полупроводник . Прилагането на тези предложения през онези години не може да се осъществи поради недостатъчното развитие на технологиите.

В края на 1958 г. и през първата половина на 1959 г. се извършва пробив в производството на полупроводници. Трима души, представляващи три частни американски корпорации, решиха три основни проблема, които попречиха на създаването на интегрални схеми. Джак Килби от Texas Instrumentsпатентова принципа на унификация, създава първите несъвършени прототипи на IS и ги въвежда в масово производство. Кърт Леговец от Sprague Electric Companyизобретява метод за електрическа изолация на компоненти, формирани върху единичен полупроводников чип (изолация чрез p-n преход (англ. P–n изолация на кръстовище)). Робърт Нойс от Fairchild Semiconductorизобретява метод за електрическо свързване на IC компоненти (алуминиево покритие) и предлага подобрена версия на изолацията на компоненти, базирана на най-новата планарна технология от Jean Ernie (англ. Жан Хьорни). 27 септември 1960 г. Групата на Джей Ласт Джей Ласт) създадено на Fairchild Semiconductorпърви работещ полупроводник IP по идеите на Нойс и Ърни. Texas Instruments, която притежаваше патента за изобретението на Килби, отприщи патентна война срещу конкурентите, която приключи през 1966 г. със световно споразумение за кръстосано лицензиране на технологии.

Ранните логически интегрални схеми от споменатата серия са изградени буквално от стандартенкомпоненти, чиито размери и конфигурации са определени от технологичния процес. Инженерите по вериги, които проектират логически интегрални схеми от определено семейство, работят със същите типични диоди и транзистори. През 1961-1962г парадигмата на дизайна беше нарушена от водещия разработчик СилванияТом Лонго, за първи път използва различни конфигурация на транзистори в зависимост от техните функции във веригата. В края на 1962г Силваниястартира първата фамилия транзисторно-транзисторна логика (TTL), разработена от Longo - исторически първият тип интегрирана логика, която успя да се наложи на пазара за дълго време. В аналоговата схема пробив от това ниво е направен през 1964-1965 г. от разработчика на операционни усилватели ФеърчайлдБоб Видлар.

Първата вътрешна микросхема е създадена през 1961 г. в TRTI (Таганрогски радиотехнически институт) под ръководството на Л. Н. Колесов. Това събитие привлече вниманието на научната общност на страната и TRTI беше одобрен като лидер в системата на Министерството на висшето образование по проблема за създаване на високонадеждно микроелектронно оборудване и автоматизиране на неговото производство. Самият Л. Н. Колесов е назначен за председател на Координационния съвет по този проблем.

Първата в СССР хибридна дебелослойна интегрална схема (серия 201 "Тропа") е разработена през 1963-65 г. в Научноизследователския институт по прецизна техника ("Ангстрем"), серийно производство от 1965 г. В разработката са участвали специалисти от NIEM (сега NII Argon).

Първата полупроводникова интегрална схема в СССР е създадена на базата на планарна технология, разработена в началото на 1960 г. в НИИ-35 (тогава преименуван на НИИ Пулсар) от екип, който по-късно е прехвърлен в НИИМЕ (Микрон). Създаването на първата вътрешна силициева интегрална схема беше фокусирано върху разработването и производството с военно приемане на серия от интегрални силиконови схеми TC-100 (37 елемента - еквивалент на сложността на схемата на тригер, аналог на американския IC серия SN-51 фирми Texas Instruments). Прототипи и производствени образци на силициеви интегрални схеми за възпроизвеждане са получени от САЩ. Работата е извършена в НИИ-35 (директор Трутко) и Фрязинския завод за полупроводници (директор Колмогоров) по отбранителна поръчка за използване в автономен висотомер на система за насочване на балистични ракети. Разработката включваше шест типични интегрирани силициеви планарни схеми от серията TS-100 и, с организирането на пилотно производство, отне три години в NII-35 (от 1962 до 1965 г.). Отне още две години, за да се овладее фабричното производство с военно приемане във Фрязино (1967 г.).

Успоредно с това работата по разработването на интегрална схема беше извършена в Централното конструкторско бюро на Воронежския завод за полупроводникови устройства (сега -). През 1965 г., по време на посещение във VZPP от министъра на електронната промишленост А. И. Шокин, заводът е инструктиран да извърши изследователска работа по създаването на силиконова монолитна верига - R & D "Титан" (Министерска заповед № 92 от 16 август , 1965), който беше завършен предсрочно до края на годината. Темата беше успешно представена на Държавната комисия и серия от 104 диодно-транзисторни логически схеми стана първото фиксирано постижение в областта на твърдотелната микроелектроника, което беше отразено в заповедта на Министерството на икономическото развитие от 30 декември 1965 г. № 403.

Нива на дизайн

В момента (2014 г.) повечето от интегралните схеми са проектирани с помощта на специализирани CAD системи, които ви позволяват да автоматизирате и значително да ускорите производствените процеси, например получаване на топологични фотомаски.

Класификация

Степен на интеграция

В зависимост от степента на интеграция се използват следните наименования на интегралните схеми:

• малка интегрална схема (MIS) - до 100 елемента в кристал,
• средна интегрална схема (SIS) - до 1000 елемента в кристал,
• голяма интегрална схема (LSI) - до 10 хиляди елемента в кристал,
• много голяма интегрална схема (VLSI) - повече от 10 хиляди елемента в кристал.

Преди това бяха използвани и вече остарели имена: ултра-голяма интегрална схема (ULSI) - от 1-10 милиона до 1 милиард елемента в кристал и понякога гига-голяма интегрална схема (GBIS) - повече от 1 милиарди елементи в кристал. В момента, през 2010 г., имената "UBIS" и "GBIS" практически не се използват и всички микросхеми с повече от 10 хиляди елемента се класифицират като VLSI.

Технология на производство

• Полупроводникова микросхема - всички елементи и връзки са направени на един полупроводников кристал (например силиций, германий, галиев арсенид, хафниев оксид).

• Филмова интегрална схема - всички елементи и връзки са направени под формата на филми:
  • дебелослойна интегрална схема;
  • тънкослойна интегрална схема.
• Хибриден IC (често наричан микросборка), съдържа няколко голи диода, голи транзистори и/или други електронни активни компоненти. Микровъзелът може също така да включва неопаковани интегрални схеми. Пасивните микрокомпоненти (резистори, кондензатори, индуктори) обикновено се произвеждат с помощта на тънкослойни или дебелослойни технологии върху общ, обикновено керамичен субстрат на хибридната микросхема. Целият субстрат с компоненти е поставен в един запечатан корпус.
• Смесена микросхема - освен полупроводников кристал, съдържа тънкослойни (дебелослойни) пасивни елементи, поставени върху повърхността на кристала.

Тип на обработения сигнал

Технологии на производство

Типове логика

Основният елемент на аналоговите схеми са транзисторите (биполярни или полеви). Разликата в технологията за производство на транзистори значително влияе върху характеристиките на микросхемите. Ето защо често в описанието на микросхемата се посочва технологията на производство, за да се подчертае основни характеристикисвойства и възможности на микросхемата. IN модерни технологиисъчетават технологиите на биполярно и полеви транзисториза подобряване на производителността на чиповете.

• Микросхемите на еднополярни (полеви) транзистори са най-икономичните (по отношение на консумацията на ток):
  • MOS логика (метал-оксид-полупроводникова логика) - микросхемите се формират от транзистори с полеви ефекти н-MOS или стр-тип MOS;
  • CMOS логика (допълнителна MOS логика) - всеки логически елемент на микросхемата се състои от двойка допълнителни (допълващи се) транзистори с полеви ефекти ( н-MOS и стр-MOS).
• Чипове на биполярни транзистори:
  • RTL - резисторно-транзисторна логика (остаряла, заменена от TTL);
  • DTL - диодно-транзисторна логика (остаряла, заменена от TTL);
  • TTL - транзисторно-транзисторна логика - микросхемите са направени от биполярни транзистори с многоемитерни транзистори на входа;
  • TTLSH - транзисторно-транзисторна логика с диоди на Шотки - подобрен TTL, който използва биполярни транзистори с ефекта на Шотки;
  • ESL - емитер-свързана логика - на биполярни транзистори, чийто режим на работа е избран така, че да не влизат в режим на насищане, което значително увеличава скоростта;
  • IIL - интегрална инжекционна логика.
• Микросхеми, използващи както полеви, така и биполярни транзистори:

Използвайки един и същи тип транзистори, микросхемите могат да бъдат изградени с помощта на различни методологии, като статични или динамични.

CMOS и TTL (TTLS) технологиите са най-разпространените логики на чипове. Там, където е необходимо да се спести текуща консумация, се използва CMOS технологията, където скоростта е по-важна и не се изисква пестене на консумация на енергия, се използва TTL технология. Слабото място на CMOS микросхемите е уязвимостта към статично електричество - достатъчно е да докоснете изхода на микросхемата с ръка и нейната цялост вече не е гарантирана. С развитието на TTL и CMOS технологиите, микросхемите се доближават по отношение на параметрите и в резултат на това например серията микросхеми 1564 е направена по CMOS технология, а функционалността и разположението в корпуса са подобни на тези на TTL технология.

Чиповете, произведени по технологията ESL, са най-бързите, но и най-енергоемките и са използвани в производството на Информатикав случаите, когато най-важният параметърбеше скоростта на изчисление. В СССР най-производителните компютри от типа ES106x са произведени на микросхеми ESL. Сега тази технология се използва рядко.

Технологичен процес

При производството на микросхеми се използва методът на фотолитография (проекция, контакт и др.), Докато веригата се формира върху субстрат (обикновено силиций), получен чрез рязане на силициеви монокристали на тънки пластини с диамантени дискове. Поради малките линейни размери на елементите на микросхемата, използването на видима светлина и дори близко ултравиолетово лъчение за осветяване беше изоставено.

Следните процесори са произведени с помощта на UV радиация (ArF ексимерен лазер, дължина на вълната 193 nm). Средно въвеждането на нови технически процеси от лидерите в индустрията съгласно плана ITRS се извършва на всеки 2 години, като същевременно се удвоява броят на транзисторите на единица площ: 45 nm (2007), 32 nm (2009), 22 nm (2011) , 14 nm производство започна през 2014 г., разработването на 10 nm процеси се очаква около 2018 г.

През 2015 г. имаше оценки, че въвеждането на нови технически процеси ще се забави.

Контрол на качеството

За контрол на качеството на интегралните схеми широко се използват т. нар. тестови структури.

Предназначение

Една интегрална схема може да има пълна, произволно сложна функционалност - до цял микрокомпютър (едночипов микрокомпютър).

Аналогови схеми

• Филтри (включително базирани на пиезоелектричен ефект).
• Аналогов умножители.
• Аналогови атенюатори и променливи усилватели.
• Стабилизатори за захранване: стабилизатори на напрежение и ток.
• Контролни микросхеми на импулсни захранвания.
• Преобразуватели на сигнали.
• Схеми за синхронизация.
• Различни сензори (например температура).

