напівпровідника. Здійснення цих пропозицій у роки не могло відбутися через недостатнього розвитку технологій.

Наприкінці 1958 року і першій половині 1959 року у напівпровідникової промисловості відбувся прорив. Три особи, які представляли три приватні американські корпорації, вирішили три фундаментальні проблеми, що перешкоджали створенню інтегральних схем. Джек Кілбі з Texas Instrumentsзапатентував принцип об'єднання, створив перші, недосконалі, прототипи ІС та довів їх до серійного виробництва. Курт Леговець з Sprague Electric Companyвинайшов спосіб електричної ізоляції компонентів, сформованих на одному кристалі напівпровідника (ізоляцію p-n-переходом (англ. P–n junction isolation)). Роберт-Нойс з Fairchild Semiconductorвинайшов спосіб електричного з'єднання компонентів ІС (металізацію алюмінієм) і запропонував удосконалений варіант ізоляції компонентів на базі новітньої планарної технології Жана Ерні (англ. Jean Hoerni). 27 вересня 1960 року група Джея Ласта (англ. Jay Last) створила на Fairchild Semiconductorпершу працездатну напівпровідниковуІС за ідеями Нойса та Ерні. Texas Instruments, що володіла патентом на винахід Кілбі, розв'язала проти конкурентів патентну війну, що завершилася в 1966 році світовою угодою про перехресне ліцензування технологій.

Ранні логічні ІС згаданих серій будувалися буквально з стандартнихкомпонентів, розміри та конфігурації яких були задані технологічним процесом. Схемотехніки, що проектували логічні ІС конкретного сімейства, оперували одними і тими ж типовими діодами та транзисторами. У 1961-1962 рр. парадигму проектування зламав провідний розробник SylvaniaТом Лонго, вперше використавши в одній ІС різні Зміни транзисторів в залежності від їх функцій у схемі. Наприкінці 1962 р. Sylvaniaвипустила у продаж перше сімейство розробленої Лонго транзисторно-транзисторної логіки (ТТЛ) - історично перший тип інтегральної логіки, що зумів надовго закріпитися на ринку. В аналоговій схемотехніці прорив подібного рівня здійснив у 1964-1965 роках розробник операційних підсилювачів. FairchildБоб Видлар .

Перша вітчизняна мікросхема була створена в 1961 році в ТРТІ (Таганрозькому Радіотехнічному Інституті) під керівництвом Л. Н. Колесова. Ця подія привернула увагу наукової громадськості країни, і ТРТІ було затверджено головним у системі мінвузу щодо проблеми створення мікроелектронної апаратури високої надійності та автоматизації її виробництва. Сам же Л. Н. Колесов був призначений Головою координаційної ради з цієї проблеми.

Перша в СРСР гібридна товстоплівна інтегральна мікросхема (серія 201 «Сцежка») була розроблена в 1963-65 роках у НДІ точної технології («Ангстрем»), серійне виробництво з 1965 року. У розробці брали участь фахівці НДЕМ (нині НДІ-Аргон) .

Перша в СРСР напівпровідникова інтегральна мікросхема була створена на основі планарної технології, розробленої на початку 1960 року в НДІ-35 (потім перейменований в НДІ «Пульсар») колективом, який надалі був переведений в НДІМЕ («Мікрон»). Створення першої вітчизняної кремнієвої інтегральної схеми було сконцентровано на розробці та виробництві з військовою прийманням серії інтегральних кремнієвих схем ТС-100 (37 елементів - еквівалент схемотехнічної складності тригера, аналога американських ІС серії SN-51 фірми Texas Instruments). Зразки-прототипи і виробничі зразки інтегральних кремнієвих схем для відтворення були отримані з США. Роботи проводилися в НДІ-35 (директор Трутко) та Фрязинським напівпровідниковим заводом (директор Колмогорів) з оборонного замовлення для використання в автономному висотамірі системи наведення балістичної ракети. Розробка включала шість типових інтегральних кремнієвих планарних схем серії ТС-100 та з організацією дослідного виробництва зайняла у НДІ-35 три роки (з 1962 по 1965 рік). Ще два роки пішло на освоєння заводського виробництва з військовим прийманням у Фрязіно (1967 рік).

Паралельно робота з розробки інтегральної схеми проводилася центральному конструкторському бюро при Воронезькому заводі напівпровідникових приладів (нині - ). У 1965 році під час візиту на ВЗПП міністра електронної промисловості А. І. Шокіна заводу було доручено провести науково-дослідну роботу зі створення кремнієвої монолітної схеми – НДР «Титан» (наказ міністерства від 16.08.1965 р. № 92), яка була достроково виконано вже до кінця року. Тема була успішно здана Держкомісії, і серія 104 мікросхем діодно-транзисторної логіки стала першим фіксованим досягненням у галузі твердотільної мікроелектроніки, що було відображено у наказі МЕП від 30.12.1965 р. № 403.

Рівні проектування

В даний час (2014 р.) велика частина інтегральних схем проектується за допомогою спеціалізованих САПР, які дозволяють автоматизувати та значно прискорити виробничі процеси, наприклад, отримання топологічних фотошаблонів.

Класифікація

Ступінь інтеграції

Залежно від рівня інтеграції застосовуються такі назви інтегральних схем:

• мала інтегральна схема (МІС) - до 100 елементів у кристалі,
• середня інтегральна схема (СІС) - до 1000 елементів у кристалі,
• велика інтегральна схема (ВІС) - до 10 тис. елементів у кристалі,
• надвелика інтегральна схема (СВІС) - понад 10 тис. елементів у кристалі.

Раніше використовувалися також тепер уже застарілі назви: ультравелика інтегральна схема (УБІС) - від 1-10 млн до 1 млрд елементів у кристалі і, іноді, гігавелика інтегральна схема (ГБІС) - понад 1 млрд елементів у кристалі. В даний час, у 2010-х, назви «УБІС» та «ДБІС» практично не використовуються, і всі мікросхеми з числом елементів понад 10 тис. відносять до класу НВІС.

Технологія виготовлення

• Напівпровідникова мікросхема - всі елементи та міжелементні з'єднання виконані на одному напівпровідниковому кристалі (наприклад, кремнію, германію, арсеніду, галію, оксиду, гафнію).

• Плівкова інтегральна мікросхема - всі елементи та міжелементні з'єднання виконані у вигляді плівок:
  • товстоплівна інтегральна схема;
  • тонкоплівкова інтегральна схема.
• Гібридна мікросхема (часто звана мікроскладанням), містить кілька безкорпусних діодів, безкорпусних транзисторів та інших електронних активних компонентів. Також мікроскладання може включати безкорпусні інтегральні мікросхеми. Пасивні компоненти мікроскладання (резистори, конденсатори, котушки індуктивності) зазвичай виготовляються методами тонкоплівкової або товстоплівкової технологій на загальній, зазвичай керамічній підкладці гібридної мікросхеми. Вся підкладка з компонентами міститься в єдиний герметизований корпус.
• Змішана мікросхема - крім напівпровідникового кристала містить тонкоплівкові (товстоплівкові) пасивні елементи, що розміщені на поверхні кристала.

Вид сигналу, що обробляється

Технології виготовлення

Типи логіки

Основним елементом аналогових мікросхем є транзистори (біполярні чи польові). Різниця у технології виготовлення транзисторів суттєво впливає на характеристики мікросхем. Тому нерідко в описі мікросхеми вказують технологію виготовлення, щоб підкреслити цим загальну характеристикувластивостей та можливостей мікросхеми. В сучасних технологіяхоб'єднують технології біполярних та польових транзисторів, щоб досягти покращення характеристик мікросхем.

• Мікросхеми на уніполярних (польових) транзисторах - найекономічніші (за споживанням струму):
  • МОП-логіка (метал-оксид-напівпровідник логіка) - мікросхеми формуються з польових транзисторів n-МОП або p-МОП типу;
  • КМОП -логіка (комплементарна МОП-логіка) - кожен логічний елемент мікросхеми складається з пари взаємодоповнюючих (комплементарних) польових транзисторів ( n-МОП та p-МОП).
• Мікросхеми на біполярних транзисторах:
  • РТЛ – резисторно-транзисторна логіка (застаріла, замінена на ТТЛ);
  • ДТЛ – діодно-транзисторна логіка (застаріла, замінена на ТТЛ);
  • ТТЛ - транзисторно-транзисторна логіка - мікросхеми виготовлені з біполярних транзисторів з багатоемітерними транзисторами на вході;
  • ТТЛШ - транзисторно-транзисторна логіка з діодами Шоттки - удосконалена ТТЛ, в якій використовуються біполярні транзистори з ефектом Шоттки;
  • ЕСЛ – емітерно-пов'язана логіка – на біполярних транзисторах, режим роботи яких підібраний так, щоб вони не входили в режим насичення, – що суттєво підвищує швидкодію;
  • ІІЛ – інтегрально-інжекційна логіка.
• Мікросхеми, що використовують як польові, так і біполярні транзистори:

Використовуючи один і той же тип транзисторів, мікросхеми можуть створюватися за різними методологіями, наприклад, статичною або динамічною.

КМОП і ТТЛ (ТТЛШ) технології є найпоширенішими логіками мікросхем. Де необхідно економити споживання струму, застосовують КМОП-технологію, де важливіша швидкість і не потрібна економія споживаної потужності застосовують ТТЛ-технологію. Слабким місцем КМОП-мікросхем є вразливість до статичної електрики - досить торкнутися рукою виведення мікросхеми, і її цілісність вже не гарантується. З розвитком технологій ТТЛ та КМОП мікросхеми за параметрами зближуються і, як наслідок, наприклад, серія мікросхем 1564 зроблена за технологією КМОП, а функціональність та розміщення в корпусі як у ТТЛ технології.

Мікросхеми, виготовлені за ЕСЛ-технологією, є найшвидшими, але й найбільш енергоспоживаючими, і застосовувалися під час виробництва обчислювальної технікитоді, коли найважливішим параметром була швидкість обчислення. У СРСР найпродуктивніші ЕОМ типу ЕС106х виготовлялися на ЕСЛ-мікросхемах. Наразі ця технологія використовується рідко.

Технологічний процес

При виготовленні мікросхем використовується метод фотолітографії (проекційної, контактної та ін.), При цьому схему формують на підкладці (звичайно з кремнію), отриманої шляхом різання алмазними дисками монокристалів кремнію на тонкі пластини. Через малості лінійних розмірів елементів мікросхем, від використання видимого світла і навіть ближнього ультрафіолетового випромінювання при засвіченні відмовилися.

Наступні процесори виготовляли з використанням УФ-випромінювання (ексимерний лазер ArF, довжина хвилі 193 нм). У середньому впровадження лідерами індустрії нових техпроцесів за планом ITRS відбувалося кожні 2 роки, при цьому забезпечувалося подвоєння кількості транзисторів на одиницю площі: 45 нм (2007), 32 нм (2009), 22 нм (2011) 1 , освоєння 10 нм процесів очікується близько 2018 року

У 2015 році з'явилися оцінки, що впровадження нових техпроцесів уповільнюватиметься.

Контроль якості

Для контролю якості інтегральних мікросхем широко застосовують так звані тестові структури.

Призначення

Інтегральна мікросхема може мати закінчену, як завгодно складну, функціональність - аж до цілого мікрокомп'ютера (однокристальний, мікрокомп'ютер).

Аналогові схеми

• Фільтри (зокрема на пьезоэффекте).
• Аналогові помножувачі.
• Аналогові атенюатори та регульовані підсилювачі.
• Стабілізатори джерел живлення: стабілізатори напруги та струму .
• Мікросхеми керування імпульсних блоків живлення.
• Перетворювачі сигналів.
• Схеми синхронізації.
• Різні датчики (наприклад, температури).

