ev > İnternet > İlk mikrosxem. Yenidən konfiqurasiya edilə bilən arxitekturaya malik mikrosxemlərin quruluşu və inkişaf tarixi. mikroqurğularda fiziki proseslər mikrohəcmlərdə, nazik təbəqəli strukturlarda baş verir


İlk mikrosxem. Yenidən konfiqurasiya edilə bilən arxitekturaya malik mikrosxemlərin quruluşu və inkişaf tarixi. mikroqurğularda fiziki proseslər mikrohəcmlərdə, nazik təbəqəli strukturlarda baş verir




İndi, hətta daha az inkişaf etmiş mobil telefonlar, planşetləri, noutbukları və masaüstü fərdi kompüterləri bir yana qoyaq, mikroprosessorsuz edə bilməz. Mikroprosessor nədir və onun yaranma tarixi necə inkişaf etmişdir? Sadə dillə desək, mikroprosessor daha mürəkkəb və çoxfunksiyalı inteqral sxemdir.

Mikrosxemin (inteqral sxem) tarixi başlayır 1958-ci ildən, Amerikanın Texas Instruments şirkətinin əməkdaşı Cek Kilbi keçiricilərlə birləşdirilən bir qutuda bir neçə tranzistordan ibarət müəyyən yarımkeçirici qurğu ixtira etdikdə. İlk mikrosxem - mikroprosessorun əcdadı - yalnız 6 tranzistordan ibarət idi və üzərinə qızıldan hazırlanmış izlər vurulmuş nazik bir boşqab idi. Müqayisə üçün qeyd edək ki, bu gün vahidlər və hətta on milyonlarla yarımkeçirici elementlər mövcuddur.

1970-ci ilə qədər kifayət qədər çox istehsalçı müxtəlif tutumlu və müxtəlif funksional sahələrin inteqral sxemlərinin inkişafı və yaradılması ilə məşğul idi. Amma bu ili ilk mikroprosessorun doğulduğu tarix hesab etmək olar. Məhz bu il Intel cəmi 1 Kbit tutumlu yaddaş çipi yaratdı - müasir prosessorlar üçün əhəmiyyətsiz, lakin o dövr üçün inanılmaz dərəcədə böyükdür. O zaman bu, böyük nailiyyət idi - yaddaş çipi 128 bayta qədər məlumat saxlamağa qadir idi - analoji analoqlardan xeyli yüksək idi. Bundan əlavə, təxminən eyni vaxtda Yapon kalkulyator istehsalçısı Busicom müxtəlif funksional sahələrin eyni Intel 12 mikrosxemlərini sifariş etdi. Intel mütəxəssisləri bütün 12 funksional sahəni bir çipdə həyata keçirməyi bacardılar. Üstəlik, yaradılmış mikrosxem çoxfunksiyalı oldu, çünki fiziki quruluşu dəyişdirmədən funksiyalarını proqramlı şəkildə dəyişdirməyə imkan verdi. Mikrosxem onun idarəetmə pinlərinə göndərilən əmrlərdən asılı olaraq müəyyən funksiyaları yerinə yetirirdi.

Bir il ərzində 1971-ci ildə Intel 4004 kod adlı ilk 4 bitlik mikroprosessoru buraxır. 6 tranzistorlu ilk mikrosxemlə müqayisədə o, 2,3 min yarımkeçirici elementdən ibarət idi və saniyədə 60 min əməliyyat yerinə yetirdi. O dövrdə bu, mikroelektronika sahəsində böyük bir irəliləyiş idi. 4-bit o demək idi ki, 4004 4-bit məlumatı bir anda emal edə bilər. Daha iki ildən sonra 1973-cü ildəŞirkət artıq 8 bitlik məlumatlarla işləyən 8008 8 bitlik prosessor istehsal edir. Başlanğıc 1976-cı ildən, şirkət 8086 mikroprosessorunun 16 bitlik versiyasını inkişaf etdirməyə başlayır.

İnteqrasiya edilmiş sxem (IC, mikrosxem), çip, mikroçip (ingiliscə mikroçip, silikon çip, çip - nazik lövhə - əvvəlcə mikrosxem kristalının lövhəsinə istinad edilən termin) - mikroelektronik cihaz - ixtiyari mürəkkəblikdə (kristal) elektron dövrə yarımkeçirici substratda (vafli və ya plyonka) və ayrıla bilməyən korpusa yerləşdirilir və ya mikroquraşdırmaya daxil edilirsə, bir olmadan.

