Integral sxema Birinchi integral mikrosxema paydo bo'ldi

Jahon bozori
2017 yilda global integral mikrosxemalar bozori 700 milliard dollarga baholandi.
Integratsiyalashgan (mikro) elektron (IC, IC, m / c, inglizcha integral mikrosxema, IC, mikrosxem), chip, mikrochip (inglizcha mikrochip, kremniy chip, chip - ingichka plastinka - dastlab chip kristalli plastinka deb ataladigan atama) - mikroelektronik moslama - o'zboshimchalik bilan murakkablikning elektron sxemasi (kristall), yarimo'tkazgichli substratda (plastinka yoki plyonka) yasalgan va ajratib bo'lmaydigan holda joylashtirilgan yoki u holda, agar mikrosessiyaga kiritilgan bo'lsa.
Mikroelektronika bizning davrimizning eng muhim va ko'pchilik ishonganidek, eng muhim ilmiy va texnologik yutug'idir. Uni XVI asrda bosib chiqarish ixtirosi, 18-asrda bug 'dvigatelini yaratish va 19-yilda elektrotexnika rivoji kabi texnologiya tarixidagi burilish nuqtalari bilan taqqoslash mumkin. Va bugungi kunda ilmiy-texnikaviy inqilob haqida gap ketganda, asosan mikroelektronika nazarda tutilgan. Bizning kunlarimizdagi boshqa texnik yutuqlar singari, u ham hayotning barcha sohalarini qamrab oladi va haqiqatni kecha tasavvur qilishning iloji bo'lmagan narsaga aylantiradi. Bunga ishonch hosil qilish uchun cho'ntak mikrokalkulyatorlari, miniatyura radiolari, maishiy texnika, soat, kompyuter va dasturlashtiriladigan kompyuterlarda elektron boshqaruv moslamalari haqida eslash kifoya. Va bu uning doirasining kichik bir qismidir!
Mikroelektronika o'zining kelib chiqishi va mavjudligining yangi subminiature elektron elementi - integral mikrosxemaning yaratilishidan kelib chiqadi. Ushbu sxemalarning ko'rinishi, aslida, hech qanday yangi ixtiro emas edi - bu to'g'ridan-to'g'ri yarimo'tkazgichli qurilmalarni ishlab chiqish mantig'idan kelib chiqdi. Dastlab, yarimo'tkazgich elementlari hayotga yangi kirib kelayotganda, har bir tranzistor, qarshilik yoki diod alohida ishlatilgan, ya'ni u o'z shaxsiy holatiga kiritilgan va uning shaxsiy kontaktlari yordamida elektronga ulangan. Bu xuddi shu elementlardan bir xil turdagi sxemalarni to'plash zarur bo'lgan hollarda ham amalga oshirildi.
Asta-sekin, bunday qurilmalarni alohida elementlardan yig'ish emas, balki darhol bitta umumiy kristallda ishlab chiqarish oqilona bo'ladi, degan tushuncha paydo bo'ldi, ayniqsa yarimo'tkazgich elektroniği buning uchun barcha zarur shart-sharoitlarni yaratdi. Darhaqiqat, barcha yarimo'tkazgich elementlari tuzilishi jihatidan bir-biriga juda o'xshash, bir xil ishlash printsipiga ega va faqat p-n mintaqalarining o'zaro joylashishida farqlanadi.
Ushbu p-n mintaqalari, esimizda bo'lganidek, yarimo'tkazgich kristalining sirt qatlamiga bir xil turdagi aralashmalarni kiritish orqali hosil bo'ladi. Bundan tashqari, yarimo'tkazgichli elementlarning aksariyat qismi ishonchli va qoniqarli ishlashi millimetrning mingdan bir qismidagi sirt ishchi qatlamining qalinligi bilan ta'minlanadi. Eng kichik tranzistorlar odatda faqat yarimo'tkazgich kristalining yuqori qatlamidan foydalanadilar, bu uning qalinligining atigi 1% ni tashkil qiladi. Qolgan 99% tashuvchi yoki substrat rolini o'ynaydi, chunki substrat bo'lmasa, tranzistor eng kichik teginishdan qulashi mumkin. Natijada, alohida elektron komponentlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan texnologiyadan foydalangan holda, darhol bir necha o'nlab, yuzlab va hatto minglab bunday komponentlardan bitta chipda to'liq sxemani yaratish mumkin.