Цифрови схеми

• Буферни преобразуватели
• (Микро)процесори (включително централни процесори за компютри)
• Чипове и модули памет
• FPGA (Програмируеми логически интегрални схеми)

Цифровите интегрални схеми имат редица предимства пред аналоговите:

• Намалена консумация на енергиясвързани с използването на импулсни електрически сигнали в цифровата електроника. При приемане и преобразуване на такива сигнали активните елементи на електронните устройства (транзистори) работят в режим "ключ", т.е. транзисторът е или "отворен" - което съответства на сигнал с високо ниво (1), или "затворен" - (0), в първия случай няма спад на напрежението в транзистора, във втория - през него не протича ток. И в двата случая консумацията на енергия е близка до 0, за разлика от аналоговите устройства, при които транзисторите през по-голямата част от времето са в междинно (активно) състояние.
• Висока устойчивост на шумцифрови устройства е свързано с голяма разлика между сигнали с високо (например 2,5-5 V) и ниско (0-0,5 V) ниво. Възможна е грешка в състоянието при такова ниво на смущение, когато високо нивотълкувано като ниско и обратното, което е малко вероятно. Освен това в цифрови устройствавъзможно е да се използват специални кодове за коригиране на грешки.
• Голяма разлика в нивата на състоянията на сигнали с високо и ниско ниво (логически "0" и "1") и доста широк диапазон от техните допустими промени прави цифровата технология нечувствителна към неизбежното разпространение на параметрите на елемента в интегрираната технология, елиминира необходимостта от избор на компоненти и конфигуриране на елементи за настройка в цифрови устройства.

Аналогово-цифрови схеми

• цифрово-аналогови (DAC) и аналогово-цифрови преобразуватели (ADC);
• трансивъри (например интерфейс конвертор ethernet);
• модулатори и демодулатори;
  • радио модеми
  • телетекст декодери, VHF радиотекст
  • Fast Ethernet и оптични линейни трансивъри
  • набираммодеми
  • приемници за цифрова телевизия
  • сензор за оптична мишка
• захранващи чипове за електронни устройства - стабилизатори, преобразуватели на напрежение, захранващи ключове и др.;
• цифрови атенюатори;
• честотни вериги с фазово заключен контур (PLL);
• тактови генератори и реставратори;
• основни матрични чипове (BMC): съдържа както аналогови, така и цифрови схеми;

Серия чипове

Серийно се произвеждат аналогови и цифрови микросхеми. Серията е група от микросхеми, които имат един дизайн и технологичен дизайн и са предназначени за съвместна употреба. Микросхемите от една и съща серия, като правило, имат еднакви напрежения на захранващите устройства, съвпадат по отношение на входно и изходно съпротивление, нива на сигнала.

Корпус

Конкретни заглавия

Правна защита

Руското законодателство осигурява правна защита на топологиите на интегралните схеми. Топологията на интегрална схема е пространственото и геометрично разположение на съвкупността от елементи на интегрална схема и връзките между тях, фиксирани върху материален носител (член 1448

Назовете първото изчислително устройство. Сметало Калкулатор Аритмометър Руско сметало Каква идея изложихте по средата

Английският математик от 19 век Чарлз Бабидж?

Идеята за създаване на програмно управлявана изчислителна машина с аритметично устройство, управляващо устройство, както и устройство за въвеждане и печат

идея за създаване мобилен телефон

Идеята за създаване на роботи, управлявани от компютър

През коя година и къде е създаден първият компютър, базиран на вакуумни тръби?

1945 г., САЩ

1944 г. Англия

1946 г. Франция

На каква база са създадени компютрите от трето поколение?

интегрални схеми

полупроводници

електронни лампи

много големи интегрални схеми

Как се казваше първият персонален компютър?

Назовете централното устройство на компютъра.

процесор

Системна единица

захранващ агрегат

Дънна платка

Процесорът обработва предоставената информация:

В десетичната бройна система

На английски език

На руски

Машинен език (двоичен)

За да въведете цифрова и текстова информация, използвайте

Клавиатура

Скенерът се използва за...

За въвеждане на изображения в компютър и текстови документи

За рисуване върху него със специален химикал

Преместване на курсора върху екрана на монитора

Получаване на холографски изображения

10. Какъв тип принтер е подходящ за отпечатване на финансови документи?

Матричен принтер

Реактивен принтер

Лазерен принтер

Какъв тип принтер трябва да се използва за отпечатване на резюмета?

Матричен принтер

Реактивен принтер

Лазерен принтер

Какъв тип принтер е подходящ за отпечатване на снимки?

Матричен принтер

Реактивен принтер

Лазерен принтер

При неспазване на санитарно-хигиенните изисквания на комп лошо влияниеможе да повлияе на човешкото здраве...

Монитор на електроннолъчева тръба

Монитор с течни кристали

Плазмени панели

Когато изключите компютъра, цялата информация се изтрива от ...

Оперативна памет

харддиск

лазерен диск

Какво компютърно устройство съхранява информация?

Външна памет;

ПРОЦЕСОР;

Оптичните пътеки са по-тънки и по-плътно опаковани върху...

Цифров видео диск (DVD диск)

Компактен диск (CD-диск)

Входните устройства включват...

Изходните устройства включват...

Клавиатура, мишка, джойстик, светеща писалка, скенер, цифрова камера, микрофон

Високоговорители, монитор, принтер, слушалки

HDD, процесор, модули памет, дънна платка, дискета

Програмата се казва...

компютърна програмаможе да контролира работата на компютъра, ако се намира ...

IN оперативна памет

На дискета

На твърд диск

На CD

Данните са...

Последователността от команди, които компютърът изпълнява в процеса на обработка на данни

Информацията се представя в цифров вид и се обработва на компютър

Именувани данни, съхранявани в дългосрочната памет

Файлът е...

Отпечатан на компютър текст

Информацията се представя в цифров вид и се обработва на компютър

Програма или данни, които имат име и се съхраняват в дългосрочната памет

При бърз форматдискета...

Извършва се почистване на директорията на диска

Всички данни се изтриват

Извършва се дефрагментиране на диска

Проверка на повърхността на диска

При пълно форматиране на дискета...

всички данни се изтриват

пълна проверка на диска

дисковата директория се почиства

дискът става система

В многостепенна йерархия файлова система...

Файловете се съхраняват в система, която е система от вложени папки

Файловете се съхраняват в система, която е линейна последователност

Историята на развитието на компютърните технологии:

1. Назовете първото изчислително устройство.
1) Сметало
2) Калкулатор
3) Аритмометър
4) Руско сметало

2. Каква идея е изложена в средата на 19 век от английския математик Чарлз Бабидж?
1) Идеята за създаване на програмно управлявана изчислителна машина с аритметично устройство, управляващо устройство, както и входно и печатащо устройство
2) Идеята за създаване на мобилен телефон
3) Идеята за създаване на компютърно управлявани роботи
3. Посочете името на първия компютърен програмист.
1) Ада Лавлейс
2) Сергей Лебедев
3) Бил Гейтс
4) София Ковалевская

4. През коя година и къде е създаден първият компютър, базиран на вакуумни тръби?
1) 1945 г., САЩ
2) 1950 г., СССР
3) 1944 г., Англия
4) 1946 г., Франция

5. На каква база са създадени компютрите от трето поколение?
1) Интегрални схеми
2) полупроводници
3) електронни лампи
4) много големи интегрални схеми

6. Как се казваше първият персонален компютър?
1) Apple II
2) IBM PC
3) Dell
4) Корвет
Структура на компютъра ........................15
1. Назовете централното устройство на компютъра.
1) Процесор
2) Системен блок
3) Захранване
4) Дънна платка
2. Как се записва физическата информация и се предава на компютър?
1) числа;
2) с помощта на програми;
3) се представя под формата на електрически сигнали.

3. Процесорът обработва предоставената информация:
1) В десетична бройна система
2) На английски
3) На руски
4) На машинен език (в двоичен код)
4. За да въведете цифрова и текстова информация, използвайте
1) Клавиатура
2) Мишка
3) Трекбол
4) Дръжка
5. Най-важната характеристика на устройствата за въвеждане на координати е разделителната способност, която обикновено е 500 dpi (точка на инч - точки на инч (1 инч = 2,54 см)), което означава ...
1) Когато преместите мишката с един инч, показалецът на мишката се премества с 500 точки
2) Когато преместите мишката с 500 точки, показалецът на мишката се премества с един инч
6. Скенерът се използва за...
1) За въвеждане на изображения и текстови документи в компютър
2) За рисуване върху него със специален химикал
3) Преместване на курсора върху екрана на монитора
4) Получаване на холографски изображения
Изходни устройства .................................21
1. Какъв тип принтер е подходящ за отпечатване на финансови документи?
1) Матричен принтер
2) Мастиленоструен принтер
3) Лазерен принтер
2. Какъв тип принтер трябва да се използва за отпечатване на резюмета?
1) Матричен принтер
2) Мастиленоструен принтер
3) Лазерен принтер

1. Какъв тип принтер е подходящ за отпечатване на снимки?
1) Матричен принтер
2) Мастиленоструен принтер
3) Лазерен принтер
2. При неспазване на санитарно-хигиенните изисквания на компютъра може да има вредно въздействие върху човешкото здраве ...
1) Монитор на електроннолъчева тръба
2) Монитор с течни кристали
4) Плазмени панели
3. Устройство, което осигурява запис и четене на информация, се нарича ...
1) Флопи устройство или памет

4. Когато изключите компютъра, цялата информация се изтрива от ...
4) RAM
5) Твърд диск
6) Лазерен диск
7) Дискети
13. В какво устройство на компютъра се съхранява информация?
1) Външна памет;
2) монитор;
3) процесор;
2. Оптичните пътеки са по-тънки и са разположени по-плътно върху...
1) Цифров видео диск (DVD диск)
2) Компакт диск (CD - диск)
3) Флопи диск
3. На кой диск информацията се съхранява на концентрични пътеки, на които се редуват магнетизирани и немагнетизирани секции
1) На флопи диск
2) На CD
3) На DVD диск

4. Входните устройства включват...

1) Твърд диск, процесор, модули памет, дънна платка, флопи диск
5. Изходните устройства включват...
1) Клавиатура, мишка, джойстик, светеща писалка, скенер, цифрова камера, микрофон
2) Високоговорители, монитор, принтер, слушалки
3) Твърд диск, процесор, модули памет, дънна платка, флопи диск
6. Програмата се нарича ...

7. Компютърна програма може да контролира работата на компютър, ако се намира ...
1) В RAM
2) На флопи диск
3) На твърдия диск
4) На CD
8. Данните са...
1) Последователността от команди, които компютърът изпълнява в процеса на обработка на данни
2) Информация, представена в цифров вид и обработена на компютър
3) Именувани данни, съхранявани в дългосрочната памет
9. Файлът е...
1) Текст, отпечатан на компютър
2) Информация, представена в цифров вид и обработена на компютър
3) Програма или данни, които имат име и се съхраняват в дългосрочната памет

10. При бързо форматиране на флопи диск...
1) Дисковата директория се почиства
2) Всички данни се изтриват
3) Дискът се дефрагментира
4) Проверката се извършва съгласно

1. Кога и от кого са изобретени перфориращите машини? Какви задачи решаваха?

2. Какво е електромеханично реле? Кога са създадени релейните компютри? Колко бързи бяха?
3. Къде и кога е създаден първият компютър? Как се казваше?
4. Каква е ролята на Джон фон Нойман в създаването на компютрите?
5. Кой е дизайнерът на първите домашни компютри?
6. На каква елементна база са създадени машините от първо поколение? Какви бяха основните им характеристики?
7. На каква елементна база са създадени машините от второ поколение? Какви са техните предимства в сравнение с първото поколение компютри?
8. Какво е интегрална схема? Кога са създадени първите компютри с интегрални схеми? Как се казваха?
9. Какви нови области на приложение на компютрите се появиха с появата на машини от трето поколение?

