Наглядное пособие по устройству микросхемы

Автор оригинала: Mike Szczys
  • Перевод


Автора всегда восхищала работа микросхем. Как пластина, некоторые участки которой преднамеренно загрязнены, управляет электронами? И тут внезапно кто-то придумывает наглядное пособие, которое делает принцип действия микросхемы максимально понятным. Именно это произошло на ярмарке самодельщиков в области залива Сан-Франциско.

На стенде «Приоткрываем кремний» Windell Oskay, Lenore Edman, Eric Schlepfer, John McMaster и Ken Shirriff взяли 50-летнюю микросхему и вскрыли её корпус, чтобы любой проходящий мимо и заметивший необычный экспонат мог спросить, что это такое. Микросхема μL914 фирмы Fairchild содержит два элемента ИЛИ-НЕ, и она очень проста, а участки её структуры просто огромны. John McMaster давно занимается вскрытием микросхем и выкладывает результаты на свой сайт. В этот раз, помимо μL914, он вскрыл ещё и ATmega328, и на стенде микроконтроллер мигал светодиодами в таком виде. Посетители могли рассмотреть кристаллы обеих микросхем в микроскоп, но увидеть — это одно, а понять — другое. И вот что помогало им разобраться, на что же они смотрят:





Многослойная структура из нарезанного лазером оргстекла изображает электроды единичного транзистора. По условным цветовым обозначениям и геометрическим формам легко найти шесть транзисторов в полной модели микросхемы μL914. Теперь по проводникам можно понять, что с чем соединено.



Автору в устройстве этой микросхемы особенно понравились резисторы. Один из видов примесей превращает соответствующий участок кристалла в резистор, но что определяет его сопротивление? Оказывается, не концентрация примеси (она тоже влияет, но так регулировать сопротивление непрактично), а толщина и ширина. Поэтому резисторы в микросхеме отличаются друг от друга шириной, и снизу справа на модели показан очень широкий резистор. Наконец, ещё один экспонат на стенде представляет собой огромную действующую модель микросхемы на дискретных транзисторах, где все элементы расположены так же, как на оригинальной топологии. И всё работает, что доказывает правильность проведённого реверс-инжиниринга.

Разработчики наглядного пособия сняли о нём видео, которое не только интересно посмотреть. Оно вдохновляет на изготовление подобных пособий по устройству несложных микросхем.


От переводчика: некоторые аналоговые микросхемы, в первую очередь — УНЧ, до сих пор устроены несложно, фотографии их кристаллов в сети есть, а внутренние схемы известны по справочникам. Так что в первую очередь подобные наглядные пособия целесообразно изготавливать по ним.
Поддержать автора
Поделиться публикацией

Похожие публикации

Комментарии 22

    +2
    Классный способ наглядно показать устройство микросхем.
      +5
      самое классное — он прекрасно ложится на послойно нарезанные кусочки оргстекла т.к. послойно они эту микруху и формируют поверх кремниевой основы.
        +3
        отличный вариант для обучения, можно даже детям показывать
          –1
          Оу, ну наконец-то повторили то, что в любом институте висит на стенах.
          У нас в Челябинском политехе такие пособия были ещё в 1985 году… Зайдите сейчас — может до сих пор висят.
          Даже смотреть не стал — новорожденные восхищаются вновь открытым ими миром. ))
            +15
            Вы так говорите, как будто это что-то плохое.
              +10
              Не все учились в Чебялинском политехе, а некоторые вообще гуманитарии, которым интересны микросхемы. Вы предлагаете им и детям, которым это кстати тоже может быть интересно, специально ехать в институт, чтобы увидеть эти схемы?