Цифрові схеми

• Буферні перетворювачі
• (Мікро)процесори (у тому числі ЦП для комп'ютерів)
• Мікросхеми та модулі пам'яті
• ПЛІС (програмовані логічні інтегральні схеми)

Цифрові інтегральні мікросхеми мають ряд переваг у порівнянні з аналоговими:

• Зменшене енергоспоживанняпов'язане із застосуванням у цифровій електроніці імпульсних електричних сигналів. При отриманні та перетворенні таких сигналів активні елементи електронних пристроїв (транзисторів) працюють у «ключовому» режимі, тобто транзистор або «відкритий» - що відповідає сигналу високого рівня (1), або «закритий» - (0), в першому випадку на транзисторі немає падіння напруги, у другому - через нього не йде струм. В обох випадках енергоспоживання близько 0, на відміну від аналогових пристроїв, в яких більшу частину часу транзистори знаходяться в проміжному (активному) стані.
• Висока завадостійкістьцифрових пристроїв пов'язана з великою відмінністю сигналів високого (наприклад, 2,5-5) і низького (0-0,5) рівня. Помилка стану можлива за такого рівня перешкод, коли високий рівеньінтерпретується як низький та навпаки, що малоймовірно. Крім того, в цифрових пристроях можливе застосування спеціальних кодів, що дозволяють виправляти помилки.
• Велика різниця рівнів станів сигналів високого та низького рівня (логічних «0» і «1») і досить широкий діапазон їх допустимих змін робить цифрову техніку нечутливою до неминучого в інтегральній технології розкиду параметрів елементів, позбавляє необхідності підбору компонентів та налаштування елементами регулювання в цифрових пристроях.

Аналого-цифрові схеми

• цифро-аналогові (ЦАП) та аналого-цифрові перетворювачі (АЦП);
• трансівери (наприклад, перетворювач інтерфейсу Ethernet);
• модулятори та демодулятори;
  • радіомодеми
  • декодери телетексту, УКХ-радіо-тексту
  • трансівери Fast Ethernet та оптичних ліній
  • Dial-Upмодеми
  • приймачі цифрового ТБ
  • сенсор оптичної «миші»
• мікросхеми живлення електронних пристроїв - стабілізатори, перетворювачі напруги, силові ключі та ін;
• цифрові атенюатори;
• схеми фазової автопідстроювання частоти (ФАПЧ);
• генератори та відновники частоти тактової синхронізації;
• базові, матричні, кристали (БМК): містить як аналогові, так і цифрові схеми;

Серії мікросхем

Аналогові та цифрові мікросхеми випускаються серіями. Серія - це група мікросхем, що мають єдине конструктивно-технологічне виконання та призначені для спільного застосування. Мікросхеми однієї серії, як правило, мають однакову напругу джерел живлення, узгоджені за вхідними та вихідними опорами, рівнями сигналів.

Корпуси

Специфічні назви

Правовий захист

Законодавство Росії надає правову охорону топологій інтегральних мікросхем. Топологією інтегральної мікросхеми є зафіксоване на матеріальному носії просторово-геометричне розташування сукупності елементів інтегральної мікросхеми та зв'язків між ними (ст. 1448

Назвіть перший обчислювальний пристрій. Абак Калькулятор Арифмометр російські рахунки Яку ідею висунув у середині

19 століття англійський математик Чарльз Беббідж?

Ідею створення програмно керованої лічильної машини, що має арифметичний пристрій, пристрій управління, а також пристрій введення та друку

Ідею створення стільникового телефону

Ідею створення роботів, керованих комп'ютером

У якому році і де було створено першу ЕОМ на основі електронних ламп?

1945 рік, США

1944 р, Англія

1946 р. Франція

На якій основі було створено ЕОМ третього покоління?

Інтегральні схеми

напівпровідники

електронні лампи

надвеликі інтегральні схеми

Як називався перший персональний комп'ютер?

Назвіть центральний пристрій комп'ютера.

Процесор

Системний блок

Блок живлення

Материнська плата

Процесор обробляє подану інформацію:

У десятковій системі числення

На англійською

Російською мовою

Машинною мовою (у двійковому коді)

Для введення числової та текстової інформації використовується

Клавіатура

Сканер використовується для…

Для введення в комп'ютер зображень та текстових документів

Для малювання на ній спеціальною ручкою

Переміщення курсору на екрані монітора

Отримання голографічних зображень

10. Який тип принтера є доцільним для друку фінансових документів?

Матричний принтер

Струменевий принтер

Лазерний принтер

Який тип принтера доцільно використовуватиме для друку рефератів?

Матричний принтер

Струменевий принтер

Лазерний принтер

Який тип принтера доцільно використовувати для друку фотографій?

Матричний принтер

Струменевий принтер

Лазерний принтер

При недотриманні санітарно-гігієнічних вимог комп'ютера шкідливий впливна здоров'я людини може зробити…

Монітор на електронно-променевій трубці

Монітор на рідких кристалах

Плазмові панелі

При вимиканні комп'ютера вся інформація стирається...

Оперативна пам'ять

Жорсткого диска

Лазерного диска

Який пристрій комп'ютера зберігає інформацію?

Зовнішня пам'ять;

процесор;

Оптичні доріжки мають меншу товщину та розміщені більш щільно на …

Цифровий відеодиск (DVD – диск)

Компакт диск (CD – диск)

У пристрої введення входять...

До пристроїв виведення входять…

Клавіатура, миша, джойстик, світлове перо, сканер, цифрова камера, мікрофон

Звукові колонки, монітор, принтер, навушник

Жорсткий диск, процесор, модулі пам'яті, материнська плата, дискета

Програмою називається...

Комп'ютерна програмаможе керувати роботою комп'ютера, якщо вона перебуває.

В оперативної пам'яті

На гнучкому диску

На жорсткому диску

На CD – диску

Дані – це…

Послідовність команд, яку виконує комп'ютер у процесі обробки даних

Інформація, представлена ​​у цифровій формі та оброблена на комп'ютері

Дані, що мають ім'я та зберігаються в довгостроковій пам'яті

Файл це…

Текст роздрукований на комп'ютері

Інформація, представлена ​​у цифровій формі та оброблена на комп'ютері

Програма або дані, що мають ім'я та зберігаються в довгостроковій пам'яті

При швидкому форматуваннігнучкого диска.

Проводиться очищення каталогу диска

Стираються всі дані

Виробляється дефрагментація диска

Проводиться перевірка поверхні диска

При повному форматуванні гнучкого диска.

стираються всі дані

виконується повна перевірка диска

проводиться очищення каталогу диска

диск стає системним

У багаторівневій ієрархічній файловій системі...

Файли зберігаються в системі, що є системою вкладених папок

Файли зберігаються в системі, яка є лінійною послідовністю

Історія розвитку обчислювальної техніки:

1. Назвіть перший обчислювальний пристрій.
1) Абак
2) Калькулятор
3) Арифмометр
4) російські рахунки

2. Яку ідею висунув у середині 19 століття англійський математик Чарльз Беббідж?
1) Ідею створення програмно керованої лічильної машини, що має арифметичний пристрій, пристрій управління, а також пристрій введення та друку
2) Ідею створення стільникового телефону
3) Ідею створення роботів, керованих комп'ютером
3. Назвіть першого програміста обчислювальних машин.
1) Ада Лавлейс
2) Сергій Лебедєв
3) Білл Гейтс
4) Софія Ковалевська

4. У якому році і де було створено першу ЕОМ на основі електронних ламп?
1) 1945 рік, США
2) 1950, СРСР
3) 1944 р, Англія
4) 1946 р, Франція

5. На якій основі було створено ЕОМ третього покоління?
1) Інтегральні схеми
2) напівпровідники
3) електронні лампи
4) надвеликі інтегральні схеми

6. Як називався перший персональний комп'ютер?
1) Apple II
2) IBM PC
3) Dell
4) Корвет
Пристрій комп'ютера.........................15
1. Назвіть центральний пристрій комп'ютера.
1) Процесор
2) Системний блок
3) Блок живлення
4) Материнська плата
2. Як записується і передається фізична інформація в ЕОМ?
1) цифрами;
2) за допомогою програм;
3) подається у формі електричних сигналів.

3. Процесор обробляє інформацію, подану:
1) У десятковій системі числення
2) Англійською мовою
3) Російською мовою
4) Машинною мовою (у двійковому коді)
4. Для введення числової та текстової інформації використовується
1) Клавіатура
2) Миша
3) Трекбол
4) Ручка
5. Найважливішою характеристикою координатних пристроїв введення є роздільна здатність, яка зазвичай становить 500 dpi (dot per inch – точок на дюйм (1 дюйм = 2,54 см)), що означає…
1) При переміщенні миші на один дюйм покажчик миші переміщується на 500 пікселів
2) При переміщенні миші на 500 точок вказівник миші переміщається на один дюйм
6. Сканер використовується для…
1) Для введення в комп'ютер зображень та текстових документів
2) Для малювання на ній спеціальною ручкою
3) Переміщення курсору на екрані монітора
4) Отримання голографічних зображень
Пристрої виведення інформації 21
1. Який тип принтера є доцільним для друку фінансових документів?
1) Матричний принтер
2) Струменевий принтер
3) Лазерний принтер
2. Який тип принтера доцільно використовуватиме для друку рефератів?
1) Матричний принтер
2) Струменевий принтер
3) Лазерний принтер

1. Який тип принтера доцільно використовувати для друку фотографій?
1) Матричний принтер
2) Струменевий принтер
3) Лазерний принтер
2. У разі недотримання санітарно-гігієнічних вимог комп'ютера шкідливий вплив на здоров'я людини може вплинути на...
1) Монітор на електронно-променевій трубці
2) Монітор на рідких кристалах
4) Плазмові панелі
3. Пристрій, який забезпечує запис та зчитування інформації називається…
1) Дисководом чи накопичувачем

4. Коли комп'ютер вимкнено, вся інформація стирається з…
4) Оперативна пам'ять
5) Жорсткого диска
6) Лазерного диска
7) Дискети
13. Який пристрій комп'ютера зберігає інформацію?
1) Зовнішня пам'ять;
2) монітор;
3) процесор;
2. Оптичні доріжки мають меншу товщину та розміщені більш щільно на …
1) Цифровий відеодиск (DVD – диск)
2) Компакт диск (CD – диск)
3) Дискеті
3. На якому диску інформація зберігається на концентричних доріжках, на яких чергуються намагнічені та ненамагнічені ділянки
1) На дискеті
2) На компакт-диску
3) На DVD – диску

4. У пристрої введення входять:

1) Жорсткий диск, процесор, модулі пам'яті, материнська плата, дискета
5. До пристроїв виведення входять…
1) Клавіатура, миша, джойстик, світлове перо, сканер, цифрова камера, мікрофон
2) Звукові колонки, монітор, принтер, навушник
3) Жорсткий диск, процесор, модулі пам'яті, материнська плата, дискета
6. Програмою називається...

7. Комп'ютерна програма може керувати роботою комп'ютера, якщо вона перебуває.
1) В оперативній пам'яті
2) На гнучкому диску
3) На жорсткому диску
4) На CD – диску
8. Дані – це…
1) Послідовність команд, яку виконує комп'ютер у процесі обробки даних
2) Інформація, представлена ​​у цифровій формі та оброблена на комп'ютері
3) Дані, що мають ім'я та зберігаються в довгостроковій пам'яті
9. Файл – це…
1) Текст роздрукований на комп'ютері
2) Інформація, представлена ​​у цифровій формі та оброблена на комп'ютері
3) Програма або дані, що мають ім'я та зберігаються в довгостроковій пам'яті

10. При швидкому форматуванні гнучкого диска …
1) Здійснюється очищення каталогу диска
2) Стираються всі дані
3) Виробляється дефрагментація диска
4) Проводиться перевірка з

1. Коли та ким були винайдені лічильно-перфораційні машини? Які завдання ними вирішувалися?

