¿Cómo se conectan los transistores en un chip?

Answer 1

Esta

es una puerta CMOS XOR muy simple (usando puertas NAND) creada en Cadence, una herramienta para hacer circuitos integrados.

Las “líneas” púrpuras, azules y rojas son representaciones de conexiones entre las puertas NAND.

Esas conexiones son básicamente capas de trazas de cobre (solían ser de aluminio), establecidas en diferentes estratos; algunas son más altas, otras son más bajas. Se crean con los mismos principios básicos de fabricación que las capas de semiconductores.

Esta imagen representa transistores básicos de tipo NMOS y PMOS.

Esos se pueden usar para formar varios circuitos funcionales, los más básicos son flip-flops, puertas lógicas y registros.

Este es un circuito de compuerta NAND que uno podría usar al usar la tecnología CMOS.

Uno puede usar esas mismas puertas NAND para crear algo como el sumador completo anterior.

Esos componentes ligeramente más complejos se utilizan para formar formas ligeramente más complejas, como contadores, multiplexores, demultiplexores, multiplicadores, sumadores de varios bits …

Un “sumador completo”, es decir, la adición de dos bits individuales, que también implementa la entrada y salida de acarreo.

Esos sumadores completos se pueden usar para formar, por ejemplo, un sumador de 4 bits, ¡eso ya es algo más útil!

¿Estás entendiendo lo que estoy haciendo aquí? Básicamente, un IC grande es un sistema de subsistemas de subsistemas secundarios de subsistemas secundarios … que están conectados entre sí de tal manera que se cumplen varias restricciones (generalmente de tiempo).

Esta es solo la parte digital, luego también está la parte analógica, en algunos circuitos.

Ejemplo: el amplificador operacional:

No es tan malo como parece.

El producto final se parece un poco a esto:

o esto:

y generalmente suma hasta kilómetros de conexiones, esa es la cantidad que hay.

Además, tengo que corregir el autor de la pregunta: los circuitos integrados no se imprimen, sino que se “graban”, si se quiere. Lea sobre el proceso aquí:

Fotolitografía – Wikipedia

Espero que esto haya sido útil y no un desastre total.

Answer 2

Cada transistor tiene 3 terminales: fuente, drenaje y compuerta. Esos terminales tienen contactos: primer nivel de interconexiones en el chip. A partir de los contactos, las interconexiones del siguiente nivel se están elevando y creando una red enorme, que permite que un solo transistor funcione como una matriz. Esas matrices están conectadas para crear bloques funcionales y bloques conectados para hacer un chip funcional.

Ahora, hay muchos trucos para reducir la cantidad de interconexiones, como una fuente común o una puerta de conexión directamente al drenaje.

El orden de las interconexiones se establece por diseño eléctrico y se optimiza por manipulaciones de diseño.

Y eventualmente hay una gran cantidad de interconexiones en el chip. Si cuenta cada capa, sería significativamente (~ 10E10) mayor que la cantidad de transistores.

Answer 3

Muy localmente, algunos transistores se conectarán directamente entre sí para hacer algún tipo de puerta. Por ejemplo, se necesitan de cuatro a seis transistores para hacer un solo almacenamiento en un registro. Estos transistores probablemente se conectarán entre sí al fabricarse directamente en contacto entre sí.

Pero a un nivel mayor, estos bits están conectados entre sí con interconexiones metálicas, generalmente aluminio o cobre. Puede haber hasta tres capas de interconexión metálica en la parte superior del chip, aisladas entre sí por capas de óxido. Estos conectarán pequeñas funciones construidas a nivel de transistor.

Este artículo Fin de línea – Wikipedia explica las funciones de la capa de metal. Algunos chips se construyen completamente agregando una capa de metal a arreglos prediseñados de celdas estándar, por lo que la capa de metal es lo único que distingue diferentes chips.

Answer 4

Las conexiones de alta corriente generalmente están conectadas por “trazas” de metal, aunque los transistores adyacentes a menudo comparten regiones de drenaje o fuente (para FET). Las conexiones de baja corriente se realizan muy típicamente a través de trazas de silicio policristalino.

Answer 5

Aquí hay una puerta simple (un inversor) en forma de “diseño”. Hay diseños similares para puertas NOR y NAND y celdas de memoria. Todos estos están interconectados para formar componentes del circuito (una ALU, un banco de registro, etc.). Luego, todos juntos hacen un circuito. Los circuitos integrados son estructuras de varias capas. Algunas capas se denominan “capas de metal” (el azul dentro, fuera, Vdd, Gnd, en el diagrama). Todas las puertas están conectadas entre sí utilizando estas capas de metal.

Answer 6

Nuevo descubrimiento

Un equipo de investigadores ha descubierto recientemente una forma de capturar la imagen del circuito dentro de un chip, con la ayuda del haz de rayos X. Destellaron el haz del haz de rayos X en el procesador Intel G3260 y pudieron reconstruir los componentes como un transistor , [Lee mas…]