rumah > Internet > Sirkuit mikro pertama. Struktur dan sejarah pengembangan sirkuit mikro dengan arsitektur yang dapat dikonfigurasi ulang. proses fisik dalam perangkat mikro terjadi dalam volume mikro, dalam struktur berlapis tipis


Sirkuit mikro pertama. Struktur dan sejarah pengembangan sirkuit mikro dengan arsitektur yang dapat dikonfigurasi ulang. proses fisik dalam perangkat mikro terjadi dalam volume mikro, dalam struktur berlapis tipis




Sekarang, telepon seluler yang kurang canggih pun tidak dapat berfungsi tanpa mikroprosesor, apalagi tablet, laptop, dan komputer pribadi desktop. Apa itu mikroprosesor dan bagaimana sejarah penciptaannya? Sederhananya, mikroprosesor adalah sirkuit terintegrasi yang lebih kompleks dan multifungsi.

Sejarah sirkuit mikro (sirkuit terintegrasi) dimulai sejak tahun 1958, ketika seorang karyawan perusahaan Amerika Texas Instruments, Jack Kilby, menemukan perangkat semikonduktor tertentu yang berisi beberapa transistor dalam satu wadah, dihubungkan oleh konduktor. Sirkuit mikro pertama - nenek moyang mikroprosesor - hanya berisi 6 transistor dan merupakan pelat tipis germanium dengan trek emas yang diaplikasikan padanya. Semua ini terletak pada substrat kaca. Sebagai perbandingan, saat ini terdapat satuan bahkan puluhan juta elemen semikonduktor.

Pada tahun 1970 cukup banyak produsen yang terlibat dalam pengembangan dan pembuatan sirkuit terpadu dengan berbagai kapasitas dan area fungsional berbeda. Namun tahun ini bisa dianggap sebagai tanggal lahirnya mikroprosesor pertama. Pada tahun inilah Intel menciptakan chip memori dengan kapasitas hanya 1 Kbit - dapat diabaikan untuk prosesor modern, tetapi sangat besar untuk saat itu. Pada saat itu, ini merupakan pencapaian besar - chip memori mampu menyimpan hingga 128 byte informasi - jauh lebih tinggi daripada analog serupa. Selain itu, sekitar waktu yang sama, pabrikan kalkulator Jepang Busicom memesan sirkuit mikro Intel 12 yang sama dengan berbagai area fungsional. Spesialis Intel berhasil mengimplementasikan seluruh 12 area fungsional dalam satu chip. Selain itu, sirkuit mikro yang dibuat ternyata multifungsi, karena memungkinkan untuk mengubah fungsinya secara terprogram tanpa mengubah struktur fisik. Sirkuit mikro menjalankan fungsi tertentu tergantung pada perintah yang dikirim ke pin kontrolnya.

Dalam setahun pada tahun 1971 Intel merilis mikroprosesor 4-bit pertama dengan nama kode 4004. Dibandingkan dengan sirkuit mikro pertama dengan 6 transistor, mikroprosesor ini memuat sebanyak 2,3 ribu elemen semikonduktor dan melakukan 60 ribu operasi per detik. Saat itu, ini merupakan terobosan besar di bidang mikroelektronika. 4-bit berarti 4004 dapat memproses data 4-bit sekaligus. Dalam dua tahun lagi pada tahun 1973 Perusahaan memproduksi prosesor 8-bit 8008, yang sudah bekerja dengan data 8-bit. Awal sejak tahun 1976, perusahaan mulai mengembangkan mikroprosesor 8086 versi 16-bit. Dialah yang mulai digunakan di komputer pribadi IBM pertama dan, pada kenyataannya, meletakkan salah satu blok bangunan di dalamnya

Sirkuit terpadu (IC, sirkuit mikro), chip, microchip (bahasa Inggris microchip, chip silikon, chip - pelat tipis - awalnya istilah ini mengacu pada pelat kristal sirkuit mikro) - perangkat mikroelektronik - sirkuit elektronik dengan kompleksitas sewenang-wenang (kristal), diproduksi pada substrat semikonduktor (wafer atau film) dan ditempatkan dalam wadah yang tidak dapat dipisahkan, atau tanpa wadah, jika disertakan dalam rakitan mikro.

