Кремний

Элементная Цивилизация. Кремниевая

Я уже писал о Древних и о Кремниевом Мире. И что это Сказочный и Прекрасный Кремниевый Мир и у Асгарда на сайте Асгард – Возвращение домой много довольно правильно написано про Кремниевый Мир – и я Правильно написано, что мы раньше были все Кремниевые и Жизнь и Вся природа была на основе Кремния. И было восхитительно и Потрясающе – и была Сказка.

Но и сейчас есть – осталась кремниевая Жизнь – Кремниевая Цивилизация и которая может быть и под землей и некоторые ее представители могут быть и на поверхности Земли и так же и в Космосе – в виде Инопланетян. И я еще давно знаком с Пониманием Кремниевой Цивилизации.

И наверное каждый представитель Разумной Инопланетной Цивилизации и в том числе Кремниевой – должен пройти через Ад Мира Земли – причем через все три его Уровня о которых писал в одной из предыдущих статей – для пользы, Понимания, открытия и раскрытия Себя. И это тоже по-своему интересно и хорошо и увлекательно.

И по идее, если более широко рассмотреть эту тему, то так Жизнь может формироваться не только на основе Кремния, но и на основе любых элементов, химических элементов к примеру той же Таблицы Менделеева. И поэтому более широко я назову Общее Понимание Мира и Цивилизации – может быть не одной – как Элементную Цивилизацию.

Зло Сердечной Любви

Я несколько раз ощущал сильный, мощный поток волнообразных излучений – из Космоса - на Землю, на отдельных Индивидуальностей Мира Земли и я его ощущал тоже.

Я это назвал недавно(хотя и раньше чувствовал) – Зло Сердечной Любви – потому что это выглядит как какой-то поток Зла – как некая особо Злая и изощренная Космическая Цивилизация, которая действует на уровне Сердечной Любви – но Злой энергии Сердечной Любви. И масштабы и сила – Глобальные и Потрясающие.

А почему назвал Злом – потому что энергии этих волнообразных излучений – грубы, сильны и даже ломающе многие более тонкие проявления чувств и прочего. Это какой-то колоссальный поток Сердечной Любви Зла сметающей все на своем пути – и все же заключающей в себе какой-то тяжелый, злой, плохой и грубый вид красно-розовой энергии Сердечной Любви.

Любовь в виде красно-розовой энергии, проявляющейся в Сердце – есть сама по себе - и она фундаментально и никуда она не денется и ничего с ней не сделается – это как принципы – принципы построения Мира. Так есть камни, которые мы ломаем и камни тоже построены на принципах – но им ничего от этого не делается – тогда как более тонкие и ранимые структуры – те же структуры, которые представляют собой Настоящую ценность о которых я писал – самые искренние хорошие мечты, чувства, ощущения, эмоции и тому подобное – в лучшем случае мы бережем. А Любовь Сердечная – лишь придает силы и энергию.

Но не спешите с выводами. Во-первых это может быть на самом деле – проверка и в том числе на Зло, так же попытка пройти какой-то этап понимания Зла и осознать его и Понять. Во-вторых это может быть просто необходимая энергия для реализации хорошего – во всяком случае – оружие тоже как бы плохо – но как его применять – его можно применять и во благо.

В-третьих – это может быть просто такое проявление Сердечной Любви – как Сердце Отчаяния. А я писал, что есть два проявления Сердца и Сердечной Любви. Первое – это Сердце Безграничной Любви ко Всему Миру. Второе – Сердце Отчаяния.

И то и то – хорошо и по-своему интересно.

Так что – будем Жить дальше

«Мозгом» современной техники являются различные микрочипы. Самые сложные из них — это центральные и графические процессоры, а также системы на чипе для смартфонов. В их составе находятся миллиарды транзисторов. Как они производятся? И как такое огромное количество электронных компонентов и соединений между ними помещается на маленьком кристалле?

