嗨,欢迎来到兆亿微波官方商城!
服务热线: 010-62975458  17600099251
购物车图片 购物车 ( )
全部商品分类

几十亿晶体管怎么放到芯片里的,看完就明白了

2021/6/30 9:50:38
浏览次数: 17

近年来,受多种因素的影响,芯片紧缺已经成为常态,引起众多群众的关注,很多人都对芯片很是不理解,造芯有那么难吗?对芯片略微了解的心知肚明,芯片内部有100多亿个晶体管,这更让人无法理解,这100亿个晶体管是如何安装上去的呢?


我们一起来看看CPU内部层状结构,从图片中看,越往下线越宽越窄,越是靠近器件层。


几十亿晶体管怎么放到芯片里的,看完就明白了


从CPU的截面图中,不难看出层状的CPU结构,芯片内部采用的是层级排列方式,整个CPU大概有10层,其中最下层为器件层,就是众所周知的MOSFET晶体管。


几十亿晶体管怎么放到芯片里的,看完就明白了


Mos管在芯片中放大可以看到像一个“讲台”的三维结构,晶体管是没有电感、电阻这些容易产生热量的器件的。最上面的一层是一个低电阻的电极,通过绝缘体与下面的平台隔开,它一般是采用了P型或N型的多晶硅用作栅极的原材料,下面的绝缘体就是二氧化硅。


从平台的两侧通过加入杂质就是源极和漏极,位置可互换,他们两者之间的距离就是沟道,这个距离决定芯片的特性。


几十亿晶体管怎么放到芯片里的,看完就明白了


芯片中的晶体管不仅仅只有Mos管这一种类,还有三栅极晶体管等,晶体管不是安装上去的,而是在芯片制造的时候雕刻上去的。在进行芯片设计的时候,芯片设计师就会利用EDA工具,对芯片进行布局规划,然后走线、布线。


几十亿晶体管怎么放到芯片里的,看完就明白了


如果将设计的门电路放大,白色的点就是衬底, 还有一些绿色的边框就是掺杂层。


几十亿晶体管怎么放到芯片里的,看完就明白了


晶圆代工厂就是根据芯片设计师设计好的物理版图进行制造。


芯片制造的两个趋势,一个是晶圆越来越大,这样就可以切割出更多的芯片,节省效率,另外就一个就是芯片制程,制程这个概念,其实就是栅极的大小,也可以称为栅长,在晶体管结构中,电流从Source流入Drain,栅极(Gate)相当于闸门,主要负责控制两端源极和漏级的通断。


电流会损耗,而栅极的宽度则决定了电流通过时的损耗,表现出来就是手机常见的发热和功耗,宽度越窄,功耗越低。而栅极的最小宽度(栅长),也就是制程。


缩小纳米制程的用意,就是可以在更小的芯片中塞入更多的电晶体,让芯片不会因技术提升而变得更大。


几十亿晶体管怎么放到芯片里的,看完就明白了


但是我们如果将栅极变更小,源极和漏极之间流过的电流就会越快,工艺难度会更大。


芯片制造过程共分为七大生产区域,分别是扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、抛光、金属化,光刻和刻蚀是其中最为核心的两个步骤。


而晶体管就是通过光刻和蚀刻雕刻出来的,光刻就是把芯片制作所需要的线路与功能区做出来。


利用光刻机发出的光通过具有图形的光罩对涂有光刻胶的薄片曝光,光刻胶见光后会发生性质变化,从而使光罩上得图形复印到薄片上,从而使薄片具有电子线路图的作用。


这就是光刻的作用,类似照相机照相。照相机拍摄的照片是印在底片上,而光刻刻的不是照片,而是电路图和其他电子元件。


几十亿晶体管怎么放到芯片里的,看完就明白了


刻蚀是使用化学或者物理方法有选择地从硅片表面去除不需要材料的过程。通常的晶圆加工流程中,刻蚀工艺位于光刻工艺之后,有图形的光刻胶层在刻蚀中不会受到腐蚀源的显著侵蚀,从而完成图形转移的工艺步骤。刻蚀环节是复制掩膜图案的关键步骤。


几十亿晶体管怎么放到芯片里的,看完就明白了


而其中,还涉及到的材料就是光刻胶,我们要知道电路设计图首先通过激光写在光掩模板上,然后光源通过掩模板照射到附有光刻胶的硅片表面,引起曝光区域的光刻胶发生化学效应,再通过显影技术溶解去除曝光区域或未曝光区域,使掩模板上的电路图转移到光刻胶上,最后利用刻蚀技术将图形转移到硅片上。


