полупроводник . Изпълнението на тези предложения през тези години не може да се осъществи поради недостатъчно развитие на технологиите.

В края на 1958 г. и през първата половина на 1959 г. настъпва пробив в полупроводниковата индустрия. Трима души, представляващи три частни американски корпорации, решиха три фундаментални проблема, които попречиха на създаването на интегрални схеми. Джак Килби от Тексас Инструментипатентова принципа на унификация, създава първите, несъвършени прототипи на IS и ги довежда до масово производство. Кърт Леговец от Sprague Electric Companyизобретява метод за електрическа изолация на компоненти, образувани върху един полупроводников чип (изолация чрез p-n преход (англ. P–n преход изолация)). Робърт Нойс от Fairchild Semiconductorизобретява метод за електрическо свързване на IC компоненти (алуминиево покритие) и предлага подобрена версия на изолацията на компонентите, базирана на най-новата планарна технология от Жан Ърни (англ. Жан Херни). 27 септември 1960 г. Групата на Джей Ласт Джей  Последен) създадено на Fairchild Semiconductorпърво работещ полупроводник IP по идеите на Нойс и Ърни. Тексас Инструментс, която притежава патента за изобретението на Килби, отприщи патентна война срещу конкуренти, която приключи през 1966 г. със световно споразумение за кръстосано лицензиране на технологии.

Ранните логически ИС от споменатата серия са построени буквално от стандартенкомпоненти, чиито размери и конфигурации са определени от технологичния процес. Инженерите на схеми, които са проектирали 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 транзисторите в зависимост от техните функции във веригата. В края на 1962г Силваниястартира първото семейство транзисторно-транзисторна логика (TTL), разработена от Longo - исторически първият тип интегрирана логика, която успя да се наложи на пазара за дълго време. В аналоговите схеми пробив на това ниво е направен през 1964-1965 г. от разработчика на операционни усилватели ФеърчайлдБоб Видлар.

Първата домашна 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 за 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 дебелопластова интегрална схема (серия 201 "Тропа") е разработена през 1963-65 г. в Изследователския институт по прецизна технология ("Angstrem"), серийно се произвежда от 1965 г. В разработката взеха участие 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 преименувана на НИИ Пулсар) от екип, която по-късно е прехвърлена в НИИМЕ (Микрон). Създаването на първата домашна силициева интегрална схема беше фокусирано върху разработването и производството с военно приемане на серия от интегрални силициеви схеми TC-100 (37 елемента - еквивалент на сложността на веригата на спусъка, аналог на американската серия IC SN-51 фирми Тексас Инструменти). Прототипи и производствени образци на силициеви интегрални схеми за възпроизвеждане са получени от САЩ. Работата е извършена в НИИ-35 (директор Трутко) и Фрязинския полупроводников завод (директор Колмогоров) по поръчка за отбрана за използване в автономен висотомер на система за насочване на балистична ракета. Разработката включваше шест типични интегрирани силициеви планарни схеми от серията TS-100 и, с организацията 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 беше извършена работа по разработването на интегрална схема в Централното конструкторско бюро на Воронежския завод за полупроводникови устройства (сега -). През 1965 г., по време на посещение във ВЗПП от министъра на електронната индустрия А. И. Шокин, заводът е инструктиран да извърши изследователска работа по създаването на силициева монолитна верига - НИРД "Титан" (Заповед на Министерството № 92 от август 16, 1965), който беше завършен предсрочно до края на годината. Темата беше успешно внесена в Държавната комисия, а серия от 104 диодно-транзисторни логически схеми стана първото фиксирано постижение в областта на микроелектрониката в твърдо състояние, което беше отразено в заповедта на Министерството на икономическото развитие от 30 декември, 1965 No 403.

Дизайнерски нива

В момента (2014 г.) повечето интегрални 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 имена на интегрални 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 остарели имена: свръхмащабна 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-те, имената "UBIS" и "GBIS" практически не се използват и всички микросхеми с повече от 10 хиляди елемента са класифицирани като VLSI.

Технология на производство

• Полупроводникова микросхема - всички елементи и междуелементни 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:
  • интегрална схема с дебел филм;
  • тънкослойна интегрална схема.
• Хибриден IC (често наричан микросглобяване), съдържа няколко голи диода, голи транзистори и/или други електронни активни компоненти. Микросглобката може да включва и неопаковани интегрални схеми. Пасивните компоненти за микросглобяване (резистори, кондензатори, индуктори) обикновено се произвеждат с помощта на тънкослойни или дебелопластови технологии върху общ, обикновено керамичен субстрат на хибридната микросхема. Целият субстрат с компоненти се поставя в един херметичен корпус.
• Смесена микросхема - освен полупроводников кристал, съдържа тънкослойни (дебелопластови) пасивни елементи, поставени върху повърхността на кристала.

Тип обработен сигнал

Технологии на производство

Логически видове

Основният елемент на аналоговите схеми са транзисторите (биполярни или полеви). Разликата в технологията за производство на транзистор значително влияе върху характеристиките на микросхемите. Ето защо, често в описанието на микросхемата, технологията на производство е посочена, за да се подчертае основни характеристикисвойства и възможности на микросхемата. AT съвременни технологиикомбинират технологиите на биполярното и полеви транзисториза подобряване на производителността на чиповете.

• Микросхемите на униполярни (полеви) транзистори са най-икономични (по отношение на потреблението на ток):
  • MOS логика (логика на метал-оксид-полупроводник) - микросхемите се формират от транзистори с полеви ефект н-MOS или стр-тип MOS;
  • CMOS логика (допълнителна MOS логика) - всеки логически елемент на микросхемата се състои от двойка допълнителни (допълнителни) полеви транзистори ( н-MOS и стр-MOS).
• Чипове на биполярни транзистори:
  • RTL - резисторно-транзисторна логика (остаряла, заменена с TTL);
  • DTL - диодно-транзисторна логика (остаряла, заменена с 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 - емитерно-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.

Технологиите CMOS и TTL (TTLS) са най-често срещаните логики на чиповете. Когато е необходимо да се спести консумация на ток, се използва CMOS технологията, където скоростта е по-важна и не се изисква консумация на енергия, се използва TTL технология. Слабата точка 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 приближават по отношение на параметрите и в резултат на това например серия 1564 микросхеми е направена по CMOS технология, а функционалността и разположението в пакета са подобни на тези на TTL технология.

Чиповете, произведени по ESL технология, са най-бързите, но и най-енергийно изразходващи и са използвани при производството на Информатикав случаите, когато най-важният параметър е скоростта на изчисление. В СССР най-продуктивните 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 (прожекция, контакт и т.н.), докато веригата се формира върху субстрат (обикновено силиций), получен чрез нарязване на силициеви монокристали на тънки пластини с диамантени дискове. Поради малките линейни размери на елементите на микросхемата, използването на видима светлина и дори близо до ултравиолетово лъчение за осветление беше изоставено.

Следните процесори са произведени с помощта на UV лъчение (ArF ексимерен лазер, дължина на вълната 193 nm). Средно въвеждането на нови технически процеси от лидерите в индустрията според плана ITRS се извършваше на всеки 2 години, като същевременно броят на транзисторите на единица площ се удвоява: 45 nm (2007), 32 nm (2009), 22 nm (2011) , 14 nm производство стартира през 2014 г., развитието 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 така наречените тестови структури.