Сердце процессора

Принципы устройства микрочипов не менялись с самого их появления. Что микропроцессор Intel 4004, которому уже больше полувека, что современный Core i9 состоят из транзисторов — миниатюрных переключателей электрической цепи, которыми можно управлять с помощью подачи тока.

Главное отличие в том, что старые чипы производились по достаточно «толстым» техпроцессам и содержали небольшое количество транзисторов. В Intel 4004, который выпускался по техпроцессу 10 мкм (10000 нм), их было всего 2300. А в современном Core i9-13900K, производящемся по техпроцессу Intel 7 (10 нм), транзисторов в миллионы раз больше — целых 26 миллиардов.

Рассмотрим строение чипа на его примере. Данный процессор содержит восемь больших ядер и 16 малых, крупный кэш третьего уровня, контроллер памяти с поддержкой DDR4 и DDR5, встроенную графику UHD770 и прочие функциональные блоки. При этом размер кристалла такого чипа всего 10.7х24.2 мм.

Если заглянуть в любое ядро, мы увидим, что оно состоит из различных частей — блоков выборки и декодеров, целочисленной части, блока вычислений с плавающей запятой, блоков загрузки/выгрузки, кэша первого и второго уровня. На каждую из них приходится несколько миллионов транзисторов.

Обратимся к еще более маленькой составляющей ЦП: блоку умножения в целочисленной части ядра. Он состоит из 44 тысяч транзисторов, что составляет всего 0,00017 % от их общего количества в чипе.

Увеличив масштаб, мы увидим несколько слоёв из множества металлических соединений, которые проводят сигналы от транзисторов.

Сами транзисторы находятся под слоями этих соединений.

Для наглядности соединения были представлены в виде тонких проволочек в пространстве. На самом деле они не парят в воздухе — между ними находятся слои изоляционного материала.

Это упрощенное представление, включающее слой транзисторов и пять слоев соединений. Всего в процессоре 17 слоев соединений, расположенных друг над другом. Внизу расположены локальные соединения между компонентами ядер, посередине — соединения вокруг ядер, на самом верху — глобальные соединения между разными компонентами ЦП. Чем ближе слой к верху, тем крупнее становятся соединяющие линии.

В современных процессорах используются трехмерные транзисторы FinFET. При технологии производства Intel 7 (10 нм), размер канала транзистора составляет 36 × 6 × 52 нм, а шаг между затворами транзисторов — 57 нм.

Чтобы представить себе размер такого транзистора, можно сравнить его с митохондрией, частицей домашней пыли или человеческим волосом. Транзистор — это первая белая точка слева, митохондрия — вторая.

Как же производят чипы из таких микроскопических составляющих? Чтобы узнать это, пройдем небольшую виртуальную экскурсию по производству.

Создание пластин

Заготовки для будущих процессоров делают на заводе по производству кремниевых пластин. Основой для них служит кварцит — горная порода, из которой сложными методами очистки получается чистый кремний.

После очистки кремний расплавляется, и из него «выращивается» кристалл формы цилиндра.

С помощью лазера кристалл разрезается на множество пластин, а затем шлифуется до идеально ровной поверхности. Одна пластина имеет диаметр 30 см и толщину около 0,75 мм. У каждой из них сбоку делается небольшая выемка для указания положения кристаллической решетки, а сзади наносится серийный номер. Такие пластины очень хрупкие — стоит им упасть, и они разлетятся на множество мелких кусочков.

Устройство полупроводникового производства

После производства пластин дальнейший процесс по «готовке» процессоров происходит на полупроводниковом производстве. Общая площадь помещений такого завода, отведенная непосредственно под производство чипов, составляет десятки тысяч квадратных метров.

Внутри производственной зоны поддерживается практически стерильная чистота, так как попадание пыли на будущие чипы непременно грозит их порчей. Здесь находятся сотни различных установок для работы с кремниевыми пластинами. Каждая из них имеет размер, схожий с фургоном или автобусом.

Кремниевые пластины последовательно перемещаются от установки к установке, поочередно проходя около тысячи производственных этапов. С момента поступления пластины на производства до готовности процессоров проходит около трех месяцев.