Mikroelektronika adalah pencapaian ilmiah dan teknis paling signifikan dan, seperti yang diyakini banyak orang, di zaman kita. Hal ini dapat dibandingkan dengan titik balik dalam sejarah teknologi seperti penemuan mesin cetak pada abad ke-16, penciptaan mesin uap pada abad ke-18, dan perkembangan teknik elektro pada abad ke-19. Dan ketika kita berbicara tentang revolusi ilmu pengetahuan dan teknologi, yang kita maksudkan adalah mikroelektronika. Tidak seperti pencapaian teknis lainnya di zaman kita, hal ini meresap ke semua bidang kehidupan dan menjadikan kenyataan yang kemarin tidak dapat dibayangkan. Untuk meyakinkan hal ini, cukup dengan mengingat kalkulator saku, radio mini, perangkat kontrol elektronik pada peralatan rumah tangga, jam tangan, komputer, dan komputer yang dapat diprogram. Dan ini hanya sebagian kecil dari area penerapannya!

Mikroelektronika muncul dan keberadaannya disebabkan oleh penciptaan elemen elektronik subminiatur baru - sirkuit terpadu. Kemunculan sirkuit-sirkuit ini, pada kenyataannya, bukanlah suatu penemuan baru yang fundamental - ini secara langsung mengikuti logika perkembangan perangkat semikonduktor. Pada awalnya, ketika elemen semikonduktor pertama kali digunakan, setiap transistor, resistor, atau dioda digunakan secara terpisah, yaitu ditutup dalam wadahnya masing-masing dan dimasukkan ke dalam rangkaian menggunakan kontak individualnya. Hal ini dilakukan bahkan dalam kasus di mana diperlukan untuk merakit banyak sirkuit serupa dari elemen yang sama.

Lambat laun, muncul pemahaman bahwa lebih rasional untuk tidak merakit perangkat tersebut dari elemen individual, tetapi segera memproduksinya pada satu kristal biasa, terutama karena elektronik semikonduktor menciptakan semua prasyarat untuk ini. Faktanya, semua elemen semikonduktor sangat mirip satu sama lain dalam strukturnya, memiliki prinsip operasi yang sama dan hanya berbeda pada posisi relatif daerah p-n.

Daerah p-n ini, seperti yang kita ingat, dibuat dengan memasukkan pengotor dari jenis yang sama ke dalam lapisan permukaan kristal semikonduktor. Selain itu, pengoperasian sebagian besar elemen semikonduktor yang andal dan memuaskan dari semua sudut pandang dipastikan dengan ketebalan lapisan kerja permukaan seperseribu milimeter. Transistor terkecil biasanya hanya menggunakan lapisan atas chip semikonduktor, yang ketebalannya hanya 1%. 99% sisanya bertindak sebagai pembawa atau substrat, karena tanpa substrat, transistor dapat runtuh dengan sedikit sentuhan. Akibatnya, dengan menggunakan teknologi yang digunakan untuk pembuatan komponen elektronik individual, dimungkinkan untuk segera membuat rangkaian lengkap yang terdiri dari beberapa puluh, ratusan, atau bahkan ribuan komponen tersebut dalam satu chip.

Manfaat dari hal ini akan sangat besar. Pertama, biaya akan segera berkurang (biaya sebuah sirkuit mikro biasanya ratusan kali lebih kecil dari total biaya semua elemen elektronik komponennya). Kedua, perangkat seperti itu akan jauh lebih andal (seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, ribuan dan puluhan ribu kali lipat), dan ini sangat penting, karena menemukan kesalahan pada rangkaian yang terdiri dari puluhan atau ratusan ribu komponen elektronik berubah menjadi suatu permasalahan yang sangat kompleks. Ketiga, karena fakta bahwa semua elemen elektronik dari sirkuit terpadu ratusan dan ribuan kali lebih kecil daripada elemen elektronik di sirkuit konvensional, konsumsi energinya jauh lebih rendah dan kinerjanya jauh lebih tinggi.

Peristiwa penting yang menandai datangnya integrasi dalam elektronik adalah usulan insinyur Amerika J. Kilby dari Texas Instruments untuk memperoleh elemen ekuivalen untuk keseluruhan rangkaian, seperti register, kapasitor, transistor, dan dioda, dalam sepotong silikon murni monolitik. . Kilby menciptakan sirkuit semikonduktor terintegrasi pertama pada musim panas tahun 1958. Dan sudah pada tahun 1961, Fairchild Semiconductor Corporation merilis chip serial pertama untuk komputer: sirkuit kebetulan, register setengah shift, dan pemicu. Pada tahun yang sama, perusahaan Texas menguasai produksi sirkuit logika terintegrasi semikonduktor.

