Z czego wykonane są mikroukłady. Sprzęt do produkcji mikroukładów

Współczesny świat jest tak skomputeryzowany, że praktycznie nie można sobie wyobrazić naszego życia bez istnienia urządzeń elektronicznych, które towarzyszą nam we wszystkich sferach naszego życia i działalności.
Postęp nie stoi w miejscu, ale stale się poprawia: urządzenia są zmniejszane i stają się mocniejsze, bardziej pojemnościowe i wydajniejsze. Ten proces jest oparty na technologii produkcja wiórów, czyli w uproszczonej wersji połączenie kilku diod, triod, tranzystorów, rezystorów i innych aktywnych elementów elektronicznych bez opakowania (czasami ich liczba w jednym mikroukładzie sięga kilku milionów), połączonych jednym obwodem.

Kryształy półprzewodnikowe (krzem, german, tlenek hafnu, arsenek galu) są podstawą do produkcji wszystkich mikroukładów. Wykonane są na nich wszystkie połączenia elementarne i międzyelementowe. Najczęstszym z nich jest krzem, ponieważ ze względu na swoje właściwości fizykochemiczne najbardziej nadaje się do tych celów jako półprzewodnik. Faktem jest, że materiały półprzewodnikowe należą do klasy o przewodności elektrycznej znajdującej się między przewodnikami i izolatorami. I mogą pełnić rolę przewodników i dielektryków, w zależności od zawartości innych zanieczyszczeń chemicznych w nich.

Powstają mikroukłady poprzez sekwencyjne tworzenie różnych warstw na cienkiej płytce półprzewodnikowej, które są wstępnie wypolerowane i doprowadzane metodami mechanicznymi lub chemicznymi do lustrzanego wykończenia. Jego powierzchnia musi być absolutnie gładka na poziomie atomowym.

Etapy wideo produkcji mikroukładów:

Podczas formowania warstw, ze względu na to, że wzory naniesione na powierzchnię płyty są tak małe, materiał, który następnie tworzy wzór odkłada się natychmiast na całej powierzchni, a następnie zbędny jest usuwany w procesie fotolitografii.

Fotolitografia to jeden z głównych etapów produkcja wiórów i przypomina nieco produkcję fotografii. Specjalny materiał światłoczuły (fotorezyst) nakłada się również na powierzchnię wcześniej nałożonego materiału w tej samej równej warstwie, a następnie suszy. Ponadto, poprzez specjalną fotomaskę, wymagany wzór jest rzutowany na powierzchnię warstwy. Pod wpływem promieniowania ultrafioletowego niektóre obszary fotorezystu zmieniają swoje właściwości - wzmacnia się, dlatego obszary nienapromieniowane są następnie usuwane. Ta metoda rysowania wzoru jest tak skuteczna pod względem dokładności, że będzie nadal używana przez długi czas.

Następnie następuje proces połączenia elektrycznego między tranzystorami w mikroukładach, łącząc tranzystory w oddzielne komórki i komórki w oddzielne bloki. Połączenia są tworzone w kilku metalowych warstwach kompletnych mikroukładów. Miedź jest używana głównie jako materiał do produkcji warstw, a złoto jest używane w szczególnie produktywnych projektach. Liczba warstw połączeń elektrycznych zależy od mocy i wydajności tworzonego mikroukładu - im jest on mocniejszy, tym więcej zawiera tych warstw.

W ten sposób uzyskuje się złożoną trójwymiarową strukturę mikroukładu elektronicznego o grubości kilku mikronów. Następnie obwód elektroniczny pokryty jest warstwą materiału dielektrycznego o grubości kilkudziesięciu mikronów. W nim otwierane są tylko podkładki kontaktowe, przez które następnie do mikroukładu dostarczane są moc i sygnały elektryczne z zewnątrz. Poniżej przymocowana jest płyta krzemienna o grubości setek mikronów.

Pod koniec procesu produkcyjnego kryształy na waflu są testowane indywidualnie. Następnie każdy chip jest pakowany we własną obudowę, za pomocą której można go podłączyć do innych urządzeń. Niewątpliwie rodzaj opakowania zależy od przeznaczenia mikroukładu i sposobu jego wykorzystania. Zapakowane chipy przechodzą główny etap testu warunków skrajnych: narażenie na temperaturę, wilgoć, prąd. I już zgodnie z wynikami testów są one odrzucane, sortowane i klasyfikowane zgodnie ze specyfikacjami.

Istotną kwestią w procesie produkcji części na poziomie mikro, takich jak mikroukłady, jest idealna czystość pomieszczeń produkcyjnych. Dlatego, aby zapewnić idealną czystość, stosuje się specjalnie wyposażone pomieszczenia, które przede wszystkim są całkowicie uszczelnione, wyposażone w mikrofiltry do oczyszczania powietrza, personel pracujący w tych pomieszczeniach posiada kombinezony, które zapobiegają przedostawaniu się tam jakichkolwiek mikrocząstek. Dodatkowo w takich pomieszczeniach zapewniona jest pewna wilgotność, temperatura powietrza, budowane są na fundamentach z ochroną przed drganiami.

Wideo - wycieczka do fabryki, w której produkowane są mikroukłady:

Wrócić do

Naprzód -

Masz pomysł na biznes? Na naszej stronie internetowej możesz obliczyć jego rentowność online!

Jak powstają mikroukłady

aby zrozumieć, jaka jest główna różnica między tymi dwiema technologiami, konieczne jest krótkie zwiedzanie samej technologii wytwarzania nowoczesnych procesorów czy układów scalonych.

Jak wiadomo ze szkolnego kursu fizyki, we współczesnej elektronice głównymi elementami układów scalonych są półprzewodniki typu p i n (w zależności od rodzaju przewodnictwa). Półprzewodnik to substancja, która przewyższa dielektryki pod względem przewodnictwa, ale jest gorsza od metali. Obydwa typy półprzewodników mogą być oparte na krzemie (Si), który w czystej postaci (tzw. Półprzewodnik samoistny) nie przewodzi dobrze prądu elektrycznego, ale dodanie (wprowadzenie) do krzemu określonego zanieczyszczenia pozwala radykalnie zmienić jego właściwości przewodzące. Istnieją dwa rodzaje zanieczyszczeń: dawca i akceptor. Zanieczyszczenie donorowe prowadzi do powstania półprzewodników typu n o przewodnictwie elektronowym, a zanieczyszczenie akceptorowe prowadzi do powstania półprzewodników typu p o przewodnictwie typu dziurki. Styki półprzewodników p i n umożliwiają tworzenie tranzystorów - głównych elementów konstrukcyjnych nowoczesnych mikroukładów. Tranzystory te, zwane tranzystorami CMOS, mogą znajdować się w dwóch podstawowych stanach: otwartym, gdy przewodzą prąd, i zablokowanym, gdy nie przewodzą prądu. Ponieważ tranzystory CMOS są głównymi elementami nowoczesnych mikroukładów, porozmawiajmy o nich bardziej szczegółowo.