2. Що таке електромеханічне реле? Коли створювалися релейні обчислювальні машини? Яку швидкодію вони мали?
3. Де і коли було побудовано першу ЕОМ? Як вона називалася?
4. Яка роль Джона фон Неймана у створенні ЕОМ?
5. Хто був конструктором перших вітчизняних ЕОМ?
6. На якій елементній базі створювалися машини першого покоління? Якими були їхні основні характеристики?
7. На якій елементній базі створювалися машини другого покоління? У чому переваги проти першим поколінням ЕОМ?
8. Що таке інтегральна схема? Коли було створено перші ЕОМ на інтегральних схемах? Як вони називалися?
9. Які нові сфери застосування ЕОМ виникли з появою машин третього покоління?

Перші інтегральні схеми

50-річчю офіційної дати присвячується

Б. Малашевич

12 вересня 1958 року співробітник фірми Texas Instruments (TI) Джек Кілбі продемонстрував керівництву три дивні прилади - склеєні бджолиним воском на скляній підкладці пристрою з двох шматочків кремнію розміром 11,1-1,6 мм (рис.1). Це були об'ємні макети – прототипи інтегральної схеми (ІС) генератора, що доводять можливість виготовлення всіх елементів схеми на основі одного напівпровідникового матеріалу. Ця дата відзначається історія електроніки як день народження інтегральних схем. Але чи це так?

Рис. 1. Макет першої ІС Дж. Кілбі. Фото із сайту http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

До кінця 1950-х років технологія збирання радіоелектронної апаратури (РЕА) з дискретних елементів вичерпала свої можливості. Світ прийшов до найгострішої кризи РЕА, були потрібні радикальні заходи. До цього моменту в США та СРСР вже були промислово освоєні інтегральні технології виробництва, як напівпровідникових приладів, так і товстоплівкових та тонкоплівкових керамічних плат, тобто дозріли передумови для виходу з цієї кризи шляхом створення багатоелементних стандартних виробів – інтегральних схем.

До інтегральних схем (мікросхем, ІС) відносяться електронні пристроїрізної складності, у яких все однотипні елементи виготовляються одночасно у єдиному технологічному циклі, тобто. за інтегральною технологією. На відміну від друкованих плат (у яких в єдиному циклі за інтегральною технологією одночасно виготовляються всі сполучні провідники) в ІС аналогічно формуються і резистори, і конденсатори, і (у напівпровідникових ІВ) діоди та транзистори. Крім того, одночасно виготовляється багато ІС, від десятків до тисяч.

ІС розробляються і випускаються промисловістю у вигляді серій, що поєднує ряд мікросхем різного функціонального призначення, призначених для спільного застосування в електронній апаратурі. ІС серії мають стандартне конструктивне виконання та єдину систему електричних та інших характеристик. ІС поставляються виробником різним споживачам як самостійна товарна продукція, яка задовольняє певну систему стандартизованих вимог. ІС відносяться до виробів, що не ремонтуються, при ремонті РЕА вийшли з ладу ІС замінюються.

Розрізняють дві основні групи ІС: гібридні та напівпровідникові.

У гібридних ІС (ГІС) на поверхні підкладки мікросхеми (як правило, з кераміки) за інтегральною технологією формуються всі провідники та пасивні елементи. Активні елементи у вигляді безкорпусних діодів, транзисторів та кристалів напівпровідникових ІС встановлюються на підкладку індивідуально, вручну або автоматами.

У напівпровідникових ІС сполучні, пасивні та активні елементи формуються в єдиному технологічному циклі на поверхні напівпровідникового матеріалу (зазвичай кремнію) з частковим вторгненням у його обсяг методами дифузії. Одночасно на одній пластині напівпровідника, залежно від складності пристрою та розмірів його кристала та пластини, виготовляється від кількох десятків до кількох тисяч ІС. Промисловість напівпровідникові ІС випускає у стандартних корпусах, як окремих кристалів чи вигляді нерозділених пластин.

Явище світу гібридних (ГІС) та напівпровідникових ІС відбувалося по-різному. ГІС є продуктом еволюційного розвитку мікромодулів та технології монтажу на керамічних платах. Тому з'явилися вони непомітно, загальноприйнятої дати народження ГІС та загальновизнаного автора не існує. Напівпровідникові ІС були природним і неминучим результатом розвитку напівпровідникової техніки, але вимагали генерації нових ідей та створення нової технології, які мають і свої дати народження, і свої автори. Перші гібридні та напівпровідникові ІС з'явилися в СРСР та США майже одночасно і незалежно один від одного.

Перші гібридні ІС

До гібридних відносяться ІС, у виробництві яких поєднується інтегральна технологія виготовлення пасивних елементів з індивідуальною (ручною або автоматизованою) технологією встановлення та монтажу активних елементів.

Ще наприкінці 1940-х років у фірмі Centralab у США були розроблені основні принципи виготовлення товстоплівкових друкованих плат на керамічній основі, розвинені потім іншими фірмами. В основу було покладено технології виготовлення друкованих плат та керамічних конденсаторів. Від друкованих плат взяли інтегральну технологію формування топології сполучних провідників – шовкографію. Від конденсаторів – матеріал підкладки (кераміка, частіше ситал), а також матеріали паст та термічну технологію їх закріплення на підкладці.

А на початку 1950-х років у фірмі RCA винайшли тонкоплівкову технологію: розпорошуючи у вакуумі різні матеріали та осаджуючи їх через маску на спеціальні підкладки, навчилися на єдиній керамічній підкладці одночасно виготовляти безліч мініатюрних плівкових з'єднувальних провідників, резисторів та конденс.

Порівняно з товстоплівковою, тонкоплівкова технологія забезпечувала можливість більш точного виготовлення елементів топології менших розмірів, але вимагала складнішого та найдорожчого обладнання. Пристрої, що виготовляються на керамічних платах за товстоплівковою або тонкоплівковою технологією, отримали назву "гібридні схеми". Гібридні схеми випускалися як комплектуючі вироби власного виробництва, їх конструкція, розміри, функціональне призначення у кожного виробника були свої, на вільний ринок вони не потрапляли, а тому мало відомі.

Вторглися гібридні схеми і мікромодулі. Спочатку в них застосовувалися дискретні пасивні та активні мініатюрні елементи, об'єднані традиційним друкованим монтажем. Технологія збирання була складною, з величезною часткою ручної праці. Тому мікромодулі були дуже дорогими, їх застосування було обмежено бортовою апаратурою. Потім застосували товстоплівкові мініатюрні керамічні хустки. Далі за товстоплівковою технологією почали виготовляти резистори. Але діоди та транзистори використовувалися ще дискретні, індивідуально корпусовані.

Гібридною інтегральною схемою мікромодуль став у той момент, коли в ньому застосували безкорпусні транзистори та діоди та герметизували конструкцію у загальному корпусі. Це дозволило значно автоматизувати процес їх складання, різко знизити ціни та розширити сферу застосування. За методом формування пасивних елементів розрізняють товстоплівкові та тонкоплівкові ГІС.

Перші ГІС у СРСР

Перші ГІС (модулі типу "Квант" пізніше отримали позначення ІС серії 116) в СРСР були розроблені в 1963 р. в НДІРЕ (пізніше НВО "Ленінець", Ленінград) і в тому ж році його дослідний завод почав їх серійне виробництво. У цих ГІС як активні елементи використовувалися напівпровідникові ІС “Р12-2”, розроблені в 1962 р. Ризьким заводом напівпровідникових приладів. У зв'язку з нерозривністю історій створення цих ІС та його характеристик, ми розглянемо їх у розділі, присвяченому Р12-2.

Безперечно, модулі “Квант” були першими у світі ГІС із дворівневою інтеграцією – як активні елементи в них використовувалися не дискретні безкорпусні транзистори, а напівпровідникові ІС. Цілком імовірно, що вони взагалі були і першими у світі ГІС – конструктивно та функціонально закінченими багатоелементними виробами, що постачаються споживачеві як самостійна товарна продукція. Найбільш раннім з виявлених автором зарубіжних подібних виробів є нижче описані SLT-модулі корпорації IBM, але вони були анонсовані наступного, 1964 року.

Перші ГІС у США

Поява товстоплівкових ГІС, як основний елементної бази нової ЕОМ IBM System / 360, вперше було анонсовано корпорації IBM в 1964 р. Схоже, що це було перше застосування ГІС за межами СРСР, раніше прикладів автору виявити не вдалося.

Вже відомі на той час у колах фахівців напівпровідникові ІС серій "Micrologic" фірми Fairchild і "SN-51" фірми TI (про них ми скажемо нижче) були ще недоступні рідкісні та недозволено дороги для комерційного застосування, яким була побудова великої ЕОМ. Тому корпорація IBM, взявши за основу конструкцію плоского мікромодуля, розробила свою серію товстоплівкових ГІС, анонсовану під загальною назвою (на відміну від "мікромодулів") - "SLT-модулі" (Solid Logic Technology - технологія цільної логіки. Зазвичай слово "s o перекладають російську мову як "твердий", що абсолютно нелогічно. Дійсно, термін "SLT-модулі" був введений IBM як протиставлення терміну "мікромодуль" і повинен відображати їхню відмінність. Але обидва модулі "тверді", тобто цей переклад не У слова "solid" є й інші значення - "суцільний", "цілий", які вдало підкреслюють відмінність "SLT-модулів" і "мікромодулів" - SLT-модулі неподільні, неремонтопридатні, тобто "цілі". ми й використовували не загальноприйнятий переклад російською мовою: Solid Logic Technology – технологія цілісної логіки).

SLT-модуль був квадратною керамічною товстоплівковою мікрохусткою напівдюймового розміру з впресованими вертикальними штиревими висновками. На її поверхню методом шовкографії наносилися (відповідно до схеми реалізованого пристрою) сполучні провідники та резистори, і встановлювалися безкорпусні транзистори. Конденсатори, за необхідності, встановлювалися поруч із SLT-модулем на платі пристрою. При зовнішній майже ідентичності (мікромодулі трохи вище, рис. 2.) SLT -модулі від плоских мікромодулів відрізнялися більш високою щільністю компонування елементів, низьким енергоспоживанням, високою швидкодією та високою надійністю. Крім того, SLT-технологія досить легко автоматизувалася, отже їх можна було випускати у величезних кількостях за досить низької для застосування у комерційній апаратурі вартості. Саме це IBM і було потрібне. Фірма побудувала для виробництва SLT-модулів автоматизований завод у East Fishkill поблизу Нью-Йорка, який випускав їх мільйонними тиражами.

Рис. 2. Мікромодуль СРСР та SLT-модуль ф. IBM. Фото STL із сайту http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

Після IBM ГІС почали випускати й інші фірми, котрим ГІС стала товарної продукцією. Типова конструкція плоских мікромодулів та SLT-модулів корпорації IBM стала одним із стандартів для гібридних ІС.

Перші напівпровідникові ІС

До кінця 1950-х років промисловість мала всі можливості для дешевих елементів електронної апаратури. Але якщо транзистори чи діоди виготовлялися з германію та кремнію, то резистори та конденсатори робили з інших матеріалів. Багато хто тоді вважав, що при створенні гібридних схем не буде проблем у збиранні цих елементів, виготовлених окремо. А якщо вдасться виготовити всі елементи типового розміру та форми і тим самим автоматизувати процес складання, вартість апаратури буде значно знижена. На підставі таких міркувань прихильники гібридної технології розглядали її як генеральний напрямок розвитку мікроелектроніки.