Първи интегрални схеми

Посвещава се на 50-годишнината от официалната дата

Б. Малашевич

На 12 септември 1958 г. служител на Texas Instruments (TI) Джак Килби демонстрира на ръководството три странни устройства - устройства, залепени с пчелен восък върху стъклена подложка от две парчета силиций с размери 11,1 × 1,6 mm (фиг. 1). Това бяха триизмерни схеми - прототипи на интегралната схема (IC) на генератора, доказващи възможността за производство на всички елементи на веригата на базата на един полупроводников материал. Тази дата се отбелязва в историята на електрониката като рожден ден на интегралните схеми. Но дали е така?

Ориз. 1. Модел на първия IS от J. Kilby. Снимка от http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

До края на 50-те години на миналия век технологията за сглобяване на радиоелектронна апаратура (РАЕ) от отделни елементи е изчерпала възможностите си. Светът стигна до най-острата криза на REA, бяха необходими радикални мерки. По това време интегрираните технологии за производство както на полупроводникови устройства, така и на дебелослойни и тънкослойни керамични платки вече бяха промишлено усвоени в САЩ и СССР, т.е. бяха назрели предпоставките за преодоляване на тази криза чрез създаване на многоелементни стандартни продукти - интегрални схеми.

Интегралните схеми (микросхеми, ИС) включват електронни устройствас различна сложност, при които всички елементи от един и същи тип се произвеждат едновременно в един технологичен цикъл, т.е. чрез интегрирана технология. За разлика от печатните платки (в които всички свързващи проводници се произвеждат едновременно в един цикъл с помощта на интегрирана технология), резисторите, кондензаторите и (в полупроводниковите ИС) диодите и транзисторите са формирани по подобен начин в ИС. В допълнение, много интегрални схеми се произвеждат едновременно, от десетки до хиляди.

ИС се разработват и произвеждат от индустрията под формата на серии, съчетаващи редица микросхеми с различни функционални цели, предназначени за съвместно използване в електронно оборудване. ИС от серията имат стандартен дизайн и унифицирана система от електрически и други характеристики. ИС се доставят от производителя на различни потребители като независими търговски продукти, които отговарят на определена система от стандартизирани изисквания. ИС се класифицират като продукти, които не подлежат на ремонт; при ремонт на електронно оборудване повредените ИС се сменят.

Има две основни групи интегрални схеми: хибридни и полупроводникови.

В хибридните интегрални схеми (HIC) всички проводници и пасивни елементи се формират върху повърхността на субстрата на микросхемата (обикновено направен от керамика), като се използва интегрирана технология. Активните елементи под формата на диоди, транзистори и полупроводникови IC кристали се инсталират върху подложката индивидуално, ръчно или автоматично.

В полупроводниковите ИС свързващите, пасивните и активните елементи се формират в един технологичен цикъл върху повърхността на полупроводников материал (обикновено силиций) с частично навлизане в неговия обем чрез дифузионни методи. В същото време на една полупроводникова пластина се произвеждат от няколко десетки до няколко хиляди ИС в зависимост от сложността на устройството и размера на неговия кристал и пластина. Индустрията произвежда полупроводникови интегрални схеми в стандартни опаковки, под формата на отделни чипове или под формата на неразделени пластини.

Феноменът в света на хибридните (GIS) и полупроводниковите интегрални схеми се появи по различни начини. ГИС е продукт на еволюционното развитие на микромодулите и технологията на керамичните плоскости. Следователно те се появиха неусетно, няма общоприета дата на раждане на ГИС и общопризнат автор. Полупроводниковите интегрални схеми бяха естествен и неизбежен резултат от развитието на полупроводниковата технология, но това изискваше генериране на нови идеи и създаване на нови технологии, които имат свои дати на раждане и свои автори. Първите хибридни и полупроводникови ИС се появяват в СССР и САЩ почти едновременно и независимо една от друга.

Първите хибридни интегрални схеми

Хибридните ИС включват ИС, чието производство съчетава интегрална технология за производство на пасивни елементи с индивидуална (ръчна или автоматизирана) технология за инсталиране и монтиране на активни елементи.

Още в края на 40-те години на миналия век фирмата Centralab в САЩ разработи основните принципи за производство на печатни платки на основата на дебелослойна керамика, които след това бяха разработени от други фирми. Тя се основава на технологиите за производство на печатни платки и керамични кондензатори. От печатни платки те взеха интегрална технология за формиране на топологията на свързващите проводници - копринен ситопечат. От кондензатори - материалът на субстрата (керамика, по-често ситал), както и пастообразните материали и термичната технология на тяхното фиксиране върху субстрата.

И в началото на 50-те години на миналия век, RCA изобретяват технологията за тънък слой: пръскайки различни материали във вакуум и отлагайки ги през маска върху специални субстрати, те се научиха как едновременно да произвеждат много миниатюрни филми, свързващи проводници, резистори и кондензатори върху един керамичен субстрат.

В сравнение с дебелослойната технология, тънкослойната технология предоставя възможност за по-точно производство на по-малки топологични елементи, но изисква по-сложно и скъпо оборудване. Устройствата, произведени върху керамични плоскости с помощта на дебелослойна или тънкослойна технология, се наричат ​​„хибридни схеми“. Хибридните схеми се произвеждат като компоненти от собственото им производство, техният дизайн, размери и функционално предназначение са различни за всеки производител, те не навлизат на свободния пазар и следователно са малко известни.

Хибридните схеми нахлуха и в микромодулите. Първоначално те използваха дискретни пасивни и активни миниатюрни елементи, комбинирани с традиционно печатно окабеляване. Технологията на сглобяване беше сложна, с голям дял ръчен труд. Следователно микромодулите бяха много скъпи, използването им беше ограничено до бордовото оборудване. Тогава бяха използвани дебелослойни миниатюрни керамични шалове. По-нататък дебелослойната технология започна да произвежда резистори. Но диодите и транзисторите все още се използват дискретни, индивидуално опаковани.

Микромодулът се превърна в хибридна интегрална схема в момента, когато в него бяха използвани безкорпусни транзистори и диоди и структурата беше запечатана в общ корпус. Това направи възможно значително автоматизиране на процеса на тяхното сглобяване, рязко намаляване на цените и разширяване на обхвата на приложение. Според метода на формиране на пасивни елементи се разграничават дебелослойни и тънкослойни ГИС.

Първата ГИС в СССР

Първите ГИС (модули от типа „Квант“, по-късно обозначени като ИС серия 116) в СССР са разработени през 1963 г. в НИИРЕ (по-късно НПО Ленинец, Ленинград) и през същата година неговият пилотен завод започва масовото им производство. В тези ГИС като активни елементи са използвани полупроводникови ИС „R12-2“, разработени през 1962 г. от завода за полупроводникови устройства в Рига. Поради неразделността на историите на създаването на тези ИС и техните характеристики, ще ги разгледаме заедно в раздела на P12-2.

Несъмнено модулите Kvant бяха първите в света на ГИС с двустепенна интеграция - като активни елементи те използваха не дискретни безрамкови транзистори, а полупроводникови ИС. Вероятно те са били първите ГИС в света - структурно и функционално завършени многоелементни продукти, доставяни на потребителя като независими търговски продукти. Най-ранните чуждестранни подобни продукти, идентифицирани от автора, са IBM SLT модулите, описани по-долу, но те бяха обявени през следващата година, 1964 г.

Първата ГИС в САЩ

Появата на дебелослойна ГИС като основна елементна база на новия компютър IBM System /360 беше обявена за първи път от IBM през 1964 г. Изглежда, че това беше първото приложение на ГИС извън СССР, авторът не можа да намери по-ранни примери.

Полупроводниковите интегрални схеми от серията “Micrologic” на Fairchild и “SN-51” на TI (за тях ще говорим по-долу), вече известни по това време в средите на специалистите, бяха все още недостъпни редки и непосилно скъпи за търговска употреба, което беше изграждане на мейнфрейм компютър. Следователно IBM Corporation, като взе за основа дизайна на плосък микромодул, разработи своя собствена серия от дебелослойни ГИС, обявени под общото име (за разлика от „микромодули“) - „SLT-модули“ (Solid Logic Technology - технология на солидна логика. Обикновено думата "солид" се превежда на руски като "твърд", което е абсолютно нелогично. Всъщност терминът "SLT-модули" е въведен от IBM като противопоставяне на термина "микромодул" и трябва да отразява тяхната разлика Но и двата модула са "твърди", т.е. този превод не е Думата "твърд" има други значения - "твърд", "цял", които успешно подчертават разликата между "SLT-модули" и "микромодули" - SLT-модули са неделими, не подлежат на ремонт, т.е. "цели". Затова използвахме нестандартен превод на руски: Solid Logic Technology - технология на твърда логика).

Модулът SLT беше половин инчова квадратна керамична микроплака с дебел филм с притиснати вертикални щифтове. Свързващи проводници и резистори са нанесени върху повърхността му чрез копринен печат (съгласно схемата на внедреното устройство) и са монтирани безкорпусни транзистори. Кондензаторите, ако е необходимо, бяха инсталирани до SLT модула на платката на устройството. С външна почти идентичност (микромодулите са малко по-високи, фиг. 2.), SLT модулите се различават от плоските микромодули с по-висока плътност на елементите, ниска консумация на енергия, висока скорост и висока надеждност. Освен това технологията SLT беше доста лесна за автоматизиране, така че те можеха да се произвеждат в големи количества на достатъчно ниска цена, за да се използват в търговско оборудване. Точно от това се нуждаеше IBM. Фирмата построи автоматизирана фабрика в East Fishkill близо до Ню Йорк за производство на SLT модули, която ги произвежда в милиони копия.

Ориз. 2. Микромодул на СССР и SLT-модул f. IBM. STL снимка от http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

След IBM ГИС започнаха да се произвеждат от други компании, за които ГИС станаха търговски продукт. Типичният дизайн на плоски микромодули и SLT модули от IBM Corporation се превърна в един от стандартите за хибридни ИС.

Първите полупроводникови интегрални схеми

До края на 50-те години индустрията беше в добра позиция да произвежда евтини електронни компоненти. Но ако транзисторите или диодите са направени от германий и силиций, тогава резисторите и кондензаторите са направени от други материали. Мнозина тогава вярваха, че при създаването на хибридни схеми няма да има проблеми при сглобяването на тези елементи, направени отделно. И ако е възможно да се произвеждат всички елементи със стандартен размер и форма и по този начин да се автоматизира процесът на сглобяване, тогава цената на оборудването ще бъде значително намалена. Въз основа на тези разсъждения привържениците на хибридната технология я разглеждат като обща посока в развитието на микроелектрониката.

Но не всички споделяха това мнение. Факт е, че меза транзисторите и особено планарните транзистори, вече създадени от този период, бяха адаптирани за партидна обработка, при която редица операции за производство на много транзистори на една субстратна плоча се извършват едновременно. Тоест много транзистори са произведени наведнъж на една полупроводникова пластина. След това плочата беше нарязана на отделни транзистори, които бяха поставени в отделни кутии. И тогава производителят на хардуер комбинира транзисторите на една печатна платка. Имаше хора, които смятаха този подход за смешен - защо да изключвате транзисторите и след това да ги комбинирате отново. Възможно ли е да ги комбинирате веднага върху полупроводникова пластина? В същото време се отървете от няколко сложни и скъпи операции! Тези хора изобретиха полупроводникови интегрални схеми.

