How are microchips made? - George Zaidan and Sajan Saini

Çeviri: Suat Utku Merter Gözden geçirme: Eren Gokce

This is a computer chip, magnified 500 times.

Bu 500 kere büyütülmüş bir bilgisayar çipi.

What you’re looking at is the top of a computing city,

Baktığınız şey, her biri farklı işlevlere sahip mahallelere ayrılmış

with distinct neighborhoods for different functions.

bir bilgisayar şehrinin kuş bakışı görünümü.

They’re linked by up to 100 kilometers of ultra-thin copper lines,

10′dan fazla üst üste katman boyunca 100 kilometreye kadar uzanan

running across 10 or more stacked levels.

ultra ince bakır hatlarla birbirlerine bağlıdırlar.

At the very bottom, billions of electronic devices

En altta; milyarlarca elektronik aksam,

generate the digital traffic that pulses across the chip.

çip boyunca ilerleyen dijital trafiği üretir.

The most common of these devices is called a transistor;

Bu cihazların en yaygınına transistör denir;

it’s a switch that allows current to flow if it receives a voltage.

bu, voltaj alırsa akımın geçişine izin veren bir anahtardır.

Transistors can be as small as 20 nanometers,

Transistörler 20 nanometre kadar küçük olabilir

and more than 50 billion of them can fit on a single chip.

ve 50 milyardan fazlası tek bir çipe sığabilir.

Globally, we produce more than a trillion computer chips every year.

Küresel çapta, her yıl bir trilyondan fazla bilgisayar çipi üretiyoruz.

That’s about 20 trillion transistors built every second,

Bu, saniyede yaklaşık 20 trilyon transistör demek

and it’s done in fewer than 500 fabrication plants, known as fabs.

ve bu 500′den az sayıda üretim tesisinde yapılıyor.

How do we build so many tiny, intricately-connected devices,

Bu kadar küçük, karmaşık bir şekilde bağlantılı cihazı

nasıl inanılmaz derecede hızlı bir şekilde üretiyoruz?

so incredibly fast?

The answer involves a technology called photolithography,

Cevap, tüm cihazları aynı anda bir çip üzerinde üretmemizi sağlayan

which helps us build all the devices on a chip simultaneously.

fotolitografi adlı teknolojide.

It’s like constructing all the buildings in a city at the same time.

Bir şehirdeki tüm binaları aynı anda inşa etmek gibi.

And with no tiny construction crews to help,

Yardım edecek küçük inşaat ekipleri olmadan

we build using light as a measuring and sculpting tool.

ölçüm ve şekillendirme aracı olarak ışığı kullanarak inşa ediyoruz.

The process starts with a wafer of silicon,

İşlem, fırına girmeden önce temizlenmesi için çözücüler ve asitlere daldırılan

which is doused in solvents and acids to strip it clean before entering a furnace.

bir silikon plakası ile başlar.

Here, oxygen gas reacts with the wafer to form a layer of silicon dioxide.

Burada oksijen, bir silikon dioksit tabakası

oluşturmak için plaka ile reaksiyona girer.

Then, a liquid called “photoresist” is spun on and baked to harden.

Daha sonra, “fotorezist” adlı sıvı uygulanır ve sertleşmesi için pişirilir.

Next, ultraviolet light selectively illuminates the wafer,

Daha sonra, ultraviyole ışık, özel bir maskenin içinden geçerek

by passing through or reflecting off a specialized mask.

veya yansıyarak plakayı belli yerlerde aydınlatır.

In the lit areas, a reaction weakens the photoresist’s chemical bonds.

Aydınlatılmış alanlarda, bir reaksiyon fotorezistin

kimyasal bağlarını zayıflatır.

The wafer is doused in another chemical to wash away that weakened photoresist,

Plaka, zayıflamış fotorezisti ayırmak için başka bir kimyasala daldırılır

leaving an image of the mask.

ve geriye maskenin görüntüsü kalır.

And an etching machine’s reactive gases remove the exposed oxide,

Aşındırma makinesinin reaktif gazları, geriye kalan oksidi uzaklaştırarak

creating windows that drill the mask’s pattern down to the wafer surface.

maskenin desenini plakanın yüzeyine kadar delen boşluklar oluşturur.

An implanter then accelerates boron or phosphorus ions

Bir yerleştirici daha sonra bor veya fosfor iyonlarını hızlandırır

and slams them into the patterned openings.

ve bunları plakanın boşluklarına sokar.

These atoms form electropositive or electronegative regions

Bu atomlar, silikonun iletkenliğini değiştiren

elektropozitif veya elektronegatif bölgeler oluşturur ve

that change silicon’s conductivity,

creating the foundation of the transistor switch.

transistör anahtarının temelini oluşturur.

The etched oxide windows, however, create hill-and-valley features.

Bu sırada, aşınan oksit boşluklar yüksekli alçaklı şekiller yaratır.

Before the next level of copper lines are added,

Bir sonraki bakır hat katmanı eklenmeden önce,

this one’s uneven lines must be polished flat,

bu katmanın düzgün olmayan hatlarının neredeyse atomik hassasiyetle

to near-atomic precision, using a sophisticated grinding process

kimyasal mekanik cilalama, ya da CMP adı verilen

called chemical mechanical polishing, or CMP.

karmaşık bir taşlama işlemiyle düzeltilmesi gerek.