Mikroelektronika dövrümüzün ən əhəmiyyətli və çoxlarının inandığı kimi, ən mühüm elmi və texniki nailiyyətdir. XVI əsrdə çapın ixtirası, 18-ci əsrdə buxar maşınının yaradılması, 19-cu əsrdə elektrotexnikanın inkişafı kimi texnologiya tarixində dönüş nöqtələri ilə müqayisə oluna bilər. Və bu gün biz elmi-texniki inqilabdan danışanda ilk növbədə mikroelektronikanı nəzərdə tuturuq. Günümüzün heç bir texniki nailiyyəti kimi, o, həyatın bütün sahələrinə nüfuz edir və dünən sadəcə olaraq ağlasığmaz olanı reallaşdırır. Buna əmin olmaq üçün cib kalkulyatorlarını, miniatür radio aparatlarını, məişət cihazlarında olan elektron idarəetmə cihazlarını, saatları, kompüterləri və proqramlaşdırıla bilən kompüterləri xatırlamaq kifayətdir. Və bu onun tətbiq sahəsinin yalnız kiçik bir hissəsidir!

Mikroelektronika özünün yaranması və mövcudluğunu yeni subminiatür elektron elementin - inteqral sxemin yaradılmasına borcludur. Bu sxemlərin görünüşü, əslində, bir növ əsaslı yeni ixtira deyildi - bu, birbaşa yarımkeçirici cihazların inkişafı məntiqindən irəli gəlirdi. Əvvəlcə yarımkeçirici elementlər yenicə istifadəyə veriləndə hər bir tranzistor, rezistor və ya diod ayrı-ayrılıqda istifadə olunurdu, yəni öz fərdi qutusuna daxil edilir və fərdi kontaktlarından istifadə edərək dövrəyə daxil edilirdi. Bu, eyni elementlərdən bir çox oxşar sxemlərin yığılması lazım olduğu hallarda belə edildi.

Tədricən, bu cür cihazları ayrı-ayrı elementlərdən yığmamaq, dərhal bir ümumi kristal üzərində istehsal etmək daha rasional olduğu, xüsusən də yarımkeçirici elektronika bunun üçün bütün ilkin şərtləri yaratdığından anlaşıldı. Əslində, bütün yarımkeçirici elementlər strukturlarına görə bir-birinə çox oxşardır, eyni iş prinsipinə malikdir və yalnız p-n bölgələrinin nisbi mövqeyində fərqlənir.

Bu p-n bölgələri, xatırladığımız kimi, yarımkeçirici kristalın səth təbəqəsinə eyni tipli çirkləri daxil etməklə yaradılır. Üstəlik, yarımkeçirici elementlərin böyük əksəriyyətinin etibarlı və bütün nöqteyi-nəzərdən qənaətbəxş işləməsi bir millimetrin mində bir hissəsi olan səth işçi təbəqəsinin qalınlığı ilə təmin edilir. Ən kiçik tranzistorlar adətən yarımkeçirici çipin yalnız üst qatını istifadə edir ki, bu da onun qalınlığının yalnız 1%-ni təşkil edir. Qalan 99% daşıyıcı və ya substrat rolunu oynayır, çünki substrat olmadan tranzistor ən kiçik toxunuşda sadəcə çökə bilər. Nəticədə, fərdi elektron komponentlərin istehsalı üçün istifadə olunan texnologiyadan istifadə edərək, bir çipdə bir neçə onlarla, yüzlərlə, hətta minlərlə belə komponentdən ibarət tam dövrə yaratmaq mümkündür.

Bunun faydası böyük olacaq. Birincisi, xərclər dərhal azalacaq (bir mikrosxemin dəyəri adətən onun komponentlərinin bütün elektron elementlərinin ümumi dəyərindən yüzlərlə dəfə azdır). İkincisi, belə bir cihaz daha etibarlı olacaq (təcrübə göstərir ki, minlərlə və on minlərlə dəfə) və bu, çox böyük əhəmiyyət kəsb edir, çünki on və ya yüz minlərlə elektron komponentdən ibarət bir dövrədə nasazlıq tapmaq son dərəcə mürəkkəb problemdir. Üçüncüsü, inteqral sxemin bütün elektron elementləri adi sxemdəki analoqlarından yüzlərlə və minlərlə dəfə kiçik olduğuna görə, onların enerji sərfiyyatı xeyli aşağıdır və məhsuldarlığı xeyli yüksəkdir.

Elektronikaya inteqrasiyanın gəlişini müjdələyən əsas hadisə Texas Instruments şirkətindən amerikalı mühəndis C.Kilbinin monolit təmiz silisium parçasında registrlər, kondansatörlər, tranzistorlar və diodlar kimi bütün dövrə üçün ekvivalent elementləri əldə etmək təklifi oldu. . Kilby 1958-ci ilin yayında ilk inteqral yarımkeçirici sxemi yaratdı. Artıq 1961-ci ildə Fairchild Semiconductor Corporation kompüterlər üçün ilk seriyalı çipləri buraxdı: təsadüf dövrəsi, yarım növbəli registr və tətik. Həmin ildə Texas şirkəti yarımkeçirici inteqral məntiq sxemlərinin istehsalını mənimsəmişdir.