Пластины перевозятся стопками по 25 штук в специальном герметичном контейнере (FOUP), которые передвигаются по производственному помещению благодаря подвесной транспортной системе. С нее контейнеры опускаются на загрузочную площадку принимающей установки.

Через переходное отверстие контейнера пластины забирают роботизированные манипуляторы. Они отправляют их в камеры обработки, где добавляются, обрабатываются или смываются различные материалы.

После этого пластины вновь возвращаются в контейнер и едут в нем на следующие этапы обработки в других установках.

Таким образом наносятся и обрабатываются 80 различных слоев. После окончания обработки из одной пластины могут получится 230 центральных процессора или 952 чипа оперативной памяти.

На одном заводе имеется несколько сотен установок каждого вида, которые производят одни и те же операции с пластинами. Таким образом обеспечивается массовое производство: за месяц один завод может обработать 50000 пластин или 11.5 млн процессорных чипов.

Классификация установок обработки

Установки для обработки пластин можно поделить на шесть категорий.

1. Нанесение слоев маски

2. Добавление материала

3. Удаление материала

4. Модификация материала

5. Очистка пластины

6. Проверка пластины

Как выглядят установки и как они распределяются на заводе, можно увидеть на иллюстрациях ниже.

Рассмотрим каждый вид установок подробнее.

Ввиду ограничения фотоматериалов

ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ.....

Давайте рассмотрим весь процесс более подробно. Содержание кремния в земной коре составляет порядка 25-30% по массе, благодаря чему по распространённости этот элемент занимает второе место после кислорода. Песок, особенно кварцевый, имеет высокий процент содержания кремния в виде диоксида кремния (SiO2) и в начале производственного процесса является базовым компонентом для создания полупроводников.

Первоначально берется SiO2 в виде песка, который в дуговых печах (при температуре около 1800°C) восстанавливают коксом:

SiO2 + 2C = Si + 2CO

Такой кремний носит название «технический» и имеет чистоту 98-99.9%. Для производства процессоров требуется гораздо более чистое сырье, называемое «электронным кремнием» — в таком должно быть не более одного чужеродного атома на миллиард атомов кремния. Для очистки до такого уровня, кремний буквально «рождается заново». Путем хлорирования технического кремния получают тетрахлорид кремния (SiCl4), который в дальнейшем преобразуется в трихлорсилан (SiHCl3):

3SiCl4 + 2H2 + Si ↔ 4SiHCl3

Данные реакции с использованием рецикла образующихся побочных кремнийсодержащих веществ снижают себестоимость и устраняют экологические проблемы:

2SiHCl3 ↔ SiH2Cl2 + SiCl4
2SiH2Cl2 ↔ SiH3Cl + SiHCl3
2SiH3Cl ↔ SiH4 + SiH2Cl2
SiH4 ↔ Si + 2H2

Получившийся в результате водород можно много где использовать, но самое главное то, что был получен «электронный» кремний, чистый-пречистый (99,9999999%). Чуть позже в расплав такого кремния опускается затравка («точка роста»), которая постепенно вытягивается из тигля. В результате образуется так называемая «буля» — монокристалл высотой со взрослого человека. Вес соответствующий — на производстве такая заготовка весит порядка 100 кг.

Слиток шкурят «нулёвкой» :) и режут алмазной пилой. На выходе – пластины (кодовое название «вафля») толщиной около 1 мм и диаметром 300 мм (~12 дюймов; именно такие используются для техпроцесса в 32нм с технологией HKMG, High-K/Metal Gate). Когда-то давно Intel использовала диски диаметром 50мм (2"), а в ближайшем будущем уже планируется переход на пластины с диаметром в 450мм – это оправдано как минимум с точки зрения снижения затрат на производство чипов. К слову об экономии — все эти кристаллы выращиваются вне Intel; для процессорного производства они закупаются в другом месте.

Каждую пластину полируют, делают идеально ровной, доводя ее поверхность до зеркального блеска.

ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ...

Творит вот это...