Jak działa tranzystor CMOS

Najprostszy tranzystor CMOS typu n ma trzy elektrody: źródło, bramkę i dren. Sam tranzystor jest wykonany z półprzewodnika typu p o przewodności otworu, a półprzewodniki typu n o przewodnictwie elektronowym powstają w obszarach drenu i źródła. Naturalnie, ze względu na dyfuzję dziur z obszaru p do regionu n i odwrotną dyfuzję elektronów z obszaru n do regionu p, na granicach przejść między regionami p i n powstają warstwy zubożone (warstwy, w których nie ma głównych nośników ładunku). W stanie normalnym, to znaczy, gdy do bramki nie jest podawane żadne napięcie, tranzystor jest w stanie „zablokowanym”, to znaczy nie jest w stanie przewodzić prądu ze źródła do drenu. Sytuacja się nie zmienia, nawet jeśli zastosujemy napięcie między drenem a źródłem (w tym przypadku nie bierzemy pod uwagę prądów upływowych wywołanych ruchem pod wpływem generowanych pól elektrycznych nośników ładunków mniejszościowych, czyli dziur dla regionu n i elektronów dla regionu p).

Jeśli jednak do bramki zostanie przyłożony potencjał dodatni (rys. 1), sytuacja radykalnie się zmieni. Pod wpływem pola elektrycznego bramki dziury są wpychane w głąb p-półprzewodnika, podczas gdy elektrony przeciwnie, są wciągane do obszaru pod bramą, tworząc bogaty w elektrony kanał między źródłem a drenem. Kiedy do bramki przyłożone jest dodatnie napięcie, elektrony te zaczynają przemieszczać się od źródła do drenu. W tym przypadku tranzystor przewodzi prąd - mówią, że tranzystor „otwiera się”. Jeśli napięcie zostanie usunięte z bramki, elektrony przestaną być wciągane w obszar między źródłem a drenem, kanał przewodzący zostanie zniszczony, a tranzystor przestanie przepuszczać prąd, czyli jest „zablokowany”. Tak więc, zmieniając napięcie na bramce, można otworzyć lub wyłączyć tranzystor, w taki sam sposób, jak można włączyć lub wyłączyć konwencjonalny przełącznik dwustabilny, kontrolując przepływ prądu przez obwód. Dlatego tranzystory są czasami nazywane przełącznikami elektronicznymi. Jednak w przeciwieństwie do konwencjonalnych przełączników mechanicznych, tranzystory CMOS są praktycznie pozbawione bezwładności i mogą przechodzić od stanu otwartego do stanu zablokowanego biliony razy na sekundę! To właśnie ta cecha, czyli zdolność chwilowego przełączania, ostatecznie decyduje o szybkości procesora, na który składają się dziesiątki milionów takich najprostszych tranzystorów.

Tak więc nowoczesny układ scalony składa się z dziesiątek milionów najprostszych tranzystorów CMOS. Przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo procesowi wytwarzania mikroukładów, którego pierwszym etapem jest produkcja podłoży krzemowych.

Krok 1. Rosnące puste miejsca

Tworzenie takich podłoży rozpoczyna się od wzrostu cylindrycznego monokryształu krzemu. Te kęsy monokryształów są następnie cięte na wafle o grubości około 1/40 "i średnicy 200 mm (8") lub 300 mm (12 "). Są to podłoża silikonowe używane do produkcji mikroukładów.

Przy formowaniu płytek z monokryształów krzemu brany jest pod uwagę fakt, że dla idealnych struktur krystalicznych właściwości fizyczne w dużej mierze zależą od wybranego kierunku (właściwość anizotropii). Na przykład odporność podłoża silikonowego będzie różna w kierunku wzdłużnym i poprzecznym. Podobnie, w zależności od orientacji sieci krystalicznej, kryształ krzemu będzie różnie reagował na wszelkie wpływy zewnętrzne związane z jego dalszą obróbką (na przykład wytrawianie, napylanie itp.). Dlatego płytkę należy wyciąć z monokryształu w taki sposób, aby orientacja sieci krystalicznej względem powierzchni była ściśle utrzymywana w określonym kierunku.

Jak już wspomniano, średnica preformy monokrystalicznej krzemu wynosi 200 lub 300 mm. Ponadto średnica 300 mm to stosunkowo nowa technologia, którą omówimy poniżej. Oczywiste jest, że płyta o tej średnicy może pomieścić znacznie więcej niż jeden mikroukład, nawet jeśli mówimy o procesorze Intel Pentium 4. Rzeczywiście, na jednym takim podłożu waflowym powstaje kilkadziesiąt mikroukładów (procesorów), ale dla uproszczenia rozważymy tylko procesy zachodzące na mały obszar przyszłego mikroprocesora.

Krok 2. Nakładanie ochronnej folii dielektrycznej (SiO2)

Po utworzeniu podłoża silikonowego rozpoczyna się etap tworzenia najbardziej złożonej struktury półprzewodnikowej.

W tym celu do krzemu należy wprowadzić tak zwane zanieczyszczenia donorowe i akceptorowe. Powstaje jednak pytanie - jak przeprowadzić wprowadzanie zanieczyszczeń według ściśle określonego wzorca? Aby było to możliwe, te obszary, do których nie trzeba wprowadzać zanieczyszczeń, zabezpiecza się specjalną folią z dwutlenku krzemu, pozostawiając tylko te obszary odsłonięte, które poddawane są dalszej obróbce (rys. 2). Proces tworzenia takiej folii ochronnej o pożądanym wzorze składa się z kilku etapów.

W pierwszym etapie cała płytka silikonowa jest całkowicie pokryta cienką warstwą dwutlenku krzemu (SiO2), który jest bardzo dobrym izolatorem i pełni rolę filmu ochronnego podczas dalszej obróbki kryształu krzemu. Wafle są umieszczane w komorze, w której przy wysokiej temperaturze (od 900 do 1100 ° C) i ciśnieniu tlen dyfunduje do powierzchniowych warstw wafla, co prowadzi do utleniania krzemu i tworzenia powierzchniowej warstwy dwutlenku krzemu. Aby folia z dwutlenku krzemu miała dokładnie określoną grubość i nie zawierała defektów konieczne jest ścisłe utrzymywanie stałej temperatury we wszystkich punktach wafla podczas procesu utleniania. Jeśli cała płytka nie ma być pokryta warstwą dwutlenku krzemu, to na podłoże silikonowe nakłada się wstępnie maskę Si3N4, aby zapobiec niepożądanemu utlenianiu.

