Для чего нужна пластинка с углублениями в химии

Задачи на пластинки

Задачи на пластинки

Если в раствор соли металла поместить кусочек (пластинку) из другого металла, возможно протекание химической реакции. Но добавляемый металл должен быть более активным, чем металл в составе соли. При этом добавляемый металл не должен реагировать с водой!

Более активный металл расположен левее в электрохимическом ряду.

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu

При этом железо не реагирует с сульфатом цинка:

ZnSO₄ + Fe ≠

Основа решения задач «на пластинку» – материальный баланс. Но составляется он не только для раствора, но и для самой пластинки. Если мы помещаем в раствор соли металла А пластинку из металла В, и металл В вытесняет металл А из соли, то с пластинки уходит часть металла В. При этом на пластику осаждается вытесненный металл А:

АХ + В = ВХ + А↓

Примерная суть материального баланса для пластинки:

Начальная масса пластинки — масса прореагировавшего металла В + масса образовавшегося металла А = конечная масса пластинки.

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu↓

Обратите внимание! В задачах на пластики чаще всего добавляемый металл вступает в реакцию только частично. Вступает в реакцию некоторая его часть.

Иногда используется сокращенная форма материального баланса:

Масса образовавшегося металла А — масса прореагировавшего металла В = изменение массы пластинки

Решение:

Записываем уравнение реакции:

Cu + HgCl₂ → Hg + CuCl₂

Находим количество меди в пластинке:

ν(Сu) = m(Cu)/M(Cu) = 50,00 г/ 64 г/моль = 0,78 моль

Из условия задачи мы понимаем, что медь вступила в реакцию не полностью, а частично. Обозначим количество прореагировавшей меди, как х моль:

ν(Сu) = x моль,

а масса прореагировавшей меди равна 64х г:

m(Cu)_{прореаг} = ν(Сu)·M(Cu) = х моль · 64 г/моль = 64х г.

Тогда количество образовавшейся ртути также будет равно х моль.

ν(Hg) = x моль.

А масса образовавшейся ртути равна:

m(Hg) = ν(Hg)·M(Hg) = х моль · 201 г/моль = 201х г.

Записываем уравнение материального баланса для пластинки:

m_{пластинки исх.} – m(Cu)_{прореаг.} + m(Hg) = m_{пластинки конечн.}

50 – 64х + 201х = 52,74

Решаем его, находим х:

137х = 2,74,

х = 0,02 моль

Следовательно, масса прореагировавшей меди равна:

m(Cu)_{прореаг} = ν(Сu)·M(Cu) = 0,02 моль · 64 г/моль = 1,28 г.

Ответ : масса растворившейся меди равна 1,28 г.

Задача 2. Железную пластинку массой 20,4 г поместили в раствор сульфата меди (II), масса раствора 100 г. Через некоторое время масса пластинки оказалась равной 22,0 г. Вычислите массу меди, выделившейся на пластинке, и массовую долю сульфата железа(II) в растворе после реакции.

Ответ: m(Cu) = 12,8 г, ω(FeSO₄) = 30,8%.

3. Железную пластинку поместили в 150 мл раствора сульфата меди с ω₁(CuSO₄) = 16% (плотность раствора 1,18 г/мл). В результате реакции масса пластинки увеличилась на 0,8 г. Вычислите массовую долю CuSO₄ в растворе после реакции.

4. После погружения железной пластинки в 200 мл раствора с массовой долей CuSO₄ 14,5% (плотность раствора 1,16 г/мл) её масса в результате реакции увеличилась на 0,4 г. Определите массовые доли веществ в растворе после реакции.

5. Железную пластинку массой 5 г поместили в раствор сульфата меди с ω₁(CuSO₄) = 12,5%, масса раствора 64 г. Через некоторое время количество сульфата меди в растворе уменьшилось вдвое. Какой стала масса пластинки? Вычислите массовые доли веществ в полученном растворе.

6. Железную пластинку массой 10 г погрузили в раствор с ω₁(CuSO₄) = 16%, масса раствора 150 г. Определите, какой стала масса пластинки после реакции, в результате которой содержание сульфата меди в растворе уменьшилось до ω₂(CuSO₄) = 7,5%. Какова массовая доля FeSO₄ в полученном растворе?