Tahun berikutnya, sirkuit terpadu dari perusahaan lain bermunculan. Dalam waktu singkat, berbagai jenis amplifier diciptakan dalam desain yang terintegrasi. Pada tahun 1962, RCA mengembangkan chip matriks memori terintegrasi untuk perangkat penyimpanan komputer. Secara bertahap, produksi sirkuit mikro diluncurkan di semua negara - era mikroelektronika dimulai.

Bahan awal untuk sirkuit terpadu biasanya berupa wafer mentah silikon murni. Ini memiliki ukuran yang relatif besar, karena beberapa ratus sirkuit mikro dengan jenis yang sama diproduksi secara bersamaan di dalamnya. Operasi pertama adalah di bawah pengaruh oksigen pada suhu 1000 derajat, lapisan silikon dioksida terbentuk di permukaan pelat ini. Silikon oksida memiliki ciri ketahanan kimia dan mekanik yang tinggi serta memiliki sifat dielektrik yang sangat baik, memberikan insulasi yang andal pada silikon yang terletak di bawahnya.

Langkah selanjutnya adalah pengenalan pengotor untuk membuat pita konduksi p atau n. Untuk melakukan ini, film oksida dihilangkan dari tempat-tempat di pelat yang sesuai dengan masing-masing komponen elektronik. Pemilihan area yang diinginkan terjadi dengan menggunakan proses yang disebut fotolitografi. Pertama, seluruh lapisan oksida dilapisi dengan senyawa fotosensitif (photoresist), yang berperan sebagai film fotografi - dapat diekspos dan dikembangkan. Setelah itu, melalui masker foto khusus yang berisi pola permukaan kristal semikonduktor, pelat tersebut disinari dengan sinar ultraviolet.

Di bawah pengaruh cahaya, pola datar terbentuk pada lapisan oksida, dengan area yang tidak terkena cahaya tetap terang dan area lainnya menjadi gelap. Di tempat fotoresistor terkena cahaya, terbentuk area film yang tidak larut dan tahan terhadap asam. Wafer kemudian diolah dengan pelarut, yang menghilangkan photoresist dari area yang terbuka. Dari area yang terbuka (dan hanya dari area tersebut), lapisan silikon oksida digores menggunakan asam.

Hasilnya, silikon oksida larut di tempat yang tepat dan “jendela” silikon murni terbuka, siap untuk masuknya pengotor (ligasi). Untuk melakukan ini, permukaan substrat pada suhu 900-1200 derajat terkena pengotor yang diinginkan, misalnya fosfor atau arsenik, untuk mendapatkan konduktivitas tipe-n. Atom pengotor menembus jauh ke dalam silikon murni, tetapi ditolak oleh oksidanya. Setelah wafer diolah dengan satu jenis pengotor, wafer disiapkan untuk ligasi dengan jenis lain - permukaan wafer ditutup lagi dengan lapisan oksida, fotolitografi dan etsa baru dilakukan, yang menghasilkan “jendela” baru. silikon dibuka.

Ini diikuti dengan ligasi baru, misalnya dengan boron, untuk mendapatkan konduktivitas tipe-p. Jadi, daerah p dan n terbentuk di seluruh permukaan kristal pada tempat yang tepat. Isolasi antara elemen individu dapat dibuat dengan beberapa cara: lapisan silikon oksida dapat berfungsi sebagai isolasi tersebut, atau pemblokiran sambungan p-n juga dapat dibuat di tempat yang tepat.

Tahap pemrosesan selanjutnya dikaitkan dengan penerapan sambungan konduktif (jalur penghantar) antara elemen-elemen rangkaian terpadu, serta antara elemen-elemen tersebut dan kontak untuk menghubungkan rangkaian eksternal. Untuk melakukan ini, lapisan tipis aluminium disemprotkan ke substrat, yang mengendap dalam bentuk film tipis. Itu mengalami pemrosesan fotolitografi dan pengetsaan serupa dengan yang dijelaskan di atas. Akibatnya, hanya garis konduktif tipis dan bantalan kontak yang tersisa dari seluruh lapisan logam.

Terakhir, seluruh permukaan chip semikonduktor ditutupi dengan lapisan pelindung (paling sering kaca silikat), yang kemudian dikeluarkan dari bantalan kontak. Semua sirkuit mikro yang diproduksi harus menjalani pengujian paling ketat di meja kontrol dan pengujian. Sirkuit yang rusak ditandai dengan titik merah. Terakhir, kristal dipotong menjadi pelat chip tersendiri, yang masing-masing ditutup dalam wadah tahan lama dengan kabel untuk dihubungkan ke sirkuit eksternal.