Але не всі поділяли цю думку. Справа в тому, що вже створені на той період меза-транзистори і, особливо, планарні транзистори, були пристосовані для групової обробки, при якій ряд операцій з виготовлення багатьох транзистори на одній пластині-підкладці здійснювалися одночасно. Т. е. на одній напівпровідниковій пластині виготовлялося відразу безліч транзисторів. Потім пластина розрізалася деякі транзистори, які розміщувалися в індивідуальні корпуси. А потім виробник апаратури поєднував транзистори на одній друкованій платі. Знайшлися люди, яким такий підхід видався безглуздим – навіщо роз'єднувати транзистори, а потім знову об'єднувати їх. Чи не можна їх об'єднати одразу на напівпровідниковій пластині? При цьому позбавитися кількох складних і дорогих операцій! Ці люди і вигадали напівпровідникові ІС.

Ідея гранично проста і цілком очевидна. Але, як часто буває, лише після того, як хтось першим її оголосив та довів. Саме довів просто оголосити часто, як і в даному випадку, буває недостатньо. Ідею ІС було оголошено ще 1952 р., до появи групових методів виготовлення напівпровідникових приладів. На щорічної конференціїза електронними компонентами, що проходила у Вашингтоні, співробітник Британського королівського управління радіолокації в Малверні Джеффрі Даммер представив доповідь про надійність елементів радіолокаційної апаратури. У доповіді він зробив пророче твердження: “ З появою транзистора та робіт у області напівпровідникової техніки взагалі можна собі уявити електронне обладнання у вигляді твердого блоку, що не містить сполучних проводів. Блок може складатися з шарів ізолюючих, провідних, випрямляючих та посилюючих матеріалів, у яких певні ділянки вирізані таким чином, щоб вони могли виконувати електричні функції”. Але цей прогноз залишився фахівцями непоміченим. Згадали про нього лише після появи перших напівпровідникових ІВ, тобто після практичного доказу давно оголошеної ідеї. Хтось повинен був першим знову сформулювати та реалізувати ідею напівпровідникової ІС.

Як і у випадку з транзистором, у загальновизнаних авторів напівпровідникових ІС були більш-менш щасливі попередники. Спробу реалізувати свою ідею в 1956 р. зробив сам Даммер, але зазнав невдачі. У 1953 р. Харвік Джонсон з фірми RCA отримав патент на однокристальний генератор, а в 1958 р. спільно з Торкелом Валлмарк анонсував концепцію "напівпровідникового інтегрального пристрою". У 1956 році співробітник фірми Bell Labs Росс виготовив схему двійкового лічильника основі n-p-n-pструктур у єдиному монокристалі. У 1957 р. Ясуро Тару з японської фірми MITI отримав патент на з'єднання різних транзисторів одному кристалі. Але ці й інші їм подібні розробки мали приватний характер, були доведено до виробництва та стали основою у розвиток інтегральної електроніки. Розвитку ІС у промисловому виробництві сприяли лише три проекти.

Удачливими виявилися вже згаданий Джек Кілбі з Texas Instruments (TI), Роберт Нойс із Fairchild (обидва зі США) та Юрій Валентинович Осокін із КБ Ризького заводу напівпровідникових приладів (СРСР). Американці створили експериментальні зразки інтегральних схем: Дж. Кілбі – макет ІС генератора (1958 р.), та був тригер на меза-транзисторах (1961 р.), Р. Нойс – тригер з планарної технології (1961 р.), а Ю. Осокін – одразу пішла у серійне виробництво логічну ІС “2НЕ-АБО” на Німеччині (1962 р.). Серійне виробництво ІС ці фірми розпочали майже одночасно, у 1962 р.

Перші напівпровідникові ІС у США

ІС Джека Кілбі. Серія ІС “ SN - 51”

У 1958 році Дж. Кілбі (піонер застосування транзисторів у слухових апаратах) перейшов у фірму Texas Instruments. Новачка Кілбі, як схемотехніка, "кинули" на вдосконалення мікромодульної начинки ракет шляхом створення альтернативи мікромодулям. Розглядався варіант складання блоків з деталей стандартної форми, подібний до складання іграшкових моделей з фігурок LEGO. Проте Кілбі захопило інше. Вирішальну роль зіграв ефект "свіжого погляду": по-перше, він відразу констатував, що мікромодулі - глухий кут, а по-друге, налюбувавшись меза-структурами, прийшов до думки, що схему потрібно (і можна) реалізувати з одного матеріалу - напівпровідника. Кілбі знав про ідею Даммера та її невдалої спробі її у 1956 р. Проаналізувавши, він зрозумів причину невдачі і знайшов спосіб її подолання. “ Моя заслуга в тому, що взявши цю ідею, я перетворив її на реальність” , сказав Дж. Кілбі пізніше у своїй нобелівській промові.

Не заробивши ще права на відпустку, він працював безперешкодно в лабораторії, поки всі відпочивали. 24 липня 1958 року Кілбі сформулював у лабораторному журналі концепцію, що отримала назву "Ідея моноліту" (Monolithic Idea). Її суть полягала у тому, що”. ..елементи схеми, такі як резистори, конденсатори, розподілені конденсатори та транзистори, можуть бути інтегровані в одну мікросхему - за умови, що вони будуть виконані з одного матеріалу... У конструкції тригерної схеми всі елементи повинні виготовлятися з кремнію, причому резистори будуть використовувати об'ємний опір кремнію, а конденсатори - ємності p-n-переходів”. "Ідея моноліту" зустріла поблажливо-іронічне ставлення з боку керівництва Texas Instruments, що зажадало доказів можливості виготовлення транзисторів, резисторів та конденсаторів із напівпровідника та працездатності зібраної з таких елементів схеми.

У вересні 1958 р. Кілбі реалізував свою ідею - зробив генератор зі склеєних бджолиним воском на скляній підкладці двох шматочків германію розміром 11,1 х 1,6 мм, що містять дифузійні ділянки двох типів (рис. 1). Ці області і контакти він використовував для створення схеми генератора, з'єднуючи елементи тонкими золотими дротиками діаметром 100 мкм шляхом термокомпресійного зварювання. З однієї області створювався мезатранзистор, з іншого – RC-ланцюжок. Зібрані три генератори були продемонстровані керівництву компанії. При підключенні живлення вони заробили на частоті 13 МГц. Це сталося 12 вересня 1958 року. За тиждень аналогічним чином Кілбі виготовив підсилювач. Але це ще були інтегральні структури, це були об'ємні макети напівпровідникових ІВ, що доводять ідею виготовлення всіх елементів схеми з одного матеріалу – напівпровідника.

Рис. 3. Тригер Type 502 Дж. Кілбі. Фото із сайту http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Першою дійсно інтегральною схемою Кілбі, виконаною в одному шматочку монолітного германію, виявилася експериментальна ІС тригера "Type 502" (рис. 3). У ній були використані об'ємний опір германію, і ємність p-n-переходу. Її презентація відбулася у березні 1959 року. Невелика кількість таких ІС була виготовлена ​​у лабораторних умовах і продавалася у вузькому колі за ціною 450$. ІС містила шість елементів: чотири меза-транзистори і два резистори, розміщені на кремнієвій пластині діаметром 1 см. Але ІС Кілбі мала серйозний недолік - меза-транзистори, які у вигляді мікроскопічних "активних" стовпчиків височіли над іншою, "пасивною" частиною. З'єднання меза-стовпчиків один з одним в ІС Кілбі здійснювалося розварюванням тонких золотих зволікань - ненависна всім "волосата технологія". Стало ясно, що при таких міжз'єднаннях мікросхему з великою кількістю елементів не зробити – дротяне павутиння розірветься або перезамкнеться. Та й германій тоді вже розглядався як матеріал не перспективний. Прорив не відбувся.

На той час у фірмі Fairchild була розроблена планарна кремнієва технологія. Враховуючи все це, Texas Instruments довелося відкласти все зроблене Кілбі убік і приступити, вже без Кілбі, до розробки серії ІС на основі кремнієвої технології планарної. У жовтні 1961 р. фірма анонсувала створення серії ІС типу SN-51, а з 1962 р. розпочала їх серійне виробництво та постачання на користь Міноборони США та НАСА.

ІС Роберта Нойса. Серія ІС “Micrologic”

У 1957 р. з низки причин від У. Шоклі, винахідника площинного транзистора, пішла група у вісім молодих інженерів, які хотіли спробувати реалізувати власні ідеї. "Вісімка зрадників", як їх називав Шоклі, лідерами яких були Р. Нойс і Г. Мур, заснувала фірму Fairchild Semiconductor ("прекрасне дитя"). Очолив фірму Роберт Нойс, тоді йому було 23 роки.

Наприкінці 1958 року фізик Д. Хорні, який працював у компанії Fairchild Semiconductor, розробив планарну технологію виготовлення транзисторів. А фізик чеського походження Курт Леховек, який працював у Sprague Electric, розробив техніку використання назад включеного n-p переходу для електричної ізоляції компонентів. В 1959 Роберт Нойс, почувши про макет ІС Кілбі, вирішив спробувати створити інтегральну схему, комбінуючи процеси, запропоновані Хорні і Леховеком. А замість "волосатої технології" міжз'єднань Нойс запропонував вибіркове напилення тонкого шару металу поверх ізольованих двоокисом кремнію напівпровідникових структур із підключенням до контактів елементів через отвори, залишені в ізолюючому шарі. Це дозволило “завантажити” активні елементи в тіло напівпровідника, ізолювавши їх оксидом кремнію, а потім з'єднати ці елементи напиленими доріжками алюмінію або золота, які створюються за допомогою процесів фотолітографії, металізації та травлення на останній стадії виготовлення виробу. Таким чином, було отримано дійсно "монолітний" варіант об'єднання компонентів у єдину схему, а нова технологія отримала назву "планарної". Але спершу треба було ідею перевірити.

Рис. 4. Експериментальний тригер Р. Нойс. Фото із сайту http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Рис. 5. Фотографія ІС Micrologic у журналі Life. Фото із сайту http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Торішнього серпня 1959 р. Р. Нойс доручив Джою Ласту опрацювати варіант ІС на планарної технології. Спочатку, як і Кілбі, виготовили макет тригера на декількох кристалах кремнію, на яких було зроблено 4 транзистори та 5 резисторів. Потім 26 травня 1960 виготовили перший однокристальний тригер. Для ізоляції елементів у ньому зі зворотного боку кремнієвої пластини протравлювали глибокі канавки, що заповнюються епоксидною смолою. 27 вересня 1960 виготовили третій варіант тригера (рис. 4), в якому елементи ізолювалися назад включеним p - n переходом.

Фірма Fairchild Semiconductor до цього часу займалася лише транзисторами, схемотехніків для створення напівпровідникових ІС вона не мала. Тому як розробник схем був запрошений Роберт Норман із фірми Sperry Gyroscope. Норман був знайомий з резисторно-транзисторною логікою, яку фірма з його подачі та обрала як основу своєї майбутньої серії ІС “Micrologic”, що знайшла своє перше застосування в апаратурі ракети “Мінітмен”. У березні 1961 р. Fairchild анонсувала першу дослідну ІС цієї серії (F-тригер, що містить шість елементів: чотири біполярні транзистори і два резистори, розміщені на пластині діаметром 1 см.) з опублікуванням її фотографії (рис. 5) в журналі Life(Від 10 березня 1961 р.). Ще 5 ІС були анонсовані у жовтні. А з початку 1962 р. Fairchild розгорнула серійне виробництво ІС та постачання їх також на користь Міноборони США та НАСА.

Кілбі і Нойсу довелося вислухати чимало критичних зауважень щодо своїх новацій. Вважалося, що практичний вихід придатних інтегральних схем буде дуже низьким. Зрозуміло, що він має бути нижчим, ніж у транзисторів (оскільки містить кілька транзисторів), у яких він тоді був не вищим за 15%. По-друге, багато хто вважав, що в інтегральних схемах використовуються невідповідні матеріали, оскільки резистори та конденсатори робилися тоді аж ніяк не з напівпровідників. По-третє, багато хто не міг сприйняти думку про неремонтопридатність ІС. Їм здавалося блюзнірським викидати виріб, в якому вийшов з ладу лише один із багатьох елементів. Всі сумніви поступово були відкинуті, коли інтегральні схеми були успішно використані у військових та космічних програмах США.

