IT eszközök technológiája - 1. előadás¶

Miről lesz szó a tárgyban?¶

mi van belül és kívül → mikroprocesszorok, memóriák, segédprocesszorok, kijelzők, érzékelők
milyen komponensekből áll egy ilyen rendszer, és hogyan tervezik ezt?
hogyan szerelnek össze egy ilyen rendszert?

nyomtatott huzalozású lemez → ez köti össze a rajta levő integrált áramköröket és egyéb diszkrét alkatrészeket
integrált áramkörök (IC-k) → fekete tokban, többmilliárd komponenst tartalmaznak
- soksok MOS tranzisztor → ~vezérelhető kapcsoló (de nem teljesen ideális)
- MOS tranzisztorokból → digitális kapuk (amikkel már tudunk logikákat csinálni)

digitális logika → áramkörökkel megvalósítva
feszültséglogika = tápfeszültség - igaz, 0V - hamis (távfeszültség = 5V, 3.3V, 2.5V, 1.8V)
művelet elvégzése → kapukkal, amik tranzisztorokból (vezérelhető kapcsolókból) áll

1965 → Gordon Moore: "egy lapkára integrálható tranzisztorok száma másfél-két évente megduplázódik"
jóslat továbbra is helytálló

VLSI → very large scale integration (10 000-nél több tranzisztort tartalmaz)
planár technológia → egy félvezető szeletre sík elrendezésben történik a gyártás
rudaskban készülő szilícium egykristály (50-450nm átmérőjű, 0.25-0.7mm vastag szeletek)
- egy ilyen szeleten több ezer IC készül
- szilícium egykristály → ~35-45cm
  - szilícium dioxid = kvarc, kvarchomok
  - ezt megolvasztják, szénnel redukáltatják → szilícium és szénmonoxid
  - ezt a szilíciumot tisztítják (sósavgázzal), triklór szilánt frakcionált diszcillációval megtisztítják
  - hidrogénnel reagáltatva egy kristálymagra kiválik
  - újra megolvaasztják, majd belelógatnak egy kristály magot
  - ezt forgatják és húzzák ki, így épül fel az egykristály

cél: felszínen csak szelektív területeken történjen valami
fotorezisztert visznek a felületre → megvilágítás hatására bizonyos oldószerekkel szemben oldhatóvá vagy nem oldhatóvá válik
maszkon keresztül megvilágítják → valahol átlátszó, valahol nem
megvilágított részt leoldják, fotorezisztet megszilárdítják

elemek számának növelése
1. chip méretének növelésével → gyártási hiba valószínűsége egyenesen arányosan nő
  - optimális chipméret → 500mm²
2. elemek és összeköttetések méretének csökkentésével → méretcsökkentés
méretcsökkentés hatása
- poz: késleltetés csökken (növelhetjük az órajelet), egy kapu fogyasztása csökken
- neg: felületegységnyi fogyasztás megnő
"x nm-es" techonlógia
- jelentés: megvalósítható legkisebb méret x nm-es
- A verzió: 2 fémvezeték bal oldalai közti távolság (fémvezeték szélességét és köztük levő távolságot is jellemzi)
- B verzió: milyen közel lehetnek egymáshoz a poliszilícium csíkok
- jelenleg → 7-10nm
  - szilícium rácsállandója → ~ fél nm
  - 2 atom közötti távolság → ~ 0.2 nm

átmenet a szigetelő és vezető anyagok között
negatív hőmérsékleti együttható (növekvő hőmérsékletre csökken az ellenállásuk)
legfontosabb félvezető anyagok: Si (szilícium), Ge (Germánium)
- Si → integrált áramkörök, tranzisztorok, napelemek
Vegyületfélvezetők: GaAs, GaAsP, GaN, SiC
- LED, HEMT (nagyfrekvenciás analóg feldolgozás), teljesítmény félvezetők
szerves anyagú félvezetők
- OLED

kvantummechanika
- atomban elektronok csak meghatározott energiaállapotokat vehetnek fel
- egy energia állapotban max 2 elektron
- energiaminimumra törekednek
- kristályban → megengedett sávok (állapotok helyett), tiltott sávok
- vegyérték sáv (legfelső teljesen betöltött): az itt levő elektronok kötésbe vannak
- vezetési sáv (legfelső csaknem üres): az itt levő elektronok könnyen elmozdíthatók
vezetők (fémek) → nincs tiltott sáv a vegyérték és vezetési közt, így könnyen átkerülhetnek az elektronok
szigetelők → széles tiltott sáv található, így vegyérték sávból közel 0 eséllyel kerül elektron a vezető sávba
félvezető → néhány eV a tiltott sáv (Si - 1.1eV)
- hőmérséklet nő → nagyobb valószínűséggel kerül fel atom a vezetési sávba → több töltéshordozó, jobb vezetési képesség
- tiszta félvezető (intrisic) → ugyan annyi elektronhiány (lyuk) található mint ahány elektron a vezetési sávba felkerült
  - intrisic félvezető nem vezeti túl jól az áramot
generáció → vegyértékből vezető sávba
rekombináció → vezetőből vegyérték sávba

idegen atomokat rakunk a kristályrácsba (kis mennyiségűt)
2 fajta adalékolási mód
- n típusú adalék → adalék atomok több elektronnal rendelkeznek
  - a többlet a kristály vezetési sávjába kerül
  - elektronok többségi töltéshordozók lesznek
- p típusú adalék → adalék atomok kevesebb elektronnal rendelkeznek
  - befogják a kristály szabad elektronjait
  - mozgóképes elektronhiány lesz
kb annyi új töltéshordozó keletkezik, amennyi adalékatom a kristályba kerül → sokkal jobb vezetők!