Идеята е изключително проста и напълно очевидна. Но, както често се случва, само след като някой първи го обяви и го докаже. Оказа се, че често не е достатъчно просто да се обяви, както в този случай. Идеята за IC е обявена още през 1952 г., преди появата на партидните методи за производство на полупроводникови устройства. На годишна конференцияотносно електронните компоненти, проведено във Вашингтон, от Британския кралски радарен офис в Малвърн, Джефри Дъмър, представи доклад за надеждността на компонентите на радарното оборудване. В доклада той направи пророческо изявление: „ С появата на транзистора и работата в областта на полупроводниковата технология, като цяло можете да си представите електронно оборудване под формата на твърд блок, който не съдържа свързващи проводници. Блокът може да се състои от слоеве от изолационни, проводими, коригиращи и подсилващи материали, в които определени области са изрязани, така че да могат директно да изпълняват електрически функции.. Но тази прогноза остана незабелязана от експертите. За това се сетиха едва след появата на първите полупроводникови ИС, т.е. след практическото доказване на една отдавна анонсирана идея. Някой трябваше да бъде първият, който преформулира и приложи идеята за полупроводникова интегрална схема.

Както в случая с транзистора, общоприетите създатели на полупроводникови интегрални схеми имаха повече или по-малко успешни предшественици. Опит за реализиране на идеята му през 1956 г. е направен от самия Дамер, но неуспешен. През 1953 г. Харвик Джонсън от RCA получава патент за осцилатор с един чип, а през 1958 г., заедно с Торкел Уолмарк, обявява концепцията за "полупроводниково интегрирано устройство". През 1956 г. Рос, служител на Bell Labs, прави двоичен брояч, използвайки основа n-p-n-pструктури в единичен монокристал. През 1957 г. Ясуро Тару от японската фирма MITI получава патент за комбиниране на различни транзистори в един чип. Но всички тези и други подобни разработки бяха от частен характер, не бяха доведени до производство и не станаха основа за развитието на интегрирана електроника. Само три проекта допринесоха за развитието на ИС в индустриалното производство.

Късметлии се оказаха вече споменатият Джак Килби от Texas Instruments (TI), Робърт Нойс от Fairchild (и двамата от САЩ) и Юрий Валентинович Осокин от конструкторското бюро на Рижския завод за полупроводникови прибори (СССР). Американците създават експериментални модели на интегрални схеми: Дж. Килби - модел на ИС на генератора (1958 г.), а след това тригер на меза-транзистор (1961 г.), Р. Нойс - тригер на планарна технология (1961 г.) и Ю. Осокин - логичният IC "2NOT-OR" в Германия, който веднага влезе в серийно производство (1962). Тези фирми започват серийно производство на интегрални схеми почти едновременно, през 1962 г.

Първите полупроводникови интегрални схеми в САЩ

IP Джак Килби. Серия IS “ SN-51”

През 1958 г. J. Kilby (пионер в използването на транзистори в слуховите апарати) се премества в Texas Instruments. Новодошлият Килби, като инженер по веригата, беше „хвърлен“ да подобри микромодулното пълнене на ракети, като създаде алтернатива на микромодулите. Разгледа се вариантът за сглобяване на блокове от детайли със стандартна форма, подобно на сглобяването на модели играчки от LEGO фигури. Но Килби беше очарован от нещо друго. Ефектът „свеж поглед“ изигра решаваща роля: първо, той веднага заяви, че микромодулите са задънена улица, и второ, възхищавайки се на меза структурите, той стигна до заключението, че веригата трябва (и може) да бъде изпълнена от един материал - полупроводник. Килби е наясно с идеята на Дъмър и неуспеха му да я осъществи през 1956 г. След като анализира, той разбира причината за провала и намира начин да го преодолее. “ Моята заслуга е, че като взех тази идея, я превърнах в реалност.”, каза Дж. Килби по-късно в Нобеловата си реч.

Тъй като все още не е спечелил правото да напусне, той работеше без намеса в лабораторията, докато всички почиваха. На 24 юли 1958 г. Килби формулира концепция в лабораторно списание, наречена Monolithic Idea. Същността му беше, че „. .. елементи на веригата като резистори, кондензатори, разпределени кондензатори и транзистори могат да бъдат интегрирани в един чип - при условие че са направени от един и същ материал ... При проектирането на тригерна верига всички елементи трябва да бъдат направени от силиций, и резисторите ще използват силициево обемно съпротивление, а кондензаторите - капацитети на p-n преходи”. „Идеята за монолит“ се срещна със снизходително иронично отношение от ръководството на Texas Instruments, което поиска доказателство за възможността за производство на транзистори, резистори и кондензатори от полупроводник и работоспособността на верига, сглобена от такива елементи.

През септември 1958 г. Килби реализира идеята си - той прави генератор от две парчета германий с размери 11,1 х 1,6 mm, залепени с пчелен восък върху стъклена подложка, съдържащи два вида дифузионни области (фиг. 1). Той използва тези зони и наличните контакти, за да създаде генераторна верига, свързвайки елементите с тънки златни жици с диаметър 100 микрона чрез термокомпресионно заваряване. От едната област е създаден местранзистор, от другата - RC верига. Сглобените три генератора бяха демонстрирани пред ръководството на компанията. Когато захранването беше свързано, те работеха на честота от 1,3 MHz. Това се случи на 12 септември 1958 г. Седмица по-късно Килби прави усилвател по подобен начин. Но това все още не бяха интегрирани структури, те бяха триизмерни оформления на полупроводникови интегрални схеми, доказващи идеята за производство на всички елементи на веригата от един материал - полупроводник.

Ориз. 3. Тип 502 спусък J. Kilby. Снимка от http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Първата наистина интегрирана схема на Килби, направена от едно парче монолитен германий, беше експерименталната тригерна ИС тип 502 (фиг. 3). Той използва както обемното съпротивление на германия, така и капацитета на p-n прехода. Представянето му се състоя през март 1959 г. Малък брой такива ИС са направени в лабораторията и са продавани в тесен кръг на цена от $450. IC съдържаше шест елемента: четири меза транзистора и два резистора, поставени върху силиконова пластина с диаметър 1 см. Но Килби IC имаше сериозен недостатък - меза транзистори, които под формата на микроскопични „активни“ колони се извисяваха над останалата, „пасивна“ част от кристала. Свързването на меза-колоните помежду си в Kilby IS се извършва чрез кипене на тънки златни жици - „космата технология“, мразена от всички. Стана ясно, че с такива връзки не може да се направи микросхема с голям брой елементи - телената мрежа ще се счупи или ще се затвори отново. Да, и германият по това време вече се смяташе за материал, който не е обещаващ. Пробивът не се случи.

По това време планарната силиконова технология е разработена във Феърчайлд. Като се има предвид всичко това, Texas Instruments трябваше да остави настрана всичко, което Килби беше направил, и да продължи, без Килби, към разработването на серия от интегрални схеми, базирани на планарна силициева технология. През октомври 1961 г. компанията обяви създаването на серия от ИС от типа SN-51, а от 1962 г. започна тяхното масово производство и доставка в интерес на Министерството на отбраната на САЩ и НАСА.

IP от Робърт Нойс. Серия IS “Micrologic”

През 1957 г. поради редица причини У. Шокли, изобретателят на преходния транзистор, напуска група от осем млади инженери, които искат да се опитат да реализират собствените си идеи. „Осемте предатели“, както ги нарича Шокли, водени от Р. Нойс и Г. Мур, основават Fairchild Semiconductor („красиво дете“). Компанията се оглавява от Робърт Нойс, тогава той е на 23 години.

В края на 1958 г. физикът Д. Хорни, който работи във Fairchild Semiconductor, разработи планарна технология за производство на транзистори. Роденият в Чехия физик Курт Леховек, който е работил в Sprague Electric, разработи техника за използване на обърнат n-p преход за електрическо изолиране на компоненти. През 1959 г. Робърт Нойс, след като чува за схемата на IC на Килби, решава да се опита да изгради интегрална схема чрез комбиниране на процесите, предложени от Хорни и Леховек. И вместо „косматата технология“ на взаимовръзките, Нойс предложи селективно отлагане на тънък слой метал върху изолирани със силициев диоксид полупроводникови структури с връзка към контактите на елементите през дупките, оставени в изолационния слой. Това направи възможно „потапянето“ на активни елементи в тялото на полупроводника, изолирането им със силициев оксид и след това свързването на тези елементи с разпръснати алуминиеви или златни пътеки, които се създават с помощта на процеси на фотолитография, метализация и ецване в последния етап на производство на продукти. По този начин се получи наистина „монолитен“ вариант за комбиниране на компоненти в една верига и новата технология беше наречена „планарна“. Но първо идеята трябваше да бъде тествана.

Ориз. 4. Експериментален тригер Р. Нойс. Снимка от http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Ориз. 5. Снимка на Micrologic IC в списание Life. Снимка от http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

През август 1959 г. Р. Нойс инструктира Джоуи Ласт да разработи вариант на IC, базиран на планарна технология. Първо, подобно на Килби, те направиха схема на задействане на няколко силициеви кристала, върху които бяха направени 4 транзистора и 5 резистора. Тогава, на 26 май 1960 г., е произведен първият тригер с един чип. За да се изолират елементите в него, върху обратната страна на силиконовата пластина са гравирани дълбоки бразди, запълнени с епоксидна смола. На 27 септември 1960 г. е направен третият вариант на тригера (фиг. 4), в който елементите са изолирани чрез обратно свързан p - n преход.

До този момент Fairchild Semiconductor се занимаваше само с транзистори; нямаше инженери по схеми, които да създават полупроводникови интегрални схеми. Затова Робърт Норман от Sperry Gyroscope е поканен като дизайнер на схемите. Норман беше запознат с резисторно-транзисторната логика, която компанията, по негово предложение, избра като основа за бъдещата си серия Micrologic IC, която намери първото си приложение в ракетното оборудване Minuteman. През март 1961 г. Fairchild обяви първия експериментален IC от тази серия (F-тригер, съдържащ шест елемента: четири биполярни транзистора и два резистора, поставени върху плоча от 1 cm) с публикуването на снимката му (фиг. 5) в списание живот(от 10 март 1961 г.). Други 5 IC бяха обявени през октомври. А от началото на 1962 г. Fairchild започва масово производство на ИС и доставката им също в интерес на Министерството на отбраната на САЩ и НАСА.

Килби и Нойс трябваше да изслушат много критики относно своите иновации. Смяташе се, че практическият добив на подходящи интегрални схеми ще бъде много нисък. Ясно е, че трябва да е по-нисък от този на транзисторите (защото съдържа няколко транзистора), за който тогава не беше по-висок от 15%. Второ, мнозина вярваха, че интегралните схеми използват неподходящи материали, тъй като по това време резисторите и кондензаторите не са направени от полупроводници. Трето, мнозина не могат да приемат идеята за непоправимост на IP. Струваше им се богохулство да изхвърлят продукт, в който само един от многото елементи не работи. Всички съмнения постепенно бяха отхвърлени, когато интегралните схеми бяха успешно използвани в американските военни и космически програми.

Един от основателите на Fairchild Semiconductor Г. Мур формулира основния закон за развитието на силициевата микроелектроника, според който броят на транзисторите в чипа с интегрална схема се удвоява всяка година. Този закон, наречен "закон на Мур", действаше доста добре през първите 15 години (започвайки през 1959 г.), а след това това удвояване се случи за около година и половина.

