Mikrochips sind aus unserer heutigen Welt nicht mehr wegzudenken. Auch wenn man sie nicht sieht, sind sie doch allgegenwärtig. Mikrochips werden in Computern, Smartphones, Autos und diversen elektronischen Steuergeräten eingesetzt.
Halbleiter und Transistoren
Ein Mikrochip ist ein sehr kleines Plättchen aus Silizium, welches nur wenige Nanometer groß ist. Mehrere Mikrochips bilden zusammen einen Mikroprozessor. Es handelt sich bei Mikrochips um hochkomplexe elektronische Bauteile, welche aus integrierten Schaltkreisen, Transistoren und Dioden, die alle aus Halbleitern hergestellt werden, entstehen. Halbleiter sind Festkörper deren elektrische Leitfähigkeit sich im Grenzbereich zwischen der von Leitern und Nichtleitern befindet. Nichtleiter oder auch Isolatoren sind zum Beispiel Glas oder Keramik. Leiter hingegen sind Metalle.
Ob ein Halbleiter leitet oder nicht, kann durch Anlegen einer Steuerspannung oder eines Steuerstroms beeinflusst werden. Ebenfalls lässt sich die Flussrichtung des Stroms beeinflussen. In diesem Fall handelt es sich um eine Diode. Einfluss auf die Leitfähigkeit von Halbleitern nimmt auch die Temperatur. Je höher die Temperatur, desto größer ist auch die Leitfähigkeit von Halbleitern.
Die Transistoren sorgen nun dafür, dass durch einen Halbleiter Strom fließt oder auch nicht. Ein Transistor kann genau zwei Zustände einnehmen. Entweder ist er an, dann entspricht er dem Wert 1 oder er ist aus, dann entspricht er dem Wert 0. Auf diese Weise wird das Rechnen im Binär System ermöglicht.
Die Vorgänger von integrierten Schaltkreisen gab es als integrierte Schaltungen bereits Mitte der 1920er Jahre. Den ersten integrierten Schaltkreis entwickelte Jack Kilby im Jahr 1958. Der erste Mikroprozessor, also die Gesamtheit der Rechen-, Steuer- und Speichereinheit für die Zwischenergebnisse, kam 1971 auf dem Markt.
Fertigung eines Mikrochips
Die Basis für einen Mikrochip bildet der so genannte Wafer. Ein Wafer ist nichts anderes als eine dünne Scheibe, die aus einem Halbleitermaterial besteht oder auf die ein Halbleitermaterial aufgetragen ist. Auf dem Wafer wird eine Oxidschicht aufgetragen, auf die wiederum ein Isolator folgt. Nach vielen weiteren Arbeitsschritten endet dieser erste von drei Abschnitten mit dem vollständig aufgebauten Transistor. Dieser erste Abschnitt wird Front End of Line genannt.
Es folgt das Middle of Line. Es stellt die Schnittstelle zwischen dem Front End of Line und dem Back End of Line her. Im Middle of Line wird die Isolierung der Transistoren zur ersten Verdrahtungsebene hergestellt. Im Back End of Line erfolgt die vollständige Verdrahtung der Schaltkreise und die abschließende Passivierung.
Dieser hochkomplexe Aufbau von Mikrochips führt letztendlich dazu, dass mehrere Millionen Schaltungen pro Sekunde erfolgen können. Daraus resultiert eine unfassbare Rechenleistung. Mikrochips werden nicht selten beschriftet, um sie bestimmten Herstellern oder Modellen zuordnen zu können. Diese Beschriftungen müssen denkbar klein ausfallen. Die Oberfläche der Chips ist dabei zum Schutz mit Kunststoff überzogen. Die Laserbeschriftung auf Kunststoff mit Evotech stellt z.B. eine probate Möglichkeit dar dies zu realisieren. Es werden dazu weitere Sondermaschinen im Fertigungsprozess benötigt.
Verwendung von Mikroprozessoren
Mit Hilfe eines Mikroprozessors werden die verschiedensten Rechenbefehle verarbeitet. Dazu zählt zum Beispiel auch die Eingabe über die Tastatur am Computer. Die Eingaben werden zunächst in einem Speicher gesammelt. In diesem Speicher befinden sich auch Anwendungsprogramme und das Betriebssystem. Anschließend werden die Daten an die Berechnungseinheiten auf den Chips weitergeleitet und verarbeitet. Als Resultat erhält man dann die Ausgabe auf dem Bildschirm. Die Vorgänge passieren innerhalb von Millisekunden und werden vom Menschen als unmittelbaren Vorgang wahrgenommen.