Növbəti il ​​digər şirkətlərin inteqral sxemləri ortaya çıxdı. Qısa müddətdə inteqrasiya olunmuş dizaynda müxtəlif növ gücləndiricilər yaradılmışdır. 1962-ci ildə RCA kompüter saxlama cihazları üçün inteqrasiya olunmuş yaddaş matrisi çiplərini inkişaf etdirdi. Tədricən bütün ölkələrdə mikrosxemlərin istehsalı quruldu - mikroelektronika erası başladı.

İnteqral sxem üçün başlanğıc material adətən təmiz silisiumdan hazırlanmış xam gofretdir. Nisbətən böyük ölçüyə malikdir, çünki eyni vaxtda bir neçə yüz eyni tipli mikrosxem istehsal olunur. Birinci əməliyyat ondan ibarətdir ki, oksigenin təsiri altında 1000 dərəcə temperaturda bu lövhənin səthində silikon dioksid təbəqəsi əmələ gəlir. Silikon oksid böyük kimyəvi və mexaniki müqavimət ilə xarakterizə olunur və əla dielektrik xüsusiyyətlərinə malikdir, altındakı silikon üçün etibarlı izolyasiya təmin edir.

Növbəti addım p və ya n keçirici zolaqlar yaratmaq üçün çirklərin daxil edilməsidir. Bunu etmək üçün, oksid filmi plitədəki fərdi elektron komponentlərə uyğun gələn yerlərdən çıxarılır. İstədiyiniz sahələrin seçilməsi fotolitoqrafiya adlanan prosesdən istifadə etməklə baş verir. Birincisi, bütün oksid təbəqəsi fotofilm rolunu oynayan fotosensitiv birləşmə (fotorezist) ilə örtülmüşdür - bu, ifşa oluna və inkişaf etdirilə bilər. Bundan sonra, yarımkeçirici kristalın səthinin naxışını ehtiva edən xüsusi fotomaska ​​vasitəsilə lövhə ultrabənövşəyi şüalarla işıqlandırılır.

İşığın təsiri altında oksid təbəqəsində düz bir naxış əmələ gəlir, açıqlanmayan yerlər işıqda qalır, qalanları isə qaralır. Fotorezistorun işığa məruz qaldığı yerdə turşuya davamlı olan filmin həll olunmayan sahələri əmələ gəlir. Sonra vafli bir həlledici ilə müalicə olunur, bu da fotorezisti məruz qalan ərazilərdən çıxarır. Açıq bölgələrdən (və yalnız onlardan) silikon oksid təbəqəsi turşudan istifadə edərək silinir.

Nəticədə, silisium oksidi lazımi yerlərdə həll olunur və təmiz silisiumun "pəncərələri" açıqdır, çirkləri daxil etməyə hazırdır (bağlama). Bunun üçün n-tipli keçiriciliyi əldə etmək üçün 900-1200 dərəcə temperaturda substratın səthi istənilən çirklənməyə, məsələn, fosfor və ya arsenə məruz qalır. Çirkli atomlar təmiz silisiumun dərinliyinə nüfuz edir, lakin onun oksidi ilə dəf edilir. Gofreti bir növ çirklə müalicə etdikdən sonra başqa bir növ ilə bağlama üçün hazırlanır - vaflinin səthi yenidən oksid təbəqəsi ilə örtülür, yeni fotolitoqrafiya və aşındırma aparılır, bunun nəticəsində yeni "pəncərələr" silikon açılır.

Bunun ardınca p-tipli keçiriciliyi əldə etmək üçün məsələn, bor ilə yeni ligasiya aparılır. Beləliklə, kristalın bütün səthində düzgün yerlərdə p və n bölgələri əmələ gəlir. Ayrı-ayrı elementlər arasında izolyasiya bir neçə yolla yaradıla bilər: silikon oksidin bir təbəqəsi belə izolyasiya kimi xidmət edə bilər və ya p-n qovşaqlarını bloklayan düzgün yerlərdə də yaradıla bilər.

Emalın növbəti mərhələsi inteqral sxemin elementləri arasında, eləcə də bu elementlər və xarici sxemləri birləşdirmək üçün kontaktlar arasında keçirici birləşmələrin (keçirici xətlərin) tətbiqi ilə bağlıdır. Bunu etmək üçün, nazik bir film şəklində çökən substratın üzərinə nazik bir alüminium təbəqəsi püskürtülür. O, yuxarıda təsvir edilənlərə bənzər fotolitoqrafik emal və aşındırmaya məruz qalır. Nəticədə, bütün metal təbəqədən yalnız nazik keçirici xətlər və kontakt yastıqları qalır.

Nəhayət, yarımkeçirici çipin bütün səthi qoruyucu təbəqə ilə örtülmüşdür (ən çox silikat şüşə), sonra kontakt yastıqlarından çıxarılır. İstehsal edilən bütün mikrosxemlər nəzarət və sınaq stendində ən ciddi sınaqdan keçirilir. Qüsurlu dövrələr qırmızı nöqtə ilə qeyd olunur. Nəhayət, kristal fərdi çip plitələrinə kəsilir, hər biri xarici dövrələrə qoşulmaq üçün aparatları olan davamlı bir korpusa yerləşdirilir.