Освен това IP индустрията в Съединените щати започна да се развива с бързи темпове. В Съединените щати започна лавинообразен процес на възникване на предприятия, ориентирани изключително „под равнината“, понякога достигайки точката, че се регистрират дузина фирми на седмица. В преследване на ветерани (фирмите на У. Шокли и Р. Нойс), както и благодарение на данъчните стимули и услугите, предоставяни от Станфордския университет, „новодошлите“ се струпват главно в долината Санта Клара (Калифорния). Ето защо не е изненадващо, че през 1971 г. с леката ръка на журналиста, който популяризира техническите иновации, Дон Хофлър, в обращение влезе романтично-техногенният образ на „Силиконовата долина“, който завинаги стана синоним на Меката на полупроводниковите технологии. революция. Между другото, в този район наистина има долина, известна преди с многобройните си кайсиеви, черешови и сливови градини, която имаше друго, по-приятно име, преди Шокли да се появи в нея - Долината на насладата на сърцето, сега, за съжаление, почти забравен.

През 1962 г. в Съединените щати започва масово производство на интегрални схеми, въпреки че обемът на доставките им до клиенти възлиза само на няколко хиляди. Най-силен стимул за развитието на уредостроенето и електронната индустрия в нова основабеше ракетна и космическа техника. Тогава Съединените щати не разполагаха със същите мощни междуконтинентални балистични ракети като съветските и за да увеличат заряда, те бяха принудени да отидат за максимално намаляване на масата на носителя, включително системите за управление, чрез въвеждането скорошни постижения електронна технология. Фирмите Texas Instrument и Fairchild Semiconductor са подписали големи договори за разработване и производство на интегрални схеми с Министерството на отбраната на САЩ и с НАСА.

Първите полупроводникови ИС в СССР

До края на 50-те години на миналия век съветската индустрия толкова много се нуждаеше от полупроводникови диоди и транзистори, че бяха необходими драстични мерки. През 1959 г. са основани фабрики за полупроводникови устройства в Александров, Брянск, Воронеж, Рига и др. През януари 1961 г. Централният комитет на КПСС и Съветът на министрите на СССР приемат друг Указ „За развитието на полупроводниковата индустрия“, който предвижда изграждането на заводи и изследователски институти в Киев, Минск, Ереван, Налчик и други градове.

Ще се интересуваме от един от новите заводи - гореспоменатия завод за полупроводници в Рига (RZPP, той промени името си няколко пъти, за простота използваме най-известния, действащ и сега). Като стартова площадка новият завод получи сградата на строящия се кооперативен техникум с площ от 5300 m 2, като в същото време започна изграждането на специална сграда. До февруари 1960 г. в завода вече са създадени 32 служби, 11 лаборатории и пилотно производство, което започва през април, за да се подготви за производството на първите инструменти. В завода вече работят 350 души, 260 от които през годината са изпратени да учат в Московския научноизследователски институт-35 (по-късно Изследователски институт Пулсар) и в Ленинградския завод Светлана. И до края на 1960 г. броят на служителите достига 1900 души. Първоначално технологичните линии бяха разположени в преустроената спортна зала на сградата на кооперативния техникум, а лабораториите на опитно-конструкторското бюро бяха разположени в бившите класни стаи. Първите устройства (сплавно-дифузионни и преобразуващи германиеви транзистори P-401, P-403, P-601 и P-602, разработени от NII-35) са произведени от завода 9 месеца след подписването на заповедта за неговото създаване, през г. март 1960 г. И до края на юли той произвежда първите хиляда транзистора P-401. След това усвои много други транзистори и диоди в производството. През юни 1961 г. е завършено изграждането на специална сграда, в която започва масовото производство на полупроводникови устройства.

От 1961 г. заводът започва самостоятелна технологична и развойна работа, включително механизация и автоматизация на производството на транзистори на базата на фотолитография. За това е разработен първият домашен фоторетранслатор (фотопечат) - инсталация за комбиниране и контактен печат на снимки (разработена от A.S. Gotman). Предприятията на Министерството на радиоиндустрията, включително KB-1 (по-късно NPO Almaz, Москва) и NIIRE, оказаха голяма помощ при финансирането и производството на уникално оборудване. Тогава най-активните разработчици на малко радиооборудване, без собствена технологична база за полупроводници, търсеха начини за творческо взаимодействие с новосъздадените заводи за полупроводници.

В RZPP се проведоха активна работаза автоматизиране на производството на германиеви транзистори от типа P401 и P403 на базата на производствената линия Ausma, създавана от завода. Неговият главен дизайнер (GK) A.S. Готман предложи да се направят тоководещи пътеки върху повърхността на германия от електродите на транзистора до периферията на кристала, за да се заваряват по-лесно проводниците на транзистора в корпуса. Но най-важното е, че тези писти могат да се използват като външни клеми на транзистора, когато са сглобени без пакет върху платки (съдържащи свързващи и пасивни елементи), като ги запояват директно към съответните контактни площадки (всъщност технологията за създаване на хибридни интегрални схеми беше предложено). Предложеният метод, при който тоководещите пътища на кристала, така да се каже, целуват контактните площадки на платката, получи оригиналното име - „технология на целуване“. Но поради редица технологични проблеми, които се оказаха неразрешими по това време, свързани главно с проблемите с точността на получаване на контакти върху печатна платка, не беше възможно практическото прилагане на „технологията на целувката“. Няколко години по-късно подобна идея беше реализирана в САЩ и СССР и намери широко приложение в т. нар. “ball leads” и в технологията “chip-on-board”.

Въпреки това хардуерните компании, които си сътрудничат с RZPP, включително NIIRE, се надяваха на „технологията за целуване“ и планираха да я използват. През пролетта на 1962 г., когато стана ясно, че изпълнението му се отлага за неопределено време, главният инженер на НИИРЕ В.И. Смирнов попита директора на RZPP S.A. Бергман да намери друг начин за реализиране на многоелементна схема от типа 2NOT-OR, универсална за изграждане на цифрови устройства.

Ориз. 7. Еквивалентна схема на IS R12-2 (1LB021). Чертеж от проспекта на IP от 1965 г

Първите ИС и ГИС от Юрий Осокин. твърда верига R12-2(IC серия 102 И 116 )

Директорът на RZPP поверява тази задача на младия инженер Юрий Валентинович Осокин. Организирахме отдел, състоящ се от технологична лаборатория, лаборатория за разработка и производство на фотомаски, измервателна лаборатория и пилотна производствена линия. По това време технологията за производство на германиеви диоди и транзистори е доставена на RZPP и е взета като основа за нова разработка. И още през есента на 1962 г. бяха получени първите прототипи на германиевата твърда верига 2NE-OR (тъй като тогава терминът IP не съществуваше, от уважение към делата от онези дни, ще запазим името „твърда верига“ - TS), който получи фабричното обозначение „P12-2“. Запазена е рекламна книжка от 1965 г. на P12-2 (фиг. 6), информация и илюстрации от която ще използваме. TS R12-2 съдържа два германиеви p - n - p транзистора (модифицирани транзистори от типа P401 и P403) с общ товар под формата на разпределен p-тип германиев резистор (фиг. 7).

Ориз. 8. Устройство на ИС R12-2. Чертеж от проспекта на IP от 1965 г

Ориз. 9. Чертеж с размери на автомобила R12-2. Чертеж от проспекта на IP от 1965 г

Външните проводници са оформени чрез термокомпресионно заваряване между германиевите области на TC структурата и златото на оловните проводници. Това осигурява стабилна работа на веригите при външни въздействия в условията на тропиците и морската мъгла, което е особено важно за работа във военноморските квазиелектронни автоматични телефонни централи, произведени от завода VEF Riga, който също се интересува от това развитие.

Конструктивно TS R12-2 (и следващите R12-5) са направени под формата на „таблетка“ (фиг. 9) от кръгла метална чаша с диаметър 3 mm и височина 0,8 mm. В него се поставя кристал TS и се запълва с полимерно съединение, от което излизат къси външни краища на изводи от мека златна тел с диаметър 50 μm, заварени към кристала. Теглото на P12-2 не надвишава 25 mg. В този дизайн RH са устойчиви на 80% относителна влажност при околна температура от 40°C и на температурни цикли от -60° до 60°C.

До края на 1962 г. пилотното производство на RZPP произвежда около 5 хиляди автомобила R12-2, а през 1963 г. са направени няколко десетки хиляди от тях. Така 1962 г. е годината на раждане на микроелектронната индустрия в САЩ и СССР.

Ориз. 10. ТК R12-2 групи

Ориз. 11. Основни електрически характеристики на R12-2

Тогава полупроводниковата технология беше в начален стадий и все още не гарантираше стриктна повторяемост на параметрите. Следователно работещите устройства бяха сортирани в групи от параметри (това често се прави в наше време). Жителите на Рига направиха същото, като инсталираха 8 вида TS R12-2 (фиг. 10). Всички други електрически и други характеристики са еднакви за всички номинални стойности (Фиг. 11).

Производството на TS R12-2 започва едновременно с научноизследователската и развойна дейност „Твърдост“, която завършва през 1964 г. (GK Yu.V. Osokin). В рамките на тази работа е разработена подобрена групова технология за серийно производство на германиеви ТС на базата на фотолитография и галванично отлагане на сплави чрез фотомаска. Основната му технически решениярегистрирано като изобретение на Осокин Ю.В. и Михалович Д.Л. (A.S. № 36845). Няколко статии на Ю.В. Осокина в сътрудничество със специалисти от КБ-1 И.В. Нищо, G.G. Смолко и Ю.Е. Наумов с описание на конструкцията и характеристиките на превозното средство R12-2 (и последващото превозно средство R12-5).

Дизайнът на P12-2 беше добър за всички, с изключение на едно нещо - потребителите не знаеха как да използват толкова малки продукти с най-тънките изводи. Фирмите за хардуер, като правило, нямаха нито технология, нито оборудване за това. През цялото време на пускането на R12-2 и R12-5 тяхното използване беше овладяно от NIIRE, радиозавода Жигули на Министерството на радиоиндустрията, VEF, NIIP (от 1978 г. NPO Radiopribor) и няколко други предприятия. Разбирайки проблема, разработчиците на TS, заедно с NIIRE, незабавно обмислиха второто ниво на дизайн, което в същото време увеличи плътността на оформлението на оборудването.

Ориз. 12. Модул от 4 автомобила R12-2

През 1963 г. в рамките на R&D „Квант” (GK A.N. Pelipenko, с участието на E.M. Lyakhovich) в NIIRE е разработен дизайнът на модула, в който са комбинирани четири TS R12-2 (фиг. 12). От два до четири R12-2 TC (в кутия) бяха поставени върху микроплатка от тънък фибростъкло, които заедно изпълняват определена функционална единица. Върху платката бяха притиснати до 17 извода (броят варираше за конкретен модул) с дължина 4 mm. Микроплаката се поставя в щампована метална чаша с размер 21, 6 × 10 . 6,6 мм и дълбочина 3,1 мм и изпълнен с полимерна смес. Резултатът е хибридна интегрална схема (GIS) с двойно запечатани елементи. И както казахме, това беше първата ГИС в света с двустепенна интеграция и може би първата ГИС въобще. Бяха разработени осем вида модули с общо наименование "Квант", които изпълняваха различни логически функции. Като част от такива модули, превозните средства R12-2 остават в експлоатация под въздействието на постоянни ускорения до 150 g и вибрационни натоварвания в честотния диапазон от 5–2000 Hz с ускорение до 15 g.