Ответ: m₂ (пласт.) = 10,64 г, ω(FeSO₄) = 0,081 (8,1%)

7. Цинковые опилки массой 13 г поместили в раствор сульфата никеля (II) массой 280 г. Через некоторое время металлические опилки отфильтровали, высушили и взвесили. Их масса оказалась равной 11,8 г. Определите массовую долю сульфата цинка в фильтрате.

Ответ: ω(ZnSO₄) = 11,45%

8. Железную пластинку поместили в раствор сульфата меди (II) массой 150 г. Через некоторое время масса пластинки увеличилась на 0,6 г, а массовая доля CuSO₄ в образовавшемся растворе (ω₂) стала равной 5%. Определите массовую долю CuSO₄ в исходном растворе (ω₁).

9. Цинковые опилки массой 15 г поместили в 250 мл 1,2 M раствора нитрата меди (II). Через некоторое время концентрация ионов Cu 2+ в растворе уменьшилась в 2 раза. Определите молярную концентрацию ионов Zn 2+ в растворе после реакции. Какой стала масса металлических опилок?

Ответ: c(Zn 2+ ) = 0,6 моль/л; m(мет.) = 14,85 г.

10. Медную пластинку на некоторое время погрузили в 125 мл 1,2 M раствора нитрата серебра. В результате концентрация ионов Cu 2+ в растворе оказалась равной 0,1 моль/л. Какой стала концентрация нитрата серебра? Какая масса серебра выделилась на пластинке, и как изменилась масса пластинки? Изменением объема раствора можно пренебречь.

Ответ: c₂ (AgNO₃) = 1,0 моль/л; m(Ag) = 2,7 г; Δm(пласт.) = 1,9 г.

11. Свинцовую пластинку выдерживали некоторое время в 180 г 25 %-ного раствора нитрата меди (II). В результате масса пластинки уменьшилась на 18,6 г. Определите массу меди, выделившейся на пластинке и массовые доли веществ в образовавшемся растворе.

Ответ: m(Cu) = 8,32 г, ω₁ = 10,4%, ω₂ = 21,7 %

12. Медную пластинку массой 13,2 г поместили в раствор нитрата железа(III) массой 300 г с массовой долей соли 0,112. После некоторого выдерживания пластинки в растворе ее вынули. В результате массовая доля нитрата железа(III) оказалась равной массовой доле соли меди(II). Определите массу пластинки после окончания реакции (когда ее вынули из раствора).

Ответ: m₂ (пласт.) = 10г

13. Навеску оксида меди(II) массой 12,0 г растворили в 200 г 9,8 %-й серной кислоты. В полученный раствор опустили железную пластинку, выдержали до прекращения реакции и удалили из раствора. Найдите массовую долю соли в полученном растворе. Примите Ar(Cu) = 64.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

14. Железную пластинку массой 100 г погрузили в 250 г 20%-ного раствора сульфата меди(II). После того, как пластинку вынули из раствора, ее масса оказалась равной 102 г. Определите массовую долю сульфата меди(II) в оставшемся растворе.

15. В 85 г 10%-ного раствора нитрата серебра опустили медную монетку массой 5 г. После того, как израсходовалось половина нитрата серебра, монетку вынули. Как изменилась масса монетки? Определите массовую долю нитрата меди(II) в полученном растворе.

16. Медную монетку массой 10 г опустили в 65 г 5%-ного раствора нитрата ртути(II). Когда монетку вынули, ее масса составила 10,685 г. Определите массовые доли веществ в оставшемся растворе.

17. Железную пластину массой 10 г опустили в 100 г раствора сульфата меди, содержащего 10 мас.% СuSО₄. Через некоторое время пластину вынули, промыли и высушили. Масса пластины оказалась равной 10,4 г. Сколько граммов меди выделилось на пластине и какова концентрация сульфата меди в образовавшемся после реакции растворе?

18. После погружения цинковой пластины массой 6 г в 100 г раствора сульфата меди, содержащего 2 мас.% СuSО₄, количество сульфата меди в растворе уменьшилось в четыре раза. Определите концентрации веществ в полученном растворе и найдите, какой стала масса пластины.

19. Железную пластину массой 15 г опустили в 100 г раствора сульфата меди, содержащего 8 мас.% СuSО₄. Через некоторое время пластину вынули, промыли и высушили. Масса пластины оказалась равной 15,3 г. Определите концентрации веществ в образовавшемся после реакции растворе

20. После погружения железной пластины массой 10 г в 100 г раствора сульфата меди, содержащего 5 мас.% СuSО₄, количество ионов меди в растворе уменьшилось в десять раз. Определите концентрации веществ в полученном растворе и найдите, какой стала масса пластины.