Kompleksitas suatu rangkaian terpadu dicirikan oleh suatu indikator yang disebut derajat integrasi. Sirkuit terpadu dengan lebih dari 100 elemen disebut sirkuit integrasi rendah; sirkuit yang berisi hingga 1000 elemen - sirkuit terpadu dengan tingkat integrasi sedang; sirkuit yang mengandung hingga puluhan ribu elemen disebut sirkuit terpadu besar. Sirkuit yang mengandung hingga satu juta elemen sudah diproduksi (disebut ultra-besar). Peningkatan bertahap dalam integrasi telah menyebabkan fakta bahwa setiap tahun skema tersebut menjadi semakin kecil dan, karenanya, semakin kompleks.

Sejumlah besar perangkat elektronik yang dulunya berdimensi besar kini muat dalam wafer silikon kecil. Peristiwa yang sangat penting dalam jalur ini adalah penciptaan pada tahun 1971 oleh perusahaan Amerika Intel dari satu sirkuit terintegrasi untuk melakukan operasi aritmatika dan logika - sebuah mikroprosesor. Hal ini memerlukan terobosan besar mikroelektronika ke dalam bidang teknologi komputer.

Baca dan tulis berguna

Sirkuit terpadu semikonduktor pertama Jack Kilby 12 September 2018

Pada 12 September 1958, Jack S. Kilby mendemonstrasikan sirkuit terintegrasi pertama yang berfungsi di Texas Instruments (AS). Untuk pertama kalinya, komponen elektronik diintegrasikan pada satu substrat. Perangkat ini merupakan generator pada pelat germanium kecil berukuran 11,1 mm kali 1,6 mm. Saat ini, sirkuit terpadu adalah komponen dasar dari hampir semua peralatan elektronik.
Untuk penemuan sirkuit terpadu, Jack Kilby dianugerahi Hadiah Nobel Fisika pada tahun 2000 dan Medali Sains Nasional pada tahun 1970, dan pada tahun 1982 ia dilantik ke dalam Hall of Fame Nasional AS sebagai Penemu Kehormatan.

Jack Kilby dengan jurnal laboratorium terbuka, di halaman-halamannya terdapat deskripsi sirkuit terpadu pertama yang ia buat.


Ini adalah sirkuit terpadu pertama Jack Kilby.

Di Uni Soviet, pada tahun 1963, Pusat Mikroelektronika didirikan di Zelenograd. Pada tahun 1964, sirkuit terintegrasi pertama “Tropa” (seri 201), “Ambassador” (seri 217), dibuat menggunakan teknologi film hybrid menggunakan transistor tanpa paket, dikembangkan di pabrik Angstrem di sana. Di pabrik Mikron di Zelenograd pada akhir tahun 60, teknologi diterapkan dan produksi sirkuit terpadu monolitik pertama dimulai. Ini adalah paspor untuk batch percontohan sirkuit mikro pertama dari Micron dengan topik “Logika-1”

Dan ini adalah sirkuit mikro itu sendiri, yang paspornya saya berikan

Diikuti oleh "Logic-2" (seri 133 - analog dari seri SN54 dari Texas Instruments). Secara khusus, sirkuit mikro terkenal M3300 atau lebih dikenal sebagai 1LB333, analog dari SN5400, kemudian dikenal sebagai 133LA3 atau dalam wadah plastik K155LA3 (SN7400) memiliki kelanjutan lebih lanjut, seperti rekan-rekan Amerika dalam hal peningkatan seri ini dalam hal kinerja dalam tema “Tier” - 530LA3 (SN54S00), efisiensi dalam tema “Isis KS” - 533LA3 (SN54LS00), dll. Bagaimana seseorang tidak dapat mengingat artikel Malin B.V., yang menulis: “Konsep mengulangi dan menyalin pengalaman teknologi Amerika berlaku - metode yang disebut “rekayasa balik” MEP. Sampel prototipe dan sampel produksi sirkuit terpadu silikon untuk reproduksi diperoleh dari Amerika Serikat, dan penyalinannya diatur secara ketat atas perintah Kementerian Perekonomian dan Perekonomian (Menteri Shokin). Konsep penyalinan dikontrol secara ketat oleh menteri selama lebih dari 19 tahun, selama penulis bekerja di sistem MEP, hingga tahun 1974 ... "
Pada tahun 1973, pengembangan jam tangan elektronik di Pulsar dimulai. Direktur Ilmiah Pengembangan, Doktor Ilmu Teknik, Prof. Dokuchaev Yuri Petrovich. Tampilan internal jam elektronik CMOS Soviet pertama "Electronics-1" ditunjukkan di foto.

