ریز تراشه چیست؟

ریز تراشه (همچنین نامیده میشود : تراشه، تراشه کامپیوتری، مدار مجتمع یا آی سی) مجموعه ای از اجزای الکترونیکی متصل به هم است که بر روی یک قطعه کوچک مسطح از مواد نیمه رسانا مانند سیلیکون یا ژرمانیوم به اندازه‌ی ویفر (wafer) نقش می بندند، مانند ترانزیستورها، مقاومت ها و خازن ها.ریز تراشه که از ناخن دست شما هم کوچکتر است ، دارای مدارهای کامپیوتری به نام مدار مجتمع است. اختراع مدار مجتمع از لحاظ تاریخی به عنوان یکی از مهم ترین نوآوری های بشر بشمار میرود.یک مدار مجتمع به عنوان کلید کنترل کننده برای انجام یک کار خاص استفاده میشود. ترانزیستور در مدار مجتمع مانند یک کلید روشن و خاموش عمل میکند که میتواند جریان را روشن یا خاموش کند. مقاومت ها جریان الکتریکی را که بین ترانزیستورها به جلو و عقب حرکت میکند کنترل میکنند. خازن، برق را جمع آوری و آزاد میکند درحالیکه دیود جریان برق را متوقف میکند.پیشگامانی که برای اختراع فناوری ریزتراشه شناخته شده اند، جک کیلبی ( Jack Kilby ) و رابرت نویس ( Robert Noyce ) هستند.ویفر ( wafer ) چیست؟به تکه خیلی باریک از یک ماده نیمه رسانا مثل بلور سیلیکون ویفر می‌گویند که درصد خلوص خیلی بالایی دارد که نزدیک به ۱۰ درصد است.ویفر سیلیکونی مولفه اصلی برای ساخت و تولید مدارهای الکتریکی و تراشه ها است.سیلیکون طلای دیجیتالسیلیکون ماده انتخابی در صنعت تراشه است. برخلاف فلزاتی که معمولا برای هدایت جریان الکتریکی استفاده میشوند، سیلیکون یک «نیمه رسانا» است، به این معنی که خواص رسانایی آنرا میتوان با مخلوط کردن آن با مواد دیگری مانند فسفر یا بور افزایش داد. که این امکان روشن یا خاموش کردن جریان الکتریکی را فراهم میکند.و مهم تر از همه سیلیکون همه جا هست! سیلیکون از ماسه ساخته میشود و بعد از اکسیژن دومین عنصر فراوان روی زمین است. ویفرهای(wafer) سیلیکونی با استفاده از نوعی ماسه به نام ماسه سیلیسی ساخته میشوند که از دی اکسید سیلیکون ساخته شده است.ماسه ذوب شده و به شکل استوانه ای بزرگ به نام شمش ریخته میشود، سپس این شمش به ویفرهای نازک بریده میشود.نحوه ساخت ریزتراشه ها لایه به لایه روی یک ویفر از مواد نیمه هادی مانند سیلیکون ساخته میشوند. این لایه ها توسط فرآیندی به نام فوتولیتوگرافی ( photolithography ) ساخته میشوند که از مواد شیمیایی، گازها و نور استفاده میکند.ابتدا یک لایه دی اکسید سیلیکون بر روی سطح ویفر سیلیکونی رسوب میکند، سپس آن لایه با یک مقاوم نوری پوشانده میشود. مقاوم نوری یک ماده حساس به نور است که برای تشکیل یک پوشش طرح دار روی سطح با استفاده از نور فرابنفش استفاده میشود. نور از طریق الگو میتابد و نواحی در معرض نور را سخت میکند. از گاز برای زدایش شیمیایی در نواحی نرم باقیمانده استفاده میشود. این فرآیند برای ساخت مدار اجزا تکرار و اصلاح می شود.مسیرهای رسانایی بین اجزا با پوشاندن تراشه با یک لایه نازک از فلز ، معمولا آلومینیوم، ایجاد میشوند. فرآیندهای فوتولیتوگرافی و زدایش برای حذف فلز استفاده میشوند و تنها مسیرهای رسانا باقی می‌مانند.