21. Железную пластинку массой 5 г опустили в стакан, содержащий 200 г 8 мас.% раствора сульфата меди (II). Через некоторое время пластинку вынули, высушили и взвесили. Масса пластинки стала равной 5,2 г. Найдите концентрации веществ в полученном растворе (потерями раствора, оставшегося на пластинке, пренебречь).

22. Железную пластинку опустили в 150 г раствора сульфата меди. Через некоторое время пластинку вынули, промыли и высушили. Масса пластины оказалась на 0,4 г больше, чем до погружения в раствор. Концентрация СuSO₄ в образовавшемся растворе стала равной 3 мас.%. Найдите концентрацию исходного раствора сульфата меди.

23. Железную пластинку массой 10 г опустили в раствор нитрата серебра, содержащего 4 мас.% АgNО₃. Через некоторое время пластинку вынули, промыли и высушили. Масса пластинки оказалась равной 12,4 г, а концентрация нитрата серебра в растворе уменьшилась в 4 раза. Определите массу исходного раствора.

24. К 200 г раствора хлорида меди, содержащего 5 мас. % СuСl₂, добавили цинковую пластинку. Пластинка растворилась полностью. Концентрация хлорида меди уменьшилась в 5 раз. Определите массу растворенной цинковой пластинки

Источник

Деформация ногтевой пластины причины, способы диагностики и лечения

Деформация ногтевой пластины — это патологическое изменение формы ногтя, его цвета, структуры и плотности. Возникает по многим причинам — врождённое недоразвитие, нехватка витаминов и микроэлементов, инфекционные и грибковые заболевания, травмирование и другие. Выражается в появлении глубоких борозд или выпуклостей, помутнении цвета, пятнах, утолщения. Симптом часто сопровождает хронические болезни, поражения кожи, анемии. Диагностировать следует у дерматолога. Лечением занимается подолог или миколог.

Причины деформации ногтевой пластины

Нормальный здоровый ноготь имеет слегка округлую форму и ровные края, телесный цвет, эластичную структуру и белую полоску на конце. Деформирование выражается в таких признаках:

Деформирующие процессы обычно становятся признаком ониходистрофии — заболевания, которое развивается из-за аномальных нарушений в организме. Возникновению симптома способствуют различные причины:

Статью проверил

Дата публикации: 24 Марта 2021 года

Дата проверки: 24 Марта 2021 года

Дата обновления: 24 Декабря 2021 года

Содержание статьи

Типы деформации ногтевой пластины

Патология может возникнуть на руках или на ногах. Часто по характеру изменений ногтевой пластины можно определить наличие болезни или нарушения в организме. Различают несколько типов симптома, которые отличаются по внешним проявлениям, происхождению и способу вылечить недуг.

Точечная деформация ногтевой пластины

Другое название симптома — напёрстковидный. Представляет собой появление множества мелких точек и пятен на поверхности с углублением до 1 мм. Симптом характерен для таких болезней:

Поперечные борозды при деформации ногтевой пластины

Если появляются борозды на ногтях — это линии Бо-Рейли, или продольные глубокие линии, которые возникают после травмирования, острых инфекций, кожных и сердечно-сосудистых патологий, голодания, поражений клеток спинного мозга. Говорят о наличии нарушений иммунитета, пищеварения и кровообращения.

Гиппократова деформация ногтевой пластины

Представляет собой выпуклое изменение поверхности ногтя, напоминающее стекло часов. Диагностируют одновременно с такими заболеваниями:

Деформация ногтевой пластины в форме птичьего когтя

Выражается в аномальном росте ногтя вверх, что напоминает клюв птицы. Характеризуется пожелтением и сильным уплотнением, которое невозможно устранить обычными ножницами. В медицине патологию называют онихогрифоз. Чаще всего наблюдается у пожилых людей, а также после обширного термического воздействия (обморожения или ожогов) или при кандидозе.

Ложкообразная деформация ногтевой пластины

Разновидность симптома — койлохиния, которая представляет собой формирование ложкообразной формы с углублением, при этом структура, цвет и гладкость ногтя сохраняются. Причинами могут быть врождённые аномалии, травмирования, химическое облучение, проблемы с эндокринной системой и пищеварением, а также ожоги, обморожения, нехватка кальция, железа и витаминов группы B. Поражает только пальцы на руках.