Krok 3. Nakładanie fotorezystu

Po pokryciu podłoża silikonowego warstwą ochronną z ditlenku krzemu konieczne jest usunięcie tej folii z miejsc, które będą poddawane dalszej obróbce. Folia jest usuwana poprzez wytrawianie, a dla zabezpieczenia pozostałych obszarów przed wytrawieniem na powierzchnię wafla nakładana jest warstwa tzw. Fotorezystu. Termin „fotorezyst” odnosi się do kompozycji, które są wrażliwe na światło i odporne na czynniki agresywne. Nałożone kompozycje muszą mieć z jednej strony określone właściwości fotograficzne (pod wpływem światła ultrafioletowego ulegają rozpuszczeniu i wypłukiwaniu podczas procesu wytrawiania), z drugiej strony muszą być odporne na trawienie w kwasach i alkaliach, nagrzewanie itp. Głównym celem fotorezystów jest stworzenie ochronnego reliefu o pożądanej konfiguracji.

Proces nakładania fotorezystu i jego dalszego naświetlania światłem ultrafioletowym według zadanego wzoru nazywany jest fotolitografią i obejmuje następujące podstawowe operacje: tworzenie warstwy fotorezystu (obróbka podłoża, nakładanie, suszenie), tworzenie reliefu ochronnego (naświetlanie, wywoływanie, suszenie) oraz przenoszenie obrazu na podłoże (trawienie, napylanie) itp.).

Przed nałożeniem warstwy fotorezystu (rys. 3) na podłoże, podłoże poddaje się obróbce wstępnej, w wyniku której poprawia się jego przyczepność do warstwy fotorezystu. Jednorodną warstwę fotorezystu nakłada się metodą wirowania. Podłoże umieszcza się na obracającej się tarczy (wirówce) i pod wpływem sił odśrodkowych fotorezyst rozprowadza się na powierzchni podłoża w niemal jednorodnej warstwie. (Mówiąc o praktycznie jednolitej warstwie, należy liczyć się z tym, że pod działaniem sił odśrodkowych grubość powstałej folii rośnie od środka do krawędzi, jednak ten sposób nakładania fotorezystu pozwala wytrzymać wahania grubości warstwy w granicach ± \u200b\u200b10%.)

Krok 4. Litografia

Po nałożeniu i wyschnięciu warstwy fotorezystu rozpoczyna się etap tworzenia niezbędnej ulgi ochronnej. Płaskorzeźba powstaje w wyniku tego, że pod działaniem promieniowania ultrafioletowego padającego na określone obszary warstwy fotorezystu ta ostatnia zmienia właściwości rozpuszczalności, np. Oświetlane obszary przestają rozpuszczać się w rozpuszczalniku, który usuwa obszary warstwy, które nie były wystawione na działanie światła lub odwrotnie - obszary oświetlone ulegają rozpuszczeniu. Metodą tworzenia reliefu fotomaski dzieli się na negatyw i pozytyw. Ujemne fotomaski pod wpływem promieniowania ultrafioletowego tworzą ochronne obszary reliefu. Z drugiej strony fotomaski dodatnie pod wpływem promieniowania ultrafioletowego nabierają właściwości płynięcia i są wymywane przez rozpuszczalnik. W związku z tym warstwa ochronna powstaje w obszarach, które nie są narażone na promieniowanie ultrafioletowe.

Aby oświetlić wybrane obszary warstwy fotorezystu, stosuje się specjalny szablon maski. Najczęściej do tego celu wykorzystuje się szklane płytki optyczne z nieprzezroczystymi elementami uzyskanymi fotograficznie lub w inny sposób. W rzeczywistości taki szablon zawiera rysunek jednej z warstw przyszłego mikroukładu (łącznie może być kilkaset takich warstw). Ponieważ ten szablon jest odniesieniem, musi być wykonany z dużą precyzją. Dodatkowo biorąc pod uwagę fakt, że do jednej fotomaski wykonanych zostanie wiele klisz fotograficznych, musi być ona trwała i odporna na uszkodzenia. Stąd jasne jest, że fotomaska \u200b\u200bto bardzo droga rzecz: w zależności od złożoności mikroukładu może kosztować dziesiątki tysięcy dolarów.

Promieniowanie ultrafioletowe przechodzące przez taki szablon (rys. 4) oświetla tylko wymagane obszary powierzchni warstwy fotorezystu. Po naświetlaniu następuje wywołanie fotorezystu, które usuwa zbędne fragmenty warstwy. Otwiera to odpowiednią część warstwy dwutlenku krzemu.

Mimo pozornej prostoty procesu fotolitograficznego, to właśnie ten etap w produkcji mikroukładów jest najtrudniejszy. Faktem jest, że zgodnie z przewidywaniami Moore'a liczba tranzystorów w pojedynczym mikroukładzie rośnie wykładniczo (podwaja się co dwa lata). Taki wzrost liczby tranzystorów możliwy jest tylko dzięki zmniejszeniu ich wielkości, ale to właśnie zmniejszenie „spoczywa” na procesie litografii. Aby zmniejszyć tranzystory, konieczne jest zmniejszenie wymiarów geometrycznych linii nałożonych na warstwę fotorezystu. Ale wszystko ma swoje ograniczenia - nie jest łatwo skupić wiązkę lasera na jakimś punkcie. Faktem jest, że zgodnie z prawami optyki falowej o minimalnym rozmiarze plamki, w której skupiona jest wiązka lasera (w rzeczywistości nie jest to tylko plamka, ale wzór dyfrakcyjny), decyduje między innymi długość fali świetlnej. Rozwój technologii litograficznej od czasu jej wynalezienia we wczesnych latach 70-tych zmierzał w kierunku zmniejszania długości fali światła. Dzięki temu udało się zmniejszyć rozmiary elementów układu scalonego. Od połowy lat osiemdziesiątych XX wieku w fotolitografii zaczęto wykorzystywać promieniowanie ultrafioletowe wytwarzane przez laser. Pomysł jest prosty: długość fali promieniowania ultrafioletowego jest krótsza niż długość fali światła widzialnego, dzięki czemu możliwe jest uzyskanie cieńszych linii na powierzchni fotorezystu. Do niedawna w litografii stosowano promieniowanie ultrafioletowe głębokie (Deep Ultra Violet, DUV) o długości fali 248 nm. Jednak gdy fotolitografia przekroczyła granicę 200 nm, pojawiły się poważne problemy, które po raz pierwszy podają w wątpliwość możliwość dalszego wykorzystania tej technologii. Na przykład przy długościach fal mniejszych niż 200 mikronów warstwa światłoczuła pochłania zbyt dużo światła, więc proces przenoszenia szablonu obwodu do procesora staje się bardziej skomplikowany i wolniejszy. Takie wyzwania skłaniają naukowców i producentów do poszukiwania alternatyw dla tradycyjnej technologii litograficznej.