Предназначение

Интегралната схема може да има пълна, произволно сложна функционалност - до цял микрокомпютър (микрокомпютър с един чип).

Аналогови схеми

• Филтри (включително тези, базирани на пиезоелектричния ефект).
• Аналогов множители.
• 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 (напр. температура).

Цифрови схеми

• Буферни преобразуватели
• (Микро)процесори (включително 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 получаване и преобразуване на такива сигнали активните елементи на електронните устройства (транзистори) работят в режим "ключ", тоест транзисторът е или "отворен" - което съответства на високо ниво на сигнал (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 са в междинно (активно) състояние през повечето време.
• Висока устойчивост на шумцифровите устройства се свързва с голяма разлика между високо (например, 2,5-5 V) и ниско (0-0,5 V) сигнали. Възможна е грешка в състоянието при такова ниво на смущения, когато високо нивотълкува се като ниско и обратно, което е малко вероятно. Освен това в цифровите устройства е възможно да се използват специални кодове, които ви позволяват да коригирате грешки.
• Голяма разлика в нивата на състоянията на високо и ниско ниво на сигнали (логически "0" и "1") и доста широк диапазон от техните допустими промени прави цифровата технология нечувствителна към неизбежното разпространение на параметрите на елементите в интегрираната технология, елиминира необходимостта от избор на компоненти и настройка на елементите за настройка в цифровите устройства.

Аналогово-цифрови схеми

• цифрово-аналогови (DAC) и аналогово-цифрови преобразуватели (ADC);
• приемо-предаватели (например интерфейс конвертор Ethernet);
• модулатори и демодулатори;
  • радиомодеми
  • телетекст декодери, VHF радио текст
  • Fast Ethernet и трансивъри за оптична линия
  • набираммодеми
  • цифрови телевизионни приемници
  • оптичен сензор за мишка
• захранващи чипове за електронни устройства - стабилизатори, преобразуватели на напрежение, захранващи ключове и др.;
• цифрови атенюатори;
• вериги с фазово заключена честотна верига (PLL);
• часовникови генератори и реставратори;
• основни матрични чипове (BMC): съдържа както аналогови, така и цифрови схеми;

Серия чипове

Аналогови и цифрови микросхеми се произвеждат серийно. Серията е група от микросхеми, които имат единен дизайн и технологичен дизайн и са предназначени за съвместна употреба. Микросхемите от една и съща серия, като правило, имат едни и същи напрежения на захранванията, съвпадат по отношение на входното и изходното съпротивление, нивата на сигнала.

корпус

Конкретни заглавия

Правна защита

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

Назовете първото изчислително устройство. Абакус Калкулатор Аритмометър Руски сметала Каква идея предложихте в средата

Английският математик Чарлз Бабидж от 19 век?

Идеята за създаване на програмно управлявана изчислителна машина с аритметично устройство, устройство за управление, 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 основа 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

Захранване

дънна платка

Процесорът обработва предоставената информация:

В десетична 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 специална писалка

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 компютъра лошо влияниеможе да повлияе на човешкото здраве...

Монитор на електронно-лъчева 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 релси са по-тънки и по-плътно опаковани върху...

Цифров видео диск (DVD диск)

Компакт диск (CD-диск)

Входните устройства включват...

Изходните устройства включват...

Клавиатура, мишка, джойстик, светлинна писалка, скенер, цифров фотоапарат, микрофон

Високоговорители, монитор, принтер, слушалка

HDD, процесор, модули памет, дънна платка, дискета

Програмата се нарича...

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

AT оперативна памет

На дискета

На твърдия диск

На CD

Данните са...

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

Информация, представена в цифров вид и обработена на компютър

Именувани данни, съхранявани в дългосрочната памет

Файлът е...

Компютърно отпечатан текст

Информация, представена в цифров вид и обработена на компютър

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

В бърз форматдискета...

Извършва се почистване на дисковата директория

Всички данни се изтриват

Дефрагментирането на диска е в ход

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 йерархична файлова система...

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

Файловете се съхраняват в система, която е линейна последователност

Историята на развитието на изчислителните технологии:

1. Назовете първото изчислително устройство.
1) Абакус
2) Калкулатор
3) Аритмометър
4) Руски 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, устройство за управление, както и устройство за въвеждане и печат
2) Идеята за създаване на мобилен телефон
3) Идеята за създаване на компютърно управлявани роботи
3. Назовете първия компютърен програмист.
1) Ада Ловлейс
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 основа 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) Корвета
Структура на компютъра ........................15
1. Назовете централното устройство на компютъра.
1) Процесор
2) Системен блок
3) Захранване
4) Дънна платка
2. Как се записва и предава физическа информация към 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 въвеждане на цифрова и текстова информация използвайте
1) Клавиатура
2) Мишка
3) Тракбол
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 специална писалка
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. Ако не се спазват санитарно-хигиенните изисквания на компютъра, може да има вреден ефект върху човешкото здраве...
1) Монитор на електронно-лъчева тръба
2) Монитор с течни кристали
4) Плазмени панели
3. Устройство, което осигурява записване и четене на информация се нарича ...
1) Флопи устройство или съхранение

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 писти са по-тънки и по-плътно поставени върху...
1) Цифров видео диск (DVD диск)
2) Компакт диск (CD - диск)
3) Дискета
3. На кой диск информацията се съхранява на концентрични писти, на които се редуват намагнитени и немагнетизирани участъци
1) На дискета
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, светлинна писалка, скенер, цифров фотоапарат, 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 дискета
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 дългосрочна 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 построен първият компютър? Как се казваше?
4. Каква е ролята на Джон фон Нойман в създаването на компютрите?
5. Кой е конструкторът 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 предимствата им в сравнение с първото поколение компютри?
8. Какво е интегрална схема? Кога са създадени първите компютри с интегрална схема? Как се казваха?
9. Какви нови области на приложение на компютрите се появиха с появата на машините от трето поколение?

Първите интегрални схеми

Посветен 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 мм (фиг. 1). Това бяха триизмерни оформления - прототипи на интегралната схема (ИС) на генератора, доказващи възможността за производство на всички елементи на веригата на базата на един полупроводников материал. Тази дата се чества в историята на електрониката като рожден ден на интегралните схеми. Но дали е така?

Ориз. 1. Модел на първата ИС от Дж. Килби. Снимка от http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Към края на 50-те години на миналия век технологията за сглобяване на радиоелектронно оборудване (РЕА) от дискретни елементи изчерпва своите възможности. Светът стигна до най-острата криза на REA, наложиха се радикални мерки. По това време интегрирани технологии за производство както на полупроводникови устройства, така и на дебело- и тънкослойни керамични платки вече са били индустриално усвоени в САЩ и СССР, т.е. са 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 която всички елементи от един и същи вид 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, използвайки интегрирана технология), резисторите, кондензаторите и (в полупроводниковите ИС) диодите и транзисторите са оформени по подобен начин в ИС. Освен това много ИС се произвеждат едновременно, от десетки до хиляди.