Плоская деформация ногтевой пластины

Называется платохинией, поражает сразу все пальцы кистей или стопы. Чаще всего платохиния — это врождённый порок, полученный в период формирования эмбриона. Может служить признаком цирроза печени, псориаза, экземы.

Методы диагностики

Диагностировать нарушения ногтей может как дерматолог, так и узкопрофильные специалисты — миколог или подолог. Дополнительно возможна консультация таких врачей, как генетик, пульмонолог, кардиолог, иммунолог, гастроэнтеролог. На осмотре врач оценивает общее состояние пластин, выявляет нарушения — трещины, пятна, углубления, наросты, хрупкость и ломкость, расслоение. Далее пациент проходит диагностику:

Вы можете пройти обследования в сети клиник ЦМРТ:

Источник

Брекеты и пластины — в чем разница и когда применяются

Пластины и брекеты используют в ортодонтическом лечении главным образом для исправления прикуса. Эти две конструкции отличаются друг от друга по цене, функциям, предназначению и прочим параметрам. Многих волнует вопрос, что лучше — брекеты или пластины. Расскажем, в чем разница между ними и что выбрать для лечения.

В этой статье

Патологический прикус характеризуется неправильным взаимным расположением зубов нижней и верхней челюстей. Существует множество стоматологических патологий, при которых нарушается прикус. При этом данная проблема является не только эстетической. Из-за нее у человека чаще возникает кариес, развиваются заболевания желудочно-кишечного тракта и другие осложнения.

Прикус формируется примерно к 12-13 годам. К этому возрасту у ребенка вырастают все коренные зубы. Но ортодонтическое лечение, которое направлено на выравнивание зубных рядов, желательно начинать раньше — с 3-4 лет, когда появляются первые признаки неправильного роста зубов и формирования челюсти.

В ортодонтии применяется несколько методов исправления патологий прикуса. Основным из них являются ношение брекет-систем. Однако они устанавливаются только на коренные зубы. В более раннем возрасте используют другие средства, в том числе стоматологические пластинки. Расскажем, чем они отличаются от брекетов.

Отличие брекетов от пластин

Брекеты (скобы) представляют собой ортодонтическую конструкцию, состоящая из дуги и замочков, которые крепятся к зубам и постепенно изменяют их положение. Создают такие системы из металла, пластика, керамики и сапфира. Почти все брекеты стандартные, они выпускаются в промышленных масштабах, но подгоняются под каждого пациента. Исключение составляют лингвальные конструкции, которые фиксируются на внутренней стороне зубного ряда: их изготавливают индивидуально.

Непосредственное воздействие на зубы оказывает дуга, которая обладает эффектом памяти. После установки брекетов она начинает возвращаться к заранее заданной форме, двигая зубы в нужном направлении. Периодически дугу подтягивают, чтобы усилить давление на челюсть. Независимо от вида конструкции и материала, из которого она изготовлена, все брекеты работают по описанному принципу. Главное их отличие от пластин — надежная фиксация, их невозможно снять самостоятельно. Устанавливают такие системы на срок от нескольких месяцев до 2-3 лет в зависимости от патологии.

В отличие от брекетов пластины являются съемными конструкциями. Длительность их ношения в течение дня определяет ортодонт. Делают пластинки из силикона или пластика. Дополнительными деталями являются дуга, винты и пружины, которые производят из металла. Каждая модель изготавливается индивидуально на основе слепков. Устанавливают такую систему как с внутренней, так и с внешней стороны зубов на верхней и/или нижней челюсти.

Пластины и брекеты могут дополнять друг друга. Сначала ортодонтическое лечение осуществляется с помощью одной конструкции, затем устанавливают вторую. Способ лечения определяется возрастом и патологией прикуса.

Показания к установке брекетов и пластин

Пластина отличается от брекетов функциональностью. Она не способна оказывать сильное давление на зубы, поэтому исправить сложные патологии с ее помощью невозможно. Обычно пластины назначают для устранения незначительных дефектов. Основные показания к установке:

Также пластина позволяет скорректировать ширину неба, от размеров которого зависит правильность формирования прикуса. Иными словами, с помощью данной конструкции можно предотвратить патологии, которые впоследствии придется лечить скобами или хирургическим способом.