Nowa technologia litograficzna zwana litografią EUV (Extreme UltraViolet) opiera się na wykorzystaniu promieniowania ultrafioletowego o długości fali 13 nm.

Przejście z litografii DUV do EUV zapewnia ponad 10-krotne zmniejszenie długości fali i przejście do zakresu, w którym jest ona porównywalna z wielkością zaledwie kilkudziesięciu atomów.

Obecnie stosowana technologia litograficzna pozwala na zastosowanie szablonu o minimalnej szerokości przewodnika 100 nm, natomiast litografia EUV umożliwia drukowanie linii o znacznie mniejszej szerokości - do 30 nm. Kontrolowanie ultrakrótkiego promieniowania nie jest tak łatwe, jak się wydaje. Ponieważ promieniowanie EUV jest dobrze absorbowane przez szkło, nowa technologia polega na zastosowaniu szeregu czterech specjalnych zwierciadeł wypukłych, które redukują i skupiają obraz uzyskany po nałożeniu maski (ryc. 5 ,,). Każde takie lustro zawiera 80 oddzielnych warstw metalu o grubości około 12 atomów.

Krok 5. Wytrawianie

Po naświetleniu warstwy fotorezystu rozpoczyna się etap wytrawiania w celu usunięcia warstwy dwutlenku krzemu (rys. 8).

Proces wytrawiania często kojarzony jest z kąpielami kwasowymi. Ta metoda wytrawiania kwasem jest znana radioamatorom, którzy sami wykonywali obwody drukowane. Aby to zrobić, wzór ścieżek przyszłej płyty nakłada się na tekstolit foliowy z lakierem, który służy jako warstwa ochronna, a następnie płytkę opuszcza się do kąpieli z kwasem azotowym. Niepotrzebne obszary folii są wytrawiane, odsłaniając czysty tekstolit. Metoda ta ma szereg wad, z których główną jest brak możliwości dokładnego sterowania procesem usuwania warstwy, gdyż na proces trawienia wpływa zbyt wiele czynników: stężenie kwasu, temperatura, konwekcja itp. Dodatkowo kwas oddziałuje z materiałem we wszystkich kierunkach i stopniowo wnika pod krawędź maski fotorezystu, czyli niszczy z boku warstwy pokryte fotorezystem. Dlatego przy produkcji procesorów stosuje się metodę wytrawiania na sucho, zwaną także plazmą. Metoda ta pozwala dokładnie kontrolować proces wytrawiania, a zniszczenie wytrawionej warstwy następuje ściśle w kierunku pionowym.

Wytrawianie na sucho wykorzystuje zjonizowany gaz (plazmę) do usuwania dwutlenku krzemu z powierzchni płytki, który reaguje z powierzchnią dwutlenku krzemu, tworząc lotne produkty uboczne.

Po zabiegu wytrawiania, czyli po odsłonięciu wymaganych obszarów czystego krzemu, resztę fotowarstwy usuwa się. Zatem wzór dwutlenku krzemu pozostaje na podłożu krzemowym.

Krok 6. Dyfuzja (implantacja jonów)

Przypomnijmy, że poprzedni proces tworzenia wymaganego wzoru na podłożu krzemowym był wymagany w celu stworzenia struktur półprzewodnikowych w odpowiednich miejscach poprzez wprowadzenie zanieczyszczenia donora lub akceptora. Proces wprowadzania zanieczyszczeń odbywa się na zasadzie dyfuzji (rys. 9) - równomiernego wprowadzania atomów zanieczyszczeń do sieci krystalicznej krzemu. Do uzyskania półprzewodnika typu n zwykle stosuje się antymon, arsen lub fosfor. Aby otrzymać półprzewodnik typu p, jako zanieczyszczenie stosuje się bor, gal lub aluminium.

W procesie dyfuzji domieszki stosuje się implantację jonów. Proces implantacji polega na tym, że jony żądanego domieszki są „wypalane” z akceleratora wysokonapięciowego i mając wystarczającą energię wnikają w powierzchniowe warstwy krzemu.

Tak więc pod koniec etapu implantacji jonów została utworzona wymagana warstwa struktury półprzewodnika. Jednak mikroprocesory mogą mieć kilka takich warstw. Aby utworzyć następną warstwę na powstałym schemacie, rośnie dodatkowa cienka warstwa dwutlenku krzemu. Następnie nakładana jest warstwa krzemu polikrystalicznego i kolejna warstwa fotorezystu. Światło ultrafioletowe przechodzi przez drugą maskę i podświetla odpowiedni wzór na warstwie fotografii. Następnie następują etapy rozpuszczania warstwy foto, wytrawiania i implantacji jonów.

Krok 7. Spryskiwanie i osadzanie

Nakładanie nowych warstw dokonywane jest kilkakrotnie, natomiast dla połączeń międzywarstwowych w warstwach pozostają „okienka”, które są wypełnione atomami metalu; w wyniku tego na obszarach przewodzących kryształ tworzą się metalowe paski. Tak więc w nowoczesnych procesorach ustanawiane są połączenia między warstwami, które tworzą złożony trójwymiarowy schemat. Proces uprawy i obróbki wszystkich warstw trwa kilka tygodni, a sam cykl produkcyjny składa się z ponad 300 etapów. W rezultacie na płytce krzemowej powstają setki identycznych procesorów.

Aby wytrzymać naprężenia, którym poddawane są wafle podczas procesu osadzania warstw, podłoża silikonowe są początkowo wystarczająco grube. Dlatego przed pocięciem wafla na oddzielne procesory zmniejsza się jego grubość o 33% i usuwa się zanieczyszczenia z tylnej strony. Następnie na tylną stronę podłoża nakładana jest warstwa specjalnego materiału, co poprawia przyczepność kryształu do obudowy przyszłego procesora.