              Давайте вообще любую информацию преподносить только в виде заумных учебников без наглядных пособий и только в специально отведённом для этого месте. Так лучше будет?
                +3
                У кого что болит. Вывод от статьи не в том, какая была электроника в совке, а в том, что сейчас так не учат, а пособия в «Челябинском политехе» покрылись пылью, но скорее всего убраны за ненадобностью в чулан, ибо студентам не очень приятно учиться по пособиям 80-х годов.
                  +1
                  С одной стороны так. Но с другой… Например, по металлообработке самые лучшие книги — это старые, примерно до 60-х годов. Все разжевано просто и понятно, с картинками. Более свежая учебная литература — полна теоретической мути и практической пользы несет мало. А литература после 91г. вообще ни о чем. Так что хорошо забытое старое в новой современной обертке — это здорово и в учебном смысле хорошо работает.
                    0
                    Это понятно, я имел ввиду что современным неприятно брать все это в руки, ибо у них ассоциации с тем, что все это устарело. Вот если переиздать эти книги в мягкой обложке — тогда совсем другое дело. Наглядный пример — мессенджеры. Все это существовало 20 лет назад в виде ICQ c теми же ботами, разве что без шифрования. Мало того, тот же QIP объединял все существующие на тот день протоколы в одном приложении, но сейчас все пользуются разрозненными и несовместимыми друг с другом мессенджерами, ибо это модно-молодежно, а QIP это короче уже для стариков)
                0
                определяет его сопротивление? Оказывается, не концентрация примеси, а толщина и ширина.
                ЛОЛШТО?
                При заданной концентрации примеси и фиксированном процессе ее внесения (определяющем глубину и распределение профиля легирования) топологоическая геометрия резистора будет определять сопротивление.
                  +4

                  Вам не кажется, что вы удивились, а потом сказали то же самое?

                    +4
                    Нет, мне не кажется. В тексте сказано, что при заданных размерах можно легировать область резистора как угодно, и сопротивление останется таким же, потому что определяет сопротивление, цитирую, «не концентрация примеси, а толщина и ширина». Это неправда. И это большой привет переводчику tormozedison, потому что в оригинале написано вот что:
                    For me, a real ah-ha moment was the resistors in the design. A resistive layer is produced by doping the semiconductor with impurities, making it conduct more poorly. But how do you zero-in on the desired resistance for each part? It’s not by changing the doping, that remains the same. The trick is to make the resistor itself take up a larger footprint.


                    Изменить сопротивление при помощи изменения уровня легирования можно, это просто менее практично, чем использовать для этой цели топологические размеры.
                      +2
                      Спасибо, поправлено.
                  0
                  Когда-нибудь микрухи можно будет делать дома ЛУТом
                    +2
                    Не раньше, чем ученые сломают физику и научатся делать ионную имплантацию силой мысли. Но если вам на поиграться, что «3D-принтер» для микросхем уже существует. Он занимает 400 квадратных метров, стоит каких-то двадцать миллионов долларов и умеет делать проектные нормы около 8 микрон.
                      +1

                      А че сразу ионная имплантация? Диффузионное легирование вполне можно осилить.

                        0
                        Да можно и проще. Раньше к микросхемам относили в т.ч. и то, что сегодня перенесено в отдельную категорию микросборок. А их самому легко делать.
                      +3
                      Похоже на игру kohctpyktop от zachtronics, даже цветовая гамма точно такая же.
                      Отличный вариант показать детям не имея настоящего наглядного пособия
                        –2
                        Главный вопрос, кто будет делать и кто платить? Ответ очевидный, в России точно никто за предалами МКАДа не будет =(
                          +1
                          Не так давно про платы проект видел
                            0
                            Я бы сказал, что это свежая реинкарнация тех самых пособий из 80-х. Сейчас можно сделать красивее, современнее, нагляднее. Почему бы и нет? Рождаются новые поколения — они тоже для себя хотят открыть микромир. Здорово, когда его видно не только в микроскоп, но еще и потрогать можно в действующей модели.
                            Насчет домашнего изготовления — толстопленочные микросхемы (сейчас — микросборки) вполне можно запилить дома. Подготовив пасты, диэлектрики и сетку для шелкографии. Вжигать пасты в духовке :) А вот тонкопленочные м/сб — это уже да, надо установку вакуумного напыления.
                            Кстати, вскрытием микросхем для изучения и фотографирования кристаллов многие занимаются, я тоже делал. Очень интересно. Если нет микросхем в керамических или металлических корпусах, а также сильных кислот, то можно вскрывать пластик димексидом.

                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                            Самое читаемое