Wie funktioniert ein Mikrochip?

Der erste Mikrochip wurde 1974 erfunden. Seitdem nehmen die Verarbeitungskapazitäten exponentiell zu. Mikrochips sind das Gehirn jedes existierenden elektronischen Geräts. Von Uhren über Taschenrechner bis hin zu Satelliten und Computern – diese kleinen Chips sorgen für die Annehmlichkeiten, die so viele Aufgaben erleichtern. Mikrochips sind integrierte Schaltkreise, die auf Siliziumchips oder Wafer geätzt wurden. Die integrierten Schaltkreise übertragen elektrische Ströme oder Signale, die dann von einem Empfangsgerät in Anweisungen umgewandelt werden. Der Siliziumanteil des Chips bildet zusammen mit Drähten und Transistoren eine sehr förderliche Umgebung für die Übertragung von Elektrizität.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, einen Mikrochip zu bauen. Wie es aufgebaut ist, hängt vom Verwendungszweck des Chips ab. Im Fall eines Personal Computers ist Silizium der Hauptbestandteil der meisten Chips. Silizium, ein Hauptbestandteil von Sand, ist in der Lage, Elektrizität entweder zu leiten oder zu enthalten, was es zu einem idealen Material als Chip macht. Chiphersteller fügen andere Metalle wie Aluminium, Kupfer und Gold hinzu, um die Fähigkeiten des Chips zu verbessern. Viele Mikrochips sind nur 2 bis 3 Millimeter im Quadrat und einige Millimeter dick. Das eigentliche Schaltungsdesign wird mit ultraviolettem Licht mit einer Schablone oder Maske als Führung auf den Chip gezeichnet. Anschließend werden Verdrahtungs- und Transistorkomponenten auf dem Design aufgebaut. Komplexe integrierte Schaltungen können mehrere Schichten eingebauter, miteinander verbundener Komponenten aufweisen. Die Datenspeicherungs- und Manipulationsfähigkeiten von Mikrochips werden von diesen eingebauten Transistorkomponenten ausgeführt. Ein einfacher Chip kann bis zu 3.000 Transistoren haben. Der elektrische Strom wird in nutzbare Daten umgewandelt, indem der Strom in einer Reihe von Ladungen durch den Stromkreis geschickt wird. Die Gebühren werden tatsächlich zur Sprache, die für die Kommunikation mit einem empfangenden Gerät erforderlich ist. Boolesche Logik ist die Sprache, die verwendet wird, um elektrische Ströme in brauchbare Anweisungen für einen Computer zu übersetzen. In ihrer einfachsten Form ist die boolesche Logik ein Binärcode, der zwei Werte verwendet – wahr und falsch oder „ein und aus“ – um elektrischen Strom in eine brauchbare Nachricht zu übersetzen.

Mikrochips bieten unzählige Verwendungsmöglichkeiten in zahlreichen technischen und technologischen Bereichen, einschließlich Physik, Wissenschaft, Optik und Biologie. Fortschritte in einem Bereich wirken sich progressiv auf die anderen aus. Ein besonders vielversprechender Bereich ist die Photonik. Die Photonik nutzt die Eigenschaften des Lichts als Medium zur Informationsübertragung. Das aufstrebende Gebiet der Optoelektronik kombiniert die Quanteneffekte von Licht mit den magnetischen Effekten von Halbleitermaterialien. Ein weiteres neues und vielversprechendes Studiengebiet ist das der Nanotechnologie. Nanotechnologie arbeitet im Bereich der Atome und Moleküle. Es ist eine neue Dimension der Fertigung, die darauf abzielt, neue und verbesserte Substanzen, Materialien und Prozesse zu schaffen. Mit der Nanotechnologie arbeiten Wissenschaftler daran, lebensfähige Mikrochips in der Größe von Molekülen herzustellen. Bei Erfolg wird eine ganz neue Welt von Produkten und Informationsverarbeitungsfunktionen entstehen.