Один із засновників фірми Fairchild Semiconductor Г. Мур сформулював основний закон розвитку кремнієвої мікроелектроніки, згідно з яким кількість транзисторів у кристалі інтегральної схеми подвоювалася щороку. Цей закон, названий "закон Мура", досить чітко діяв протягом перших 15 років (починаючи з 1959), а потім таке подвоєння відбувалося приблизно за півтора роки.

Далі промисловість ІС у США почала розвиватися швидкими темпами. У почався лавиноподібний процес виникнення підприємств, орієнтованих виключно “під планар”, іноді доходило доти, що реєструвалися по десятку фірм на тиждень. Прагнучи до ветеранів (фірмам У. Шоклі та Р. Нойса), а також завдяки податковим пільгам та сервісу, що надається Стенфордським університетом, “новачки” купкувались головним чином у долині Санта-Клара (Каліфорнія). Тому не дивно, що в 1971 р. у побут з легкої руки журналіста-популяризатора технічних новинок Дона Хофлера в обіг увійшов романтично-техногенний образ "Кремнієвої долини" (Silicon Valley), який назавжди став синонімом Мекки напівпровідникової технологічної революції. До речі, в тій місцевості дійсно є долина, що славилася раніше численними абрикосовими, вишневими і сливовими садами, мала до появи в ній фірми Шоклі іншу, приємнішу назву – Долина серцевого задоволення (the Valley of Heart's Delight), нині, на жаль, майже забуте.

У 1962 рік у США почалося серійне виробництво інтегральних схем, хоча їх обсяг поставок замовникам і становив лише кілька тисяч. Найсильнішим стимулом для розвитку приладобудівної та електронної промисловості новій основіз'явилася ракетно-космічна техніка. США не мали тоді таких самих потужних міжконтинентальних балістичних ракет, як радянські, і для збільшення заряду були змушені піти на максимальне скорочення маси носія, у тому числі систем управління, за рахунок впровадження останніх досягненьелектронної технології. Фірми Texas Instrument та Fairchild Semiconductor уклали великі контракти на розробку та виготовлення інтегральних схем з міністерством оборони США та НАСА.

Перші напівпровідникові ІС у СРСР

До кінця 1950-х років радянська промисловість потребувала напівпровідникових діодів і транзисторів настільки, що були потрібні радикальні заходи. У 1959 році були засновані заводи напівпровідникових приладів в Олександрові, Брянську, Воронежі, Ризі та ін. Єревані, Нальчик та інших містах.

Нас цікавитиме один із нових заводів – вище згаданий Ризький завод напівпровідникових приладів (РЗПП, він кілька разів змінював свої назви, для простоти ми використовуємо найбільш відоме, чинне й нині). В якості стартового майданчика новому заводу виділили будівлю кооперативного технікуму площею 5300 м 2 , одночасно почалося будівництво спеціальної будівлі. До лютого 1960 року на заводі було вже створено 32 служби, 11 лабораторій та дослідне виробництво, що розпочалося у квітні до підготовки виробництва перших приладів. На заводі вже працювало 350 осіб, 260 з яких протягом року прямували на навчання до московського НДІ-35 (пізніше НДІ “Пульсар”) та на ленінградський завод “Світлана”. А до кінця 1960 року чисельність працюючих досягла 1900 чоловік. Спочатку технологічні лінії розміщувалися у перебудованому спортивному залі корпусу кооперативного технікуму, а лабораторії ОКБ – у колишніх навчальних аудиторіях. Перші прилади (сплавно-дифузійні та конверсійні германієві транзистори П-401, П-403, П-601 та П-602 розробки НДІ-35) завод випустив через 9 місяців після підписання наказу про його створення, у березні 1960 року. А до кінця липня виготовив першу тисячу транзисторів П-401. Потім освоїв у виробництві багато інших транзистори та діоди. У червні 1961 року завершилося будівництво спеціального корпусу, де почалося масове виробництво напівпровідникових приладів.

З 1961 року завод розпочав самостійні технологічні та дослідно-конструкторські роботи, у тому числі – з механізації та автоматизації виробництва транзисторів на основі фотолітографії. Для цього було розроблено перший вітчизняний фотоповторник (фотоштамп) – встановлення суміщення та контактного фотодруку (розробник А.С. Готман). Велику допомогу у фінансуванні та виготовленні унікального обладнання надавали підприємства Мінрадіопрому, у тому числі КБ-1 (пізніше НВО “Алмаз”, Москва) та НДІРЕ. Тоді найактивніші розробники малогабаритної радіоапаратури, не маючи своєї технологічної напівпровідникової бази, шукали шляхи творчої взаємодії з новоствореними напівпровідниковими заводами.

На РЗПП проводилися активні роботи з автоматизації виробництва германієвих транзисторів типу П401 і П403 на основі технологічної лінії, що створюється заводом “Аусма”. Її головний архітектор (ГК) А.С. Готман запропонував робити на поверхні германію струмопровідні доріжки від електродів транзистора до периферії кристала, щоб простіше розварювати висновки транзистора в корпусі. Але головне, ці доріжки можна було використовувати як зовнішні висновки транзистора при безкорпусному їх складання на плати (що містять сполучні та пасивні елементи), припаюючи їх безпосередньо до відповідних контактних майданчиків (фактично пропонувалася технологія створення гібридних ІС). Пропонований метод, у якому струмоведучі доріжки кристала хіба що цілуються з контактними майданчиками плати, отримав оригінальне назва – “поцілункова технологія”. Але через низку технологічних проблем, що тоді виявилися нерозв'язними, в основному пов'язаних з проблемами точності отримання контактів на друкованій платі, практично реалізувати “поцілункову технологію” не вдалося. Через кілька років подібна ідея була реалізована в США та СРСР і знайшла широке застосування у так званих "кулькових висновках" та в технології "чіп-на-плату".

Тим не менш, апаратурні підприємства, що співпрацюють з РЗПП, у тому числі НДІРЕ, сподівалися на "поцілункову технологію" і планували її застосування. Весною 1962 року, коли стало відомо, що її реалізація відкладається на невизначений термін, головний інженер НДІРЕ В.І. Смирнов попросив директора РЗВП С.А. Бергмана знайти інший шлях реалізації багатоелементної схеми типу 2НЕ-АБО, універсальної для побудови цифрових пристроїв.

Рис. 7. Еквівалентна схема ІС Р12-2 (1ЛБ021). Малюнок із проспекту ІС від 1965 р.

Перша ІС та ДВС Юрія Осокіна. Тверда схема Р12-2(ІС серій 102 і 116 )

Директор РЗПП доручив це завдання молодому інженеру Юрію Валентиновичу Осокіну. Організували відділ у складі технологічної лабораторії, лабораторії розробки та виготовлення фотошаблонів, вимірювальної лабораторії та дослідно-виробничої лінійки. На той час у РЗПП було поставлено технологію виготовлення германієвих діодів і транзисторів, її взяли за основу нової розробки. І вже восени 1962 року були отримані перші дослідні зразки твердої германієвої схеми 2НЕ-АБО (оскільки терміна ІС тоді не існувало, з поваги до справ тих днів збережемо назву "тверда схема" - ТЗ), що отримала заводське позначення "Р12-2". Зберігся рекламний буклет 1965 р. на Р12-2 (рис. 6), інформацією та ілюстраціями з якого ми скористаємося. ТС Р12-2 містила два германієві p - n - p -транзистора (модифіковані транзистори типу П401 і П403) із загальним навантаженням у вигляді розподіленого германієвого резистора р-типу (рис.7).

Рис. 8. Структура ІС Р12-2. Малюнок із проспекту ІС від 1965 р.

Рис. 9. Габаритне креслення ТС Р12-2. Малюнок із проспекту ІС від 1965 р.

Зовнішні висновки формуються термокомпресійним зварюванням між германієвими областями ТС структури та золотом вивідних провідників. Це забезпечує стійку роботу схем при зовнішніх впливах в умовах тропіків та морського туману, що особливо важливо для роботи у військово-морських квазіелектронних АТС, що випускаються ризьким заводом ВЕФ, що так само зацікавився цією розробкою.

Конструктивно ТС Р12-2 (і наступна за нею Р12-5) були виконані у вигляді "таблетки" (рис.9) з круглої металевої чашечки діаметром 3 мм та висотою 0,8 мм. У неї розміщувався кристал ТЗ і заливався полімерним компаундом, з якого виходили короткі зовнішні кінці висновків з м'якого золотого дроту діаметром 50 мкм, приварені до кристала. Маса Р12-2 не перевищувала 25 мг. У такому виконанні ТЗ були стійкі до впливу відносної вологості 80% при температурі навколишнього середовища 40°С та до циклічних змін температури від -60° до 60°С.

До кінця 1962 року дослідне виробництво РЗПП випустило близько 5 тис. ТС Р12-2, а 1963 року їх було зроблено кілька десятків тисяч. Таким чином, 1962 став роком народження мікроелектронної промисловості в США і СРСР.

Рис. 10. Групи ТЗ Р12-2

Рис. 11. Основні електричні характеристики Р12-2

Напівпровідникова технологія тоді була на стадії становлення і ще не гарантувала суворої повторюваності параметрів. Тому працездатні прилади розсортували за групами параметрів (це часто роблять у наш час). Також вчинили і рижани, встановивши 8 типономіналів ТС Р12-2 (рис. 10). Всі інші електричні та інші характеристики у всіх типономіналів однакові (рис. 11).

Випуск ТС Р12-2 розпочався одночасно з проведенням ДКР "Твердість", що завершилося в 1964 році (ГК Ю.В. Осокін). В рамках цієї роботи було розроблено вдосконалену групову технологію серійного виробництва германієвих ТС на основі фотолітографії та гальванічного осадження сплавів через фотомаску. Її основні технічне рішеннязареєстровані як винахід Осокіна Ю.В. та Михаловича Д.Л. (А.С. №36845). У видавався з грифом "таємно" журналі "Спецрадіоелектроніка" вийшло кілька статей Ю.В. Осокіна у співавторстві зі спеціалістами КБ-1 І.В. Нічого, Г.Г. Смолко та Ю.Є. Наумовим з описом конструкції і характеристик ТЗ Р12-2 (і ТЗ Р12-5, що послідувала за нею).

Конструкція Р12-2 була хороша, крім одного – споживачі не вміли використовувати такі маленькі вироби з найтоншими висновками. Ні технології, ні устаткування цього апаратурних фірм, зазвичай, був. За весь час випуску Р12-2 та Р12-5 їх застосування освоїли НДІРЕ, Жигулівський радіозавод Мінрадіопрому, ВЕФ, НДІП (з 1978 року НВО “Радіоприлад”) та деякі інші підприємства. Розуміючи проблему, розробники ТЗ спільно з НДІРЕ відразу ж продумали другий рівень конструкції, який одночасно збільшив щільність компонування апаратури.

Рис. 12. Модуль із 4 ТС Р12-2

В1963 р. в НДІРЕ в рамках ДКР "Квант" (ГК А.М. Пеліпенко, за участю Є.М. Ляховича) була розроблена конструкція модуля, в якому поєднувалося чотири ТС Р12-2 (рис.12). На мікроплату з тонкого склотекстоліту розміщували від двох до чотирьох ТЗ Р12-2 (в корпусі), що реалізують у сукупності певний функціональний вузол. На плату пресували до 17 висновків (число змінювалося для конкретного модуля) довжиною 4 мм. Мікроплату поміщали в металеву штамповану чашечку розміром 21,6? 6,6 мм та глибиною 3,1 мм і заливали полімерним компаундом. В результаті вийшла гібридна інтегральна схема (ГІС) із подвійною герметизацією елементів. І, як ми вже говорили, це була перша у світі ГІС із дворівневою інтеграцією, а, можливо, взагалі перша ГІС. Було розроблено вісім типів модулів із загальною назвою "Квант", які виконували різні логічні функції. У складі таких модулів ТЗ Р12-2 зберігали працездатність при впливі постійних прискорень до 150 g та вібраційних навантажень у діапазоні частот 5–2000 Гц із прискоренням до 15 g.