Krok 8. Ostatni etap

Pod koniec cyklu formowania wszystkie procesory są dokładnie testowane. Następnie z płyty nośnej wycina się beton, już przebadane kryształy za pomocą specjalnego urządzenia (rys.10).

Każdy mikroprocesor jest osadzony w obudowie ochronnej, która zapewnia również połączenie elektryczne kryształu mikroprocesora z urządzeniami zewnętrznymi. Rodzaj obudowy zależy od rodzaju i przeznaczenia mikroprocesora.

Po umieszczeniu w obudowie każdy mikroprocesor jest ponownie testowany. Wadliwe procesory są odrzucane, a sprawne poddawane są testom warunków skrajnych. Procesory są następnie sortowane zgodnie z ich zachowaniem przy różnych częstotliwościach taktowania i napięciach zasilania.

Zaawansowane technologie

Proces technologiczny wytwarzania mikroukładów (w szczególności procesorów) jest przez nas rozpatrywany w bardzo uproszczony sposób. Ale nawet ta powierzchowna prezentacja pozwala zrozumieć trudności technologiczne, z jakimi trzeba się zmierzyć przy zmniejszaniu wielkości tranzystorów.

Zanim jednak rozważymy nowe, obiecujące technologie, odpowiedzmy na pytanie postawione na samym początku artykułu: jaki jest standard projektowania procesu technologicznego i czym różni się standard projektowy 130 nm od standardu 180 nm? 130 nm lub 180 nm to charakterystyczna minimalna odległość między dwoma sąsiednimi elementami w jednej warstwie mikroukładu, czyli rodzaj kroku siatki, do którego są przymocowane elementy mikroukładu. W tym przypadku jest całkiem oczywiste, że im mniejszy ten charakterystyczny rozmiar, tym więcej tranzystorów można umieścić na tym samym obszarze mikroukładu.

Obecnie procesory Intel wykorzystują proces produkcyjny o grubości 0,13 mikrona. Ta technologia jest używana do produkcji procesora Intel Pentium 4 z rdzeniem Northwood, procesora Intel Pentium III z rdzeniem Tualatin i procesora Intel Celeron. W przypadku zastosowania takiego procesu technologicznego efektywna szerokość kanału tranzystora wynosi 60 nm, a grubość warstwy tlenku bramki nie przekracza 1,5 nm. W sumie procesor Intel Pentium 4 zawiera 55 milionów tranzystorów.

Wraz ze wzrostem gęstości tranzystorów w krysztale procesora, technologia 0,13 mikrona, która zastąpiła technologię 0,18 mikrona, ma inne innowacje. Najpierw wykorzystuje miedziane połączenia między poszczególnymi tranzystorami (w technologii 0,18 mikrona połączenia były aluminiowe). Po drugie, technologia 0,13 mikrona zapewnia niższe zużycie energii. Na przykład w przypadku technologii mobilnych oznacza to zmniejszenie zużycia energii przez mikroprocesory i dłuższą żywotność baterii.

Otóż \u200b\u200bostatnią innowacją, jaka została wdrożona w przejściu do procesu technologicznego 0,13 mikrona, jest zastosowanie płytek krzemowych (wafli) o średnicy 300 mm. Przypomnijmy, że wcześniej większość procesorów i mikroukładów była wykonana na bazie płytek 200 mm.

Zwiększenie średnicy talerzy pozwala obniżyć koszt każdego procesora i zwiększyć wydajność produktów dobrej jakości. Rzeczywiście, powierzchnia płyty o średnicy 300 mm jest 2,25 razy większa niż powierzchnia płyty o średnicy 200 mm, odpowiednio, a liczba procesorów uzyskanych z jednej płyty o średnicy 300 mm jest ponad dwukrotnie większa.

W 2003 r. Planowane jest wprowadzenie nowego procesu technologicznego o jeszcze niższym standardzie projektowym, a mianowicie 90-nanometrowym. Nowy proces produkcyjny, który Intel będzie wykorzystywał do wytwarzania większości swoich produktów, w tym procesorów, chipsetów i sprzętu komunikacyjnego, został opracowany w zakładzie przetwarzania 300 mm płytek D1C firmy Intel w Hillsboro w stanie Oregon.

23 października 2002 r. Intel ogłosił otwarcie nowego zakładu o wartości 2 miliardów dolarów w Rio Rancho w stanie Nowy Meksyk. Nowa fabryka, zwana F11X, będzie wykorzystywać najnowocześniejszą technologię do produkcji procesorów na 300-milimetrowych waflach w procesie projektowania o wielkości 0,13 mikrona. W 2003 roku zakład przejdzie do procesu technologicznego o standardzie projektowym 90 nm.

Ponadto Intel ogłosił już wznowienie budowy fabryki Fab 24 w Lakeslip w Irlandii, która będzie produkować elementy półprzewodnikowe na 300-milimetrowych krzemowych waflach zgodnie z regułą projektową 90 nm. Nowe przedsiębiorstwo o łącznej powierzchni ponad 1 mln mkw. ft. z ultra czystymi pokojami o powierzchni 160 tys. ft. ma zacząć działać w pierwszej połowie 2004 roku i zatrudniać ponad tysiąc pracowników. Koszt obiektu to około 2 miliardy dolarów.

Proces 90 nm wykorzystuje szereg zaawansowanych technologii. Jest to również najmniejszy na świecie produkowany komercyjnie tranzystor CMOS o długości bramki 50 nm (Rysunek 11), który zapewnia zwiększoną wydajność przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia energii i najcieńszą warstwę tlenku bramki, jaką kiedykolwiek wykonano ze wszystkich tranzystorów - zaledwie 1,2 nm (Rys. 12) lub mniej niż 5 warstw atomowych oraz pierwsze w branży wdrożenie wysokowydajnej technologii odkształconego krzemu.

Spośród wymienionych cech, być może jedynie pojęcie „odkształconego krzemu” wymaga komentarza (rys. 13). W takim krzemie odległość między atomami jest większa niż w zwykłym półprzewodniku. To z kolei zapewnia swobodniejszy przepływ prądu, podobnie jak pojazdy poruszają się swobodniej i szybciej na drodze o szerszych pasach ruchu.

W wyniku wszystkich innowacji wydajność tranzystorów poprawia się o 10-20%, przy wzroście kosztów produkcji tylko o 2%.

Ponadto proces 90 nm wykorzystuje siedem warstw na chip (Rysunek 14), jedną warstwę więcej niż proces 130 nm i połączenia miedziane.