几十亿晶体管怎么放到芯片里的,看完就明白了


而光刻根据所采用正胶与负胶之分,划分为正性光刻和负性光刻两种基本工艺。在正性光刻中,正胶的曝光部分结构被破坏,被溶剂洗掉,使得光刻胶上的图形与掩模版上图形相同。


相反地,在负性光刻中,负胶的曝光部分会因硬化变得不可溶解,掩模部分则会被溶剂洗掉,使得光刻胶上的图形与掩模版上图形相反。


几十亿晶体管怎么放到芯片里的,看完就明白了


我们可以简单地从微观上讲解这个步骤。


几十亿晶体管怎么放到芯片里的,看完就明白了


在涂满光刻胶的晶圆(或者叫硅片)上盖上事先做好的光刻板,然后用紫外线隔着光刻板对晶圆进行一定时间的照射。原理就是利用紫外线使部分光刻胶变质,易于腐蚀。


几十亿晶体管怎么放到芯片里的,看完就明白了


溶解光刻胶:光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉,清除后留下的图案和掩模上的一致。


几十亿晶体管怎么放到芯片里的,看完就明白了


“刻蚀”是光刻后,用腐蚀液将变质的那部分光刻胶腐蚀掉(正胶),晶圆表面就显出半导体器件及其连接的图形。然后用另一种腐蚀液对晶圆腐蚀,形成半导体器件及其电路。


几十亿晶体管怎么放到芯片里的,看完就明白了


清除光刻胶:蚀刻完成后,光刻胶的使命宣告完成,全部清除后就可以看到设计好的电路图案。


几十亿晶体管怎么放到芯片里的,看完就明白了


而100多亿个晶体管就是通过这样的方式雕刻出来的,晶体管可用于各种各样的数字和模拟功能,包括放大,开关,稳压,信号调制和振荡器。


晶体管越多就可以增加处理器的运算效率;再者,减少体积也可以降低耗电量;最后,芯片体积缩小后,更容易塞入行动装置中,满足未来轻薄化的需求。


几十亿晶体管怎么放到芯片里的,看完就明白了


芯片晶体管横截面


到了3nm之后,目前的晶体管已经不再适用,目前,半导体行业正在研发nanosheet FET(GAA FET)和nanowire FET(MBCFET),它们被认为是当今finFET的前进之路。


三星押注的是GAA环绕栅极晶体管技术,台积电目前还没有公布其具体工艺细节。三星在2019年抢先公布了GAA环绕栅极晶体管,根据三星官方的说法,基于全新的GAA晶体管结构,三星通过使用纳米片设备制造出MBCFET(Multi-Bridge-Channel FET,多桥-通道场效应管),该技术可以显著增强晶体管性能,取代FinFET晶体管技术。