ИС се разработват и произвеждат от индустрията под формата на серии, съчетаващи множество микросхеми с различно функционално предназначение, предназначени за съвместно използване в електронно оборудване. Серийните ИС 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 заменят.

Има две основни групи интегрални схеми: хибридни и полупроводникови.

В хибридните ИС (HIC) всички проводници и пасивни елементи се формират върху повърхността на субстрат на микросхема (обикновено изработен от керамика) с помощта на интегрирана технология. Активни елементи под формата на безпакетни диоди, транзистори и полупроводникови IC кристали се монтират върху субстрата поотделно, ръчно или автоматично.

В полупроводниковите ИС свързващи, пасивни и активни елементи се формират в един технологичен цикъл върху повърхността на полупроводников материал (обикновено силиций) с частично проникване в обема му чрез дифузионни методи. В същото време на една полупроводникова пластина, в зависимост от сложността на устройството и размера на неговия кристал и пластина, се произвеждат от няколко десетки до няколко хиляди ИС. Индустрията произвежда полупроводникови ИС в стандартни опаковки, под формата на отделни чипове или под формата на неразделни пластини.

Феноменът на света на хибридните (ГИС) и полупроводниковите ИС се случи по различни начини. GIS е продукт на еволюционното развитие на микромодулите и технологията за керамични платки. Следователно те се появиха неусетно, няма общоприета дата на раждане на ГИС и общопризнат автор. Полупроводниковите ИС бяха естествен и неизбежен резултат от развитието на полупроводниковата технология, но изискваха генерирането на нови идеи и създаването на нови технологии, които имат свои рождени дати и свои автори. Първите хибридни и полупроводникови ИС се появяват в СССР и САЩ почти едновременно и независимо една от друга.

Първите хибридни ИС

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

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

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

В сравнение с дебелопластовата 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 плочи, използващи дебело или тънкослойна технология, се наричат ​​„хибридни схеми“. Хибридните схеми са произведени като компоненти от собствено производство, техният дизайн, размери и функционално предназначение са различни за всеки производител, те не са влезли на свободния пазар и следователно са малко известни.

Хибридните схеми също нахлуха в микромодулите. Първоначално те използваха дискретни пасивни и активни миниатюрни елементи, съчетани с традиционни печатно окабеляване. Технологията на сглобяване беше сложна, с огромен дял на ръчен труд. Следователно микромодулите бяха много скъпи, използването им беше ограничено до бордово оборудване. Тогава бяха използвани дебелопластови миниатюрни керамични шалове. По-нататък технологията с дебел филм започва 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 безпакетни 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 пасивните елементи се разграничават дебелопластовите и тънкослойните ГИС.

Първата ГИС в СССР

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

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 като цяло първите ГИС в света - структурно и функционално завършени многоелементни продукти, доставяни на потребителя като независим търговски продукт. Най-ранните чуждестранни подобни продукти, идентифицирани от автора, са IBM SLT модулите, описани по-долу, но те бяха обявени през следващата 1964 г.

Първата ГИС в САЩ

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

Полупроводниковите ИС от серията “Micrologic” на Fairchild и “SN-51” на TI (за тях ще говорим по-долу), известни по това време в средите на специалистите, все още бяха недостъпно редки и непосилно скъпи за търговска употреба, което беше изграждане на мейнфрейм компютър. Ето защо, IBM Corporation, вземайки за основа дизайна на плосък микромодул, разработи своя собствена серия от дебелопластови GIS, обявени под общото име (за разлика от „микромодули“) - „SLT-модули“ (Solid Logic Technology - солидна логическа технология. Обикновено думата "s solid" се превежда на руски като "твърдо", което е абсолютно нелогично. Всъщност терминът "SLT-модули" е въведен от IBM като опозиция на термина "микромодул" и трябва да отразява тяхното разлика. Но и двата модула са "твърди", т.е. този превод не е Думата "твърдо" има други значения - "твърдо", "цяло", които успешно подчертават разликата между "SLT-модули" и "микромодули" - SLT- модулите са неделими, не подлежат на ремонт, т.е. "цели". Затова използвахме нестандартен превод на руски: Solid Logic Technology - Solid Logic Technology).

SLT модулът представляваше половин инч квадратна дебелофилна керамична микроплоча с притиснати вертикални щифтове. Свързващи проводници и резистори бяха нанесени върху повърхността му чрез ситопечат (според схемата на внедреното устройство) и бяха монтирани безпакетни транзистори. Кондензаторите, ако е необходимо, бяха инсталирани до SLT модула на платката на устройството. При външни почти идентични (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 SLT технологията беше сравнително лесна за автоматизиране, така че можеха да се произвеждат в големи количества на достатъчно ниска цена, за да се използват в търговско оборудване. Точно от това имаше нужда IBM. Фирмата построи автоматизирана фабрика в East Fishkill близо до Ню Йорк за производство на SLT модули, които ги произвеждаха в милиони копия.

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

След IBM, GIS започва да се произвежда от други компании, за които GIS се превръща в търговски продукт. Типичният дизайн на плоски микромодули и SLT модули от IBM Corporation се превърна в един от стандартите за хибридни ИС.

Първите полупроводникови ИС

До края на 50-те години на миналия век индустрията беше добре позиционирана да произвежда евтини електронни компоненти. Но ако транзисторите или диодите бяха направени от германий и силиций, тогава резисторите и кондензаторите бяха направени от други материали. Тогава мнозина 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 процеса на сглобяване, тогава цената на оборудването ще бъде значително намалена. Въз основа на подобни разсъждения привържениците на хибридната технология я разглеждат като общо направление в развитието на микроелектрониката.

Но не всички споделяха това мнение. Факт е, че вече създадените по това време меза транзистори, и особено планарни транзистори, бяха адаптирани за пакетна обработка, при която едновременно се извършваха редица операции за производството на много транзистори върху една субстратна плоча. Тоест много транзистори бяха произведени наведнъж върху една полупроводникова пластина. След това плочата се нарязва на отделни транзистори, които се поставят в отделни кутии. И тогава производителят на хардуера комбинира транзисторите на една печатна платка. Имаше хора, които намираха този подход за смешен - защо да изключвате транзисторите и след това да ги комбинирате отново. Възможно ли е да се комбинират веднага върху полупроводникова пластина? В същото време се отървете от няколко сложни и скъпи операции! Тези хора изобретиха полупроводникови ИС.

Идеята е изключително проста и напълно очевидна. Но, както често се случва, само след като някой го обяви за първи път и го докаже. Доказа, че често не е достатъчно просто да се обяви, както в случая. Идеята за IC е обявена още през 1952 г., преди появата на партидни методи за производство на полупроводникови устройства. На годишна конференцияотносно електронните компоненти, проведено във Вашингтон, от Британския кралски радарен офис в Малвърн, Джефри Дамър представи доклад за надеждността на компонентите на радарното оборудване. В доклада той направи пророческо изявление: „ С навлизането на транзистора и работата в областта на полупроводниковата технология, като цяло може да се представи електронно оборудване под формата на солиден блок, който не съдържа свързващи проводници. Блокът може да се състои от слоеве от изолационни, проводими, изправящи и подсилващи материали, в които определени зони са изрязани, така че да могат директно да изпълняват електрически функции“. Но тази прогноза остана незабелязана от специалистите. Те се сетиха за това едва след появата на първите полупроводникови ИС, тоест след практическото доказателство на една отдавна обявена идея. Някой трябваше да бъде първият, който преформулира и приложи идеята за полупроводникова ИС.