Главным элементом брекет-систем является металлическая дуга, которая оказывает давление на челюсти. При этом она создает большую нагрузку, причем постоянную, благодаря чему можно устранить даже тяжелые стоматологические проблемы. Ортодонтические скобы назначаются в следующих случаях:

Брекеты позволяют не только предотвратить формирование неправильного прикуса, но и исправить практически любую его патологию. Область их применения гораздо шире, чем у пластин.

Брекеты или пластинки — что лучше в зависимости от возраста

Пластины, как правило, используют в самом начале ортодонтического лечения, так как они могут только удерживать зубы в правильном положении или немного направлять их рост в нужную сторону. Зачастую такие конструкции применяют в детском возрасте, когда у ребенка прикус сменный, но появляются первые признаки его нарушения. Если врач видит, что есть предпосылки для патологии, он назначает маленькому пациенту пластинки, которые становятся первым этапом в продолжительном ортодонтическом лечении. Когда ребенку исполнится 12-13 лет и у него вырастут все коренные зубы, вероятнее всего, ему поставят брекеты. Во взрослой стоматологии пластины применяют для закрепления результата после ношения скоб.

Ортодонтические скобы могут применяться как для лечения детей, так и взрослых. Устанавливают их только на коренные зубы. За счет того, что брекеты обеспечивают более сильную нагрузку на зубной ряд, можно вылечить сложную патологию, причем в максимально короткие сроки. Если лечение назначено до 25 лет, носить брекеты придется не менее 6 месяцев, но не более полутора лет. После 25 исправление прикуса происходит медленнее. Иногда приходится сначала 2-3 года носить скобы, а потом еще около двух лет — пластинки.

Таким образом, брекеты лучше устанавливать в подростковом возрасте после лечения пластинами. Однако если в детстве проблема не была устранена, можно избавиться от нее будучи взрослым, просто на это уйдет больше времени, сил и средств. Пластинки являются альтернативой скобам только в редких случаях, зачастую они выступают в качестве дополнительного инструмента.

Пластины или брекеты: правила ухода

Брекеты от пластин отличаются по многим параметрам, в том числе особенностями ухода. Первые сильно проигрывают вторым по данному показателю, так как требуют тщательной очистки и покупки различных средств ухода. Ортодонтические скобы снять нельзя, поэтому под дугой накапливаются остатки еды, которые могут стать источником бактерий и причиной развития кариеса. С помощью стандартной чистки зубов это не предотвратить. Необходимо использовать дополнительные средства:

Также стоматологи рекомендуют 2-3 раза в неделю проводить чистку зубов с помощью ирригатора — специального устройства, которое очищает полость рта направленной пульсирующей струей воды. Для ухода за брекетами нужно покупать приборы с соответствующими насадками: Donfeel Donfeel OR-820D Compact, Revyline RL 100, Donfeel Donfeel OR-888, Panasonic EW-1411, Revyline RL 200XL и др.

Также придется отказаться от ряда продуктов и напитков: жесткой и липкой пищи, еды с красителями пр. После установки брекетов врач подскажет, что следует включить в рацион, а в чем придется себя ограничить, чтобы не испортить конструкцию и снизить риск развития кариеса.

При лечении зубов пластинами соблюдать диету не нужно, так как перед едой ее снимают. Также не изменится процедура очистки ротовой полости и конструкции. Ее нужно снять, почистить мягкой щеткой и промыть обычной водой. После этого можно провести стандартную чистку зубов щеткой и пастой.

Брекеты и пластинки — что лучше

Основная разница между брекетами и пластинами заключается в их предназначении, поэтому выбор между двумя этими конструкциями определяется прежде всего медицинскими показаниями. Основное преимущество пластин в том, что они съемные. Их можно снять перед едой, совещанием, сном и т.д. Однако здесь могут быть подводные камни: пациент начинает злоупотреблять этой возможностью и часто снимает пластинку, в результате чего лечение становится более продолжительным и менее эффективным.

Брекеты справляются с патологиями лучше, поэтому в ортодонтии их используют чаще, а пластинки назначают на начальном этапе или для закрепления результатов после снятия скоб. В любом случае дефекты, которые влияют на формирование прикуса, появляются в детском возрасте, поэтому и лечение необходимо начинать в детстве. В дальнейшем решится на ношение ортодонтических конструкций будет сложнее.