Модулі "Квант" спочатку випускало дослідне виробництво НДІРЕ, а потім їх передали на Жигулівський радіозавод Мінрадіопрому СРСР, що їх постачав різним споживачам, у тому числі заводу ВЕФ.

ТС Р12-2 та модулі "Квант" на їх основі добре зарекомендували себе і широко застосовувалися. У 1968 року вийшов стандарт, який встановлює єдину країні систему позначень інтегральних схем, а 1969 року – Загальні технічні умови на напівпровідникові (НП0.073.004ТУ) і гібридні (НП0.073.003ТУ) ІС з єдиною системою вимог. Відповідно до цих вимог у Центральному бюро із застосування інтегральних схем (ЦБПІМС, пізніше ЦКЛ “Дейтон”, Зеленоград) 6 лютого 1969 року на ТЗ було затверджено нові технічні умови ЩТ3.369.001-1ТУ. При цьому в позначенні виробу вперше з'явився термін "інтегральна схема" серії 102. ТС Р12-2 стали називатися ІС: 1ЛБ021В, 1ЛБ021Г, 1ЛБ021Ж, 1ЛБ021І. Фактично це була одна ІС, розсортована на чотири групи з вихідної напруги та здатності навантаження.

Рис. 13. ІС серії 116 та 117

А 19 вересня 1970 року в ЦБПІМС було затверджено технічні умови АВ0.308.014ТУ на модулі “Квант”, що одержали позначення ІС серії 116 (рис.13). До складу серії входило дев'ять ІС: 1ХЛ161, 1ХЛ162 та 1ХЛ163 – багатофункціональні цифрові схеми; 1ЛЕ161 і 1ЛЕ162 – два та чотири логічні елементи 2НЕ-АБО; 1ТР161 і 1ТР1162 - один і два тригери; 1УП161 – підсилювач потужності, а також 1ЛП161 – логічний елемент "заборона" на 4 входи та 4 виходи. Кожна їх цих ІС мала від чотирьох до семи варіантів виконання, що відрізняються напругою вихідних сигналів і здатністю навантаження, всього було 58 типономіналів ІС. Виконання маркувалися літерою після цифрової частини позначення ІС, наприклад, 1ХЛ161Ж. Надалі номенклатура модулів розширювалася. ІС серії 116 фактично були гібридними, але на прохання РЗПП були марковані як напівпровідникові (перша цифра в позначенні - "1", у гібридних має бути "2").

У 1972 році спільним рішенням Мінелектронпрому та Мінрадіопрому виробництво модулів було передано із Жигулівського радіозаводу на РЗПП. Це унеможливило транспортування ІС серії 102 на далекі відстані, тому відмовилися від герметизації кристала кожної ІС. В результаті спростилася конструкція ІВ і 102-ї, і 116-ї серій: відпала необхідність корпусувати ІВ серії 102 в металеву чашку із заливкою компаундом. Безкорпусні ІС серії 102 в технологічній тарі надходили в сусідній цех на складання ІС серії 116, монтувалися безпосередньо на їхню мікроплату і герметизувалися в корпусі модуля.

У 1970-х років вийшов новий стандарт на систему позначень ІС. Після цього, наприклад, ІС 1ЛБ021В одержала позначення 102ЛБ1В.

Друга ІС та ДВС Юрія Осокіна. Тверда схема Р12-5(ІС серій 103 і 117 )

На початку 1963 року внаслідок серйозних робіт із розробки високочастотних n - p - n транзисторів колектив Ю.В. Осокіна накопичив великий досвід роботи з p-шарами на вихідній n-германієвої пластини. Це і наявність всіх необхідних технологічних компонентів дозволило Осокіну в 1963 приступити до розробки нової технології та конструкції більш швидкодіючого варіанту ТС. У 1964 році на замовлення НДІРЕ була завершена розробка ТС Р12-5 та модулів на її основі. За її результатами 1965 року було відкрито ОКР “Паланга” (ГК Ю.В. Осокін, його заступник – Д.Л. Михалович, завершено 1966 року). Розроблялися модулі з урахуванням Р12-5 у межах тієї ж ОКР “Квант”, як і модулі Р12-2. Одночасно з технічними умовами на серії 102 та 116 були затверджені технічні умови ЩТ3.369.002-2ТУ на ІС серії 103 (Р12-5) та АВ0.308.016ТУ на ІС серії 117 (модулі на основі ІС серії 103). Номенклатура типів та типономіналів ТС Р12-2, модулів на них та серій ІС 102 та 116 була ідентична номенклатурі ТС Р12-5 та ІС серій 103 та 117, відповідно. Відрізнялися вони лише швидкодією та технологією виготовлення кристала ІС. Типовий час затримки поширення сигналу серії 117 склало 55 нс проти 200 нс серії 116.

Конструктивно ТС Р12-5 являла собою чотиришарову напівпровідникову структуру (рис.14), де підкладка n-типу та еммітери p+-типу приєднувалися до загальної шини "землі". Основні технічні рішення побудови ТЗ Р12-5 зареєстровані як винахід Осокіна Ю.В., Михаловича Д.Л. Кайдалова Ж.А та Акменса Я.П. (О.С. №248847). При виготовленні чотиришарової структури ТС Р12-5 важливим ноу-хау було формування у вихідній германієвій пластині n-типу p-шару. Це досягалося дифузією цинку в кварцовій відпаяній ампулі, де пластини розташовуються при температурі близько 900 ° С, а цинк - в іншому кінці ампули при температурі близько 500 ° С. Подальше формування структури ТС у створеному p-шарі аналогічно ТС Р12-2. Нова технологіядозволила уникнути складної форми кристала ТС. Пластини з Р12-5 також шліфувалися з тильного боку до товщини близько 150 мкм із збереженням частини вихідної пластини, далі вони скрайбувалися на окремі прямокутні кристали ІС.

Рис. 14. Структура кристала ТС Р12-5 з АС №248847. 1 та 2 – земля, 3 та 4 – входи, 5 – вихід, 6 – харчування

Після перших позитивних результатів виготовлення дослідних ТС Р12-5, на замовлення КБ-1 було відкрито НДР “Мезон-2” , спрямовану створення ТЗ з чотирма Р12-5. В 1965 отримані діючі зразки в плоскому металокерамічному корпусі. Але Р12-5 виявилася складною у виробництві, головним чином – через складність формування легованого цинком p-шару на вихідній n-Ge пластині. Кристал виявився трудомістким у виготовленні, відсоток виходу придатних низький, вартість ТЗ висока. З цих причин ТС Р12-5 випускалася у невеликих обсягах і витіснити повільнішу, але технологічну Р12-2 вона змогла. А НДР “Мезон-2” взагалі не отримав продовження, у тому числі через проблеми міжз'єднань.

До цього часу в НДІ “Пульсар” та в НДІМЕ вже широким фронтом велися роботи з розвитку планарної кремнієвої технології, що має низку переваг перед германієвою, головні з яких – більш високий діапазон робочих температур (+150°С у кремнію та +70°С у германію) та наявності у кремнію природної захисної плівки SiO 2 . А спеціалізація РЗПП була переорієнтована створення аналогових ІС. Тому фахівці РЗВП вважали розвиток германієвої технології для виробництва ІС недоцільним. Однак при виробництві транзисторів та діодів германій ще якийсь час не здавав своїх позицій. У відділі Ю.В. Осокіна вже після 1966 року були розроблені та вироблялися РЗПП германієві планарні малошумливі НВЧ транзистори ГТ329, ГТ341, ГТ 383 та ін. Їх створення було відзначено Державною премією Латвійської СРСР.

Застосування

Рис. 15. Арифметичне пристрій на твердосхемних модулях. Фото з буклету ТЗ від 1965 р.

Рис. 16. Порівняльні габарити пристрою управління АТС, виконаного на реле та ТС. Фото з буклету ТЗ від 1965 р.

Замовниками та першими споживачами ТС Р12-2 та модулів були творці конкретних систем: ЕОМ “Гном” (рис. 15) для бортової літакової системи “Купол” (НДІРЕ, ДК Ляхович Є.М.) та військово-морських та цивільних АТС (завод ВЕФ, ДК Місуловін Л.Я.). Брала активну участь на всіх стадіях створення ТС Р12-2, Р12-5 і модулів на них і КБ-1, головним куратором цієї співпраці від КБ-1 був Н.А. Ірпінь. Допомагали фінансуванням, виготовленням обладнання, дослідженнями ТС та модулів у різних режимах та умовах експлуатації.

ТС Р12-2 та модулі "Квант" на її основі були першими мікросхемами в країні. Та й у світі вони були серед перших - тільки в США починали випускати свої перші напівпровідникові ІС фірми Texas Instruments і Fairchild Semiconductor, а в 1964 р. корпорація IBM почала випуск товстоплівкових гібридних ІС для своїх ЕОМ. В інших країнах про ІС ще й не замислювалися. Тому інтегральні схеми для громадськості були дивовижною, ефективність їх застосування справляла разюче враження і обігравалася в рекламі. У буклеті, що зберігся на ТЗ Р12-2 від 1965 року (на основі вже реальних застосувань) сказано: “ Застосування твердих схем Р12-2 у бортових обчислювальних пристроях дозволяє у 10-20 разів скоротити вагу та габарити цих пристроїв, зменшити споживану потужність та збільшити надійність роботи. … Застосування твердих схем Р12-2 в системах управління та комутації трактів передачі інформації АТС дозволяє скоротити обсяг керуючих пристроїв приблизно в 300 разів, а також значно знизити споживання електроенергії (у 30-50 разів))”. Ці твердження ілюструвалися фотографіями арифметичного пристрою ЕОМ “Гном” (рис. 15) і порівнянням стійки АТС, що випускається тоді заводом ВЕФ, на основі реле з маленьким блочком на долоні дівчини (рис.16). Були й інші численні застосування перших ризьких ІС.

Виробництво

Зараз важко відновити повну картину обсягів виробництва ІС серій 102 та 103 за роками (сьогодні РЗПП із великого заводу перетворився на невелике виробництво та багато архівів загублено). Але за спогадами Ю.В. Осокіна, у другій половині 1960-х років виробництво обчислювалося багатьма сотнями тисяч на рік, у 1970-х – мільйонами. За збереженими його особистими записами 1985 року було випущено ІС серії 102 – 4 100 000 прим., модулів серії 116 – 1 025 000 прим., ІС серії 103 – 700 000 прим., модулів серії 1 1 .

Наприкінці 1989 року Ю.В. Осокін, тоді генеральний директор ВО “Альфа”, звернувся до керівництва Військово-промислової комісії при РМ СРСР (ВПК) з проханням про зняття серій 102, 103, 116 та 117 з виробництва через їхнє моральне старіння та високу трудомісткість (за 25 років мікроелектроніка далеко пішла вперед), але отримав категоричну відмову. Заступник голови ВПК В.Л. Коблов сказав йому, що літаки літають надійно, заміна виключається. Після розпаду СРСР ІС серій 102, 103, 116 та 117 випускалися ще до середини 1990-х років, тобто понад 30 років. ЕОМ "Гном" досі стоять у штурманській кабіні "Іл-76" та деяких інших літаків. "Це суперкомп'ютер", - не губляться наші льотчики, коли закордонні колеги здивовано цікавляться небаченим нині агрегатом.

Про пріоритети

Незважаючи на те, що у Дж. Кілбі та Р. Нойса були попередники, саме вони визнані світовою громадськістю як винахідники інтегральної схеми.