几十亿晶体管怎么放到芯片里的,看完就明白了


此外,MBCFET技术还能兼容现有的FinFET制造工艺的技术及设备,从而加速工艺开发及生产。


在线留言询价
推荐阅读
  • 点击次数: 0
    2026-05-09
    LTM8063是一款40VIN、2A连续、2.5A峰值、降压µModule®(电源模块)稳压器。封装中包括开关控制器、电源开关、电感器和所有支持组件。LTM8063在3.2V至40V的输入电压范围内工作,支持0.8V至15V的输出电压范围和200kHz至2.2MHz的开关频率范围,每个范围由一个电阻器设置。完成设计只需要输入和输出滤波电容器。低剖面封装能够利用PC板底部未使用的空间进行高密度负载点调节。LTM8063采用热增强、紧凑的球栅阵列(BGA)封装,适用于标准表面贴装设备的自动化组装。LTM8063符合RoHS标准。特性低噪音静音切换器®架构宽输入电压范围:3.2V至40V宽输出电压范围:0.8V至15V2A 12VIN、5VUT、TA=85°C时的连续输出电流2.5A峰值电流可选开关频率:200kHz至2.2MHz外部同步可配置为逆变器6.25mm×4mm×2.22mm BGA封装应用汽车电池法规便携式产品电源分布式供应监管工业用品壁式变压器调节
  • 点击次数: 3
    2026-05-08
    LTC3129 采用超低噪声、1.2MHz PWM 开关架构,通过使用小型、薄型电感和陶瓷电容较大程度地减小了解决方案的尺寸。内置环路补偿和软启动简化了设计。如需在轻负载下实现高效率工作,可以选择自动突发工作模式,将静态电流降至仅 1.3μA。其使用可编程RUN功能从极弱的输入源进行操作如下所示:可编程RUN引脚的另一个应用是,它可以用于在极低电流源的打嗝模式下操作转换器。这允许从只能产生微安输出电流的电源进行操作,即使使用MPPC引脚,这些电源也太弱,无法维持正常的稳态操作。由于LTC3129在启用之前从VIN仅消耗1.9µA的典型电流,因此可以对RUN引脚进行编程,使IC保持禁用状态,直到VIN达到编程电压电平。通过这种方式,输入源可以对输入存储电容器进行涓流充电,即使它只能提供微安的电流,直到VIN达到RUN引脚分压器设置的导通阈值。然后,将使用输入电容器中存储的电荷启用转换器,直到VIN降至关闭阈值以下,此时转换器将关闭,该过程将重复。这种方法允许转换器使用室内照明从薄膜太阳能电池等弱源运行。虽然转换器将以突发方式运行,但为输出电容器充电足以为低占空比负载供电,如无线传感器应用,或为电池涓流充电。此外,请注意,输入电压将围绕分压器确定的固定电压循环(具有由运行滞后设置的小纹波)。这允许高阻抗源在编程的最佳电压下运行,以实现最大的功率传输。当使用高值分压电阻器(在MΩ范围内)来最小化VIN上的电流消耗时,可能需要在较低的分压电阻器上安装一个小的噪声滤波电容器,以防止噪声错误地使RUN比较器跳闸。电容值应最小化,以免在转换器关闭之前引入足够长的时间延迟,使输入电压显著降至所需的VIN阈值以下。请注意,较大的VIN去耦电容器值将通过在VIN上提供更多的保持时间来最小化这种影响。附图:LTC3129的引脚配置信息
  • 点击次数: 1
    2026-05-08
    LTC3129 是一款高效率、200mA 降压-升压型 DC/DC 转换器,具有 VIN 和 VOUT 宽电压范围。它具有精确的 RUN 引脚阈值,支持可预测调节器开启,并提供最大功率点控制(MPPC)能力,以确保从光伏板等非理想电源中获取最大功率。其PWM模式操作如下所示:如果PWM引脚为高,或者如果转换器上的负载电流足够高,可以命令PWM模式以PWM低运行,LTC3129将使用内部补偿的平均电流模式控制回路在固定的1.2MHz PWM模式下运行。PWM模式最大限度地减少了输出电压纹波,并产生了低噪声的开关频谱。专有的开关算法提供了操作模式之间的无缝转换,并消除了所有操作模式中平均电感器电流、电感器纹波电流和回路传递函数的不连续性。与传统的降压-升压转换器相比,这些优点提高了效率,改善了回路稳定性,降低了输出电压纹波。下图显示了LTC3129功率级的拓扑结构,该功率级由四个N沟道DMOS开关及其相关栅极驱动器组成。在PWM模式操作中,两个开关引脚在每个周期都会独立于输入和输出电压进行转换。响应于内部控制回路命令,内部脉宽调制器产生适当的开关占空比,以保持输出电压的调节。当从高输入电压降压到较低输出电压时,转换器在降压模式下运行,开关D在整个开关周期内保持导通,除了最小开关低持续时间(通常为90ns)。在开关低持续时间期间,开关C接通,这迫使SW2变低并对快速电容器CBST2充电。这确保了BST2上的开关D栅极驱动器电源轨得以保持。调整开关A和B的占空比,以保持降压模式下的输出电压调节。如果输入电压低于输出电压,则转换器以升压模式运行。除最小开关低持续时间(通常为90ns)外,开关A在整个开关周期内保持开启状态。在开关低持续时间期间,开关B被接通,这迫使SW1变低并对快速电容器CBST1充电。这确保了BST1上的开关A栅极驱动器电源轨得以保持。调整开关C和D的占空比,以在升...