Wszystkie te cechy, w połączeniu z 300-milimetrowymi waflami krzemowymi, zapewniają firmie Intel wzrost wydajności, produkcji i kosztów. Konsumenci również odnoszą korzyści, ponieważ nowy proces technologiczny Intela nadal napędza branżę zgodnie z prawem Moore'a, jednocześnie stale poprawiając wydajność procesorów.

W tym artykule porozmawiamy o mikroukładach, jakie są rodzaje, jak są ułożone i gdzie są używane. Ogólnie rzecz biorąc, we współczesnej technologii elektronicznej trudno jest znaleźć urządzenie, które nie wykorzystuje mikroukładów. Nawet najtańsze chińskie zabawki wykorzystują różnorodne płaskie, wypełnione składnikami chipy, którym powierzono funkcję kontrolną. Co więcej, z roku na rok stają się one coraz bardziej złożone wewnątrz, ale łatwiejsze w obsłudze i mniejsze na zewnątrz. Można powiedzieć, że istnieje ciągła ewolucja mikroukładów.

Mikroukład to urządzenie elektroniczne lub jego część zdolne do wykonania określonego zadania. Gdyby trzeba było rozwiązać taki problem, który rozwiązuje wiele mikroukładów na elementach dyskretnych, na tranzystorach, to urządzenie zamiast małego prostokąta o wymiarach 1 cm na 5 cm zajmowałoby całą obudowę i byłoby znacznie mniej niezawodne. Ale tak wyglądały komputery pół stu lat temu!

Elektroniczna szafa sterownicza - fot

Oczywiście, aby mikroukład działał, nie wystarczy po prostu zasilić go, tzw. zestaw do ciała”, Czyli te części pomocnicze na płytce, wraz z którymi mikroukład może pełnić swoją funkcję.

Zestaw body chip - rysunek

Na powyższym obrazku sam mikroukład jest zaznaczony na czerwono, wszystkie pozostałe części należą do niej ” zestaw do ciała”. Bardzo często mikroukłady nagrzewają się podczas swojej pracy, mogą to być mikroukłady stabilizatorów, mikroprocesorów i innych urządzeń. W takim przypadku, aby mikroukład się nie wypalił, należy go przymocować do grzejnika. Mikroukłady, które muszą się nagrzewać podczas pracy, są projektowane natychmiast ze specjalną płytą radiatora - powierzchnią zwykle znajdującą się z tyłu mikroukładu, która musi ściśle przylegać do grzejnika.

Ale w połączeniu nawet starannie wypolerowany radiator i płytka nadal będą miały mikroskopijne szczeliny, w wyniku czego ciepło z mikroukładu będzie mniej wydajnie przenoszone do radiatora. W celu wypełnienia tych luk stosuje się pastę przewodzącą ciepło. Ten, który umieściliśmy na procesorze komputera przed zamocowaniem na nim chłodnicy. Jedną z najczęściej używanych past jest CBT-8.

Wzmacniacze na mikroukładach można wlutować dosłownie w 1-2 wieczory i od razu zaczynają działać, bez konieczności skomplikowanego strojenia i wysokich kwalifikacji tunera. Chciałbym też powiedzieć o mikroukładach wzmacniaczy samochodowych, z zestawu body zdarza się czasami dosłownie 4-5 części. Aby zmontować taki wzmacniacz, z pewną dokładnością, nawet płytka drukowana nie jest wymagana (chociaż jest to pożądane) i można zmontować wszystko poprzez montaż powierzchniowy, bezpośrednio na pinach mikroukładu.

To prawda, że \u200b\u200bpo montażu lepiej jest od razu umieścić taki wzmacniacz w obudowie, ponieważ taka konstrukcja jest zawodna, aw przypadku przypadkowego zwarcia przewodów mikroukład można łatwo spalić. Dlatego polecam wszystkim początkującym, niech spędzą trochę więcej czasu, ale zrób płytkę drukowaną.

Zasilacze regulowane na mikroukładach - stabilizatory są jeszcze łatwiejsze do wykonania niż analogiczne na tranzystorach. Zobacz, ile części zastąpił najprostszy mikroukład LM317:

Mikroukłady na płytkach drukowanych w urządzeniach elektronicznych można przylutować bezpośrednio do ścieżek drukarskich lub umieścić w specjalnych gniazdach.

Gniazdo na chip - fot

Różnica polega na tym, że w pierwszym przypadku, abyśmy mogli wymienić mikroukład, będziemy musieli go najpierw odparować. A w drugim przypadku, kiedy wkładamy mikroukład do gniazda, wystarczy wyciągnąć mikroukład z gniazda i można go łatwo wymienić na inny. Typowy przykład wymiany mikroprocesora w komputerze.

Ponadto, na przykład, jeśli montujesz urządzenie na mikrokontrolerze na płytce drukowanej i nie zapewniasz programowania w obwodzie, możesz, jeśli nie przylutowałeś samego mikroukładu do płytki, ale gniazdo, do którego jest włożony, wówczas mikroukład można wyjąć i podłączyć do specjalnej płytki programatora ...

W takich płytkach są już wlutowane gniazda pod różne obudowy mikrokontrolerów do programowania.

Mikroukłady analogowe i cyfrowe

Mikroukłady są dostępne w różnych typach, mogą być zarówno analogowe, jak i cyfrowe. Pierwsza, jak sama nazwa wskazuje, pracuje z przebiegiem analogowym, a druga z przebiegiem cyfrowym. Sygnał analogowy może przybierać różne formy.

Sygnał cyfrowy to sekwencja jedynek i zer, sygnałów wysokich i niskich. Wysoki poziom jest zapewniany przez przyłożenie 5 woltów lub napięcia zbliżonego do tego na bolcu, niski poziom oznacza brak napięcia lub 0 woltów.

Są też mikroukłady ADC (przetwornik analogowo - cyfrowy) i DAC (przetwornik cyfrowo - analogowy), który przekształca sygnał z analogowego na cyfrowy i odwrotnie. Typowy przykład ADC jest używany w multimetrze do konwersji mierzonych wartości elektrycznych i wyświetlania ich na ekranie multimetru. Na poniższym rysunku ADC to czarna kropla ze ścieżkami dochodzącymi ze wszystkich stron.

Mikrokontrolery

Stosunkowo niedawno, w porównaniu z produkcją tranzystorów i mikroukładów, powstała produkcja mikrokontrolerów. Co to jest mikrokontroler?

To specjalny mikroukład, który można wyprodukować w obu Zanurzać więc w SMD wykonanie, w pamięci którego można zapisać program, tzw Klątwa plik... Jest to skompilowany plik oprogramowania układowego, który jest napisany w specjalnym edytorze kodu programu. Ale nie wystarczy napisać firmware, trzeba go przenieść, wgrać do pamięci mikrokontrolera.

