AUS WAS DIE VIRTUELLE WELT GESCHAFFEN IST

Die Rede ist von der weltweit meistverbauteste technische Funktionseinheit, dem bipolaren Transistor. Erste funktionierende Halbleiter-Transistoren wurden bereits um die Jahre 1947 entwickelt. Und heute schaffen sie mit ihren Schaltkreisen eine damals noch unvorstellbare virtuelle Welt.

Halbleiterbauelemente bestehen aus einem klassischen Halbmetall, dem sogenannten Silizium. 15 Massenprozent der gesamten Erde besteht aus diesem chemischen Element und ist im Quarzsand relativ gut auffindbar (Siliziumgehalt im Quarz: bis zu 46.7%). Über einen mehrstufigen Prozess wird aus dem Quarzsand hoch reines Roh-Silizium gewonnen. Unter Temperaturen von bis zu 1'800°C wird das Roh-Silizium zu einem monokristallinen Stab (Ingot) gegossen und erhält dadurch einen Silizium-Reinheitsgrad von 99%. Durch eine Innenlochsäge oder heutzutage immer öfters mit einer Drahtsäge wird der Ingot in 0.2 - 0.8 mm dünne Scheiben geschnitten - es entstehen durch diesen Vorgang die sogenannten Wafer. Bevor die viereckigen Chips getestet und voneinander getrennt werden können, wird mittels fotolithographischer Technologie und anschliessendem Ätzvorgang die Chiparchitektur mit ihrer Vielzahl an Transistoren auf den Wafer übertragen. Ein aktueller Grafikprozessor (GPU) GK110 von Nvidia bringt mittlerweile 7.1 Mrd. Transistoren auf einer Fläche von 551 mm² unter. Das entspricht in etwa einer Fläche einer halben Aluminium-Abdeckung einer Nespresso Kapsel. Zu guter Letzt wird der Chip noch in einem Schutzgehäuse mit den Anschlüssen verdrahtet, ehe dieser den Weg in die Verkaufsregalen findet und schliesslich auch seine Tätigkeit auf dem Motherboard der Computernutzer wahrnehmen muss.

Die Herstellungsabfolge habe ich nachfolgend in kurzer Fassung bildlich dargestellt.

Vom Sandkorn zum Prozessor

Es ist eindrücklich, dass aus billigen Sandkörner einen solchen Mehrwert generiert werden kann (z.B. kostet die Nvidia GeForce GTX Titan Grafikkarte mit dem GK110 Grafikprozessor um die CHF 1'000.-). Ein grosser Teil des Mehrwertes besteht aus dem Know-how, welches durch Forschung und Entwicklung im Verlaufe der Zeit gewonnen werden konnte. Aber bestimmt hat auch der immer grösser werdende Anwendungsbereich der Halbleiter-Technologie Einfluss auf den Mehrwert bekommen.

Die beiden Videos von Intel präsentieren sehr gut die Produktionsschritte eines Prozessors, so dass jedermann ein gutes Bild von dieser Wissenschaft machen kann.





Es lohnt sich auch sich in meine gefundene Quelle des Herstellungsprozesses zu vertiefen. Unter anderem wird der Ionenbeschuss, das Electroplating sowie auch das Layering näher umschrieben.

Quelle Prozessor-Herstellung: Post vom 4. Februar 2012 aus dem Blog UMumble.