İnteqral sxemin mürəkkəbliyi inteqrasiya dərəcəsi adlanan göstərici ilə xarakterizə olunur. 100-dən çox elementi olan inteqral sxemlərə aşağı inteqrasiyalı sxemlər deyilir; 1000-ə qədər elementdən ibarət sxemlər - orta inteqrasiya dərəcəsinə malik inteqral sxemlər; on minlərlə elementdən ibarət sxemlərə böyük inteqral sxemlər deyilir. Tərkibində bir milyona qədər elementi olan sxemlər artıq istehsal olunur (onlara ultra-böyük deyilir). İnteqrasiyanın tədricən artması ona gətirib çıxardı ki, hər il sxemlər getdikcə daha miniatür və müvafiq olaraq daha mürəkkəbləşir.

Əvvəllər böyük ölçülərə malik olan çoxlu sayda elektron cihaz indi kiçik bir silikon vafliyə sığır. Bu yolda son dərəcə mühüm hadisə 1971-ci ildə Amerikanın Intel şirkəti tərəfindən hesab və məntiqi əməliyyatları yerinə yetirmək üçün vahid inteqral sxemin - mikroprosessorun yaradılması oldu. Bu, mikroelektronikanın kompüter texnologiyası sahəsinə böyük bir irəliləyişinə səbəb oldu.

Oxu və yaz faydalı

Cek Kilbinin ilk yarımkeçirici inteqral sxemi 12 sentyabr 2018-ci il

12 sentyabr 1958-ci ildə Jack S. Kilby Texas Instruments-da (ABŞ) ilk işləyən inteqral sxemi nümayiş etdirdi. İlk dəfə olaraq elektron komponentlər bir substratda birləşdirildi. Bu cihaz 11,1 mm x 1,6 mm ölçüdə kiçik bir germanium lövhəsində generator idi. Bu gün inteqral sxemlər demək olar ki, bütün elektron avadanlıqların əsas tikinti bloklarıdır.
İnteqral sxemi ixtirasına görə Cek Kilbi 2000-ci ildə Fizika üzrə Nobel Mükafatına və 1970-ci ildə Milli Elm Medalına layiq görülmüş, 1982-ci ildə isə ABŞ Milli Şöhrət Zalına Fəxri İxtiraçı kimi daxil edilmişdir.

Cek Kilby açıq laboratoriya jurnalı ilə, onun səhifələrində yaratdığı ilk inteqral sxemin təsviri.


Bu, Cek Kilbinin ilk inteqral sxemidir.

SSRİ-də 1963-cü ildə Zelenoqradda Mikroelektronika Mərkəzi yaradıldı. 1964-cü ildə oradakı Angstrem zavodunda qablaşdırılmamış tranzistorlardan istifadə etməklə hibrid plyonka texnologiyası ilə hazırlanmış ilk “Tropa” (seriya 201), “Ambassador” (seriya 217) inteqral sxemləri hazırlanmışdır. 60-cı illərin sonunda Zelenoqraddakı Mikron zavodunda texnologiya tətbiq edildi və ilk monolit inteqral sxemlərin istehsalına başlandı. Budur "Logic-1" mövzusunda Micron-dan ilk mikrosxemlərin pilot partiyası üçün pasport

Bu, pasportunu təqdim etdiyim mikrosxemin özüdür

Ondan sonra "Logic-2" (133 seriya - Texas Instruments-dan SN54 seriyasının analoqu) gəldi. Xüsusilə, SN5400-ün analoqu olan məşhur M3300 və ya daha yaxşı 1LB333 kimi tanınan mikrosxem, daha sonra 133LA3 və ya plastik qutuda K155LA3 (SN7400) kimi tanındı, bu seriyanı yaxşılaşdırmaq baxımından Amerikalı həmkarları kimi daha bir davam etdi. "Tier" mövzusunda performans - 530LA3 (SN54S00), "Isis KS" mövzusunda səmərəlilik - 533LA3 (SN54LS00) və s. Malin B.V.-nin yazan məqaləsini necə xatırlamaq olmaz: “Amerika texnoloji təcrübəsinin təkrarlanması və surətinin çıxarılması konsepsiyaları qüvvədə idi - MEP-in “əks mühəndisliyi” adlanan üsullar. Reproduksiya üçün silikon inteqral sxemlərin prototip nümunələri və istehsal nümunələri ABŞ-dan alınmış və onların surətinin çıxarılması İqtisadiyyat və İqtisadiyyat Nazirliyinin (nazir Şokin) əmrləri ilə ciddi şəkildə tənzimlənmişdir. Kopyalama konsepsiyası 19 ildən çox müddət ərzində nazir tərəfindən ciddi şəkildə idarə olunurdu, bu müddət ərzində müəllif 1974-cü ilə qədər MEP sistemində işləmişdir ... "
1973-cü ildə Pulsarda elektron saatların inkişafı başladı. İnkişaf üzrə elmi rəhbər, texnika elmləri doktoru, prof. Dokuçayev Yuri Petroviç. Fotoda ilk sovet CMOS elektron saatı "Electronics-1"in daxili görünüşü göstərilir.