Р. Кілбі та Дж. Нойс через свої фірми подали заявки на видачу патенту на винахід інтегральної схеми. Texas Instruments подала заявку на патент раніше, у лютому 1959 р., а Fairchild зробила це лише у липні того ж року. Але патент під номером 2981877 видали у квітні 1961 р. Р. Нойсу. Дж. Кілбі подав до суду і лише у червні 1964 р. отримав свій патент під номером 3138743. Потім була десятирічна війна про пріоритети, внаслідок якої (рідкісний випадок) “перемогла дружба”. Кінець кінцем, Апеляційний Суд підтвердив претензії Р. Нойса на першість у технології, але ухвалив вважати Дж. Кілбі творцем першої працюючої мікросхеми. А Texas Instruments та Fairchild Semiconductor підписали договір про крос-ліцензування технологій.

У СРСР патентування винаходів авторам нічого, крім клопоту, нікчемної разової виплати та морального задоволення не давало, тому багато винаходів взагалі не оформлялися. І Осокін теж не поспішав. Але для підприємств кількість винаходів була одним із показників, так що їх все ж таки доводилося оформляти. Тому Авторське свідоцтво СРСР за №36845 на винахід ТС Р12-2 Ю. Осокіна та Д. Михалович отримали лише 28 червня 1966 року.

А Дж. Кілбі у 2000 р. за винахід ІС став одним із лауреатів Нобелівської премії. Р. Нойс не дочекався світового визнання, він помер у 1990 р., а за становищем Нобелівська премія не присвоюється посмертно. Що, в даному випадку, не зовсім справедливо, оскільки вся мікроелектроніка пішла шляхом, започаткованим Р. Нойсом. Авторитет Нойса серед фахівців був настільки високий, що він навіть отримав прізвисько "мер Кремнієвої долини", оскільки був тоді найпопулярнішим із учених, які працювали в тій частині Каліфорнії, яка отримала неофіційну назву Silicon Valley (В. Шоклі називали "Мойсеєм Кремнієвої долини"). . А шлях Дж. Кілбі (“волосатий” германій) виявився тупиковим, і був реалізований навіть у його фірмі. Але життя не завжди справедливе.

Нобелівську премію було присвоєно трьом ученим. Половину її отримав 77-річний Джек Кілбі, а другу половину розділили між академіком Російської академії наук Жоресом Алфьоровим та професором Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі, американцем німецького походження Гербертом Кремером, за “розвиток напівпровідникових гетероструктур, що використовуються у високошвидкісному оптоелектроніці.

Оцінюючи ці роботи, експерти зазначили, що "інтегральні схеми є, безумовно, відкриття століття, що справило сильний вплив на суспільство та світову економіку". Для всіх забутого Дж. Кілбі присудження Нобелівської премії виявилося сюрпризом. В інтерв'ю журналу Europhysics Newsвін зізнався: “ Тоді я лише думав у тому, що було важливим у розвиток електроніки з погляду економіки. Але я не розумів тоді, що зниження вартості електронних виробів спричинить лавинне зростання електронних технологій”.

А роботи Ю. Осокіна не оцінено не лише Нобелівським комітетом. Забуті вони і нашій країні, пріоритет країни у створенні мікроелектроніки не захищений. А він безперечно був.

У 1950-ті роки було створено матеріальну основу для формування в одному монолітному кристалі або на одній керамічній підкладці багатоелементних виробів – інтегральних схем. Тому не дивно, що майже одночасно ідея ІС незалежно виникла у головах багатьох фахівців. А оперативність застосування нової ідеї залежала від технологічних можливостей автора та зацікавленості виробника, тобто від наявності першого споживача. Щодо цього Ю. Осокін опинився у кращому становищі, ніж його американські колеги. Кілбі був новачком в TI, йому навіть довелося доводити керівництву фірми важливу можливість реалізації монолітної схеми виготовленням її макету. Власне роль Дж. Кілбі у створенні ІС зводиться до перевиховання керівництва TI та у провокації своїм макетом Р. Нойса до активних дій. У серійне виробництво винахід Кілбі не пішов. Р. Нойс у своїй молодій і ще не зміцнілій компанії пішов на створення нової планарної технології, яка справді стала основою подальшої мікроелектроніки, але піддалася автору не відразу. У зв'язку з вищесказаним ним обом і їхнім фірмам довелося витратити чимало зусиль і часу. практичної реалізаціїсвоїх ідей щодо побудови серійноздатних ІС. Їхні перші зразки залишилися експериментальними, а в серійне виробництво пішли вже інші мікросхеми, навіть не ними розроблені. На відміну від Кілбі та Нойса, які були далекі від виробництва, заводчанин Ю. Осокін спирався на промислово освоєні напівпровідникові технології РЗПП, і у нього були гарантовані споживачі перших ТЗ у вигляді ініціатора розробки НДІРЕ та поруч розташованого заводу ВЕФ, які допомагали в цій роботі. З цих причин вже перший варіант його ТЗ відразу пішов у дослідне, що плавно перейшло в серійне виробництво, яке безперервно тривало понад 30 років. Таким чином, розпочавши розробку ТС пізніше Кілбі та Нойса, Ю. Осокін (не знаючи про це змагання) швидко наздогнав їх. Причому роботи Ю. Осокіна не пов'язані з роботами американців, свідчення тому абсолютна несхожість його ТЗ і реалізованих у ній рішень на мікросхеми Кілбі і Нойса. Виробництво своїх ІС Texas Instruments (не винахід Кілбі), Fairchild та РЗПП розпочали майже одночасно, у 1962 році. Це дає повне право розглядати Ю. Осокіна одним із винахідників інтегральної схеми нарівні з Р. Нойсом і більше, ніж Дж. Кілбі, а частину нобелівської премії Дж. Кілбі було б справедливо поділити з Ю. Осокіним. Що ж до винаходу першої ГІС із дворівневою інтеграцією (а можливо і ГІС взагалі) то тут пріоритет А. Пеліпенка з НДІРЕ абсолютно безперечний.

На жаль, не вдалося знайти зразків ТЗ та приладів на їх основі, необхідних для музеїв. Автор буде дуже вдячний за такі зразки чи їхні фотографії.

Завдання до § 1.3

ВСЕСВІТНЯ ПАВУТИНА

1. Наведено запити до пошукової системи:

Подайте результати виконання цих запитів графічно за допомогою кіл Ейлера. Вкажіть номери запитів у порядку зростання кількості документів, які знайде Пошукова системаза кожним запитом.

369 style="width:276.55pt;border-collapse:collapse">

запит

Знайдено сторінок

чай кава

чай| кава

Яка кількість сторінок буде знайдена на запит «чай»?

_____________________________________________________

Розгадайте числовий кросворд.

Відповіді на запитання шукайте у Всесвітньому павутинні.

По горизонталі. 1. Рік надходження у продаж першої інтегральної схеми, виконаної на пластині кремнію. 3. Рік народження. 4. Рік, що передував року випуску ОС Windows 3.1.
8. Рік народження Блеза Паскаля. 9. Рік народження Ади Лавлейс.

По вертикалі. 1. Рік народження Леонардо да Вінчі. 2. Рік, у якому французький інженер Валтат висунув ідею використання двійкової системичислення під час створення механічних счётных устройств.
3. Рік введення в експлуатацію МЕСМ. 5. Рік, у якому було розроблено мову програмування Бейсік. 6. Рік народження Евкліда (до н. Е..).
7. Рік народження Арістотеля (до н. е.)

Інтегральна мікросхема (ІВ)- це мікроелектронний виріб, що виконує функції перетворення та обробки сигналів, що характеризується щільною упаковкою елементів так, щоб усі зв'язки та з'єднання між елементами представляли єдине ціле.

Складовою частиною ІС є елементи, які виконують роль електрорадіоелементів (транзисторів, резисторів та ін) і не можуть бути виділені як самостійні вироби. У цьому активними називають елементи ІМС, виконують функції посилення чи іншого перетворення сигналів (діоди, транзистори та інших.), а пасивними - елементи, реалізують лінійну передавальну функцію(Резистори, конденсатори, індуктивності).

Класифікація інтегральних мікросхем:

За способом виготовлення:

За рівнем інтеграції.

Ступінь інтеграції ІС є показником складності, що характеризується числом елементів, що містяться в ній, і компонентів. Ступінь інтеграції визначається формулою

де k - коефіцієнт, що визначає ступінь інтеграції, що округляється до найближчого більшого цілого числа, а N - число елементів та компонентів, що входять до ІС.

Для кількісної характеристикиступеня інтеграції часто використовують такі терміни: якщо k? 1, ІС називають простий ІС, якщо 1< k ? 2 - средней ИС (СИС), если 2 < k ? 4 - большой ИС (БИС), если k ?4 - сверхбольшой ИС (СБИС).

Крім ступеня інтеграції використовують ще такий показник, як густина упаковки елементів - кількість елементів (найчастіше транзисторів) на одиницю площі кристала. Цей показник характеризує переважно рівень технології, нині він становить понад 1000 елементів/мм 2 .

Плівкові інтегральні схеми- це інтегральні схеми, елементи яких нанесені поверхню діелектричного підстави як плівки. Їхня особливість - у чистому вигляді не існують. Служать лише виготовлення пасивних елементів - резисторів, конденсаторів, провідників, індуктивностей.

Рис. 1. Структура плівкової гібридної ІС: 1, 2 - нижній та верхній обкладки конденсатора, З - шар діелектрика, 4 - дротяна сполучна шина, 5 - навісний транзистор, 6 - плівковий резистор, 7 - контактний висновок, 8 - діелектрична підкладка

Гібридні ІВ – це тонкоплівкові мікросхеми, що складаються з пасивних елементів (резисторів, конденсаторів, контактних майданчиків) та дискретних активних елементів (діодів, транзисторів). Гібридна ІВ, показана на рис. 1, являє собою діелектричну підкладку з нанесеними на неї плівковими конденсаторами і резисторами і приєднаним навісним транзистором, база якого з'єднана з верхньою шиною обкладинкою конденсатора у вигляді дуже тонкої дроти.

У напівпровідникових ІСвсі елементи та міжелементні з'єднання виконані в обсязі та на поверхні кристала напівпровідника. Напівпровідникові ІС є плоским кристалом напівпровідника (підкладка), в поверхневому шарі якого різними технологічними прийомами сформовані еквівалентні елементам електричної схеми локальні області (діоди, транзистори, конденсатори, резистори та ін.), об'єднані по поверхні плівковими металевими сполуками (

Як підкладки напівпровідникових ІС служать круглі пластини кремнію, германію або арсеніду галію, що мають діаметр 60 - 150 мм і товщину 0,2 - 0,4 мм.

Напівпровідникова підкладка є груповою заготовкою (рис. 2), на якій одночасно виготовляють велику кількість ІС.

Рис. 2. Групова кремнієва пластина: 1 – базовий зріз, 2 – окремі кристали (чіпи)

Після завершення основних технологічних операцій її розрізають частини - кристали 2, звані також чіпами. Розміри сторін кристалів можуть бути від 3 до 10 мм. Базовий зріз 1 пластини служить її орієнтації при різних технологічних процесах.

Структури елементів напівпровідникової ІС - транзистора, діода, резистора та конденсатора, що виготовляються відповідним легуванням локальних ділянок напівпровідника методами планарної технології, показано на рис. 3, а-р. Планарна технологія характеризується тим, що всі висновки елементів ІС розташовуються в одній площині на поверхні та одночасно з'єднуються в електричну схему тонкоплівковими міжз'єднаннями. При планарній технології проводиться групова обробка, тобто протягом одного технологічного процесу на підкладках отримують велику кількість ІВ, що забезпечує високу технологічність та економічність, а також дозволяє автоматизувати виробництво.