Источник

От песка до процессора

Сложно в это поверить, но современный процессор является самым сложным готовым продуктом на Земле – а ведь, казалось бы, чего сложного в этом куске железа?

Как и обещал – подробный рассказ о том, как делают процессоры… начиная с песка. Все, что вы хотели знать, но боялись спросить )

Я уже рассказывал о том, «Где производят процессоры» и о том, какие «Трудности производства» на этом пути стоят. Сегодня речь пойдет непосредственно про само производство – «от и до».

Производство процессоров

Вкратце процесс изготовления процессора выглядит так: из расплавленного кремния на специальном оборудовании выращивают монокристалл цилиндрической формы. Получившийся слиток охлаждают и режут на «блины», поверхность которых тщательно выравнивают и полируют до зеркального блеска. Затем в «чистых комнатах» полупроводниковых заводов на кремниевых пластинах методами фотолитографии и травления создаются интегральные схемы. После повторной очистки пластин, специалисты лаборатории под микроскопом производят выборочное тестирование процессоров – если все «ОК», то готовые пластины разрезают на отдельные процессоры, которые позже заключают в корпуса.

Уроки химии

Давайте рассмотрим весь процесс более подробно. Содержание кремния в земной коре составляет порядка 25-30% по массе, благодаря чему по распространённости этот элемент занимает второе место после кислорода. Песок, особенно кварцевый, имеет высокий процент содержания кремния в виде диоксида кремния (SiO₂) и в начале производственного процесса является базовым компонентом для создания полупроводников.

Первоначально берется SiO₂ в виде песка, который в дуговых печах (при температуре около 1800°C) восстанавливают коксом:

Получившийся в результате водород можно много где использовать, но самое главное то, что был получен «электронный» кремний, чистый-пречистый (99,9999999%). Чуть позже в расплав такого кремния опускается затравка («точка роста»), которая постепенно вытягивается из тигля. В результате образуется так называемая «буля» — монокристалл высотой со взрослого человека. Вес соответствующий — на производстве такая дуля весит порядка 100 кг.

Слиток шкурят «нулёвкой» 🙂 и режут алмазной пилой. На выходе – пластины (кодовое название «вафля») толщиной около 1 мм и диаметром 300 мм (

12 дюймов; именно такие используются для техпроцесса в 32нм с технологией HKMG, High-K/Metal Gate). Когда-то давно Intel использовала диски диаметром 50мм (2″), а в ближайшем будущем уже планируется переход на пластины с диаметром в 450мм – это оправдано как минимум с точки зрения снижения затрат на производство чипов. К слову об экономии — все эти кристаллы выращиваются вне Intel; для процессорного производства они закупаются в другом месте.

Каждую пластину полируют, делают идеально ровной, доводя ее поверхность до зеркального блеска.

Производство чипов состоит более чем из трёх сотен операций, в результате которых более 20 слоёв образуют сложную трёхмерную структуру – доступный на Хабре объем статьи не позволит рассказать вкратце даже о половине из этого списка 🙂 Поэтому совсем коротко и лишь о самых важных этапах.

Итак. В отшлифованные кремниевые пластины необходимо перенести структуру будущего процессора, то есть внедрить в определенные участки кремниевой пластины примеси, которые в итоге и образуют транзисторы. Как это сделать? Вообще, нанесение различных слоев на процессорную подложу это целая наука, ведь даже в теории такой процесс непрост (не говоря уже о практике, с учетом масштабов)… но ведь так приятно разобраться в сложном 😉 Ну или хотя бы попытаться разобраться.

Фотолитография

— На кремниевую подложку наносят слой материала, из которого нужно сформировать рисунок. На него наносится фоторезист — слой полимерного светочувствительного материала, меняющего свои физико-химические свойства при облучении светом.
— Производится экспонирование (освещение фотослоя в течение точно установленного промежутка времени) через фотошаблон
— Удаление отработанного фоторезиста.

Нужная структура рисуется на фотошаблоне — как правило, это пластинка из оптического стекла, на которую фотографическим способом нанесены непрозрачные области. Каждый такой шаблон содержит один из слоев будущего процессора, поэтому он должен быть очень точным и практичным.

Иной раз осаждать те или иные материалы в нужных местах пластины просто невозможно, поэтому гораздо проще нанести материал сразу на всю поверхность, убрав лишнее из тех мест, где он не нужен — на изображении выше синим цветом показано нанесение фоторезиста.