Juga pada tahun 1973, produksi serial kalkulator CMOS Soviet pertama dikuasai di Angstrem

Pada tahun 1980, pabrik Mikron memproduksi 100.000.000 sirkuit terpadu, dan pada tahun 1985, pabrik Angstrem mulai memproduksi secara massal komputer pribadi 16-bit saku Elektronika-85 dengan layar kristal cair.


Singkatnya, pada pertengahan tahun 80-an terjadi puncak perkembangan elektronik radio Soviet. Hal ini dibuktikan dengan penerbangan unik dan pendaratan otomatis pesawat ruang angkasa Buran, yang komputer terpasangnya “Biser-4” menggunakan mikroprosesor domestik. Dan di Riga yang sama, produksi prosesor sinyal domestik pertama dengan tema "Rina", "Wright" dan "Rosite" dikuasai.
Dan ini adalah foto buku catatan elektronik unik yang dipersembahkan kepada delegasi Kongres CPSU ke-27 pada bulan Februari 1986.

Apa yang terjadi selanjutnya? Dengan berkuasanya Gorbachev, peralatan elektronik Soviet mulai runtuh di depan mata kita. Namun yang aneh adalah semua yang dibicarakan oleh Sekretaris Jenderal terakhir ini bersifat progresif, misalnya pada Kongres CPSU ke-27 tahun 1986, ia mencanangkan program untuk mempercepat kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, namun kenyataannya terjadi hal yang sama sekali berbeda. Pencurian progresif barang milik negara dimulai, penutupan perusahaan, tidak dibayarnya upah, kekacauan dan, akhirnya, runtuhnya Uni Soviet.
Namun, itu lain cerita.

Mikroelektronika adalah pencapaian ilmiah dan teknis paling signifikan dan, seperti yang diyakini banyak orang, di zaman kita. Hal ini dapat dibandingkan dengan titik balik dalam sejarah teknologi seperti penemuan mesin cetak pada abad ke-16, penciptaan mesin uap pada abad ke-18, dan perkembangan teknik elektro pada abad ke-19. Dan ketika kita berbicara tentang revolusi ilmu pengetahuan dan teknologi, yang kita maksudkan adalah mikroelektronika. Tidak seperti pencapaian teknis lainnya di zaman kita, hal ini meresap ke semua bidang kehidupan dan menjadikan kenyataan yang kemarin tidak dapat dibayangkan. Untuk meyakinkan hal ini, cukup dengan mengingat kalkulator saku, radio mini, perangkat kontrol elektronik pada peralatan rumah tangga, jam tangan, komputer, dan komputer yang dapat diprogram. Dan ini hanya sebagian kecil dari area penerapannya!