Buning foydasi juda katta bo'ladi. Birinchidan, xarajatlar darhol pasayadi (mikrosxemaning narxi odatda uning tarkibiy qismlarining barcha elektron elementlarining umumiy narxidan yuzlab marta kam). Ikkinchidan, bunday qurilma ancha ishonchli bo'ladi (tajriba shuni ko'rsatadiki, minglab va o'n minglab marta) va bu juda katta ahamiyatga ega, chunki o'nlab yoki yuz minglab elektron komponentlarning zanjirida muammolarni bartaraf etish juda qiyin bo'lib qoladi muammo. Uchinchidan, integral mikrosxemaning barcha elektron elementlari an'anaviy modulli zanjirdagi analoglaridan yuzlab va minglab marta kichik bo'lganligi sababli, ularning quvvat sarfi ancha past va ularning ishlashi ancha yuqori.
Elektron integratsiyani boshlagan muhim voqea - Texas Instruments kompaniyasining amerikalik muhandisi J. Kilbining butun simi uchun ekvivalent elementlarni, masalan, registrlar, kondansatörler, tranzistorlar va diodlarni sof kremniyning monolitik qismida olish taklifi. Kilbi 1958 yil yozida birinchi integral yarim o'tkazgich sxemasini yaratdi. Va 1961 yilda Fairchild Semiconductor Corporation kompyuterlar uchun birinchi seriyali mikrosxemalarni chiqardi: tasodif davri, yarim siljish registri va flip-flop. Xuddi shu yili Texas yarimo'tkazgichli integral mantiqiy mikrosxemalarni ishlab chiqarishni o'z zimmasiga oldi.
Keyingi yil boshqa firmalarning integral mikrosxemalari paydo bo'ldi. Qisqa vaqt ichida ajralmas ishlash yaratildi Turli xil turlari kuchaytirgichlar. 1962 yilda RCA kompyuterni saqlash qurilmalari uchun xotira matritsalari uchun integral mikrosxemalarni ishlab chiqdi. Asta-sekin barcha mamlakatlarda mikrosxemalar ishlab chiqarish yo'lga qo'yildi - mikroelektronika davri boshlandi.
Integral sxema uchun boshlang'ich material odatda ishlov berilmagan sof silikon gofretdir. U nisbatan katta hajmga ega, chunki bir vaqtning o'zida bir necha yuz turdagi mikrosxemalar ishlab chiqarilgan. Birinchi operatsiya shundaki, kislorod ta'sirida 1000 daraja haroratda ushbu plastinka yuzasida silikon dioksid qatlami hosil bo'ladi. Silikon oksidi yuqori kimyoviy va mexanik qarshilik bilan ajralib turadi va mukammal dielektrik xususiyatlariga ega, bu uning ostida joylashgan silikon uchun ishonchli izolyatsiyani ta'minlaydi.
Keyingi qadam - o'tkazuvchanlik p yoki n tasmasini yaratish uchun aralashmalar qo'shilishi. Buning uchun oksid plyonkasi plastinkaning alohida elektron qismlariga mos keladigan joylaridan chiqariladi. Kerakli joylarni tanlash fotolitografiya deb nomlangan jarayon yordamida amalga oshiriladi. Birinchidan, butun oksid qatlami fotosensitiv birikma (fotorezist) bilan qoplanadi, u fotoplyonka rolini o'ynaydi - uni ochish va rivojlantirish mumkin. Shundan so'ng, yarim Supero'tkazuvchilar kristalli sirt naqshini o'z ichiga olgan maxsus fotomask orqali plastinka ultrabinafsha nurlar bilan yoritiladi.
Yorug'lik ta'sirida oksidli qatlamda tekis naqsh hosil bo'ladi, yoritilmagan joylar yorug'lik bo'lib qoladi va qolganlari qorayadi. Fotorezistor nur ta'sirida filmning kislotaga chidamli erimaydigan joylari hosil bo'ladi. Keyin plastinka fotorezistni ochiq joylardan olib tashlaydigan erituvchi bilan ishlanadi. Ochiq joylardan (va faqat ulardan), kremniy oksidi qatlami kislota yordamida ishlangan.