Пластина облучается потоком ионов (положительно или отрицательно заряженных атомов), которые в заданных местах проникают под поверхность пластины и изменяют проводящие свойства кремния (зеленые участки — это внедренные чужеродные атомы).

Как изолировать области, не требующие последующей обработки? Перед литографией на поверхность кремниевой пластины (при высокой температуре в специальной камере) наносится защитная пленка диэлектрика – как я уже рассказывал, вместо традиционного диоксида кремния компания Intel стала использовать High-K-диэлектрик. Он толще диоксида кремния, но в то же время у него те же емкостные свойства. Более того, в связи с увеличением толщины уменьшен ток утечки через диэлектрик, а как следствие – стало возможным получать более энергоэффективные процессоры. В общем, тут гораздо сложнее обеспечить равномерность этой пленки по всей поверхности пластины — в связи с этим на производстве применяется высокоточный температурный контроль.

Так вот. В тех местах, которые будут обрабатываться примесями, защитная пленка не нужна – её аккуратно снимают при помощи травления (удаления областей слоя для формирования многослойной структуры с определенными свойствами). А как снять ее не везде, а только в нужных областях? Для этого поверх пленки необходимо нанести еще один слой фоторезиста – за счет центробежной силы вращающейся пластины, он наносится очень тонким слоем.

В фотографии свет проходил через негативную пленку, падал на поверхность фотобумаги и менял ее химические свойства. В фотолитографии принцип схожий: свет пропускается через фотошаблон на фоторезист, и в тех местах, где он прошел через маску, отдельные участки фоторезиста меняют свойства. Через маски пропускается световое излучение, которое фокусируется на подложке. Для точной фокусировки необходима специальная система линз или зеркал, способная не просто уменьшить, изображение, вырезанное на маске, до размеров чипа, но и точно спроецировать его на заготовке. Напечатанные пластины, как правило, в четыре раза меньше, чем сами маски.

Весь отработанный фоторезист (изменивший свою растворимость под действием облучения) удаляется специальным химическим раствором – вместе с ним растворяется и часть подложки под засвеченным фоторезистом. Часть подложки, которая была закрыта от света маской, не растворится. Она образует проводник или будущий активный элемент – результатом такого подхода становятся различные картины замыканий на каждом слое микропроцессора.

Собственно говоря, все предыдущие шаги были нужны для того, чтобы создать в необходимых местах полупроводниковые структуры путем внедрения донорной (n-типа) или акцепторной (p-типа) примеси. Допустим, нам нужно сделать в кремнии область концентрации носителей p-типа, то есть зону дырочной проводимости. Для этого пластину обрабатывают с помощью устройства, которое называется имплантер — ионы бора с огромной энергией выстреливаются из высоковольтного ускорителя и равномерно распределяются в незащищенных зонах, образованных при фотолитографии.

Там, где диэлектрик был убран, ионы проникают в слой незащищенного кремния – в противном случае они «застревают» в диэлектрике. После очередного процесса травления убираются остатки диэлектрика, а на пластине остаются зоны, в которых локально есть бор. Понятно, что у современных процессоров может быть несколько таких слоев — в таком случае на получившемся рисунке снова выращивается слой диэлектрика и далее все идет по протоптанной дорожке — еще один слой фоторезиста, процесс фотолитографии (уже по новой маске), травление, имплантация… ну вы поняли.

Характерный размер транзистора сейчас — 32 нм, а длина волны, которой обрабатывается кремний — это даже не обычный свет, а специальный ультрафиолетовый эксимерный лазер — 193 нм. Однако законы оптики не позволяют разрешить два объекта, находящиеся на расстоянии меньше, чем половина длины волны. Происходит это из-за дифракции света. Как быть? Применять различные ухищрения — например, кроме упомянутых эксимерных лазеров, светящих далеко в ультрафиолетовом спектре, в современной фотолитографии используется многослойная отражающая оптика с использованием специальных масок и специальный процесс иммерсионной (погружной) фотолитографии.

Логические элементы, которые образовались в процессе фотолитографии, должны быть соединены друг с другом. Для этого пластины помещают в раствор сульфата меди, в котором под действием электрического тока атомы металла «оседают» в оставшихся «проходах» — в результате этого гальванического процесса образуются проводящие области, создающие соединения между отдельными частями процессорной «логики». Излишки проводящего покрытия убираются полировкой.