Mikroelektronika muncul dan keberadaannya disebabkan oleh penciptaan elemen elektronik subminiatur baru - sirkuit terpadu. Kemunculan sirkuit-sirkuit ini, pada kenyataannya, bukanlah suatu penemuan baru yang fundamental - ini secara langsung mengikuti logika perkembangan perangkat semikonduktor. Pada awalnya, ketika elemen semikonduktor pertama kali digunakan, setiap transistor, resistor, atau dioda digunakan secara terpisah, yaitu ditutup dalam wadahnya masing-masing dan dimasukkan ke dalam rangkaian menggunakan kontak individualnya. Hal ini dilakukan bahkan dalam kasus di mana diperlukan untuk merakit banyak sirkuit serupa dari elemen yang sama. Namun lambat laun muncul pemahaman bahwa lebih rasional untuk tidak merakit perangkat tersebut dari elemen individual, tetapi segera memproduksinya pada satu kristal biasa, terutama karena elektronik semikonduktor menciptakan semua prasyarat untuk ini. Faktanya, semua elemen semikonduktor sangat mirip satu sama lain dalam strukturnya, memiliki prinsip operasi yang sama dan hanya berbeda pada posisi relatif daerah p-n. Daerah p-n ini, seperti yang kita ingat, dibuat dengan memasukkan pengotor dari jenis yang sama ke dalam lapisan permukaan kristal semikonduktor. Selain itu, pengoperasian sebagian besar elemen semikonduktor yang andal dan memuaskan dari semua sudut pandang dipastikan dengan ketebalan lapisan kerja permukaan seperseribu milimeter. Transistor terkecil biasanya hanya menggunakan lapisan atas chip semikonduktor, yang ketebalannya hanya 1%. 99% sisanya bertindak sebagai pembawa atau substrat, karena tanpa substrat, transistor dapat runtuh dengan sedikit sentuhan. Akibatnya, dengan menggunakan teknologi yang digunakan untuk pembuatan komponen elektronik individual, dimungkinkan untuk segera membuat rangkaian lengkap yang terdiri dari beberapa puluh, ratusan, atau bahkan ribuan komponen tersebut dalam satu chip. Manfaat dari hal ini akan sangat besar. Pertama, biaya akan segera berkurang (biaya sebuah sirkuit mikro biasanya ratusan kali lebih kecil dari total biaya semua elemen elektronik komponennya). Kedua, perangkat seperti itu akan jauh lebih andal (seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, ribuan dan puluhan ribu kali lipat), dan ini sangat penting, karena menemukan kesalahan pada rangkaian yang terdiri dari puluhan atau ratusan ribu komponen elektronik berubah menjadi suatu permasalahan yang sangat kompleks. Ketiga, karena fakta bahwa semua elemen elektronik dari sirkuit terpadu ratusan dan ribuan kali lebih kecil daripada elemen elektronik di sirkuit konvensional, konsumsi energinya jauh lebih rendah dan kinerjanya jauh lebih tinggi.

Peristiwa penting yang menandai datangnya integrasi dalam elektronik adalah usulan insinyur Amerika J. Kilby dari Texas Instruments untuk memperoleh elemen ekuivalen untuk keseluruhan rangkaian, seperti register, kapasitor, transistor, dan dioda, dalam sepotong silikon murni monolitik. . Kilby menciptakan sirkuit semikonduktor terintegrasi pertama pada musim panas tahun 1958. Dan sudah pada tahun 1961, Fairchild Semiconductor Corporation merilis chip serial pertama untuk komputer: sirkuit kebetulan, register setengah shift, dan pemicu. Pada tahun yang sama, perusahaan Texas menguasai produksi sirkuit logika terintegrasi semikonduktor. Tahun berikutnya, sirkuit terpadu dari perusahaan lain bermunculan. Dalam waktu singkat, berbagai jenis amplifier diciptakan dalam desain yang terintegrasi. Pada tahun 1962, RCA mengembangkan chip matriks memori terintegrasi untuk perangkat penyimpanan komputer. Secara bertahap, produksi sirkuit mikro diluncurkan di semua negara - era mikroelektronika dimulai.