Модулите Kvant първо са произведени от експерименталното производство на NIIRE, а след това са прехвърлени в радиозавода Жигули на Министерството на радиоиндустрията на СССР, който ги доставя на различни потребители, включително завода VEF.

TS R12-2 и базираните на тях модули Kvant са се доказали добре и са широко използвани. През 1968 г. е издаден стандарт, който установява единна система за обозначения на интегрални схеми в страната, а през 1969 г. - общ. спецификацииза полупроводникови (NP0.073.004TU) и хибридни (NP0.073.003TU) интегрални схеми с единна системаизисквания. В съответствие с тези изисквания Централното бюро за прилагане на интегрални схеми (TsBPIMS, по-късно Дейтънското централно дизайнерско бюро, Зеленоград) на 6 февруари 1969 г. одобри нови технически условия за TS ShT3.369.001-1TU. В същото време терминът "интегрална схема" от серия 102 се появява за първи път в обозначението на продукта. Всъщност това беше една IC, сортирана в четири групи по изходно напрежение и товароносимост.

Ориз. 13. IC серии 116 и 117

И на 19 септември 1970 г. техническите спецификации AB0.308.014TU за модулите Kvant, които получиха обозначението IS от серия 116, бяха одобрени в TsBPIMS (фиг. 13). Серията включва девет интегрални схеми: 1KhL161, 1KhL162 и 1KhL163 - многофункционални цифрови схеми; 1LE161 и 1LE162 - два и четири логически елемента 2НЕ-ИЛИ; 1TP161 и 1TP1162 - един и два тригера; 1UP161 - усилвател на мощност, както и 1LP161 - логически елемент "забрана" за 4 входа и 4 изхода. Всяка от тези ИС имаше от четири до седем версии, различаващи се по напрежение на изходния сигнал и капацитет на натоварване, общо имаше 58 оценки на ИС. Изпълненията бяха отбелязани с буква след цифровата част на обозначението IS, например 1ХЛ161Ж. В бъдеще гамата от модули се разшири. ИС от серия 116 всъщност бяха хибридни, но по искане на RZPP те бяха етикетирани като полупроводникови (първата цифра в обозначението е „1“, хибридите трябва да имат „2“).

През 1972 г. със съвместно решение на Министерството на електронната промишленост и Министерството на радиоиндустрията производството на модули е прехвърлено от радиозавода Жигули към RZPP. Това елиминира необходимостта от транспортиране на ICs от серия 102 на дълги разстояния, така че нямаше нужда да се капсулира матрицата на всяка IC. В резултат на това дизайнът на ИС от 102-ра и 116-та серия беше опростен: нямаше нужда да се опаковат ИС от серия 102 в метална чаша, пълна със смес. Неопакованите ИС от серия 102 в технологичен контейнер бяха доставени в съседен цех за монтаж на ИС от серия 116, монтирани директно върху тяхната микроплатка и запечатани в кутията на модула.

В средата на 70-те години беше пуснат нов стандарт за системата за IP нотация. След това, например, IS 1LB021V получи обозначението 102LB1V.

Втората ИС и ГИС на Юрий Осокин. твърда верига R12-5(IC серия 103 И 117 )

До началото на 1963 г., в резултат на сериозна работа по разработването на високочестотни n - p - n транзистори, екипът на Ю.В. Osokina натрупа много опит с p-слоевете върху оригиналната n-германиева пластина. Това и наличието на всички необходими технологични компоненти позволяват на Osokin през 1963 г. да започне разработването на нова технология и дизайн за по-бърза версия на TS. През 1964 г. по поръчка на NIIRE е завършена разработката на R12-5 TS и модулите, базирани на него. Според резултатите от него през 1965 г. е открита научноизследователската и развойна дейност в Паланга (GK Yu.V. Osokin, неговият заместник - D.L. Mikhalovich, завършен през 1966 г.). Модули, базирани на P12-5, са разработени в рамките на същата научноизследователска и развойна дейност "Квант", както и модули, базирани на P12-2. Едновременно с техническите спецификации за сериите 102 и 116 бяха публикувани техническите спецификации ShT3.369.002-2TU за интегралните схеми от серия 103 (P12-5) и AV0.308.016TU за интегралните схеми от серия 117 (модули, базирани на интегрални схеми от серия 103). одобрени. Номенклатурата на типовете и стандартните характеристики на TS R12-2, модулите върху тях и сериите IS 102 и 116 беше идентична с номенклатурата на TS R12-5 и IS серия 103 и 117, съответно. Те се различават само по скоростта и технологията на производство на IC чипа. Типичното време на забавяне на разпространението на серия 117 е 55 ns срещу 200 ns за серия 116.

Структурно, R12-5 TS беше четирислойна полупроводникова структура (фиг. 14), където n-тип субстрат и p + -тип емитери бяха свързани към общ автобус"земи". Основните технически решения за конструкцията на R12-5 TS са регистрирани като изобретение на Osokin Yu.V., Mikhalovich D.L. Кайдалова Ж.А и Акменса Я.П. (A.S. № 248847). При производството на четирислойната структура на TS R12-5 важно ноу-хау беше формирането на p-слой от n-тип в оригиналната германиева плоча. Това беше постигнато чрез дифузия на цинк в запечатана кварцова ампула, където плочите са разположени при температура от около 900 ° C, а цинкът се намира в другия край на ампулата при температура от около 500 ° C. Освен това формирането на TS структурата в създадения p-слой е подобно на TS P12-2. Нова технологиянаправи възможно да се избяга от сложната форма на TS кристала. Вафли с P12-5 също бяха смлени от задната страна до дебелина около 150 μm със запазване на част от оригиналната вафла, след което бяха надраскани в отделни правоъгълни IC чипове.

Ориз. 14. Кристална структура на TS P12-5 от AS № 248847. 1 и 2 - земя, 3 и 4 - входове, 5 - изход, 6 - мощност

След първите положителни резултати в производството на експериментални превозни средства R12-5, по поръчка на KB-1 беше открита научноизследователската и развойна дейност Mezon-2, насочена към създаване на превозни средства с четири R12-5. През 1965 г. са получени работни проби в плосък керамично-метален корпус. Но P12-5 се оказа труден за производство, главно поради трудността при формирането на p-слой, легиран с цинк върху оригиналната n-Ge пластина. Кристалът се оказа трудоемък за производство, процентът на добив е нисък, а цената на TS е висока. По същите причини R12-5 TS се произвежда в малки количества и не може да измести по-бавния, но технологично напреднал R12-2. А научноизследователската и развойна дейност „Мезон-2“ изобщо не продължи, включително поради проблеми с взаимното свързване.

По това време Pulsar Research Institute и NIIME вече работят на широк фронт за разработване на планарна силициева технология, която има редица предимства пред германия, основното от които е по-висок работен температурен диапазон (+150°С за силиций и + 70°С за силиция).германий) и силицият има естествен защитно фолио SiO2. И специализацията на RZPP беше преориентирана към създаването на аналогови ИС. Поради това специалистите на RZPP смятат разработването на германиева технология за производство на ИС за нецелесъобразно. Въпреки това, в производството на транзистори и диоди, германий не се отказа от позициите си за известно време. В отдела на Ю.В. Осокин, още след 1966 г. RZPP разработи и произведе германиеви планарни микровълнови транзистори с нисък шум GT329, GT341, GT 383 и др. Създаването им беше удостоено с Държавната награда на Латвийския СССР.

Приложение

Ориз. 15. Аритметично устройство на модули с твърда верига. Снимка от брошура на TS от 1965 г

Ориз. 16. Сравнителни размери на устройството за управление на автоматична телефонна централа, направено на реле и превозно средство. Снимка от брошура на TS от 1965 г

Клиентите и първите потребители на R12-2 TS и модули бяха създателите на специфични системи: компютърът Gnom (фиг. 15) за бордовата самолетна система Kupol (NIIRE, GK Lyakhovich E.M.) и военноморски и граждански автоматични телефонни централи (завод VEF, GK Мисуловин Л.Я.). Активно участва във всички етапи на създаването на превозни средства R12-2, R12-5 и модули върху тях и KB-1, главният куратор на това сътрудничество от KB-1 беше N.A. Бърканов. Те помогнаха с финансиране, производство на оборудване, проучване на TS и модули в различни режими и условия на работа.

TS R12-2 и модулите "Quantum", базирани на него, бяха първите микросхеми в страната. Да, и в света те бяха сред първите - само в САЩ започнаха да произвеждат първите си полупроводникови интегрални схеми от Texas Instruments и Fairchild Semiconductor, а през 1964 г. IBM започна да произвежда дебелослойни хибридни интегрални схеми за своите компютри. В други страни все още не се е мислило за IP. Поради това интегралните схеми бяха любопитство за обществеността, ефективността на тяхното приложение направи поразително впечатление и беше изиграна в рекламата. В оцелялата книжка за превозното средство R12-2 от 1965 г. (въз основа на вече реални приложения) се казва: „ Използването на твърди вериги R12-2 в бордови изчислителни устройства позволява да се намалят теглото и размерите на тези устройства с коефициент 10–20, да се намали консумацията на енергия и да се повиши надеждността на работа. ... Използването на твърди вериги R12-2 в системи за управление и превключване на пътища за предаване на информация на автоматични телефонни централи позволява да се намали обемът на управляващите устройства с около 300 пъти, както и значително да се намали консумацията на енергия (с 30- 50 пъти)” . Тези твърдения бяха илюстрирани със снимки на аритметичното устройство на компютъра Gnom (фиг. 15) и сравнение на ATS стелажа, произведен по това време от завода VEF на базата на реле с малък блок в дланта на момичето (фиг. 16 ). Имаше и други многобройни приложения на първите интегрални схеми на Рига.

производство

Сега е трудно да се възстанови пълна картина на производствените обеми на ИС от сериите 102 и 103 през годините (днес RZPP се е превърнал от голям завод в малко производство и много архиви са загубени). Но според мемоарите на Ю.В. Осокин, през втората половина на 60-те години производството възлиза на много стотици хиляди годишно, през 70-те години - милиони. Според личните му записи през 1985 г. са издадени интегрални схеми от серия 102 - 4 100 000 броя, модули от серия 116 - 1 025 000 броя, интегрални схеми от серия 103 - 700 000 броя, модули от серия 117 - 175 000 броя.

В края на 1989 г. Ю.В. Осокин, тогава генерален директор на Alpha software, се обърна към ръководството на Военно-промишлената комисия към Съвета на министрите на СССР (VPK) с искане за премахване на сериите 102, 103, 116 и 117 от производството поради тяхното остаряване и висока трудоемкост (за 25 години микроелектрониката далеч не е напреднала), но получи категоричен отказ. Заместник-председателят на Военно-промишления комплекс V.L. Коблов му каза, че самолетите летят надеждно и за смяна не може да става и дума. След разпадането на СССР, ИС от сериите 102, 103, 116 и 117 се произвеждат още преди средата на 90-те години, тоест повече от 30 години. Компютрите "Gnome" все още са в навигационната кабина на "Il-76" и някои други самолети. „Това е суперкомпютър“, нашите пилоти не са загубени, когато чуждестранните им колеги са изненадани да се заинтересуват от единица, която не е виждана досега.

За приоритетите

Въпреки факта, че J. Kilby и R. Noyce са имали предшественици, те са признати от световната общност като изобретатели на интегралната схема.

