Một công đoạn thật lãng phí nguyên vật liệu và tốn kém về mặt tài chính, nhưng lại không có bất cứ cách nào hiệu quả hơn!
CPU và cảm biến hình ảnh là 2 thành phần 'đầu não' của máy tính và máy ảnh. Với máy tính, đây là thành phần xử lý trung tâm, có khả năng tính toán cũng như điều khiển hoạt động của tất cả các thành phần khác.Với máy ảnh thì đây là thành phần thu nhận ánh sáng và biến nó thành tín hiệu số để có thể lưu trữ thành hình ảnh, thiếu nó thì ta không có nền công nghiệp nhiếp ảnh số hiện nay và tất cả mọi người vẫn sẽ sử dụng film cho nhu cầu lưu giữ hình ảnh của mình.Một tấm wafer để chế tạo CPU máy tínhTrong bài viết tìm hiểu về việc tại sao smartphone lại có số 'chấm' cao hơn cả máy ảnh chuyên nghiệp, ta biết
đư??c rằng cảm biến bán dẫn không
đư??c làm riêng lẻ, mà
đư??c làm số lượng lớn trên một tấm
silicone hình tròn
đư??c gọi là 'wafer' sau đó
cắt nhỏ ra. Quá trình này không hề hoàn hảo, vì ai cũng biết
cắt những tấm hình chữ nhật ra từ một vật hình tròn lú
c nào cũng xảy ra dư thừa về nguyên vật liệu.Một tấm wafer có thể làm
đư??c từ 20 - 24 cảm biến máy ảnh dạng Full-frame, dư thừa tới 36% diện tích; 80 cảm biến APS-C (crop x1.5) với độ dư thừa 18% và 244 cảm biến 1 inch với diện tích dư thừa là 12.6%. Dù có
cắt nhỏ tới mấy, thì lú
c nào cũng có diện tích bỏ đi vì có xếp hàng tỷ
đư??ng thẳng cũng không tạo ra
đư??c
đư??ng cong!Quá trình tạo cảm biến hình ảnh từ một tấm waferNhững tấm wafer này tất nhiên cũng không hề rẻ. Hiện không có con số chính xác về giá bán của chúng, nhưng theo ước tính thì 1 tấm
silicone chất lượng cao
đư??ng kính 8 inch có thể bán với mức giá lên tới 5000 USD. Vậy câu hỏi đặt ra là: Tại sao những tấm wafer này lại không
đư??c làm hình chữ nhật hoặc hình vuông ngay từ đầu, để khi
cắt ra CPU và cảm biến hình ảnh không bị lãng phí nguyên vật liệu và dẫn đến tốn tiền?Một thỏi
silicone lớn trước khi
đư??c
cắt nhỏCâu trả lời nằm ở cách những tấm này
đư??c chế tạo. Hình dạng đầu tiên của wafer bán dẫn không phải là hình tròn, mà là một 'cục' rất lớn hình trụ
đư??c gọi là thỏi
silicone. Thỏi này
đư??c chế tạo bằng quy trình Czochralski,
đư??c phát minh bởi một nhà khoa học người Ba Lan mang tên Jan Czochralski.Theo đó,
silicone nguyên chất sẽ
đư??c nung chảy thành chất lỏng với độ tinh khiết rất cao (tủ lệ 1/10.000.000 nguyên tử không nguyên chất). Sau đó một thanh tinh thể
silicone
đư??c gọi là 'nhân'
đư??c nhúng vào chất lỏng này, vừa
đư??c xoay vừa kéo lên từ từ. Càng lên cao nhiệt độ càng thấp nên
silicone dần bám vào nhân, nhờ có lực li tâm nên phân bố đều thành một 'thỏi' như như hình ảnh ở trên.Quá trình CzochralskiQuá trình này
đư??c giải thích một cách đơn giản với video dưới đây: Sau khi thỏi này
đư??c để nguội, chúng sẽ
đư??c
cắt thành các miếng nhỏ bằng lưỡi
cắt kim cương với độ chính xác cao. Các tấm này sau khi
đư??c rửa
sạch, đánh bóng thì sẽ trở thành một tấm 'wafer
silicone', sẵn sàng cho các công đoạn xử lý để trở thành CPU, cảm biến máy ánh hay các bảng mạch tích hợp khác nhau.Cách duy nhất mà cách nhà khoa học có thể tiết kiệm
đư??c chi phí trong quá trình này đó là tăng dần
đư??ng kính của thỏi
silicone, đồng nghĩa với tăng
đư??ng kính của tấm wafer. Với kích thước lớn, người ta có thể làm
đư??c nhiều sản phẩm hơn trong 1 'mẻ', từ đó tăng hiệu suất làm việc và giảm số tiền phải bỏ ra.Kích thước của wafer qua từng thời kỳDù hiệu suất có tăng đến mấy, thì giá thành tạo ra các sản phẩm này vẫn rất cao vì quá trình chế tạo phức tạp và có nhiều tiêu chuẩn cần
đư??c đảm bảo. Đó là lý do tại sao chỉ có một lượng nhỏ các nhà sản xuất CPU và cảm biến máy ảnh chất lượng cao Thế giới, chứ không phải ai có
silicone (
đư??c lấy từ cát - một thứ có ở khắp mọi nơi) đều có thể làm
đư??c chúng.
Nguồn bài viết : 2 điểm về nhiều (MB)