Bahan awal untuk sirkuit terpadu biasanya berupa wafer mentah silikon murni. Ini memiliki ukuran yang relatif besar, karena beberapa ratus sirkuit mikro dengan jenis yang sama diproduksi secara bersamaan di dalamnya. Operasi pertama adalah di bawah pengaruh oksigen pada suhu 1000 derajat, lapisan silikon dioksida terbentuk di permukaan pelat ini. Silikon oksida memiliki ciri ketahanan kimia dan mekanik yang tinggi serta memiliki sifat dielektrik yang sangat baik, memberikan insulasi yang andal pada silikon yang terletak di bawahnya. Langkah selanjutnya adalah pengenalan pengotor untuk membuat pita konduksi p atau n. Untuk melakukan ini, film oksida dihilangkan dari tempat-tempat di pelat yang sesuai dengan masing-masing komponen elektronik. Pemilihan area yang diinginkan terjadi dengan menggunakan proses yang disebut fotolitografi. Pertama, seluruh lapisan oksida dilapisi dengan senyawa fotosensitif (photoresist), yang berperan sebagai film fotografi - dapat diekspos dan dikembangkan. Setelah itu, melalui masker foto khusus yang berisi pola permukaan kristal semikonduktor, pelat tersebut disinari dengan sinar ultraviolet. Di bawah pengaruh cahaya, pola datar terbentuk pada lapisan oksida, dengan area yang tidak terkena cahaya tetap terang dan area lainnya menjadi gelap. Di tempat fotoresistor terkena cahaya, terbentuk area film yang tidak larut dan tahan terhadap asam. Wafer kemudian diolah dengan pelarut, yang menghilangkan photoresist dari area yang terbuka. Dari area yang terbuka (dan hanya dari area tersebut), lapisan silikon oksida digores menggunakan asam. Hasilnya, silikon oksida larut di tempat yang tepat dan “jendela” silikon murni terbuka, siap untuk masuknya pengotor (ligasi). Untuk melakukan ini, permukaan substrat pada suhu 900-1200 derajat terkena pengotor yang diinginkan, misalnya fosfor atau arsenik, untuk mendapatkan konduktivitas tipe-n. Atom pengotor menembus jauh ke dalam silikon murni, tetapi ditolak oleh oksidanya. Setelah wafer diolah dengan satu jenis pengotor, wafer disiapkan untuk ligasi dengan jenis lain - permukaan wafer ditutup lagi dengan lapisan oksida, fotolitografi dan etsa baru dilakukan, yang menghasilkan “jendela” baru. silikon dibuka. Ini diikuti dengan ligasi baru, misalnya dengan boron, untuk mendapatkan konduktivitas tipe-p. Jadi, daerah p dan n terbentuk di seluruh permukaan kristal pada tempat yang tepat. (Isolasi antara masing-masing elemen dapat dibuat dengan beberapa cara: lapisan silikon oksida dapat berfungsi sebagai insulasi, atau pemblokiran sambungan p-n juga dapat dibuat di tempat yang tepat. ) Tahap pemrosesan selanjutnya dikaitkan dengan penerapan sambungan konduktif (jalur penghantar) antara elemen-elemen rangkaian terpadu, serta antara elemen-elemen tersebut dan kontak untuk menghubungkan rangkaian eksternal. Untuk melakukan ini, lapisan tipis aluminium disemprotkan ke substrat, yang mengendap dalam bentuk film tipis. Itu mengalami pemrosesan fotolitografi dan pengetsaan serupa dengan yang dijelaskan di atas. Akibatnya, hanya garis konduktif tipis dan bantalan kontak yang tersisa dari seluruh lapisan logam. Terakhir, seluruh permukaan chip semikonduktor ditutupi dengan lapisan pelindung (paling sering kaca silikat), yang kemudian dikeluarkan dari bantalan kontak. Semua sirkuit mikro yang diproduksi harus menjalani pengujian paling ketat di meja kontrol dan pengujian. Sirkuit yang rusak ditandai dengan titik merah. Terakhir, kristal dipotong menjadi chip wafer individual, yang masing-masing dibungkus dalam wadah tahan lama dengan kabel untuk dihubungkan ke sirkuit eksternal.

Kompleksitas suatu rangkaian terpadu dicirikan oleh suatu indikator yang disebut derajat integrasi. Sirkuit terpadu dengan lebih dari 100 elemen disebut sirkuit integrasi rendah; sirkuit yang berisi hingga 1000 elemen - sirkuit terpadu dengan tingkat integrasi sedang; sirkuit yang mengandung hingga puluhan ribu elemen disebut sirkuit terpadu besar. Sirkuit yang mengandung hingga satu juta elemen sudah diproduksi (disebut ultra-besar). Peningkatan bertahap dalam integrasi telah menyebabkan fakta bahwa setiap tahun skema tersebut menjadi semakin kecil dan, karenanya, semakin kompleks. Sejumlah besar perangkat elektronik yang dulunya berdimensi besar kini muat dalam wafer silikon kecil. Peristiwa yang sangat penting dalam jalur ini adalah penciptaan pada tahun 1971 oleh perusahaan Amerika Intel dari satu sirkuit terintegrasi untuk melakukan operasi aritmatika dan logika - sebuah mikroprosesor. Hal ini memerlukan terobosan besar mikroelektronika ke dalam bidang teknologi komputer.

Sirkuit terpadu

Sirkuit terpadu modern yang dirancang untuk pemasangan di permukaan.

Sirkuit mikro digital Soviet dan asing.