Р. Килби и Дж. Нойс, чрез своите фирми, кандидатстват за патент за изобретението на интегралната схема. Texas Instruments кандидатства за патент по-рано, през февруари 1959 г., докато Fairchild го направи едва през юли същата година. Но патент номер 2981877 е издаден през април 1961 г. на R. Noyce. Дж. Килби заведе дело и едва през юни 1964 г. получи патента си номер 3138743. След това имаше десетгодишна война на приоритети, в резултат на която (рядко) "приятелството победи". В крайна сметка Апелативният съд подкрепи претенцията на Р. Нойс за примат в технологиите, но постанови, че Дж. Килби е създателят на първия работещ микрочип. А Texas Instruments и Fairchild Semiconductor подписаха споразумение за кръстосано лицензиране на технологии.

В СССР патентоването на изобретения за авторите не създаваше нищо друго освен проблеми, незначително еднократно плащане и морално удовлетворение, така че много изобретения изобщо не бяха формализирани. И Осокин също не бързаше. Но за предприятията броят на изобретенията беше един от показателите, така че те все още трябваше да бъдат регистрирани. Следователно Ю. Осокина и Д. Михалович получават авторско свидетелство на СССР № 36845 за изобретяването на TS R12-2 едва на 28 юни 1966 г.

А Дж. Килби през 2000 г. стана един от носителите на Нобелова награда за изобретяването на IP. Р. Нойс не дочака световно признание, той почина през 1990 г. и според ситуацията Нобеловата награда не се присъжда посмъртно. Което в случая не е съвсем справедливо, тъй като цялата микроелектроника следва пътя, започнат от Р. Нойс. Авторитетът на Нойс сред специалистите беше толкова висок, че той дори получи прозвището „кметът на Силиконовата долина“, тъй като тогава той беше най-популярният от учените, работещи в тази част на Калифорния, която получи неофициалното име Силиконовата долина (У. Шокли беше наречен „Мойсей от Силиконовата долина“). И пътят на Дж. Килби („косматият“ германий) се оказа задънена улица и не беше приложен дори в неговата компания. Но животът не винаги е справедлив.

Нобеловата награда беше присъдена на трима учени. Половината беше получена от 77-годишния Джак Килби, а другата половина беше разделена между академика на Руската академия на науките Жорес Алферов и професора от Калифорнийския университет в Санта Барбара, американеца от немски произход Хърбърт Кремер, за " разработването на полупроводникови хетероструктури, използвани във високоскоростната оптоелектроника."

Оценявайки тези произведения, експертите отбелязаха, че „интегралните схеми са, разбира се, откритието на века, което оказа силно влияние върху обществото и световната икономика“. За позабравения Дж. Килби Нобеловата награда беше изненада. В интервю за списание Еврофизика НовиниТой призна: " Тогава мислех само за това, което би било важно за развитието на електрониката от икономическа гледна точка. Но тогава не разбрах, че намаляването на цената на електронните продукти ще предизвика лавинообразен растеж на електронните технологии..

И работата на Ю. Осокин не беше оценена не само от Нобеловия комитет. Те също са забравени у нас, не е защитен приоритетът на страната в създаването на микроелектроника. И той със сигурност беше.

През 50-те години на миналия век е създадена материална база за формиране на многоелементни продукти - интегрални схеми - в един монолитен кристал или върху една керамична подложка. Ето защо не е изненадващо, че почти едновременно идеята за IP се появява независимо в съзнанието на много специалисти. И скоростта на въвеждане на нова идея зависеше от технологичните възможности на автора и интереса на производителя, тоест от наличието на първия потребител. В това отношение Ю. Осокин беше в по-добра позиция от американските си колеги. Килби беше нов в TI, той дори трябваше да докаже на ръководството на компанията фундаменталната възможност за внедряване на монолитна верига, като направи нейното оформление. Всъщност ролята на Дж. Килби в създаването на ИД се свежда до превъзпитаване на ръководството на TI и провокиране на Р. Нойс с неговия план към действие. Изобретението на Килби не влезе в серийно производство. Р. Нойс в своята млада и все още не силна компания отиде при създаването на нова планарна технология, която наистина стана основата на последващата микроелектроника, но авторът не се поддаде веднага. Във връзка с горното и двамата, и техните фирми трябваше да отделят много време и усилия, за да практическо изпълнениетехните идеи за изграждане на серийно способни ИС. Първите им проби останаха експериментални, а други микросхеми, дори не разработени от тях, влязоха в масово производство. За разлика от Килби и Нойс, които бяха далеч от производството, фабричният работник Ю. Осокин разчиташе на промишлено развитите полупроводникови технологии на RZPP и имаше гарантирани потребители на първия TS под формата на инициатора на развитието на NIIRE и близкия VEF растение, което помогна в тази работа. Поради тези причини първата версия на неговото превозно средство веднага премина в експериментална, плавно прехвърлена в масово производство, което продължи непрекъснато повече от 30 години. Така, започвайки разработването на TS по-късно от Килби и Нойс, Ю. Осокин (без да знае за това състезание) бързо ги настигна. Освен това работата на Ю. Осокин по никакъв начин не е свързана с работата на американците, доказателство за това е абсолютното различие на неговия TS и внедрените в него решения с микросхемите Kilby и Noyce. Texas Instruments (не изобретението на Килби), Fairchild и RZPP започват производството на своите интегрални схеми почти едновременно през 1962 г. Това дава пълното право да се счита Ю. Осокин за един от изобретателите на интегралната схема наравно с Р. Нойс и повече от Дж. Килби и би било справедливо да се сподели част от Нобеловата награда на Дж. Килби с Ю. Осокин. Що се отнася до изобретяването на първата ГИС с двустепенна интеграция (и евентуално ГИС като цяло), тук приоритетът на А. Пелипенко от НИИРЕ е абсолютно безспорен.

За съжаление, не беше възможно да се намерят образци на TS и устройства, базирани на тях, необходими за музеите. Авторът ще бъде много благодарен за такива проби или техните снимки.

Задачи към § 1.3

СВЕТОВНАТА МРЕЖА

1. Дават се заявки към търсачката:

Представете резултатите от тези заявки графично, като използвате кръгове на Ойлер. Посочете броя на заявките във възходящ ред на броя на документите, които ще бъдат намерени система за търсенеза всяка заявка.

369 серия

искане

Намерени страници

Чай кафе

чай| кафе

Колко страници ще бъдат намерени за "чай"?

_____________________________________________________

Решете числовата кръстословица.

Потърсете отговорите в световната мрежа.

Хоризонтално. 1. Годината, когато първата интегрална схема, направена върху силиконова пластина, влезе в продажба. 3. Година на раждане. 4. Година преди пускането на Windows 3.1.
8. Година на раждане на Блез Паскал. 9. Година на раждане на Ада Лавлейс.

Вертикално. 1. Година на раждане на Леонардо да Винчи. 2. Годината, в която френският инженер Валта изложи идеята за използване двоична системасмятане при създаване на механични устройства за броене.
3. Година на въвеждане в експлоатация на МЕСМ. 5. Годината, в която е разработен езикът за програмиране BASIC. 6. Година на раждане на Евклид (пр.н.е.).
7. Година на раждане на Аристотел (пр.н.е.)

Интегрална схема (IC)е микроелектронен продукт, който изпълнява функциите на преобразуване и обработка на сигнали, който се характеризира с плътно опаковане на елементи, така че всички връзки и връзки между елементите да образуват едно цяло.

Неразделна част от ИС са елементи, които играят ролята на електрорадиоелементи (транзистори, резистори и др.) и не могат да бъдат обособени като самостоятелни продукти. В същото време елементите на IC, които изпълняват функциите на усилване или друго преобразуване на сигнала (диоди, транзистори и др.), Се наричат ​​активни, а елементите, които изпълняват линейни трансферна функция(резистори, кондензатори, индуктори).

Класификация на интегралните схеми:

Според метода на производство:

Степента на интеграция.

Степента на интеграция на ИС е показател за сложност, характеризиращ се с броя на съдържащите се в нея елементи и компоненти. Степента на интеграция се определя по формулата

където k е коефициент, който определя степента на интеграция, закръглен до най-близкото по-високо цяло число, а N е броят на елементите и компонентите, включени в IS.

За количествени характеристикистепените на интеграция често използват такива термини: if k ? 1, IC се нарича проста IC, ако 1< k ? 2 - средней ИС (СИС), если 2 < k ? 4 - большой ИС (БИС), если k ?4 - сверхбольшой ИС (СБИС).

В допълнение към степента на интеграция се използва друг показател, като плътността на опаковане на елементите - броят на елементите (най-често транзистори) на единица площ от кристала. Този показател характеризира основно нивото на технологията, като в момента е повече от 1000 елемента/mm 2 .

Филмови интегрални схеми- това са интегрални схеми, чиито елементи са нанесени върху повърхността на диелектрична основа под формата на филм. Тяхната особеност е, че те не съществуват в чист вид. Те служат само за производство на пасивни елементи - резистори, кондензатори, проводници, индуктивности.

Ориз. 1. Структурата на филмовия хибриден IC: 1, 2 - долна и горна плоча на кондензатора, 3 - диелектричен слой, 4 - проводник за свързване на шина, 5 - свързан транзистор, 6 - филмов резистор, 7 - контактен изход, 8 - диелектричен субстрат

Хибридните интегрални схеми са тънкослойни микросхеми, състоящи се от пасивни елементи (резистори, кондензатори, подложки) и дискретни активни елементи (диоди, транзистори). Хибридният IC, показан на фиг. 1 е диелектричен субстрат с нанесени върху него филмови кондензатори и резистори и прикрепен съединителен транзистор, чиято основа е свързана към горната плоча на кондензатора чрез шина под формата на много тънък проводник.

В полупроводникови ИСвсички елементи и междуелементни връзки се осъществяват в обема и на повърхността на полупроводниковия кристал. Полупроводниковите ИС представляват плосък полупроводников кристал (субстрат), в чийто повърхностен слой по различни технологични методи се формират локални зони, еквивалентни на елементи на електрическата верига (диоди, транзистори, кондензатори, резистори и др.), обединени по повърхността с филмови метални връзки (взаимни връзки).

Полупроводниковите IC подложки са кръгли пластини от силициев, германиев или галиев арсенид с диаметър 60 - 150 mm и дебелина 0,2 - 0,4 mm.

Полупроводниковата подложка е групова заготовка (фиг. 2), върху която едновременно се произвеждат голям брой интегрални схеми.

Ориз. 2. Групова силиконова пластина: 1 - основа, 2 - отделни кристали (чипове)

След приключване на основните технологични операции се нарязва на части - кристали 2, наричани още чипове. Размерите на страните на кристалите могат да бъдат от 3 до 10 mm. Базовият разрез 1 на плочата служи за нейното ориентиране в различни технологични процеси.

Структурите на елементите на полупроводникова ИС - транзистор, диод, резистор и кондензатор, произведени чрез подходящо легиране на локални участъци от полупроводника по планарна технология, са показани на фиг. 3, а-д. Планарната технология се характеризира с това, че всички изводи на IC елементите са разположени в една и съща равнина на повърхността и са свързани едновременно в електрическа верига чрез тънкослойни връзки. При планарната технология се извършва групова обработка, т.е. по време на един технологичен процес се получават голям брой ИС върху субстрати, което осигурява висока технологичност и икономичност, а също така дава възможност за автоматизиране на производството.