Както и в случая с транзистора, общоприетите 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 не успява. През 1953 г. Харвик Джонсън от RCA получава патент за едночипов осцилатор, а през 1958 г. заедно с Thorkel Wallmark обявява концепцията за „полупроводниково интегрирано устройство“. През 1956 г. Рос, служител на Bell Labs, направил схема на двоичен брояч, използвайки основа n-p-n-pструктури в един 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 промишленото производство.

Щастливците бяха споменатите вече 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 устройства (СССР). Американците създават експериментални модели на интегрални схеми: J. Kilby - модел на генератора IC (1958 г.), а след това меза-транзисторен тригер (1961 г.), R. Noyce - спусък за планарна технология (1961 г.) и Ю. Osokin - логичната ИС "2NOT-OR" в Германия, която веднага влезе в серийно производство (1962 г.). Тези фирми започват серийно производство на ИС почти едновременно, през 1962 г.

Първите полупроводникови ИС в САЩ

IP Джак Килби. Серия IS“ SN-51”

През 1958 г. J. Kilby (пионер в използването на транзистори в слухови апарати) се премества в Texas Instruments. Новодошлият Килби, като схемотехник, беше "хвърлен" да подобри пълнежа на микромодулите на ракетите чрез създаване на алтернатива на микромодулите. Обмислена е възможността за сглобяване на блокове от части със стандартна форма, подобно на сглобяването на модели играчки от фигури LEGO. Но Килби беше очарован от нещо друго. Ефектът на „свеж вид“ изигра решаваща роля: първо, той веднага заяви, че микромодулите са задънена улица, и второ, след като се възхищаваше на меса структурите, той стигна до заключението, че веригата трябва (и може) да бъде реализирана от един материал - полупроводник. Килби е наясно с идеята на Дамър и неуспеха му да я осъществи през 1956 г. След като анализира, той разбира причината за провала и намира начин да я преодолее. “ Моята заслуга е, че приемайки тази идея, я превърнах в реалност.“, каза Дж. Килби по-късно в своята Нобелова реч.

След като все още не е спечелил правото да напусне, той работи без намеса в лабораторията, докато всички почиват. На 24 юли 1958 г. Килби формулира концепция в лабораторно списание, наречено Монолитната идея. Същността му беше, че ". .. елементите на веригата като резистори, кондензатори, разпределени кондензатори и транзистори могат да бъдат интегрирани в един чип - при условие, че са направени от същия 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 с 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 схема, сглобена от такива елементи.

През септември 1958 г. Килби реализира идеята си – прави генератор от две парчета германий с размери 11,1 х 1,6 мм, залепени с пчелен восък върху стъклена подложка, съдържаща два вида дифузионни области (фиг. 1). Той използва тези зони и наличните контакти, за да създаде генераторна верига, свързваща елементите с тънки златни проводници 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 направи усилвател по подобен начин. Но това все още не бяха интегрирани структури, те бяха триизмерни оформления на полупроводникови ИС, 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 интегрална схема на Килби, направена от едно парче монолитен германий, беше експерименталната интегрална схема за спусък 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 бяха направени в лаборатория и продадени в тесен кръг на цена от $450. ИС съдържаше шест елемента: четири меза транзистора и два резистора, поставени върху силиконова пластина с диаметър 1 см. Но микросхемата Kilby имаше сериозен недостатък - меза транзистори, които под формата на микроскопични „активни“ колони се извисяха над останалата, „пасивна” част от кристала. Свързването на месните стълбове помежду си в Килби IS се осъществява чрез варене на тънки златни проводници - „космата технология“, мразена от всички. Стана ясно, че с такива връзки не може да се направи микросхема с голям брой елементи - жичната мрежа ще се счупи или затвори отново. Да, и германий по това време вече се смяташе за материал, който не е обещаващ. Пробивът не се случи.

По това време в Fairchild е разработена планарна силициева технология. Като се има предвид всичко това, Texas Instruments трябваше да остави настрана всичко, което беше направил Килби, и да пристъпи, вече без Килби, към разработването на серия интегрални схеми, базирани на планарна силициева технология. През октомври 1961 г. компанията обявява създаването на серия ИС от типа SN-51, а от 1962 г. започва 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 транзистора за свързване, напуска група от осем млади инженери, които искат да се опитат да осъществят 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, разработва планарна технология за производство на транзистори. А роденият в Чехия физик Курт Леховек, който работи в Sprague Electric, разработи техника за използване на обърнат n-p кръстовище за електрическо изолиране на компоненти. През 1959 г. Робърт Нойс, след като е чул за схемата на IC на Килби, решава да се опита да изгради интегрална схема, като комбинира процесите, предложени от Хорни и Леховек. И вместо „космата технология“ на взаимовръзките, Нойс предложи селективно отлагане на тънък слой метал върху изолирани от силициев диоксид полупроводникови структури с връзка към контактите на елементите през отворите, оставени в изолационния слой. Това направи възможно „потапянето“ на активни елементи в полупроводниковото тяло, изолирането им със силициев оксид и след това свързването на тези елементи с разпръснати следи от алуминий или злато, които се създават чрез фотолитография, метализация и процеси на ецване в последния етап на продукта производство. Така се получи наистина „монолитна“ опция 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 ИС, базиран на планарна технология. Първо, подобно на Kilby, те направиха оформление на тригера върху няколко силициеви кристала, върху които бяха направени 4 транзистора и 5 резистора. Тогава, на 26 май 1960 г., е произведен първият спусък с един чип. За да се изолират елементите в него, на обратната страна на силиконовата пластина са гравирани дълбоки канали, запълнени с епоксидна смола. На 27 септември 1960 г. е направена третата версия на спусъка (фиг. 4), при която елементите са изолирани чрез обратно свързан p - n преход.

Дотогава Fairchild Semiconductor се занимаваше само с транзистори; нямаше инженери, които да създават полупроводникови интегрални схеми. Затова Робърт Норман от Sperry Gyroscope беше поканен като дизайнер на веригите. Норман беше запознат с логиката резистор-транзистор, която фирмата, по негово предложение, избра за основа за бъдещата си серия Micrologic IC, която намери първото си приложение в ракетното оборудване на Minuteman. През март 1961 г. Fairchild обявява първата експериментална ИС от тази серия (F-тригер, съдържащ шест елемента: четири биполярни транзистора и два резистора, поставени върху 1 см плоча) с публикуването на снимката си (фиг. 5) в списание живот(от 10 март 1961 г.). През октомври бяха обявени още 5 ИС. А от началото на 1962 г. Fairchild стартира 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 за своите иновации. Смяташе се, че практическият добив на подходящи интегрални схеми ще бъде много нисък. Ясно е, че трябва да е по-ниска от тази на транзисторите (тъй като съдържа няколко транзистора), за които тогава е била не по-висока от 15%. Второ, мнозина вярваха, че интегралните схеми използват неподходящи материали, тъй като резисторите и кондензаторите не са направени от полупроводници по това време. Трето, мнозина не можеха да приемат идеята за невъзстановимост на IP. Струваше им се кощунство да изхвърлят продукт, в който само един от многото елементи се провали. 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 на 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 планарното“, понякога достигайки до точката, в която се регистрираха десетина фирми на седмица. В преследване на ветерани (фирмите на W. Shockley и R. Noyce), а също и благодарение на данъчните стимули и услугите, предоставени 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 и популяризатора на техническите иновации Дон Хофлер влиза в обращение романтично-техногенният образ на „Силиконовата долина“, който завинаги става синоним на Меката на полупроводниците технологична революция. Между другото, в този район наистина има една долина, известна преди с многобройните си кайсиеви, вишневи и сливи градини, която носеше друго, по-приятно име преди Шокли да се появи в нея - Долината на сърдечните наслади, сега, за съжаление, почти забравен.