Рис. 3. Структури елементів напівпровідникової ІС: а - транзистора, б - діода, - резистора, г - конденсатора, 1 - тонкоплівковий контакт, 2 - шар діелектрика, З - емітер; 4 - база; 5 - колектор; 6 - катод; 7 - анод; 8 - ізолюючий шар; 9 - резистивний шар, 10 - ізолюючий шар, 11 - пластина, 12, 14 - верхній та нижній електроди конденсатора, 13 - шар діелектрика

У поєднаних ІС(рис. 4), що є варіантом напівпровідникових, на кремнієвій підкладці створюють напівпровідникові та тонкоплівкові елементи. Перевага цих схем полягає в тому, що в твердому тілі технологічно важко виготовляти резистори заданого опору, так як воно залежить не тільки від товщини легованого шару напівпровідника, але і від розподілу питомого опору по товщині. Доведення опору до номінального значення після виготовлення резистора також становить значні труднощі. Напівпровідникові резистори мають помітну температурну залежність, що ускладнює розробку ІС.

Рис. 4. Структура сполученої ІС: 1 - плівка діоксиду кремнію, 2 - діод, З - плівкові внутрішньосхемні з'єднання, 4 - тонкоплівковий резистор, 5, 6, 7 - верхній і нижній електроди тонкоплівкового конденсатора та діелектрик, 8 - тонкоплівкові контакти, 9 - тран - Кремнієва пластина.

Крім того, у твердому тілі також важко створювати конденсатори. Для розширення номінальних значень опорів резисторів та ємностей конденсаторів напівпровідникових ІС, а також покращення їх робочих характеристик розроблена заснована на технології тонких плівок комбінована технологія, яка називається технологією суміщених схем. У цьому випадку активні елементи ІС (можна і деякі некритичні по номінальному опору резистори) виготовляють в тілі кремнієвого кристала дифузійним методом, а потім вакуумним нанесенням плівок (як плівкових ІС) формують пасивні елементи - резистори, конденсатори і міжз'єднання.

Елементна база електроніки розвивається безперервно зростаючими темпами. Кожне поколінь, з'явившись у певний час, продовжує вдосконалюватися у найбільш виправданих напрямах. Розвиток виробів електроніки від покоління до покоління йде у напрямку їх функціонального ускладнення, підвищення надійності та терміну служби, зменшення габаритних розмірів, маси, вартості та споживаної енергії, спрощення технології та покращення параметрів електронної апаратури.

Становлення мікроелектроніки як самостійної науки стало можливим завдяки використанню багатого досвіду та бази промисловості, що випускає дискретні напівпровідникові прилади. Проте з розвитком напівпровідникової електроніки з'ясувалися серйозні обмеження застосування електронних явищ і систем з їхньої основі. Тому мікроелектроніка продовжує просуватися швидкими темпами як у напрямку вдосконалення напівпровідникової інтегральної технології, так і в напрямку використання нових фізичних явищ. радіоелектронний інтегральний мікросхема

Вироби мікроелектроніки: інтегральні мікросхеми різного ступеня інтеграції, мікроскладання, мікропроцесори, міні- та мікро-ЕОМ - дозволили здійснити проектування та промислове виробництво функціонально складної радіо- та обчислювальної апаратури, що відрізняється від апаратури попередніх поколінь кращими параметрами, більш високими споживаної енергією та вартістю. Апаратура на основі виробів мікроелектроніки знаходить широке застосування у всіх сферах діяльності.

Створенню систем автоматичного проектування, промислових роботів, автоматизованих та автоматичних виробничих ліній, засобів зв'язку та багато іншого сприяє мікроелектроніка.

Перший етап

До першого етапу належить винахід у 1809 році російським інженером Ладигіним лампи розжарювання.

Відкриття 1874 року німецьким вченим Брауном випрямляючого ефекту в контакті метал-напівпровідник. Використання цього ефекту російським винахідником Поповим для визначення радіосигналу дозволило створити йому перший радіоприймач. Датою винаходу радіо прийнято вважати 7 травня 1895 коли Попов виступив з доповіддю і демонстрацією на засіданні фізичного відділення російського фізико-хімічного товариства в Петербурзі. У різних країнах велися розробки та дослідження різних типів простих та надійних виявників високочастотних коливань – детекторів.

Другий етап

Другий етап розвитку електроніки розпочався з 1904 р., коли англійський вчений Флемінг сконструював електровакуумний діод. За ним був винахід першої підсилювальної лампи - тріода в 1907 році.

1913 – 1919 роки – період різкого розвитку електронної техніки. У 1913 р. німецький інженер Мейснер розробив схему лампового регенеративного приймача і за допомогою тріода отримав незатухаючі гармонійні коливання.

У Росії перші радіолампи були виготовлені в 1914 в Санкт-Петербурзі консультантом російського товариства бездротового телеграфування Миколою Дмитровичем Папалексі, майбутнім академіком АН СРСР.

Третій етап

Третій період розвитку електроніки - це період створення та впровадження дискретних напівпровідникових приладів, що розпочався з винаходу точкового транзистора. В 1946 при лабораторії "Белл Телефон" була створена група на чолі з Вільямом Шоклі, що проводила дослідження властивостей напівпровідників на Кремнії та Німеччині. Група проводила як теоретичні, так і експериментальні дослідження фізичних процесів на межі розділу двох напівпровідників з різними типамиелектричної провідності. У результаті було винайдено: трехэлектродные напівпровідникові прилади - транзистори. Залежно кількості носіїв заряду транзистори були поділені на:

• - уніполярні (польові), де використовувалися однополярні носії.
• - біполярні, де використовувалися різнополярні носії (електрони та дірки).

Винахід транзисторів стало знаменною віхою в історії розвитку електроніки і тому його автори Джон Бардін, Уолтер Браттейн та Вільям Шоклі були удостоєні нобелівської премії з фізики за 1956 рік.

Поява мікроелектроніки

З появою біполярних польових транзисторів почали втілюватися ідеї розробки малогабаритних ЕОМ. На їх основі стали створювати бортові електронні системи для авіаційної та космічної техніки. Так як ці пристрої містили тисячі окремих електрорадіоелементів і постійно вимагалося все більше і більше їх збільшення, виникли і технічні проблеми. Зі збільшенням числа елементів електронних системпрактично не вдавалося забезпечити їхню працездатність відразу ж після складання, і забезпечити, надалі, надійність функціонування систем. Проблема якості монтажно-складальних робіт стала основною проблемою виробників у забезпеченні працездатності та надійності радіоелектронних пристроїв. Вирішення проблеми міжз'єднань і стало причиною появи мікроелектроніки. Прообразом майбутніх мікросхем послужила друкована плата, де всі поодинокі провідники об'єднані в єдине ціле і виготовляються одночасно груповим методом шляхом стравлювання мідної фольги з площиною фольгованого діелектрика. Єдиним видом інтеграції у разі є провідники. Застосування друкованих плат хоч і вирішує проблеми мініатюризації, проте вирішує проблему підвищення надійності межсоединений. Технологія виготовлення друкованих плат не дозволяє виготовити одночасно інші пасивні елементи крім провідників. Саме тому друковані плати не перетворилися на інтегральні мікросхеми сучасному розумінні. Першими були розроблені наприкінці 40-х років товстоплівкові гібридні схеми, в основу їх виготовлення була покладена вже відпрацьована технологія виготовлення керамічних конденсаторів, що використовує метод нанесення на керамічну підкладку через трафарети паст, що містять порошок срібла та скла.

Тонкоплівкова технологія виробництва інтегральних мікросхем включає нанесення у вакуумі на гладку поверхню діелектричних підкладок тонких плівок різних матеріалів (провідних, діелектричних, резистивних).

Четвертий етап

В 1960 Роберт Нойс з фірми Fairchild запропонував і запатентував ідею монолітної інтегральної схеми і, застосувавши планарну технологію виготовив перші кремнієві монолітні інтегральні схеми.

Сімейство монолітних транзисторно-транзисторних логічних елементів з чотирма і біполярнішими транзисторами на одному кристалі кремнію було випущено фірмою Fairchild вже в лютому 1960 року і отримало назву "мікрологіка". Планарна технологія Хорні і монолітна технологія Нойса заклали в 1960 фундамент розвитку інтегральних мікросхем, спочатку на біполярних транзисторах, а потім 1965-85 гг. на польових транзисторах та комбінаціях тих та інших.

Два директивні рішення прийняті в 1961-1962 рр. вплинули на розвиток виробництва кремнієвих транзисторів та ІС. Рішення фірми IBM (Нью-Йорк) з розробки для перспективної ЕОМ не феромагнітних пристроїв, а електронних ЗУ (запам'ятовувачів) на базі n-канальних польових транзисторів (метал-окис-напівпровідник - МОП). Результатом успішного виконання цього плану був випуск у 1973р. універсальної ЕОМ з МОП ЗУ - IBM-370/158. Директивні рішення фірми Fairchild, що передбачають розширення робіт у напівпровідниковій науково-дослідній лабораторії з дослідження кремнієвих приладів та матеріалів для них.

Тим часом у липні 1968 р. Гордон Мур і Роберт Нойс йдуть з відділення напівпровідників фірми Fairchild і 28 червня 1968 організують крихітну. фірму Intelз дванадцяти осіб, які орендують кімнатку у Каліфорнійському місті Маунтін Вью. Завдання, яке поставили перед собою Мур, Нойс і фахівець з хімічної технології, що приєднався до них - Ендрю Гроув, використати величезний потенціал інтеграції великої кількості електронних компонентіводному напівпровідниковому кристалі до створення нових видів електронних приладів.

У 1997 році Ендрю Гроув став "людиною року", а очолювана ним компанія Intel, що стала однією з провідних у силіконовій долині в Каліфорнії, стала виробляти мікропроцесори для 90% всіх персональних комп'ютерів планети. Поява інтегральних мікросхем зіграла вирішальну роль у розвиток електроніки започаткувавши новий етап мікроелектроніки. Мікроелектроніку четвертого періоду називають схематичною, тому що у складі основних базових елементівможна виділити елементи еквівалентні дискретним електро-радіоелементам і кожній інтегральній мікросхемі відповідає певна принципова електрична схема, як і для електронних вузлів апаратури попередніх поколінь

Інтегральні мікросхеми стали називатися мікроелектронні пристрої, що розглядаються як єдиний виріб, що має високу щільність розташування елементів, еквівалентних елементам звичайної схеми. Ускладнення, що виконуються мікросхемами функцій, досягається підвищенням ступеня інтеграції.

Справжнє електроніки

В даний час мікроелектроніка переходить на якісно новий рівень – наноелектроніку.

Наноелектроніка насамперед базується на результатах фундаментальних досліджень атомних процесів у напівпровідникових структурах зниженої розмірності. Квантові точки, або нульмерні системи, є граничним випадком систем зі зниженою розмірністю, які складаються з масиву атомних кластерів або острівців нанометрових розмірів у напівпровідниковій матриці, що виявляють самоорганізацію в епітаксійних гетероструктурах.

Одним із можливих робіт пов'язаних з наноелеткронікою є роботи зі створення матеріалів та елементів ІЧ-техніки. Вони затребувані підприємствами галузі та є основою для створення у найближчому майбутньому систем "штучного" (технічного) зору з розширеним, порівняно з біологічним зором, спектральним діапазоном в ультрафіолетовій та інфрачервоній областях спектру. Системи технічного зору та фотонні компоненти на наноструктурах, здатні отримувати та обробляти величезні масиви інформації, стануть основою принципово нових телекомунікаційних пристроїв, систем екологічного та космічного моніторингу, теплобачення, нанодіагностики, робототехніки, високоточної зброї, засобів боротьби з тероризмом тощо. Застосування напівпровідникових наноструктур значно зменшить габарити пристроїв спостереження та реєстрації, зменшить енергоспоживання, покращить вартісні характеристики та дозволить використати переваги масового виробництва у мікро- та наноелектроніці найближчого майбутнього.