Saphir-CPUs: Bastler findet transparenten Silicon-on-Sapphire Chip von HP
Ein Diskettenlaufwerk weist auf eine ungewöhnliche Fertigungsmethode für Halbleiter hin: Mit Silicon on Sapphire wurden transparente Chips gebaut. Das Ziel war aber eigentlich ein anderes.
Der Bastler Ken Shirriff hat ein altes Diskettenlaufwerk zerlegt und ist dabei auf einen ungewöhnlichen Halbleiter von HP gestoßen: Einen transparenten Interface-Chip namens PHI (Processor-to-HP-IB Interface). Die Transparenz, die sich oben im Bild gut am leicht durch den Chip scheinenden "X" erkennen lässt, kommt dabei durch eine ungewöhnliche Fertigungstechnik, die sogar einige CPUs hervorgebracht hat: Silicon on Sapphire, kurz SOS.
Saphir statt Silizium
Während fast alle modernen Chips auf einem Siliziumwafer aufgebaut werden, wird bei Silicon on Sapphire ein Saphir als Trägermaterial genutzt. Auf diesem werden anschließend die einzelnen Siliziumtransistoren aufgebaut und wie gewohnt über mehrere Metalllagen miteinander verbunden. Da die entsprechenden Schichten aber vergleichsweise dünn sind, und der Saphir das Licht nicht abhält, ist der Gesamtchip leicht transparent.
Quelle: HP
Querschnitt des Halbleiter-Aufbaus: Die Siliziumschicht mit den Transistoren befindet sich auf einem Träger aus Saphir.
Das Ziel bei dieser ungewöhnlichen Fertigungsmethode war aber ein anderes: Da Saphir Strom kaum leitet, werden die einzelnen Transistoren besser isoliert als bei einer Fertigung direkt auf einem Siliziumkristall. Das sorgt beispielsweise für reduzierte Leckströme und parasitäre Kapazitäten. Der Ansatz erinnert dabei stark an den SOI-Aufbau (Silicon on Insulator), der im High-End-Markt zuletzt bei AMDs Bulldozer-Prozessoren genutzt wurde.
Laut Shirriff kam Silicon on Sapphire im vergangenen Jahrtausend auch bei einigen Prozessoren zum Einsatz, beispielsweise beim HP MC² oder in der CPU des HP 3000 Amigo. Langfristig durchsetzen konnte sich die Technik aber nicht, denn wie Silicon on Insulator ist auch Silicon on Sapphire zu aufwändig und obendrein zu fehleranfällig. HP soll mit diesem Ansatz beispielsweise nur eine Yield-Rate von 9 Prozent erreicht haben, 91 Prozent der produzierten Chips waren also Ausschuss. Hintergrund waren unter anderem das Aufeinandertreffen der Saphir- und Silizium-Kristallgitter, das nicht immer korrekt umgesetzt werden konnte.
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Wie SOI ist auch SOS damit inzwischen längst nicht mehr im Markt für High-End-Hardware zu finden, sondern nur eine Nischenlösung für spezielle Anwendungen. Stattdessen setzt der Markt inzwischen weitgehend auf die Bulk-Fertigung, bei der alles direkt auf Silizium aufgebaut wird. Die so erreichten Eigenschaften sind zwar teils schlechter, dafür ist diese Methode aber günstiger und zuverlässiger.
Quelle: Ken Shirriff (righto) via Tom's Hardware