CMP uses a controlled slurry of sub-micron ceramic particles

CMP, düz olmayan yüzeyleri nazikçe kazımak ve düzeltmek için kontrollü

to gently scrape and flatten the bumpy features.

mikron altı seramik parçacığı karışımı kullanır.

These fab tools, and many others, are used hundreds of times on a wafer,

Bunlar ve diğer fabrika araçları, transistörleri üretip

to create and link transistors into computing logic gates,

işlem mantık geçitlerine bağlamak ile depolama ve hesaplama için

and to make connected neighborhoods for memory storage and computation.

bağlantılı mahalleler oluşturmak için plaka üzerinde yüzlerce kez kullanılır.

Fabs run around the clock,

Fabrikalar günün her saati çalışır

and it takes about three months to transform a single wafer from pure silicon

ve tek bir plakanın saf silikondan yüzlerce çipe dönüşmesi

into hundreds of chips.

yaklaşık üç ay sürer.

With this continuous operation,

Bu sürekli çalışma ile fabrikalar yüksek miktarlarda

fabs consume huge amounts of electricity, water, solvents, acids, bases,

elektrik, su, çözücü, asit, baz, proses gazı ve değerli metal tüketir.

process gases, and precious metals.

Wafers are processed in ultra-high purity tool chambers,

Plakalar, derin uzayı andıran bir vakumu korumak için

maintained by pumps running constantly,

sürekli çalışan pompalar ile desteklenen,

to sustain a vacuum that resembles deep space.

ultra yüksek saflıktaki alet odalarında işlenir.

High-temperature furnaces never turn off.

Yüksek sıcaklıktaki fırınlar asla kapanmaz.

Fab air handlers constantly expel filtered air

Fabrika hava işleyicileri toz ve küçük parçacıkları plakalardan

to corral dust and tiny particles away from wafers.

uzaklaştırmak için filtrelenmiş hava salar.

This takes a lot of electricity.

Bu çok fazla elektrik gerektirir.

The chemicals and purified water used in cleaning

Temizlikte kullanılan kimyasallar ve arıtılmış su, plaka başına

create nearly five gallons of waste per wafer run—

filtrelenmesi ve pH’ının düzenlenmesi gereken

which needs to be filtered and pH treated.

yaklaşık on dokuz litre atık oluşturur.

Meanwhile, CMP slurries are continually flushed with water

Aynı zamanda; CMP karışımları, içlerindeki ince parçacıkların

to keep their fine particles from forming chunks

hassas bakır hatlar üzerinde yığılıp hattı yarmasını önlemek için

that would tear apart the fragile copper lines.

sürekli olarak suyla filtrelenir.

This adds five times more liquid waste.

Bu, beş kat daha fazla sıvı atık demektir.

Fabs plow through vast amounts of nitrogen and helium gas to run their tools.

Fabrikalar, makinelerini çalıştırmak için

yüksek miktarda azot ve helyum gazı tüketir.

And other gases used and generated in these tools are greenhouse contributors.

Bu makinelerde kullanılan ve makinelerden çıkan diğer gazlar da

küresel ısınmaya katkıda bulunmaktadır.

To minimize their emission,

Emisyonları azaltmak için

machines called scrubbers decompose and dissolve some gaseous byproducts

yıkayıcı adı verilen makineler bazı gaz hâlindeki yan ürünleri

ayrıştırıp çözerek işlenmeye uygun atık suya dönüştürür.

into treatable wastewater.

That uses more electricity, and more water.

Bu daha fazla elektrik ve daha fazla su kullanır.

As computing complexity grows,

İşlem karmaşıklığı arttıkça, çipleri birbirine bağlamak için

more copper and precious metals are needed to link up chips.

daha fazla bakır ve değerli metale ihtiyaç duyulur.

And new problems arise:

Ancak yeni problemler ortaya çıkıyor:

today, PFAS-based photoresists are essential to make ever-smaller features.

Bugün; PFAS temelli fotorezistler,

her zamankinden daha küçük çipler üretmek için gerekli.

But PFAS waste in the environment is ending up in our bodies,

Ancak doğadaki PFAS atıkları vücudumuzda birikiyor

and it may be harmful.

ve bu zararlı olabilir.

Computer chips are modern marvels that have transformed our world—

Bilgisayar çipleri dünyamızı dönüştüren modern mucizelerdir

and the factories that build them are themselves engineering wonders.

ve onları üreten fabrikalar da birer mühendislik harikasıdır.

But as our demand for chips accelerates,

Ancak çip talebimiz arttıkça,

their fabrication is hitting hard sustainability limits.

üretimleri katı sürdürülebilirlik sınırlarına ulaşıyor.

Already, some places are beginning to ration water to farmers,

Hâlihazırda bazı yerler, bu fabrikaların lehine

in favor of running fabs.

çiftçilere dağıtılan suyu sınırlamaya başladı bile.

For the sake of the future of computing and our environment,

Bilişimin ve çevremizin geleceği uğruna;

tomorrow’s leaner, cleaner, and greener fabs

yarının daha yalın, daha temiz ve daha yeşil fabrikalarının

will need to run even smarter than the very chips they build.

ürettikleri çiplerden bile akıllı çalışması gerekecek.