Programista - fot

W tym celu służy programista... Jak wiele osób wie, istnieje wiele różnych typów urządzeń do mikrofinansowania - AVR, FOTKA i inne, dla różnych typów potrzebujemy różnych programistów. Istnieje również i każdy będzie mógł znaleźć i wykonać odpowiednią pod względem wiedzy i umiejętności. Jeśli nie chcesz samodzielnie robić programisty, możesz kupić gotowy program w sklepie internetowym lub zamówić z Chin.

Powyższy rysunek przedstawia mikrokontroler w obudowie SMD. Jakie są zalety korzystania z mikrokontrolerów? Jeśli wcześniej, projektując i montując urządzenie na elementach dyskretnych lub mikroukładach, ustawiliśmy działanie urządzenia poprzez pewne, często złożone połączenie na płytce drukowanej z użyciem wielu części. Teraz wystarczy, że napiszemy program dla mikrokontrolera, który będzie robił to samo programowo, często szybciej i pewniej niż układ bez użycia mikrokontrolerów. Mikrokontroler to cały komputer, posiadający porty I / O, możliwość podłączenia wyświetlacza i czujników, a także sterowanie innymi urządzeniami.

Oczywiście poprawa mikroukładów na tym się nie skończy i możemy założyć, że za 10 lat naprawdę będą mikroukłady od słowa " mikro"- niewidoczny dla oka, który będzie zawierał miliardy tranzystorów i innych pierwiastków wielkości kilku atomów - wtedy tak naprawdę tworzenie najbardziej skomplikowanych urządzeń elektronicznych stanie się dostępne nawet dla niedoświadczonych radioamatorów! Nasz krótki przegląd dobiegł końca, byłeś AKV.

Omów artykuł CHIPS

Bez którego trudno wyobrazić sobie istnienie współczesnego człowieka? Oczywiście bez nowoczesnej technologii. Niektóre rzeczy weszły w nasze życie tak bardzo, tak nudno. Internet, telewizja, kuchenki mikrofalowe, lodówki, pralki - bez tego trudno wyobrazić sobie współczesny świat i oczywiście siebie w nim.

Co sprawia, że \u200b\u200bprawie cała dzisiejsza technologia jest naprawdę użyteczna i konieczna?

Który wynalazek zapewnił największe możliwości postępu?

Jednym z najbardziej niezastąpionych ludzkich odkryć jest technologia produkcji mikroukładów.

Dzięki niej nowoczesna technologia jest tak mała. Jest kompaktowy i wygodny.

Wszyscy wiemy, że w domu zmieści się ogromna liczba rzeczy składających się z mikroukładów. Wiele z nich mieści się w kieszeni spodni i jest lekkich.

Ciernista ścieżka

Naukowcy pracowali przez wiele lat, aby osiągnąć wynik i otrzymać mikroukład. Początkowe obwody były ogromne jak na dzisiejsze standardy, były większe i cięższe od lodówki, mimo że współczesna lodówka nie składa się wyłącznie ze skomplikowanych i skomplikowanych obwodów. Nic takiego! Ma jeden mały, ale lepszy pod względem użyteczności od starych i nieporęcznych. Odkrycie zrobiło plusk, dając impuls do dalszego rozwoju nauki i technologii, dokonał się przełom. Wypuszczono sprzęt do produkcji mikroukładów.

Ekwipunek

Produkcja mikroukładów nie jest łatwym zadaniem, ale dobrze, że człowiek ma technologie, które sprawiają, że zadanie produkcji jest tak proste, jak to tylko możliwe. Pomimo złożoności każdego dnia na całym świecie produkuje się ogromną liczbę chipów. Są stale ulepszane, uzyskując nowe funkcje i ulepszone właściwości. Jak powstają te małe, ale inteligentne systemy? Pomaga w tym sprzęt do produkcji mikroukładów, który w rzeczywistości omówiono poniżej.

Przy tworzeniu mikroukładów stosuje się układy elektrochemicznego osadzania, komory myjące, laboratoryjne komory utleniające, układy elektroosadzania miedzi, aparaturę fotolitograficzną i inne urządzenia technologiczne.

Sprzęt fotolitograficzny jest najdroższym i najdokładniejszym w budowie maszyn. Odpowiada za tworzenie obrazów na podłożu krzemowym w celu wygenerowania zamierzonej topologii chipa. Na cienką warstwę materiału nakłada się fotorezyst, który jest następnie naświetlany za pomocą fotomaski i układu optycznego. Podczas pracy sprzętu rozmiar elementów wzoru jest zmniejszany.

W systemach pozycjonowania wiodącą rolę odgrywają liniowy silnik elektryczny i interferometr laserowy, które często posiadają sprzężenie zwrotne. Ale na przykład w technologii opracowanej przez moskiewskie laboratorium „Amphora” nie ma takiego związku. Ten domowy sprzęt ma dokładniejszy ruch i płynną powtarzalność po obu stronach, co eliminuje możliwość wystąpienia luzów.

Specjalne filtry chronią maskę przed ciepłem emanującym z obszaru głębokiego ultrafioletu, przenosząc temperaturę powyżej 1000 stopni na długie miesiące pracy.

Jony niskoenergetyczne są asymilowane po nałożeniu na powłoki wielowarstwowe. Wcześniej prace te były wykonywane wyłącznie metodą rozpylania magnetronowego.

Technologia produkcji chipów

Cały proces tworzenia zaczyna się od doboru kryształów półprzewodników. Najbardziej istotny jest krzem. Cienka płytka półprzewodnikowa jest wypolerowana do lustrzanego odbicia. W przyszłości obowiązkowym etapem tworzenia będzie fotolitografia z wykorzystaniem promieniowania ultrafioletowego podczas rysowania obrazu. Pomaga to maszynie do produkcji mikroukładów.

Co to jest mikroukład? To wielowarstwowe ciasto zrobione z cienkich wafli silikonowych. Każdy z nich ma określony wzór. Ten właśnie rysunek powstaje na etapie fotolitografii. Płytki są starannie umieszczane w specjalnym sprzęcie o temperaturze ponad 700 stopni. Po wypaleniu myje się je wodą.

Proces tworzenia wielowarstwowej płytki trwa do dwóch tygodni. Fotolitografię przeprowadza się wielokrotnie, aż do uzyskania pożądanego rezultatu.