Ориз. 3. Структури на елементите на полупроводникова ИС: a - транзистор, b - диод, c - резистор, d - кондензатор, 1 - тънкослоен контакт, 2 - диелектричен слой, 3 - емитер; 4 - основа, 5 - колектор, 6 - катод, 7 - анод, 8 - изолационен слой; 9 - резистивен слой, 10 - изолационен слой, 11 - плоча, 12, 14 - горни и долни електроди на кондензатора, 13 - диелектричен слой

В комбинирани ИС(фиг. 4), които са разновидност на полупроводниковите, полупроводниковите и тънкослойните елементи са създадени върху силиконова подложка. Предимството на тези схеми е, че е технологично трудно да се произвеждат резистори с дадено съпротивление в твърдо тяло, тъй като то зависи не само от дебелината на легирания полупроводников слой, но и от разпределението на съпротивлението по дебелината. Фината настройка на съпротивлението до номиналната стойност след производството на резистора също представлява значителни трудности. Полупроводниковите резистори имат забележима температурна зависимост, което усложнява дизайна на интегралната схема.

Ориз. 4. Комбинирана IC структура: 1 - филм от силициев диоксид, 2 - диод, 3 - филмови връзки във веригата, 4 - тънкослоен резистор, 5, 6, 7 - горни и долни електроди на тънкослойния кондензатор и диелектрик, 8 - тънкослойни контакти, 9 - транзистор, 10 - силиконова пластина.

Освен това е много трудно да се създадат кондензатори в твърдо състояние. За да се разширят стойностите на съпротивлението на резисторите и капацитетите на полупроводниковите IC кондензатори, както и да се подобри тяхната производителност, е разработена комбинирана технология, базирана на тънкослойна технология, наречена технология на комбинирана верига. В този случай активните елементи на IC (вероятно някои резистори, които не са критични по отношение на номиналното съпротивление) се произвеждат в тялото на силициев кристал чрез дифузионен метод и след това пасивните елементи се формират чрез вакуумно отлагане на филми ( както при филмовите ИС) - резистори, кондензатори и взаимовръзки.

Елементната база на електрониката се развива с непрекъснато нарастващи темпове. Всяко поколение, появило се в определен момент, продължава да се усъвършенства в най-обоснованите посоки. Развитието на електронните продукти от поколение на поколение върви в посока на тяхното функционално усложняване, увеличаване на надеждността и експлоатационния живот, намаляване на габаритните размери, тегло, цена и консумация на енергия, опростяване на технологията и подобряване на параметрите на електронното оборудване.

Формирането на микроелектрониката като независима наука стана възможно благодарение на използването на богатия опит и основата на индустрията, която произвежда дискретни полупроводникови устройства. С развитието на полупроводниковата електроника обаче станаха ясни сериозни ограничения върху използването на електронни явления и базирани на тях системи. Следователно микроелектрониката продължава да напредва с бързи темпове както в посока на подобряване на полупроводниковата интегрирана технология, така и в посока на използване на нови физични явления. електронна интегрална схема

Микроелектронни продукти: интегрални схеми с различна степен на интеграция, микровъзли, микропроцесори, мини- и микрокомпютри - направиха възможно проектирането и индустриалното производство на функционално сложно радио и изчислително оборудване, което се различава от оборудването от предишни поколения по по-добри параметри, по-високи надеждност и експлоатационен живот, по-кратък разход на енергия и цена. Оборудването, базирано на микроелектронни продукти, се използва широко във всички сфери на човешката дейност.

Микроелектрониката допринася за създаването на системи за автоматично проектиране, индустриални роботи, автоматизирани и автоматични производствени линии, комуникации и много други.

Първи етап

Към първия етап принадлежи изобретяването на лампа с нажежаема жичка през 1809 г. от руския инженер Ладигин.

Откриването през 1874 г. от немския учен Браун на изправителния ефект в контакта метал-полупроводник. Използването на този ефект от руския изобретател Попов за откриване на радиосигнал му позволи да създаде първия радиоприемник. За дата на изобретяването на радиото се счита 7 май 1895 г., когато Попов прави презентация и демонстрация на заседание на Физическия отдел на Руското физико-химическо общество в Санкт Петербург. Различни страни разработват и изследват различни видове прости и надеждни детектори на високочестотни трептения - детектори.

Втора фаза

Вторият етап в развитието на електрониката започва през 1904 г., когато английският учен Флеминг конструира електровакуумен диод. То е последвано от изобретяването на първата усилвателна тръба, триодът, през 1907 г.

1913 - 1919 - период на бързо развитие на електронните технологии. През 1913 г. немският инженер Майснер разработва схема за тръбен регенеративен приемник и с помощта на триод получава незатихващи хармонични трептения.

В Русия първите радиолампи са направени през 1914 г. в Санкт Петербург от Николай Дмитриевич Папалекси, консултант на Руското дружество за безжична телеграфия, бъдещ академик на Академията на науките на СССР.

Трети етап

Третият период в развитието на електрониката е периодът на създаване и внедряване на дискретни полупроводникови устройства, който започва с изобретяването на точковия транзистор. През 1946 г. в Bell Telephone Laboratory е създадена група, ръководена от Уилям Шокли, която провежда изследвания върху свойствата на полупроводниците в силиций и Германия. Групата проведе както теоретични, така и експериментални изследвания на физическите процеси на интерфейса между два полупроводника с различни видовеелектропроводимост. В резултат на това са изобретени триелектродни полупроводникови устройства - транзистори. В зависимост от броя на носителите на заряд транзисторите са разделени на:

• - еднополюсен (поле), където са използвани еднополярни носители.
• - биполярни, където се използват биполярни носители (електрони и дупки).

Изобретяването на транзистора е крайъгълен камък в историята на електрониката и затова неговите автори Джон Бардийн, Уолтър Братейн и Уилям Шокли са удостоени с Нобелова награда за физика през 1956 г.

Появата на микроелектрониката

С появата на биполярни транзистори с полеви ефекти започнаха да се въплъщават идеи за разработване на малки компютри. На тяхна основа те започнаха да създават бордови електронни системи за авиационна и космическа техника. Тъй като тези устройства съдържаха хиляди отделни електрически радиоелементи и постоянно се нуждаеха от увеличаване и увеличаване, възникнаха технически трудности. С увеличаване на броя на елементите електронни системибеше практически невъзможно да се осигури тяхната работа веднага след сглобяването и да се гарантира в бъдеще надеждността на системите. Проблемът с качеството на монтажните работи се превърна в основен проблем за производителите при осигуряването на работоспособността и надеждността на радиоелектронните устройства. Решението на проблема с взаимовръзките беше предпоставката за появата на микроелектрониката. Прототипът на бъдещите микросхеми беше печатна платка, в която всички отделни проводници са комбинирани в едно цяло и се произвеждат едновременно по групов метод чрез ецване на медно фолио с равнина на фолиен диелектрик. Единственият вид интеграция в този случай са проводниците. Въпреки че използването на печатни платки не решава проблема с миниатюризацията, то решава проблема с увеличаването на надеждността на взаимовръзките. Технологията за производство на печатни платки не позволява едновременното производство на други пасивни елементи, различни от проводници. Защото печатни платкине се превърнаха в интегрални схеми през съвременно разбиране. Дебелослойните хибридни схеми са първите, разработени в края на 40-те години на миналия век; тяхното производство се основава на вече доказана технология за производство на керамични кондензатори, използвайки метода за нанасяне на пасти, съдържащи сребро и стъклен прах върху керамичен субстрат чрез шаблони.

Тънкослойната технология за производство на интегрални схеми включва отлагането във вакуум върху гладка повърхност на диелектрични подложки от тънки слоеве от различни материали (проводими, диелектрични, резистивни).

Четвърти етап

През 1960 г. Робърт Нойс от Fairchild предлага и патентова идеята за монолитна интегрална схема и, използвайки планарна технология, произвежда първите силициеви монолитни интегрални схеми.

Семейство монолитни транзисторно-транзисторни логически елементи с четири или повече биполярни транзистора върху един силициев кристал е пуснато от Fairchild през февруари 1960 г. и е наречено "micrologic". Планарната технология на Хорни и монолитната технология на Нойс поставиха основата за разработването на интегрални схеми през 1960 г., първо на биполярни транзистори, а след това през 1965-85 г. върху транзистори с полеви ефекти и комбинации от двете.

Две директивни решения, взети през 1961-1962 г. повлияха върху развитието на производството на силициеви транзистори и ИС. Решението на IBM (Ню Йорк) да разработи за обещаващ компютър не феромагнитни устройства с памет, а електронни устройства с памет (устройства с памет), базирани на n-канални полеви транзистори (метал-оксид-полупроводник - MOS). Резултатът от успешното изпълнение на този план беше освобождаването през 1973 г. мейнфрейм компютър с MOS памет - IBM-370/158. Директивни решения на Fairchild за разширяване на работата в лабораторията за изследване на полупроводници за изследване на силициеви устройства и материали за тях.

Междувременно през юли 1968 г. Гордън Мур и Робърт Нойс напускат отдела за полупроводници на Fairchild и на 28 юни 1968 г. организират малка Intelот дванадесет души, които наемат стая в калифорнийския град Маунтин Вю. Предизвикателството, поставено от Мур, Нойс и колегата инженер-химик Андрю Гроув, беше да се използва огромният потенциал на интегрирането на голям брой електронни компонентивърху един полупроводников чип за създаване на нови видове електронни устройства.

През 1997 г. Андрю Гроув стана "Човек на годината", а неговата компания Intel, която стана един от лидерите в Силиконовата долина на Калифорния, започна да произвежда микропроцесори за 90% от всички персонални компютрипланети. Появата на интегралните схеми изигра решаваща роля в развитието на електрониката, като постави началото на нов етап в микроелектрониката. Микроелектрониката на четвъртия период се нарича схематична, тъй като в състава на осн основни елементивъзможно е да се разграничат елементи, еквивалентни на дискретни електро-радио елементи и всяка интегрална схема съответства на определен фундаментален електрическа схема, както и за електронни компоненти на оборудване от предишни поколения.

Интегралните микросхеми започват да се наричат ​​микроелектронни устройства, разглеждани като един продукт с висока плътност на подреждане на елементи, еквивалентни на елементи от конвенционална верига. Усложняването на функциите, изпълнявани от микросхемите, се постига чрез увеличаване на степента на интеграция.

Истинска електроника

В момента микроелектрониката преминава към качествено ново ниво - наноелектроника.

Наноелектрониката се основава предимно на резултатите от фундаментални изследвания на атомните процеси в нискоразмерни полупроводникови структури. Квантовите точки или системите с нулево измерение са краен случай на системи с намалено измерение, които се състоят от масив от атомни клъстери или острови с нанометров размер в полупроводникова матрица, показващи самоорганизация в епитаксиални хетероструктури.

Една от възможните работи, свързани с наноелектрониката, е работата по създаването на материали и елементи на инфрачервената технология. Те са търсени от индустриалните предприятия и са в основата на създаването в близко бъдеще на "изкуствени" (технически) системи за зрение с разширен, в сравнение с биологичното зрение, спектрален диапазон в ултравиолетовата и инфрачервената област на спектъра. Системи за техническо зрение и фотонни компоненти, базирани на наноструктури, способни да приемат и обработват огромни количества информация, ще станат основата на принципно нови телекомуникационни устройства, системи за екологичен и космически мониторинг, термовизионни изображения, нанодиагностика, роботика, прецизни оръжия, средства за борба с тероризъм и др. Използването на полупроводникови наноструктури значително ще намали размерите на устройствата за наблюдение и запис, ще намали консумацията на енергия, ще подобри разходните характеристики и ще направи възможно използването на предимствата на масовото производство в микро- и наноелектрониката в близко бъдеще.