Integral(Bahasa Inggris. Sirkuit terpadu, IC, sirkuit mikro, chip mikro, chip silikon, atau chip), ( mikro)skema (IS, IMS, m/skh), keping, mikrochip(Bahasa inggris) keping- sliver, chip, chip) - perangkat mikroelektronik - sirkuit elektronik dengan kompleksitas sewenang-wenang, dibuat pada kristal semikonduktor (atau film) dan ditempatkan dalam wadah yang tidak dapat dipisahkan. Seringkali di bawah sirkuit terpadu(IC) mengacu pada kristal atau film sebenarnya dengan sirkuit elektronik, dan oleh sirkuit mikro(MS) - IC tertutup dalam rumahan. Pada saat yang sama, ungkapan "komponen chip" berarti "komponen pemasangan di permukaan" sebagai lawan dari komponen yang disolder melalui lubang tradisional. Oleh karena itu, lebih tepat untuk mengatakan “chip microchip”, yang berarti sirkuit mikro yang dipasang di permukaan. Saat ini (tahun) sebagian besar sirkuit mikro diproduksi dalam paket pemasangan di permukaan.

Cerita

Penemuan sirkuit mikro dimulai dengan studi tentang sifat-sifat film oksida tipis, yang memanifestasikan dirinya dalam pengaruh konduktivitas listrik yang buruk pada tegangan listrik rendah. Masalahnya adalah ketika kedua logam itu bersentuhan, tidak ada kontak listrik atau bersifat polar. Studi mendalam tentang fenomena ini mengarah pada penemuan dioda dan kemudian transistor serta sirkuit terpadu.

Tingkat Desain

  • Fisik - metode penerapan satu transistor (atau sekelompok kecil) dalam bentuk zona doped pada kristal.
  • Listrik - diagram sirkuit (transistor, kapasitor, resistor, dll.).
  • Logis - rangkaian logis (inverter logis, elemen OR-NOT, AND-NOT, dll.).
  • Tingkat sirkuit dan sistem - desain sirkuit dan sistem (sandal jepit, komparator, encoder, decoder, ALU, dll.).
  • Topologi - masker foto topologi untuk produksi.
  • Tingkat program (untuk mikrokontroler dan mikroprosesor) - instruksi assembler untuk programmer.

Saat ini, sebagian besar sirkuit terintegrasi dikembangkan menggunakan CAD, yang memungkinkan Anda mengotomatisasi dan secara signifikan mempercepat proses mendapatkan fotomask topologi.

Klasifikasi

Tingkat integrasi

Tujuan

Sirkuit terpadu dapat memiliki fungsionalitas yang lengkap, betapapun rumitnya, fungsionalitas - hingga seluruh komputer mikro (komputer mikro chip tunggal).

Sirkuit analog

  • Generator sinyal
  • Pengganda analog
  • Attenuator analog dan amplifier variabel
  • Stabilisator catu daya
  • Mengganti chip kontrol catu daya
  • Konverter sinyal
  • Sirkuit waktu
  • Berbagai sensor (suhu, dll.)

Sirkuit digital

  • Elemen logika
  • Konverter penyangga
  • Modul memori
  • Prosesor (Mikro) (termasuk CPU di komputer)
  • Mikrokomputer chip tunggal
  • FPGA - sirkuit terpadu logika yang dapat diprogram

Sirkuit terpadu digital memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan sirkuit analog:

  • Mengurangi konsumsi daya terkait dengan penggunaan sinyal listrik berdenyut dalam elektronik digital. Saat menerima dan mengubah sinyal tersebut, elemen aktif perangkat elektronik (transistor) beroperasi dalam mode "kunci", yaitu transistor "terbuka" - yang sesuai dengan sinyal tingkat tinggi (1), atau "tertutup ” - (0), dalam kasus pertama di Tidak ada penurunan tegangan pada transistor; dalam kasus kedua, tidak ada arus yang mengalir melaluinya. Dalam kedua kasus tersebut, konsumsi daya mendekati 0, berbeda dengan perangkat analog, di mana sebagian besar transistor berada dalam keadaan perantara (resistif).
  • Imunitas kebisingan yang tinggi perangkat digital dikaitkan dengan perbedaan besar antara sinyal level tinggi (misalnya 2,5 - 5 V) dan rendah (0 - 0,5 V). Kesalahan mungkin terjadi pada interferensi seperti itu ketika level tinggi dianggap rendah dan sebaliknya, yang kecil kemungkinannya terjadi. Selain itu, pada perangkat digital dimungkinkan untuk menggunakan kode khusus yang memungkinkan kesalahan diperbaiki.
  • Perbedaan besar antara sinyal tingkat tinggi dan rendah serta rentang perubahan yang diizinkan yang cukup luas menjadikan teknologi digital tidak peka hingga penyebaran parameter elemen yang tak terhindarkan dalam teknologi terintegrasi, sehingga menghilangkan kebutuhan untuk memilih dan mengkonfigurasi perangkat digital.