  • 点击次数: 1
    2026-05-08
    LTC3129是一款1.3µa静态电流、单片、电流模式、降压-升压DC/DC转换器,可在1.92V至15V的宽输入电压范围内运行,并为负载提供高达200mA的电流。内部低RDS(ON)N沟道电源开关降低了解决方案的复杂性,并最大限度地提高了效率。专有的开关控制算法允许降压-升压转换器在输入电压高于、低于或等于输出电压的情况下保持输出电压调节。升压或降压操作模式之间的转换是无缝的,没有瞬态和亚谐波开关,使该产品成为噪声敏感应用的理想选择。LTC3129在1.2MHz的固定标称开关频率下运行,在小解决方案尺寸和高效率之间实现了理想的权衡。电流模式控制提供了固有的输入线电压抑制、简化的补偿和对负载瞬态的快速响应。LTC3129中还包括突发模式功能,用户可以通过PWM输入引脚进行选择。在突发模式操作中,LTC3129仅在需要维持电压调节时才操作转换器,从而在轻输出负载条件下提供卓越的效率。突发模式静态电流仅为1.3µa。在较高负载下,当选择突发模式操作时,LTC3129会自动切换到固定频率PWM模式。(请参阅不同输入和输出电压下的模式转换点的典型性能特征曲线。)如果应用需要极低的噪声,也可以通过PWM引脚选择连续PWM操作。还提供了MPPC(最大功率点控制)功能,当从各种非理想电源(如光伏电池)运行时,该功能允许将转换器的输入电压伺服到可编程点,以获得最大功率。LTC3129还具有精确的带滞后的RUN比较器阈值,允许降压-升压DC/DC转换器在用户选择的VIN电压阈值下打开和关闭。并且LTC3129具有宽电压范围、1.3µa突发模式电流和可编程RUN和MPPC引脚,非常适合许多不同的应用。附图:不同封装引脚配置信息
  • 点击次数: 3
    2026-05-08
    为了确保正常运行和最小化电磁干扰,在印刷电路板布局过程中必须小心。文末图片则显示了推荐的组件放置,包括迹线、接地平面和过孔位置。请注意,LT8620的VIN引脚、GND引脚和输入电容器中流过大的开关电流。通过将电容器放置在VIN和GND引脚附近,输入电容器形成的回路应尽可能小。当使用物理上较大的输入电容器时,产生的回路可能会变得太大,在这种情况下,最好使用靠近VIN和GND引脚的小外壳/值电容器,再加上更远的较大电容器。这些组件以及电感器和输出电容器应放置在电路板的同一侧,并且它们的连接应在该层上进行。在最靠近表层的层中的应用电路下方放置一个局部的、完整的接地平面。SW和BOOST节点应尽可能小。最后,保持FB和RT节点较小,以便接地迹线将它们与SW和BOOST节点屏蔽。封装底部的暴露焊盘必须焊接到地上,以便焊盘与地电连接,并在热上充当散热器。为了保持较低的热阻,尽可能地延伸接地平面,并在LT8620下方和附近添加热通孔,以在电路板内和底侧添加额外的接地平面。高温注意事项对于较高的环境温度,应注意PCB的布局,以确保LT8620的良好散热。封装底部的暴露焊盘必须焊接到接地平面。该接地应通过热通孔连接到下面的大铜层;这些层将分散LT8620散发的热量。放置额外的通孔可以进一步降低热阻。当环境温度接近最大结额定值时,应降低最大负载电流。LT8620内的功耗可以通过计算效率测量的总功率损耗并减去电感器损耗来估算。管芯温度是通过将LT8620功耗乘以从结到环境的热阻来计算的。如果超过安全结温,LT8620将停止切换并指示故障状态。
热门分类
关于我们

───  公众号二维码  ───

兆亿微波商城微信公众号

兆亿微波商城www.rfz1.com是一个家一站式电子元器件采购平台,致力于为广大客户提供高质量、高性能的电子元器件产品。产品覆盖功放器件、射频开关、滤波器、混频器、功分器、耦合器、衰减器、电源芯片、电路板及射频电缆等多个领域,平台主营业务涵盖电子元器件现货销售、BOM配单及提供产品配套资料等,为客户提供一站式供应链采购服务。 

  • 品质 • 正品行货 购物无忧
  • 低价 • 普惠实价 帮您省钱
  • 速达 • 专业配送 按时按需
Copyright ©2020 - 2021 兆亿微波科技有限公司
X
1

QQ设置

    1
3

SKYPE 设置

4

阿里旺旺设置

5

电话号码管理

电话 电话 电话
010-62975458
    1
6

二维码管理

    1
返回顶部
展开