He estado tratando de entender cómo se fabrican las CPU con esos circuitos grandes y complejos. Pero Making of CPU solo habla de proyectar diagramas de transistores (puede ser que esa sea la parte principal). Pero, ¿cómo se agregan a la CPU componentes adicionales como diodos, condensadores, etc.?
Básicamente se fabrican de la misma manera que los transistores.
Si observa la estructura de un MOSFET, verá que en realidad tiene todo lo que necesita para resistencias, capacitores y diodos.
El canal está hecho de silicio dopado de tipo P y tipo N que forman dos uniones PN; de hecho, esto se puede imaginar como dos diodos de unión PN espalda con espalda. Entonces, ¿cómo se hace un diodo? simplemente elimina una de las uniones y se queda con un diodo PN. También puedes hacer diodos Schottky usando una unión metal-semiconductor si está diseñada correctamente. Esto también es algo que se encuentra en los MOSFET: se ve metal uniéndose a la fuente/drenaje, que es esencialmente una unión metal-semiconductor, aunque está diseñado para no ser un diodo al difundir el metal en el semiconductor, pero sigue siendo la misma estructura.
Ahora mira la puerta de un MOSFET. Es una unión metal-óxido-semiconductor (de hecho también puede ser polióxido-semiconductor). El óxido actúa como un dieléctrico que forma un condensador, por lo que se habla de la capacitancia de puerta para un MOSFET como un parámetro importante. Así que tienes tu condensador.
Mira el canal del MOSFET. Cuando conduce, actúa como una resistencia. De hecho, las capas de metal en sí son tan delgadas que tienen una resistencia notable, y el polisilicio también se puede usar como conductor con una resistividad bastante alta.
Así que echemos un vistazo a los componentes individualmente.
Hay diferentes tipos de diodos, de los cuales PN y Schottky son dos tipos comunes. ¿Cómo se hacen? Estos están hechos con las mismas técnicas que un MOSFET. Para hacer una PN, se dopa un bit de tipo N y un bit junto a él de tipo P y se tiene una unión PN. Para un diodo Schottky, dopa un poco de silicio tipo N y construye una unión de metal en la parte superior.
¿Cómo se hace cualquier resistencia? Simplemente haga un trazo de material resistivo de un ancho y largo específicos. Puede ser polisilicio o metal en un dispositivo CMOS. El primero es bueno para alta resistencia, el segundo para baja resistencia.
Hay dos tipos, trinchera y metal. En el caso de los condensadores de trinchera, se graba en el silicio, se deposita metal, luego óxido y luego más metal. Esto forma una capacitancia relativamente alta (para su tamaño) que se usa comúnmente para la memoria DDR. También puede formar condensadores de metal utilizando las capas de interconexión; básicamente, las interconexiones son capas de metal separadas por una capa de óxido de baja k (baja capacitiva). Si haces ese óxido con una fuerza dieléctrica más alta, puedes hacer una capacitancia más alta.
Los diodos ya están ahí, ya que son simplemente una unión PN
Los condensadores son más complicados. O hay pasos de proceso específicos para crearlos o se utilizan capacidades parásitas de estructuras existentes.
Las resistencias se pueden fabricar usando el material de la puerta o usando alguna estructura poco dopada.
Dependiendo de cómo se fabriquen los diversos componentes, su calidad puede diferir, lo que hace que el diseño del circuito (analógico) sea a veces más difícil.
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