През 1962 г. започва масовото производство на интегрални схеми в Съединените щати, въпреки че обемът им на доставки на клиенти възлиза на едва няколко хиляди. Най-силният стимул за развитието на уредостроенето и електронната индустрия в нова основабеше ракетна и космическа технология. Тогава Съединените щати нямаха 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 последните постиженияелектронна технология. Фирмите Texas Instrument и Fairchild Semiconductor подписаха големи договори за разработване и производство на интегрални схеми с Министерството на отбраната на САЩ и НАСА.

Първите полупроводникови ИС в СССР

До края на 50-те години на миналия век съветската индустрия се нуждаеше от полупроводникови диоди и транзистори толкова много, 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. ЦК на КПСС и Министерският съвет на СССР приемат друг указ „За развитието на полупроводниковата индустрия“, който предвижда изграждането на фабрики и изследователски институти в Киев, Минск, Ереван, Налчик и други градове.

Ще се интересуваме от един от новите заводи - гореспоменатият завод за полупроводници в Рига (RZPP, той променя името си няколко пъти, за простота използваме най-известния, работещ и сега). Като стартова площадка на новия завод беше дадена сградата на строящия се кооперативен техникум с площ 5300 м 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 подготовка за производството на първите инструменти. В завода вече работят 350 души, 260 от които са изпратени да учат в Московския изследователски институт-35 (по-късно Изследователски институт Pulsar) и в Ленинградския завод Светлана през годината. 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 експерименталното конструкторско 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 НИИ-35) са произведени от завода 9 месеца след подписването на заповедта за неговото създаване, в. март 1960г. И до края на юли той произвежда първите хиляда транзистори P-401. След това овладява много други транзистори и диоди в производството. През юни 1961 г. завършва строителството на специална сграда, в която започва масовото производство на полупроводникови устройства.

От 1961 г. заводът започва самостоятелна технологична и развойна дейност, 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). Предприятия на Министерството на радиопромишлеността, 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 радиооборудване с малък размер, без собствена технологична полупроводникова база, търсеха начини за творческо взаимодействие с новосъздадените полупроводникови фабрики.

В RZPP беше извършена активна работа за автоматизиране на производството на германиеви транзистори от типовете P401 и P403 на базата на създадената от завода производствена линия Ausma. Неговият главен конструктор (GK) A.S. Готман предложи да се направят токопроводящи пътеки върху германиевата повърхност от електродите на транзистора до периферията на кристала, за да се заварят по-лесно изводите на транзистора в корпуса. Но най-важното е, че тези писти могат да се използват като външни терминали на транзистора, когато са били разопаковани, сглобени на платки (съдържащи свързващи и пасивни елементи), като ги запояват директно към съответните контактни подложки (всъщност беше предложена технологията за създаване на хибридни ИС ). Предложеният метод, при който токопроводящите пътища на кристала сякаш целуват контактните подложки на дъската, получи оригиналното име - „технология за целуване“. Но поради редица технологични проблеми, които се оказаха неразрешими по това време, главно свързани с проблемите с точността при получаване на контакти върху печатна платка, не беше възможно практически да се приложи „технологията на целуването“. Няколко години по-късно подобна идея беше реализирана в САЩ и СССР и намери широко приложение в т. нар. „кълбовидни проводници” и в технологията „чип на борда”.

Въпреки това хардуерните компании, които си сътрудничат с RZPP, включително NIIRE, се надяваха на „технологията за целувки“ и планираха да я използват. През пролетта на 1962 г., когато става ясно, че изпълнението му се отлага за неопределено време, главният инженер на НИИРЕ В.И. Смирнов помоли директора на РЗПП С.А. 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 за ИС от 1965г

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

Директорът на RZPP възложи тази задача на млад 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 беше доставена на RZPP и беше взета за основа за нова разработка. И още през есента на 1962 г. бяха получени първите прототипи на германиевата твърда верига 2NE-OR (тъй като терминът IP не съществуваше тогава, от уважение към делата на онези дни, ще запазим името „твърда верига“ - TS), който получи фабричното обозначение „P12-2“. Запазена е рекламна книжка от 1965 г. на Р12-2 (фиг. 6), информация и илюстрации от които ще използваме. TS R12-2 съдържаше два германиеви p - n - p транзистора (модифицирани транзистори от тип P401 и P403) с общ товар под формата на разпределен германиев резистор p-тип (фиг. 7).

Ориз. 8. Структура на ИС R12-2. Чертеж от проспекта за ИС от 1965г

Ориз. 9. Габаритен чертеж на превозното средство R12-2. Чертеж от проспекта за ИС от 1965г

Външните проводници са оформени чрез термокомпресионно заваряване между германиевите области на TC структурата и златото на проводниците. Това осигурява стабилна работа на веригите при външни влияния в условията на тропиците и морската мъгла, което е особено важно за работа във военноморски квазиелектронни автоматични телефонни централи, произведени от завода VEF Рига, който също има интерес към тази разработка.

Конструктивно TS R12-2 (и последващите 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 TS кристал и се запълва с полимерно съединение, от което излизат къси външни краища на проводници от мека златна тел с диаметър 50 μm, заварени към кристала. Теглото на P12-2 не надвишава 25 mg. В този дизайн RHs 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 превозни средства R12-2, а през 1963 г. са произведени няколко десетки хиляди от тях. Така 1962 г. е годината на раждане на микроелектронната индустрия в САЩ и СССР.

Ориз. 10. TC 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 беше разработена подобрена партидна технология за масово производство на германиеви ТС на базата на фотолитография и галванично отлагане на сплави чрез фотомаска. Неговата основна технически решениярегистрирано като изобретение на Осокин Ю.В. и Михалович Д.Л. (AS No. 36845). Няколко статии на Ю.В. Осокина в сътрудничество със специалисти от KB-1 I.V. Нищо, G.G. Смолко и Ю.Е. Наумов с описание на конструкцията и характеристиките на автомобила 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. Хардуерните фирми като правило нямаха нито технология, нито оборудване за това. През цялото време на пускането на R12-2 и R12-5 използването им е овладяно от НИИРЕ, Жигулиския радиозавод на Министерството на радиопромишлеността, ВЕФ, НИИП (от 1978 г. НПО Радиоприбор) и няколко други предприятия. Разбирайки проблема, разработчиците на TS, заедно с NIIRE, веднага обмислиха второто ниво на дизайн, което в същото време увеличи плътността на разположението на оборудването.