Финишная прямая

Ура – самое сложное позади. Осталось хитрым способом соединить «остатки» транзисторов — принцип и последовательность всех этих соединений (шин) и называется процессорной архитектурой. Для каждого процессора эти соединения различны – хоть схемы и кажутся абсолютно плоскими, в некоторых случаях может использоваться до 30 уровней таких «проводов». Отдаленно (при очень большом увеличении) все это похоже на футуристическую дорожную развязку – и ведь кто-то же эти клубки проектирует!

Когда обработка пластин завершена, пластины передаются из производства в монтажно-испытательный цех. Там кристаллы проходят первые испытания, и те, которые проходят тест (а это подавляющее большинство), вырезаются из подложки специальным устройством.

На следующем этапе процессор упаковывается в подложку (на рисунке – процессор Intel Core i5, состоящий из CPU и чипа HD-графики).

Привет, сокет!

Подложка, кристалл и теплораспределительная крышка соединяются вместе – именно этот продукт мы будем иметь ввиду, говоря слово «процессор». Зеленая подложка создает электрический и механический интерфейс (для электрического соединения кремниевой микросхемы с корпусом используется золото), благодаря которому станет возможным установка процессора в сокет материнской платы – по сути, это просто площадка, на которой разведены контакты от маленького чипа. Теплораспределительная крышка является термоинтерфейсом, охлаждающим процессор во время работы – именно к этой крышке будут примыкать система охлаждения, будь то радиатор кулера или здоровый водоблок.

Сокет (разъём центрального процессора) — гнездовой или щелевой разъём, предназначенный для установки центрального процессора. Использование разъёма вместо прямого распаивания процессора на материнской плате упрощает замену процессора для модернизации или ремонта компьютера. Разъём может быть предназначен для установки собственно процессора или CPU-карты (например, в Pegasos). Каждый разъём допускает установку только определённого типа процессора или CPU-карты.

На завершающем этапе производства готовые процессоры проходят финальные испытания на предмет соответствия основным характеристикам – если все в порядке, то процессоры сортируются в нужном порядке в специальные лотки – в таком виде процессоры уйдут производителям или поступят в OEM-продажу. Еще какая-то партия пойдет на продажу в виде BOX-версий – в красивой коробке вместе со стоковой системой охлаждения.

The end

Теперь представьте себе, что компания анонсирует, например, 20 новых процессоров. Все они различны между собой – количество ядер, объемы кэша, поддерживаемые технологии… В каждой модели процессора используется определенное количество транзисторов (исчисляемое миллионами и даже миллиардами), свой принцип соединения элементов… И все это надо спроектировать и создать/автоматизировать – шаблоны, линзы, литографии, сотни параметров для каждого процесса, тестирование… И все это должно работать круглосуточно, сразу на нескольких фабриках… В результате чего должны появляться устройства, не имеющие права на ошибку в работе… А стоимость этих технологических шедевров должна быть в рамках приличия… Почти уверен в том, что вы, как и я, тоже не можете представить себе всего объема проделываемой работы, о которой я и постарался сегодня рассказать.

Ну и еще кое-что более удивительное. Представьте, что вы без пяти минут великий ученый — аккуратно сняли теплораспределительную крышку процессора и в огромный микроскоп смогли увидеть структуру процессора – все эти соединения, транзисторы… даже что-то на бумажке зарисовали, чтобы не забыть. Как думаете, легко ли изучить принципы работы процессора, располагая только этими данными и данными о том, какие задачи с помощью этого процессора можно решать? Мне кажется, примерно такая картина сейчас видна ученым, которые пытаются на подобном уровне изучить работу человеческого мозга. Только если верить стэнфордским микробиологам, в одном человеческом мозге находится больше «транзисторов», чем во всей мировой IT-инфраструктуре. Интересно, правда?

BONUS

Хватило сил дочитать до этого абзаца? ) Поздравляю – приятно, что я постарался не зря. Тогда предлагаю откинуться на спинку кресла и посмотреть всё описанное выше, но в виде более наглядного видеоролика – без него статья была бы не полной.

Эту статью я писал сам, пытаясь вникнуть в тонкости процесса процессоростроения. Я к тому, что в статье могут быть какие-то неточности или ошибки — если найдете что-то, дайте знать. А вообще, чтобы окончательно закрепить весь прочитанный материал и наглядно понять то, что было недопонято в моей статье, пройдите по этой ссылке. Теперь точно всё.

Успехов!

Источник