Həmçinin 1973-cü ildə Angstremdə ilk sovet CMOS kalkulyatorunun seriya istehsalı mənimsənildi.

1980-ci ildə Mikron zavodu 100 000 000 inteqral sxem, 1985-ci ildə isə Angstrem zavodu maye kristal displeyli Elektronika-85 cib 16 bitlik fərdi kompüterinin kütləvi istehsalına başladı.


Bir sözlə, 80-ci illərin ortalarında sovet radioelektronikasının inkişafında zirvə var idi. “Biser-4” bort kompüterində yerli mikroprosessorlardan istifadə edən “Buran” kosmik gəmisinin unikal uçuşu və avtomatik enişi bunu sübut edir. Eyni Riqada "Rina", "Wright" və "Rosite" mövzularında ilk yerli siqnal prosessorlarının istehsalı mənimsənildi.
Bu isə 1986-cı ilin fevralında Sov.İKP-nin 27-ci qurultayının nümayəndələrinə təqdim edilmiş unikal elektron dəftərin fotosudur.

Sonra nə oldu? Qorbaçovun hakimiyyətə gəlməsi ilə sovet elektronikası gözümüzün qabağında sözün əsl mənasında dağılmağa başladı. Amma qəribəsi odur ki, bu sonuncu baş katibin danışdığı hər şey mütərəqqi idi, məsələn, 1986-cı ildə Sov.İKP-nin 27-ci qurultayında elmi-texniki tərəqqinin sürətləndirilməsi proqramını elan etdi, amma əslində tamam başqa bir şey oldu. Dövlət əmlakının mütərəqqi oğurlanması, müəssisələrin bağlanması, maaşların verilməməsi, xaos və nəhayət, SSRİ-nin dağılması başlandı.
Ancaq bu başqa hekayədir.

Mikroelektronika dövrümüzün ən əhəmiyyətli və çoxlarının hesab etdiyi kimi, ən mühüm elmi və texniki nailiyyətdir. XVI əsrdə çapın ixtirası, 18-ci əsrdə buxar maşınının yaradılması, 19-cu əsrdə elektrotexnikanın inkişafı kimi texnologiya tarixində dönüş nöqtələri ilə müqayisə oluna bilər. Və bu gün biz elmi-texniki inqilabdan danışanda ilk növbədə mikroelektronikanı nəzərdə tuturuq. Günümüzün heç bir texniki nailiyyəti kimi, o, həyatın bütün sahələrinə nüfuz edir və dünən sadəcə olaraq ağlasığmaz olanı reallaşdırır. Buna əmin olmaq üçün cib kalkulyatorlarını, miniatür radio aparatlarını, məişət cihazlarında olan elektron idarəetmə cihazlarını, saatları, kompüterləri və proqramlaşdırıla bilən kompüterləri xatırlamaq kifayətdir. Və bu, onun tətbiq sahəsinin yalnız kiçik bir hissəsidir!

Mikroelektronika özünün yaranması və mövcudluğunu yeni subminiatür elektron elementin - inteqral sxemin yaradılmasına borcludur. Bu sxemlərin görünüşü, əslində, bir növ əsaslı yeni ixtira deyildi - bu, birbaşa yarımkeçirici cihazların inkişafı məntiqindən irəli gəlirdi. Əvvəlcə yarımkeçirici elementlər yenicə istifadəyə veriləndə hər bir tranzistor, rezistor və ya diod ayrı-ayrılıqda istifadə olunurdu, yəni öz fərdi qutusuna daxil edilir və fərdi kontaktlarından istifadə edərək dövrəyə daxil edilirdi. Bu, eyni elementlərdən bir çox oxşar sxemlərin yığılması lazım olduğu hallarda belə edildi. Lakin tədricən belə bir qurğunun ayrı-ayrı elementlərdən yığılmaması, dərhal bir ümumi kristal üzərində istehsalının daha məqsədəuyğun olduğunu başa düşdü, xüsusən də yarımkeçirici elektronika bunun üçün bütün ilkin şərtləri yaratdığından. Əslində, bütün yarımkeçirici elementlər strukturlarına görə bir-birinə çox oxşardır, eyni iş prinsipinə malikdir və yalnız p-n bölgələrinin nisbi mövqeyində fərqlənir. Bu p-n bölgələri, xatırladığımız kimi, yarımkeçirici kristalın səth təbəqəsinə eyni tipli çirkləri daxil etməklə yaradılır. Üstəlik, yarımkeçirici elementlərin böyük əksəriyyətinin etibarlı və bütün nöqteyi-nəzərdən qənaətbəxş işləməsi bir millimetrin mində bir hissəsi olan səth işçi təbəqəsinin qalınlığı ilə təmin edilir. Ən kiçik tranzistorlar adətən yarımkeçirici çipin yalnız üst qatını istifadə edir ki, bu da onun qalınlığının yalnız 1%-ni təşkil edir. Qalan 99% daşıyıcı və ya substrat rolunu oynayır, çünki substrat olmadan tranzistor ən kiçik toxunuşda sadəcə çökə bilər. Nəticədə, fərdi elektron komponentlərin istehsalı üçün istifadə olunan texnologiyadan istifadə edərək, bir çipdə bir neçə onlarla, yüzlərlə, hətta minlərlə belə komponentdən ibarət tam dövrə yaratmaq mümkündür. Bunun faydası böyük olacaq. Birincisi, xərclər dərhal azalacaq (bir mikrosxemin dəyəri adətən onun komponentlərinin bütün elektron elementlərinin ümumi dəyərindən yüzlərlə dəfə azdır). İkincisi, belə bir cihaz daha etibarlı olacaq (təcrübə göstərir ki, minlərlə və on minlərlə dəfə) və bu, çox böyük əhəmiyyət kəsb edir, çünki on və ya yüz minlərlə elektron komponentdən ibarət bir dövrədə nasazlıq tapmaq son dərəcə mürəkkəb problemdir. Üçüncüsü, inteqral sxemin bütün elektron elementləri adi sxemdəki analoqlarından yüzlərlə və minlərlə dəfə kiçik olduğuna görə, onların enerji sərfiyyatı xeyli aşağıdır və məhsuldarlığı xeyli yüksəkdir.