Ориз. 12. Модул от 4 превозни средства R12-2

През 1963 г. в рамките на НИРД „Квант” (GK A.N. Pelipenko, с участието на E.M. Ляхович) в НИИРЕ 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 тънко фибростъкло, които заедно реализират определена функционална единица. Върху платката бяха притиснати до 17 извода (броят варира за конкретен модул) с дължина 4 мм. Микроплаката се поставя в щампована метална чаша с размери 21,6 × 10. 6,6 мм и дълбочина 3,1 мм и запълнена с полимерна смес. Резултатът е хибридна интегрална схема (ГИС) с двойно уплътнени елементи. И, както казахме, това беше първата ГИС в света с двустепенна интеграция и може би първата ГИС като цяло. Разработени са осем типа модули с общото име "Quantum", които изпълняват различни логически функции. Като част от такива модули превозните средства R12-2 оставаха 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.

Първоначално модулите Kvant бяха произведени от експерименталното производство на NIIRE, а след това бяха прехвърлени в радиозавода Жигули на Министерството на радиопромишлеността на СССР, което ги достави на различни потребители, включително завода VEF.

Базираните на тях модули TS R12-2 и Kvant са се доказали добре и са били широко използвани. През 1968 г. е издаден стандарт, който установява единна система от обозначения за интегрални схеми в страната, а през 1969 г. - Общи спецификации за полупроводникови (NP0.073.004TU) и хибридни (NP0.073.003TU) ИС с единна система от изисквания . В съответствие с тези изисквания Централното бюро за прилагане на интегрални схеми (ЦБПИМС, по-късно ЦКБ "Дейтън", Зеленоград) на 6 февруари 1969 г. одобри нови технически спецификации 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 ИС, 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 ИС: 1KhL161, 1KhL162 и 1KhL163 - многофункционални цифрови схеми; 1LE161 и 1LE162 - два и четири логически елемента 2NOT-OR; 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 IC. Екзекуциите бяха маркирани 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 обозначени като полупроводници (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 радиопромишлеността производството на модули е прехвърлено от Жигулинския радиозавод към RZPP. Това елиминира необходимостта от транспортиране на ИС от серия 102 на дълги разстояния, така че няма нужда да се капсулира матрицата на всяка ИС. В резултат на това дизайнът на ИС от 102-ра и 116-та серия беше опростен: нямаше нужда да се пакетират ИС от серия 102 в метална чаша, пълна със съединение. Неопакованите ИС от серия 102 в технологичен контейнер бяха доставени в съседен цех за сглобяване на ИС от серия 116, монтирани директно на тяхната микроплатка и запечатани в корпуса на модула.

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

Втората ИС и ГИС на Юрий Осокин. твърда верига R12-5(серия IC 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 вафла. Това и наличието на всички необходими технологични компоненти позволяват на Осокин през 1963 г. да започне разработването на нова технология и дизайн за по-бърза версия на TS. През 1964 г. по поръчка на НИИРЕ е завършена разработката на R12-5 TS и базираните на него модули. Според резултатите от него през 1965 г. е открита научноизследователската и развойна дейност в Паланга (ГК Ю. В. Осокин, неговият заместник - Д. Л. Михалович, завършен през 1966 г.). Модулите, базирани на P12-5, са разработени в рамките на същата НИРД „Квант” като модулите на базата на P12-2. Едновременно с техническите спецификации за серията 102 и 116, техническите спецификации ShT3.369.002-2TU за ИС от серия 103 (P12-5) и AV0.308.016TU за ИС от серия 117 (модули, базирани на ИС от серия 103) одобрен. Номенклатурата на типове и стандартни оценки на TS R12-2, модули към тях и серии IS 102 и 116 беше идентична с номенклатурата на TS R12-5 и IS серия 103 и 117, съответно. Те се различаваха 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 субстратът от n-тип и излъчвателите от p + -тип бяха свързани към обща заземителна шина. Основните технически решения за конструкцията на R12-5 TS са регистрирани като изобретение на Осокин Ю.В., Михалович Д.Л. Кайдалова Ж.А. и Акменса Я.П. (AS No. 248847). При производството на четирислойната структура на TS R12-5 важно ноу-хау беше формирането на n-тип p-слой в оригиналната германиева плоча. Това се постига 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 около 500°C. образуването на TS структурата в създадения p-слой е подобно на TS R12-2. Нова технологиянаправи възможно да се измъкнем от сложната форма на TS кристала. Вафлите с P12-5 също бяха смлени от задната страна до дебелина от 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 No 248847. 1 и 2 - маса, 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 R&D Mezon-2, насочена към създаване на превозни средства с четири R12-5. През 1965 г. са получени работни образци в плосък металокерамичен корпус. Но P12-5 се оказа труден за производство, главно поради трудността при формиране на легиран с цинк p-слой 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 произвеждаше в малки обеми и не можеше да измести по-бавния, но технологично напреднал R12-2. И научноизследователската и развойна дейност „Мезон-2“ изобщо не продължи, включително поради проблеми с взаимното свързване.

По това време Изследователският институт Pulsar и НИИМЕ вече работят на широк фронт за разработване на технология за планарна силиций, която има редица предимства пред германия, основното от които е по-висок диапазон на работна температура (+150°С за силиций и + 70°С за силиций). германий) и силиций има естествен защитен филм 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 неподходящо. Въпреки това, при производството на транзистори и диоди германият не отстъпва позициите си за известно време. В отдела на Ю.В. Osokin, още след 1966 г., RZPP разработва и произвежда германиеви планарни малошумни микровълнови транзистори GT329, GT341, GT 383 и др. Създаването им е удостоено с Държавната награда на Латвийския СССР.

Приложение

Ориз. 15. Аритметична единица на модули с твърда верига. Снимка от TS книжка от 1965 г

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

Клиентите и първите потребители на R12-2 TS и модулите бяха създателите на специфични системи: компютърът Gnom (фиг. 15) за въздушната 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 от създаването на превозните средства R12-2, R12-5 и модулите върху тях и KB-1, като главният куратор на това сътрудничество от KB-1 беше Н.А. Барканов. Те помогнаха с финансиране, производство на оборудване, проучване на ТС и модули в различни режими и условия на работа.

TS R12-2 и базираните на него модули "Quantum" бяха първите микросхеми в страната. Да, и в света те са сред първите – само в САЩ започват да произвеждат първите си полупроводникови ИС от Texas Instruments и Fairchild Semiconductor, а през 1964 г. IBM започва да произвежда дебелопластови хибридни ИС за своите компютри. В други страни за IP все още не се е мислило. Следователно интегралните схеми бяха любопитство за обществеността, ефективността на тяхното приложение направи поразително впечатление и беше разиграна в рекламата. В запазената 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 системите за управление и превключване на пътищата за предаване на информация на автоматичните телефонни централи дава възможност 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 компютърното аритметично устройство Gnome (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 ИС в Рига.