مقیاس نانویک ریزتراشه حاوی میلیاردها ترانزیستور است. بنابراین به راحتی میتوان درک کرد که ویژگی های یک تراشه چقدر باید کوچک باشد. ویژگی های تراشه در مقیاس نانومتر اندازه گیری میشود. نانومتر یک میلیاردم متر یا یک میلیونیوم میلی متر است.برای مقایسه، قطر یک گلبول قرمز ۷۰۰۰ نانومتر و میانگین یک ویروس ۱۴ نانومتر است. کوچکترین ساختار روی پیشرفته ترین تراشه ها درحال حاضر ۱۰ نانومتر است. هرچه ویژگی های الگویی ساخته شده توسط سیستم های ما کوچکتر باشد، سازندگان ترانزیستور بیشتری میتوانند روی یک تراشه قرار دهند و قدرت و عملکرد تراشه بیشتر میشود.انواع تراشه هادو نوع عمده از تراشه ها وجود دارند : تراشه های منطقی و تراشه های حافظهتراشه های منطقی مغز دستگاه های الکترونیکی هستند. آنها اطلاعات را برای تکمیل یک کار پردازش میکنند. درمیان تراشه های منطقی، CPU ها ( واحد‌های پردازش منطقی ) تراشه های اصلی هستند که اولین بار در دهه ۱۹۶۰ طراحی شدند.اما همچنین پردازنده هایی وجود دارند که عملکرد خاص دارند مانند GPU ها ( واحدهای پردازش گرافیکی ) که برای نمایش بصری بهینه سازی شده اند و NPU ها ( واحدهای پردازش عصبی ) که طراحی شده اند برای کاربردهای عمیق و یادگیری ماشین.تراشه های حافظه، اطلاعات را ذخیره میکنند. دو نوع تراشه حافظه وجود دارد : DRAM ( حافظه دسترسی تصادفی پویا ) که فقط در زمانی که برق دستگاه روشن است داده ها را ذخیره میکند و NAND Flash که حتی پس از خاموش شدن دستگاه، داده ها را ذخیره میکند.به عنوان مثال DRAM به اجرای برنامه ها در دستگاه کمک میکند درحالیکه NAND عکس های شما را ذخیره میکند ، درحالی که DRAM سریع است ، NAND در خواندن و نوشتن داده ها کند است.کاربرد ریزتراشه هاریزتراشه ها علاوه بر کامپیوتر در بسیاری از دستگاه های الکتریکی نیز استفاده میشوند.تقریبا تمام محصولات مدرن از فناوری تراشه استفاده میکنند.در دهه ۱۹۶۰ نیروی هوایی آمریکا از ریزتراشه برای ساخت موشک Minuteman II استفاده کرد، همچنین ناسا ریزتراشه هایی را برای پروژه آپولو خریداری کرد!امروزه در گوشی های هوشمند از ریزتراشه هایی استفاده میشود که به افراد امکان استفاده از اینترنت و برگزاری یک کنفرانس ویدیویی علمی را میدهد.ریزتراشه ها در تلویزیون ها، دستگاه های ردیابی ( GPS ) ، کارت های شناسایی و همچنین در صنعت پزشکی برای تشخیص سریع تر بیماری ها استفاده میشوند.و در اخر تفاوت ریزتراشه ( microchip ) و ریزپردازنده ( microprocessor ) چیست؟خیلی ساده، ریزتراشه یک تراشه (بیشتر از انواع سیلیکونی) است که دارای ترانزیستور، مقاومت و غیره روی آن است که میتواند بسیاری از توابع از جمله حافظه (ROM و RAM) و غیره را ارائه دهد. ریزپردازنده یکی از سیستم هایی است که می تواند روی یک ریزتراشه باشد.نویسنده : نیلوفر نظریدرس : اصول طراحی نرم افزار استاد : دکتر مریم حاجی اسمعیلی. دکترای علوم کامپیوتر از دانشگاه کینگستون لندنDr.Maryam HajiesmaeiliPhD of computer science from Kingston university of Londonhttps://ir.linkedin.com/in/dr-maryam-hajiesmaeili-90930743منابع :www.thoughtco.comwww.asml.comwww.falnic.comwww.quora.com