Elektronikaya inteqrasiyanın gəlişini müjdələyən əsas hadisə Texas Instruments şirkətindən amerikalı mühəndis C.Kilbinin monolit təmiz silikon parçasında registrlər, kondansatörlər, tranzistorlar və diodlar kimi bütün dövrə üçün ekvivalent elementləri əldə etmək təklifi oldu. . Kilby 1958-ci ilin yayında ilk inteqral yarımkeçirici sxemi yaratdı. Artıq 1961-ci ildə Fairchild Semiconductor Corporation kompüterlər üçün ilk seriyalı çipləri buraxdı: təsadüf dövrəsi, yarım növbəli registr və tətik. Həmin ildə Texas şirkəti yarımkeçirici inteqral məntiq sxemlərinin istehsalını mənimsəmişdir. Növbəti il ​​digər şirkətlərin inteqral sxemləri ortaya çıxdı. Qısa müddətdə inteqrasiya olunmuş dizaynda müxtəlif növ gücləndiricilər yaradılmışdır. 1962-ci ildə RCA kompüter saxlama cihazları üçün inteqrasiya olunmuş yaddaş matrisi çiplərini inkişaf etdirdi. Tədricən bütün ölkələrdə mikrosxemlərin istehsalı quruldu - mikroelektronika erası başladı.