Tworzenie mikroukładów w Rosji

Krajowi naukowcy z tej branży również dysponują własnymi technologiami wytwarzania cyfrowych mikroukładów. Rośliny o odpowiednim profilu działają na terenie całego kraju. Na wyjściu parametry techniczne niewiele ustępują konkurentom z innych krajów. Pierwszeństwo mają rosyjskie mikroukłady w kilku stanach. Wszystko dzięki stałej cenie, niższej niż u zachodnich producentów.

Niezbędne elementy do produkcji wysokiej jakości mikroukładów

Mikroukłady powstają w pomieszczeniach wyposażonych w systemy kontrolujące czystość powietrza. Na wszystkich etapach tworzenia specjalne filtry zbierają informacje i przetwarzają powietrze, dzięki czemu jest ono czystsze niż na salach operacyjnych. Pracownicy na produkcji noszą specjalne kombinezony ochronne, które często są wyposażone w wewnętrzny system dostarczania tlenu.

Produkcja chipów to lukratywny biznes. Dobrzy specjaliści w tej dziedzinie są zawsze poszukiwani. Prawie cała elektronika jest zasilana przez mikroukłady. Nowoczesne samochody są w nie wyposażone. Statek kosmiczny nie byłby w stanie funkcjonować bez obecności w nich mikroukładów. Proces produkcji jest regularnie udoskonalany, poprawia się jakość, rozszerzają się możliwości, wydłuża się okres przydatności do spożycia. Mikroukłady będą miały znaczenie przez dziesiątki, jeśli nie setki lat. Ich głównym zadaniem jest przynoszenie pożytku na Ziemi i poza nią.

Żeton

Nowoczesne układy scalone przeznaczone do montażu powierzchniowego.

Radzieckie i zagraniczne mikroukłady cyfrowe.

Całka (pol. Układ scalony, układ scalony, mikroukład, mikroprocesor, układ krzemowy lub chip), ( mikro)schemat (IS, IC, m / sh), żeton, mikroczip (ang. żeton - chip, chip, chip) - urządzenie mikroelektroniczne - układ elektroniczny o dowolnej złożoności, wykonany na krysztale (lub warstwie) półprzewodnika i umieszczony w nierozłącznej obudowie. Często pod układ scalony (IC) jest rozumiany jako sam kryształ lub folia z obwodem elektronicznym i przez mikroukład (MS) - JEST zamknięty w etui. Jednocześnie wyrażenie „komponenty chipowe” oznacza „komponenty do montażu powierzchniowego”, w przeciwieństwie do komponentów do tradycyjnego wlutowania w otwory na płytce. Dlatego bardziej poprawne jest określenie „mikroukład chipowy”, co oznacza mikroukład do montażu powierzchniowego. W tej chwili (rok) większość mikroukładów jest produkowana w pakietach do montażu powierzchniowego.

Historia

Wynalazek mikroukładów rozpoczął się od badania właściwości cienkich warstw tlenkowych, przejawiających się efektem słabej przewodności elektrycznej przy niskich napięciach elektrycznych. Problem polegał na tym, że nie było kontaktu elektrycznego w miejscu styku dwóch metali lub miał właściwości polarne. Dogłębne badania tego zjawiska doprowadziły do \u200b\u200bodkrycia diod, a później tranzystorów i układów scalonych.

Poziomy projektowe

• Fizyczne - metody implementacji jednego tranzystora (lub małej grupy) w postaci stref domieszkowanych na krysztale.
• Elektryczny - podstawowy obwód elektryczny (tranzystory, kondensatory, rezystory itp.).
• Logika - układ logiczny (inwertery logiczne, elementy OR-NOT, AND-NOT itp.).
• Poziom inżynierii obwodów i systemów - obwody inżynierskie obwodów i systemów (wyzwalacze, komparatory, enkodery, dekodery, ALU itp.).
• Topologiczno - topologiczne fotomaski do produkcji.
• Poziom oprogramowania (dla mikrokontrolerów i mikroprocesorów) - instrukcja montażu dla programisty.

Obecnie większość układów scalonych budowana jest z wykorzystaniem systemów CAD, które automatyzują i znacznie przyspieszają proces uzyskiwania topologicznych fotomasek.

Klasyfikacja

Stopień integracji

Spotkanie

Zintegrowany mikroukład może mieć pełną, choć złożoną funkcjonalność - aż do całego mikrokomputera (mikrokomputer jednoukładowy).

Obwody analogowe

• Generatory sygnałów
• Mnożniki analogowe
• Analogowe tłumiki i zmienne wzmacniacze
• Stabilizatory zasilania
• Układy sterujące do przełączania zasilaczy
• Przetworniki sygnału
• Schematy synchronizacji
• Różne czujniki (temperatura itp.)

Układy cyfrowe

• Bramki logiczne
• Konwertery buforowe
• Moduły pamięci
• (Mikro) procesory (w tym procesor w komputerze)
• Mikrokomputery jednoukładowe
• FPGA - programowalne układy logiczne

Cyfrowe układy scalone mają szereg zalet w porównaniu z układami analogowymi:

• Zmniejszone zużycie energii związane z wykorzystaniem impulsowych sygnałów elektrycznych w elektronice cyfrowej. Podczas odbioru i przetwarzania takich sygnałów, elementy aktywne urządzeń elektronicznych (tranzystory) działają w trybie „kluczowym”, czyli tranzystor jest albo „otwarty” - co odpowiada sygnałowi wysokiego poziomu (1), albo „zamknięty” - (0), w pierwszym przypadku włączony na tranzystorze nie ma spadku napięcia, w drugim - nie przepływa przez niego prąd. W obu przypadkach pobór mocy jest bliski zeru, w przeciwieństwie do urządzeń analogowych, w których tranzystory przez większość czasu są w stanie pośrednim (rezystancyjnym).
• Wysoka odporność na zakłócenia Urządzenia cyfrowe są związane z dużą różnicą między sygnałami o wysokim poziomie (na przykład 2,5 - 5 V) i niskim (0 - 0,5 V). Przy takiej interferencji możliwy jest błąd, gdy wysoki poziom jest postrzegany jako niski i odwrotnie, co jest mało prawdopodobne. Ponadto urządzenia cyfrowe mogą używać specjalnych kodów do poprawiania błędów.
• Duża różnica między sygnałami wysokiego i niskiego poziomu oraz dość szeroki przedział ich dopuszczalnych zmian sprawiają, że sprzęt cyfrowy niewrażliwy do nieuniknionego rozproszenia w integralnej technologii parametrów elementów eliminuje konieczność doboru i konfiguracji urządzeń cyfrowych.