Производство

Сега е трудно да се възстанови пълната картина на обемите на производството на ИС от серии 102 и 103 през годините (днес RZPP се превърна от голям завод в малко производство и много архиви са загубени). Но според спомените на Ю.В. Осокин, през втората половина на 60-те години на миналия век производството възлиза на стотици хиляди годишно, през 70-те - милиони. Според личните му записи през 1985 г. са издадени ИС от серия 102 - 4 100 000 броя, модули от серия 116 - 1 025 000 броя, ИС от серия 103 - 700 000 броя, модули от серия 117, 00 - 17 броя.

В края на 1989 г. Ю.В. Осокин, тогава генерален директор на софтуера Alfa, се обърна към ръководството на Военно-индустриалната комисия към Министерския съвет на СССР (VPK) с искане за премахване на серии 102, 103, 116 и 117 от производството поради тяхното остаряване и висока интензивност на труда (за 25 години микроелектрониката далеч не е напреднала), но получи категоричен отказ. Заместник-председателят на ВПК В.Л. Коблов му каза, че самолетите летят надеждно и за смяна не може да става 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 "Ил-76" и някои други самолети. „Това е суперкомпютър“, нашите пилоти не се губят, когато чуждестранните им колеги са изненадани, че се интересуват от устройство, което никога не е виждано преди.

Относно приоритетите

Въпреки факта, че Дж. Килби и Р. Нойс 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 патента 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 Р. Нойс. J. Kilby завежда дело и едва през юни 1964 г. получава своя патент номер 3138743. След това има десетгодишна война за приоритетите, в резултат на която (рядко) „приятелството печели“. В крайна сметка Апелативният съд потвърди иска на Р. Нойс за превъзходство 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 автори не даваше нищо 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 изобретението на TS R12-2 едва на 28 юни 1966 г.

А Дж. Килби през 2000 г. става един от носителите на Нобелова награда за изобретяването на IP. Р. Нойс не дочака световното 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 „кмет на Силиконовата долина“, защото тогава беше най-популярният от учените, работещи в тази част на Калифорния, която получи неофициалното име Силиконовата долина (W. Shockley е наречен "Мойсей от Силиконовата долина"). И пътят на Дж. Килби („космат“ 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 от него беше получена от 77-годишния Джак Килби, а другата половина беше разделена между академик на Руската академия на науките Жорес Алферов и професор от Калифорнийския университет в Санта Барбара, американец от германски 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 забравения Дж. Килби Нобеловата награда беше изненада. В интервю за списание Europhysics NewsТой призна: " По това време мислех само какво 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, приоритетът на страната в създаването на микроелектрониката не е защитен. И той определено беше.

През 50-те години на миналия век се създава материална основа за формиране на многоелементни продукти - интегрални схеми - в един монолитен кристал или върху един керамичен субстрат. Ето защо не е изненадващо, че почти едновременно идеята за IP независимо се появи в съзнанието на много специалисти. А скоростта на въвеждане на нова идея зависеше от технологичните възможности на автора и интереса на производителя, тоест от присъствието на първия потребител. В това отношение Ю. Осокин беше в по-добра позиция от американските си колеги. Килби беше нов за 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 превъзпитание на ръководството на TI и провокиране на Р. Нойс с неговото оформление да предприеме действия. Изобретението на Килби не влезе в серийно производство. Р. Нойс в своята млада и все още не силна компания се зае със създаването на нова планарна технология, която наистина се превърна в 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 практическо изпълнениетехните идеи за изграждане на серийни интегрални схеми. Първите им проби останаха експериментални, а други микросхеми, дори неразработени от тях, влязоха в масово производство. За разлика от Килби и Нойс, които бяха далече от производството, заводският работник Ю. Осокин разчиташе на индустриално разработените полупроводникови технологии на RZPP и той имаше гарантирани потребители на първия TS под формата на инициатор 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 експериментално, плавно прехвърлено 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 несходство на неговия TS и внедрените в него решения към микросхемите Kilby и Noyce. Texas Instruments (не изобретението на Килби), Fairchild и RZPP започват производството на своите ИС почти едновременно, през 1962 г. Това дава пълното право Ю. Осокин да се счита за един от изобретателите на интегралната схема наравно с Р. Нойс и повече от Дж. Килби, и би било справедливо да споделим 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 мостри 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 " style="width:276.55pt;border-collapse:collapse">

искане

Намерени са страници

Чаено кафе

чай| кафе

Колко страници ще бъдат намерени за "чай"?

_____________________________________________________

Решете числовата кръстословица.

Потърсете отговори в световната мрежа.

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

Вертикално. 1. Година на раждане на Леонардо да Винчи. 2. Годината, в която френският инженер Валтат изложи идеята за използване двоична системасмятане при създаване на механични устройства за броене.
3. Година на въвеждане в експлоатация на MESM. 5. Годината, в която е разработен езикът за програмиране BASIC. 6. Година на раждане на Евклид (пр. Хр.).
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 плътна опаковка от елементи, така че всички връзки и връзки между елементите образуват едно цяло.

Неразделна част от ИС са елементи, които играят ролята на електро-радио елементи (транзистори, резистори и др.) и не могат да бъдат отделени като самостоятелни продукти. В същото време елементите на IC, които изпълняват функциите на усилване или друго преобразуване на сигнал (диоди, транзистори и т.н.), 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 индикатор за сложност, характеризиращ се с броя на елементите и компонентите, съдържащи се в нея. Степента на интегриране се определя от формулата

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

За количествени характеристикистепени на интегриране често използват такива термини: ако k ? 1, ИС се нарича проста ИС, ако е 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 и друг индикатор, като плътността на опаковката на елементите - броят на елементите (най-често транзистори) на единица площ на кристала. Този показател характеризира основно нивото на технологията, в момента е повече от 1000 елемента/mm 2 .

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

Ориз. един. Структурата на филмовата хибридна ИС: 1, 2 - долна и горна плочи на кондензатора, 3 - диелектричен слой, 4 - проводна свързваща шина, 5 - свързан транзистор, 6 - филмов резистор, 7 - контактен проводник, 8 - диелектричен субстрат

Хибридните ИС са тънкослойни микросхеми, състоящи се от пасивни елементи (резистори, кондензатори, подложки) и дискретни активни елементи (диоди, транзистори). Хибридната ИС, показана на фиг. 1 е диелектрична подложка с отложени върху нея филмови кондензатори и резистори и прикрепен съединителен транзистор, чиято основа е свързана с горната плоча на кондензатора чрез шина под формата на много тънък проводник.

В полупроводникови ИСвсички елементи и междуелементни връзки са направени в обема и на повърхността на полупроводниковия кристал. Полупроводниковите ИС са плосък полупроводников кристал (субстрат), в повърхностния слой на който чрез различни технологични методи се образуват локални зони, еквивалентни на елементите на електрическата верига (диоди, транзистори, кондензатори, резистори и др.), обединени по повърхността от връзки от метално фолио (взаимовръзки).

Полупроводниковите IC субстрати са кръгли плочи от силиций, германий 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 ИС.