İnteqral sxem üçün başlanğıc material adətən təmiz silisiumdan hazırlanmış xam gofretdir. Nisbətən böyük ölçüyə malikdir, çünki eyni vaxtda bir neçə yüz eyni tipli mikrosxem istehsal olunur. Birinci əməliyyat ondan ibarətdir ki, oksigenin təsiri altında 1000 dərəcə temperaturda bu lövhənin səthində silikon dioksid təbəqəsi əmələ gəlir. Silikon oksid böyük kimyəvi və mexaniki müqavimət ilə xarakterizə olunur və əla dielektrik xüsusiyyətlərinə malikdir, altındakı silikon üçün etibarlı izolyasiya təmin edir. Növbəti addım p və ya n keçirici zolaqlar yaratmaq üçün çirklərin daxil edilməsidir. Bunu etmək üçün, oksid filmi plitədəki fərdi elektron komponentlərə uyğun gələn yerlərdən çıxarılır. İstədiyiniz sahələrin seçilməsi fotolitoqrafiya adlanan prosesdən istifadə etməklə baş verir. Birincisi, bütün oksid təbəqəsi fotofilm rolunu oynayan fotosensitiv birləşmə (fotorezist) ilə örtülmüşdür - bu, ifşa oluna və inkişaf etdirilə bilər. Bundan sonra, yarımkeçirici kristalın səthinin naxışını ehtiva edən xüsusi fotomaska ​​vasitəsilə lövhə ultrabənövşəyi şüalarla işıqlandırılır. İşığın təsiri altında oksid təbəqəsində düz bir naxış əmələ gəlir, açıqlanmayan yerlər işıqda qalır, qalanları isə qaralır. Fotorezistorun işığa məruz qaldığı yerdə turşuya davamlı olan filmin həll olunmayan sahələri əmələ gəlir. Sonra vafli bir həlledici ilə müalicə olunur, bu da fotorezisti məruz qalan ərazilərdən çıxarır. Açıq bölgələrdən (və yalnız onlardan) silikon oksid təbəqəsi turşudan istifadə edərək silinir. Nəticədə, silisium oksidi lazımi yerlərdə həll olunur və təmiz silisiumun "pəncərələri" açıqdır, çirkləri daxil etməyə hazırdır (bağlama). Bunun üçün n-tipli keçiriciliyi əldə etmək üçün 900-1200 dərəcə temperaturda substratın səthi istənilən çirklənməyə, məsələn, fosfor və ya arsenə məruz qalır. Çirkli atomlar təmiz silisiumun dərinliyinə nüfuz edir, lakin onun oksidi ilə dəf edilir. Gofreti bir növ çirklə müalicə etdikdən sonra başqa bir növ ilə bağlama üçün hazırlanır - vaflinin səthi yenidən oksid təbəqəsi ilə örtülür, yeni fotolitoqrafiya və aşındırma aparılır, bunun nəticəsində yeni "pəncərələr" silikon açılır. Bunun ardınca p-tipli keçiriciliyi əldə etmək üçün məsələn, bor ilə yeni ligasiya aparılır. Beləliklə, kristalın bütün səthində düzgün yerlərdə p və n bölgələri əmələ gəlir. (Fərdi elementlər arasında izolyasiya bir neçə yolla yaradıla bilər: silikon oksid təbəqəsi belə izolyasiya rolunu oynaya bilər və ya p-n qovşaqlarını bloklayan düzgün yerlərdə də yaradıla bilər. ) Emalın növbəti mərhələsi inteqral sxemin elementləri arasında, eləcə də bu elementlər və xarici sxemləri birləşdirmək üçün kontaktlar arasında keçirici birləşmələrin (keçirici xətlərin) tətbiqi ilə bağlıdır. Bunu etmək üçün, nazik bir film şəklində çökən substratın üzərinə nazik bir alüminium təbəqəsi püskürtülür. O, yuxarıda təsvir edilənlərə bənzər fotolitoqrafik emal və aşındırmaya məruz qalır. Nəticədə, bütün metal təbəqədən yalnız nazik keçirici xətlər və kontakt yastıqları qalır. Nəhayət, yarımkeçirici çipin bütün səthi qoruyucu təbəqə ilə örtülmüşdür (ən çox silikat şüşə), sonra kontakt yastıqlarından çıxarılır. İstehsal olunan bütün mikrosxemlər nəzarət və sınaq stendində ən ciddi sınaqdan keçirilir. Qüsurlu dövrələr qırmızı nöqtə ilə qeyd olunur. Nəhayət, kristal fərdi vafli çiplərə kəsilir, hər biri xarici sxemlərə qoşulmaq üçün aparatları olan davamlı bir korpusa daxil edilir.

İnteqral sxemin mürəkkəbliyi inteqrasiya dərəcəsi adlanan göstərici ilə xarakterizə olunur. 100-dən çox elementi olan inteqral sxemlərə aşağı inteqrasiyalı sxemlər deyilir; 1000-ə qədər elementdən ibarət sxemlər - orta inteqrasiya dərəcəsinə malik inteqral sxemlər; on minlərlə elementdən ibarət sxemlərə böyük inteqral sxemlər deyilir. Tərkibində bir milyona qədər elementi olan sxemlər artıq istehsal olunur (onlara ultra-böyük deyilir). İnteqrasiyanın tədricən artması ona gətirib çıxardı ki, hər il sxemlər getdikcə daha miniatür və müvafiq olaraq daha mürəkkəbləşir. Əvvəllər böyük ölçülərə malik olan çoxlu sayda elektron cihaz indi kiçik bir silikon vafliyə sığır. Bu yolda son dərəcə mühüm hadisə 1971-ci ildə Amerikanın Intel şirkəti tərəfindən hesab və məntiqi əməliyyatları yerinə yetirmək üçün vahid inteqral sxemin - mikroprosessorun yaradılması oldu. Bu, mikroelektronikanın kompüter texnologiyası sahəsinə böyük bir irəliləyişinə səbəb oldu.

İnteqrasiya edilmiş dövrə

Səthə montaj üçün nəzərdə tutulmuş müasir inteqral sxemlər.

Sovet və xarici rəqəmsal mikrosxemlər.

İnteqral(ingilis. İnteqrasiya edilmiş sxem, IC, mikrosxem, mikroçip, silikon çip və ya çip), ( mikro)sxem (IS, IMS, m/skh), çip, mikroçip(İngilis dili) çip- zolaq, fraqment, çip) - mikroelektronik cihaz - yarımkeçirici kristal (və ya film) üzərində hazırlanmış və ayrılmayan korpusa yerləşdirilən ixtiyari mürəkkəblikdə elektron sxem. Tez-tez altında inteqral sxem(IC) elektron dövrə ilə faktiki kristal və ya filmə aiddir və mikrosxem(MS) - korpusa daxil edilmiş IC. Eyni zamanda, "çip komponentləri" ifadəsi ənənəvi lehimli lehimli komponentlərdən fərqli olaraq "səthə montaj komponentləri" deməkdir. Buna görə səthə quraşdırılmış mikrosxem mənasını verən "çip mikrosxem" demək daha düzgündür. Hal-hazırda (il) əksər mikrosxemlər səthə quraşdırılmış paketlərdə istehsal olunur.