Natijada, kremniy oksidi kerakli joylarda eriydi va toza kremniyning "oynalarini" ochib, aralashmalar (ligatsiya) kiritishga tayyor. Buning uchun n-tipli o'tkazuvchanlikni olish uchun 900-1200 daraja haroratdagi substrat yuzasiga kerakli nopoklik ta'sir qiladi, masalan, fosfor yoki mishyak. Nopoklik atomlari toza kremniyga chuqur kirib boradi, ammo uning oksidi bilan qaytariladi. Plastinani bir turdagi nopoklik bilan qayta ishlagandan so'ng, boshqa turi bilan bog'lashga tayyorlanadi - plastinka yuzasi yana oksidli qatlam bilan qoplanadi, yangi fotolitografiya va o'yma ishlari olib boriladi, natijada yangi "derazalar" kremniy ochildi.
Keyinchalik p-tipli o'tkazuvchanlikni olish uchun yangi ligatsiya, masalan, bor bilan davom etadi. Shunday qilib, p va n mintaqalari to'g'ri joylarda kristalning butun yuzasida hosil bo'ladi. Alohida elementlar orasidagi izolyatsiyani bir necha usul bilan yaratish mumkin: bunday izolyatsiya kremniy oksidi qatlami bo'lishi mumkin, shuningdek kerakli joylarda blokirovka qiluvchi p-n birikmalarini yaratishingiz mumkin.
Qayta ishlashning navbatdagi bosqichi integral mikrosxemaning elementlari bilan bir qatorda tashqi zanjirlarni ulash uchun ushbu elementlar va kontaktlarning o'rtasida o'tkazuvchan ulanishlarni (o'tkazuvchan chiziqlarni) qo'llash bilan bog'liq. Buning uchun alyuminiyning ingichka qatlami substrat ustiga püskürtülür, u eng nozik plyonka shaklida yotqiziladi. U fotolitografik ishlov berishga va yuqorida tavsiflanganlarga o'xshash tarzda ishlangan. Natijada, butun metall qatlamdan faqat ingichka Supero'tkazuvchilar chiziqlar va aloqa maydonchalari qoladi.
Va nihoyat, yarimo'tkazgich kristalining butun yuzasi himoya qatlami bilan qoplanadi (ko'pincha, silikat shishasi), keyinchalik ular aloqa joylaridan chiqariladi. Barcha ishlab chiqarilgan mikrosxemalar nazorat va sinov stendida eng qattiq tekshiruvlardan o'tkaziladi. Nosoz sxemalar qizil nuqta bilan belgilanadi. Va nihoyat, kristall alohida mikrosxemalar plitalari bilan kesiladi, ularning har biri tashqi devorlarga ulanish uchun pog'onali qo'pol qutiga o'ralgan.
Integral mikrosxemaning murakkabligi integratsiya darajasi deb ataladigan indikator bilan tavsiflanadi. 100 dan ortiq elementli integral mikrosxemalar past integral mikrosxemalar deb ataladi; 1000 tagacha elementni o'z ichiga olgan sxemalar - o'rtacha darajadagi integral mikrosxemalar; o'n minglab elementlarni o'z ichiga olgan sxemalar - katta integral mikrosxemalar. Bir milliongacha elementni o'z ichiga olgan sxemalar allaqachon ishlab chiqarilmoqda (ular juda katta deb nomlanadi). Integratsiyaning bosqichma-bosqich o'sishi har yili sxemalar miniatyura va shunga mos ravishda murakkablashib borishiga olib keldi.
Ilgari katta bo'lgan juda ko'p sonli elektron qurilmalar endi kichkina silikon plastinaga joylashdi. 1971 yilda Amerikaning "Intel" firmasi tomonidan arifmetik va mantiqiy operatsiyalarni bajarish uchun yagona integral mikrosxemaning - mikroprotsessorning yaratilishi juda muhim voqea bo'ldi. Bu mikroelektronikada hisoblash sohasida ulkan yutuqlarga olib keldi.