Ориз. 2. Групова силиконова вафла: 1 - основен разрез, 2 - отделни кристали (чипове)

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

Структурите на елементите на полупроводникова ИС - транзистор, диод, резистор и кондензатор, произведени чрез подходящо легиране на локални секции на полупроводника по планарна технология, са показани на фиг. 3, a-d Планарната технология се характеризира с факта, че всички изводи на IC елементите са разположени в една и съща равнина на повърхността и едновременно са свързани в електрическа верига чрез тънкослойни връзки. С планарната технология се извършва групова обработка, тоест по време на един технологичен процес се получават голям брой ИС върху субстрати, което гарантира висока технологичност и икономичност, а също така прави възможно автоматизирането 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 - пластина, 12, 14 - горен и долен електроди на кондензатора, 13 - диелектричен слой

В комбинирани ИС(фиг. 4), които са вариант на полупроводникови, върху силициева подложка се създават полупроводникови и тънкослойни елементи. Предимството на тези схеми е, че е технологично трудно да се произвеждат резистори с дадено съпротивление в твърдо тяло, тъй като 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 структура на IC: 1 - филм от силициев диоксид, 2 - диод, 3 - филмови връзки във верига, 4 - тънкослоен резистор, 5, 6, 7 - горен и долен 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 рейтингите 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 комбинирани схеми. 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 по метода на дифузия, а след това пасивните елементи се образуват чрез вакуумно отлагане на филми ( както във филмовите ИС) - резистори, кондензатори и връзки.

Елементната база на електрониката се развива с непрекъснато нарастващи темпове. Всяко поколение, появило се в определен момент от време, продължава да се подобрява в най-оправданите 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, теглото, разходите и консумацията на енергия, опростяване на технологията и подобряване на параметрите на електронното оборудване.

Формирането на микроелектрониката като самостоятелна наука стана възможно благодарение на използването на богат опит и основата на индустрията, която произвежда дискретни полупроводникови устройства. Въпреки това с развитието на полупроводниковата електроника станаха ясни сериозни ограничения за използването на електронни явления и системи, базирани на тях. Поради това микроелектрониката продължава да напредва с бързи темпове както в посока усъвършенстване на полупроводниковата интегрирана технология, така и в посока използване на нови физически явления. електронна интегрална схема

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

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

Първи етап

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

Откриването през 1874 г. от немския учен Браун на ректифициращия ефект в контакт метал-полупроводник. Използването на този ефект от руския изобретател Попов за откриване на радиосигнал му позволява 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 дружество 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 проектира електровакуумен диод. То е последвано от изобретяването на първата усилвателна тръба, триода, през 1907 г.

1913 – 1919 г. – период на бурно 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 общество 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 телефонната лаборатория на Бел е създадена група, ръководена от Уилям Шокли, която провежда изследвания върху свойствата на полупроводниците в силиция и Германия. Групата извършва както теоретични, така и експериментални изследвания на физическите процеси на интерфейса между два полупроводника с различни видовеелектропроводимост. В резултат на това бяха изобретени триелектродни полупроводникови устройства - транзистори. В зависимост от броя на носителите на заряд, транзисторите са разделени на:

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

Изобретението на транзистора беше крайъгълен камък в историята на електрониката и затова неговите автори Джон Бардийн, Уолтър Братайн и Уилям Шокли бяха удостоени с Нобелова награда по физика през 1956 г.

Появата на микроелектрониката

С появата на биполярни полеви транзистори 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 трябваше да ги увеличават и увеличават, възникнаха технически трудности. С увеличаване на броя на елементите електронни системибеше практически невъзможно да се гарантира тяхната производителност веднага след монтажа и да се гарантира в бъдеще надеждността на системите. Проблемът с качеството на монтажните работи се превърна в основен проблем за производителите при осигуряване на работоспособност и надеждност на радиоелектронните устройства. Решението на проблема за взаимовръзките беше предпоставката за появата на микроелектрониката. Прототипът на бъдещите микросхеми беше печатна платка, в която всички единични проводници са комбинирани в едно цяло и се произвеждат едновременно по групов метод чрез ецване на медно фолио с равнина на фолио диелектрик. Единственият тип интеграция в този случай са проводниците. Въпреки че използването на печатни платки не решава проблема с миниатюризацията, то решава проблема с повишаването на надеждността на взаимовръзките. Технологията на производство на печатни платки не позволява едновременното производство на други пасивни елементи, различни от проводници. Ето защо печатните платки не се превърнаха в интегрални схеми съвременното разбиране. Дебелопластовите 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 на нанасяне на пасти, съдържащи сребро и стъклен прах, върху керамичен субстрат чрез шаблони.

Тънкослойната технология за производство на интегрални схеми включва отлагане във вакуум върху гладка повърхност на диелектрични субстрати на тънки филми 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 от 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 "микрологичен". Планарната технология на Хорни и монолитната технология на Нойс положиха основата за разработването на интегрални схеми през 1960 г., първо на биполярни транзистори, а след това през 1965-85. върху транзистори с полеви ефект и комбинации от двете.

Две директивни решения, взети през 1961-1962 г. повлия на 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 (паметни устройства), базирани на n-канални полеви транзистори (метал-оксид-полупроводник - MOS). Резултатът от успешното изпълнение на този план е освобождаването през 1973 г. мейнфрейм компютър с MOS памет - IBM-370/158. Директивните решения на Fairchild предвиждат разширяване на работата в полупроводниковата изследователска лаборатория за изследване на силициеви устройства и материали за тях.

Междувременно, през юли 1968 г., Гордън Мур и Робърт Нойс напускат дивизията на Fairchild's Semiconductor 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 неговия колега химически инженер Андрю Гроув, беше да се използва огромния потенциал за интегриране на голям брой електронни компонентивърху един полупроводников чип за създаване на нови видове електронни устройства.

През 1997 г. Андрю Гроув става "мъж на годината", а неговата компания Intel, която става един от лидерите в Силиконовата долина в Калифорния, започва да произвежда микропроцесори за 90% от всички персонални компютри на планетата. Появата на интегрални схеми изигра решаваща роля в развитието на електрониката, поставяйки началото на нов етап в микроелектрониката. Микроелектрониката от четвъртия период се нарича схематична, тъй като в състава на основната 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.

Интегрираните микросхеми започнаха да се наричат ​​микроелектронни устройства, разглеждани като единичен продукт с висока плътност на подреждане на елементи, еквивалентни на елементи от конвенционална верига. Усложняването на функциите, изпълнявани от микросхемите, се постига чрез повишаване на степента на интеграция.

Истинска електроника

В момента микроелектрониката преминава на качествено ново ниво - наноелектрониката.

Наноелектрониката се основава предимно на резултатите от фундаментални изследвания на атомните процеси в нискоразмерни полупроводникови структури. Квантовите точки или системи с нулево измерение са краен случай на системи с намалени размери, които се състоят от масив от атомни клъстери или острови с нанометров размер в полупроводникова матрица, проявяващи 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 предприятията в индустрията и са в основата на създаването в близко бъдеще на "изкуствени" (технически) системи за зрение с разширен, в сравнение с биологичното зрение, спектрален обхват в ултравиолетовите и инфрачервените области 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 наблюдение на околната среда и пространството, термовизия, нанодиагностика, роботика, високоточни оръжия, средства. за борба с тероризма 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.