Hekayə

Mikrosxemlərin ixtirası aşağı elektrik gərginliklərində zəif elektrik keçiriciliyinin təsirində özünü göstərən nazik oksid filmlərinin xüsusiyyətlərinin öyrənilməsi ilə başladı. Problem onda idi ki, iki metalın toxunduğu yerdə elektrik təması yox idi və ya qütblü idi. Bu fenomenin dərin tədqiqi diodların və daha sonra tranzistorların və inteqral sxemlərin kəşfinə səbəb oldu.

Dizayn Səviyyələri

  • Fiziki - bir tranzistorun (və ya kiçik bir qrupun) kristal üzərində qatqılı zonalar şəklində həyata keçirilməsi üsulları.
  • Elektrik - dövrə diaqramı (tranzistorlar, kondansatörlər, rezistorlar və s.).
  • Məntiqi - məntiqi sxem (məntiqi çeviricilər, OR-NOT, AND-NOT elementləri və s.).
  • Dövrə və sistem səviyyəsi - sxem və sistemin dizaynı (flip-floplar, komparatorlar, kodlayıcılar, dekoderlər, ALU-lar və s.).
  • İstehsal üçün topoloji - topoloji foto maskalar.
  • Proqram səviyyəsi (mikro nəzarətçilər və mikroprosessorlar üçün) - proqramçı üçün assembler təlimatları.

Hal-hazırda inteqral sxemlərin əksəriyyəti topoloji fotomaskaların alınması prosesini avtomatlaşdırmağa və əhəmiyyətli dərəcədə sürətləndirməyə imkan verən CAD proqramından istifadə etməklə hazırlanır.

Təsnifat

İnteqrasiya dərəcəsi

Məqsəd

İnteqral sxem nə qədər mürəkkəb olsa da, tam funksionallığa malik ola bilər - bütöv bir mikrokompüterə qədər (bir çipli mikrokompüter).

Analoq sxemlər

  • Siqnal generatorları
  • Analoq çarpanları
  • Analoq zəiflədicilər və dəyişən gücləndiricilər
  • Enerji təchizatı stabilizatorları
  • Enerji təchizatı idarəetmə çiplərinin dəyişdirilməsi
  • Siqnal çeviriciləri
  • Zamanlama sxemləri
  • Müxtəlif sensorlar (temperatur və s.)

Rəqəmsal sxemlər

  • Məntiq elementləri
  • Bufer çeviriciləri
  • Yaddaş modulları
  • (Mikro)prosessorlar (kompüterdəki CPU daxil olmaqla)
  • Tək çipli mikrokompüterlər
  • FPGA - proqramlaşdırıla bilən məntiqli inteqral sxemlər

Rəqəmsal inteqral sxemlər analoqlardan bir sıra üstünlüklərə malikdir:

  • Azaldılmış enerji istehlakı rəqəmsal elektronikada impulslu elektrik siqnallarının istifadəsi ilə bağlıdır. Bu cür siqnalları qəbul edərkən və çevirərkən elektron cihazların (tranzistorların) aktiv elementləri "açar" rejimində işləyir, yəni tranzistor ya "açıq" - yüksək səviyyəli siqnala (1) uyğun gəlir, ya da "qapalıdır" ” - (0), birinci halda tranzistorda gərginlik yoxdur, ikincisində cərəyan keçmir; Hər iki halda, tranzistorların çox vaxt aralıq (müqavimətli) vəziyyətdə olduğu analoq cihazlardan fərqli olaraq, enerji istehlakı 0-a yaxındır.
  • Yüksək səs-küy toxunulmazlığı rəqəmsal cihazlar yüksək (məsələn, 2,5 - 5 V) və aşağı (0 - 0,5 V) səviyyəli siqnallar arasında böyük fərqlə əlaqələndirilir. Yüksək səviyyə aşağı və əksinə qəbul edildikdə belə bir müdaxilə ilə səhv mümkündür, bu mümkün deyil. Bundan əlavə, rəqəmsal cihazlarda səhvləri düzəltməyə imkan verən xüsusi kodlardan istifadə etmək mümkündür.
  • Yüksək və aşağı səviyyəli siqnallar arasındakı böyük fərq və onların icazə verilən dəyişikliklərinin kifayət qədər geniş diapazonu rəqəmsal texnologiyanı yaradır həssas rəqəmsal cihazların seçilməsi və konfiqurasiyası ehtiyacını aradan qaldıraraq inteqrasiya olunmuş texnologiyada element parametrlərinin qaçılmaz dağılmasına.