristall,zieht man sich den anschließend mittels des Czochralski-Verfahrens.

@mmayr: Er hat damit angefangen

@GR-Thunderstorm: Genauso isses (soweit ich mich an die Festkörper 2-Klausur noch erinnere,die is schon soooo lang her).Es werden ganz geringe Mengen von Fremdatomen gezielt in das Siliciumkristallgitter eingebracht,wodurch die Leitfähigkeit extrem gesteigert wird.Silicium hat,wie es das Periodensystem sagt,4 Valenzelektronen.Bringt man nun Phosphor- oder Arsen- (5 Valenzelektronen,sog. p-Donoren) und z.B. Aluminium- oder Galliumatome (3 Valenzelektronen,sog. n -Akzeptoren) in die Struktur ein,so entstehen im Gitter Stellen mit einem Elektron zu viel (p-Donoren),auf der anderen Seite solche mit einem Elektron zu wenig ("Elektronenlöcher").Nun können (ab einer bestimmten Temperatur) die Elektronen,die zu viel sind,zu den Elektronenlöchern springen und damit die Struktur bzw. den Kristall durchqueren - die Substanz ist leitfähig bzw. weitaus leitfähiger als zuvor.
Das ganze kann man prima anwenden für Schaltelemente,da Strom ein Element,das aus einem Donorelement und einem Akzeptorelement besteht (also ein Element,bei dem ein p-dotiertes Material und ein n-dotiertes Material "zusamengeklebt" wurden) nur in einer Richtung durchqueren kann,d.h. nur,wenn der Pluspol am p-dotierten Ende angelegt wird.
Sind beide Dotierungen im gleichen Material vorhanden,so kann man das z.B. für Solarzellen verwenden,dabei werden dann die überschüssigen Elektronen durch das Licht angeregt,zu den Elektronenlöchern zu springen.Da gehören sie ja aber eigentlich nicht hin,es entsteht also eine Spannung,die man dann abgreifen kann.

So,genug geklugscheißert für heute ,Zeit fürs Bettchen.

 

[master_of_schrott]

@ JOJO: Ich hab vor 2 Wochen Physik Abschlussprüfung geschrieben und da hab ich den ganze Käse auch dafür lernen müssen. =>Ich hätte es also auch gewusst (ohne Wiki).

@ GR-Thunderstorm:

N-Dotierung: Donatoren(sog. Elektronenspender(engl. to donate=spenden)) werden eingebracht. Meist Elemente aus der 5. Hauptgruppe(z. B. Phosphor). 4 der Elektronen werden im Si-Kristallgitter gebunden. 1 e kann sich im Kristall frei bewegen. => Kristall wird (n-)leitend.

P-Dotierung: Akzeptoren werden eingebracht. Elemente der 3. Hauptgruppe. Im Si-Kristallgitter entsteht ein "Elektronenloch"(weil ein Elektron zu wenig im Gitter vorhanden ist), dass auch wieder frei Gitter beweglich ist. => Kristall wird(p-)leitend.

Wenn man beide Schichten zusammenbringt rekombiniren Elektronen und Löcher. => Keine Freie Ladungsträger (Sperrschicht). => Es kann kein Strom fliesen usw.[/klugscheiß]

Ich glaub bald ist die Hand voll. *duck und weg*

 

[GR-Thunderstorm]

Wenn man beide Schichten zusammenbringt rekombiniren Elektronen und Löcher. => Keine Freie Ladungsträger (Sperrschicht). => Es kann kein Strom fliesen usw.[/klugscheiß]

Du hast vergessen zu erwähnen, dass man einen Steuerstrom (ich glaub das war das Wort) über eine zusätzliche mittige P- oder N-Schicht anlegen kann, der die Sperre wieder aufhebt, da er wiederum freie Ladungsträger einspeist. Zumindest geht das auf jeden Fall bei Thyristoren und Transistoren.[/klüger scheißt]

Edit: Ob man nun bei P- oder N-Dotierung Donatoren einfügt, ist einzig und allein eine Frage wie man es für sich selbst festlegen (nennen) möchte, zumindest hat unser Prof irgendwie sowas in der Art beiläufig erwähnt.

 

[micky12]

Ich hätte das mit der P und N Dotierung auch gewusst, allerdings nur weil ich mir den ganzen Kram aus langweile mal durchgelesen hab (auf Wikipedia natürlich) allerdings denke ich schon das hier mehr als 20 Leute im Forum rumsurfen, die wirklich Ahnung von haben

@ Topic: finds auch toll, das die das mal so zeigen. Mich würd aber interessieren, wie man mehrere Metallschichten übereinander hinbekommt vielleicht weiß das hier ja jemand?