بيت › بواسطة › تاريخ إنشاء مجلس متكامل. سلسلة من الدوائر الدقيقة. التحكم الوظيفي للدوائر المرحلية ودوائر الاختبار

تاريخ إنشاء مجلس متكامل. سلسلة من الدوائر الدقيقة. التحكم الوظيفي للدوائر المرحلية ودوائر الاختبار

مقدمة

منذ ظهور أجهزة الكمبيوتر الأولى، حلم مطورو البرامج بأجهزة مصممة لحل مشكلتهم تمامًا. لذلك ظهرت منذ فترة طويلة فكرة إنشاء دوائر متكاملة خاصة يمكن تصميمها لأداء مهمة محددة بفعالية. هناك طريقان للتطوير هنا:

استخدام ما يسمى بالدوائر المتكاملة المخصصة المتخصصة (ASIC - Application Special Integrated Circuit). كما يوحي الاسم، يتم تصنيع هذه الرقائق من قبل الشركات المصنعة المعداتمصممة خصيصًا لأداء مهمة محددة أو مجموعة من المهام بشكل فعال. ليس لديهم تعدد استخدامات الدوائر الدقيقة التقليدية، لكنهم يحلون المهام الموكلة إليهم بشكل أسرع عدة مرات، وأحيانًا بأوامر من حيث الحجم.
إنشاء دوائر دقيقة ذات بنية قابلة لإعادة التشكيل. والفكرة هي أن مثل هذه الرقائق تصل إلى المطور أو مستخدم البرنامج في حالة غير مبرمجة، ويمكنه أن ينفذ عليها البنية التي تناسبه. دعونا نلقي نظرة فاحصة على عملية تشكيلهم.

وبمرور الوقت، ظهر عدد كبير من الرقائق المختلفة ذات البنية القابلة لإعادة التشكيل (الشكل 1).

الشكل 1: مجموعة متنوعة من الرقائق ذات بنية قابلة لإعادة التشكيل

لفترة طويلة، كانت أجهزة PLD (جهاز المنطق القابل للبرمجة) هي الوحيدة الموجودة في السوق. تتضمن هذه الفئة الأجهزة التي تنفذ الوظائف اللازمة لحل المشكلات المعينة في شكل فاصل مثالي الشكل الطبيعي(DNF مثالي). أول ما ظهر في عام 1970 كانت شرائح EEPROM، والتي تنتمي تحديدًا إلى فئة أجهزة PLD. تحتوي كل دائرة على مجموعة ثابتة من وظائف AND المنطقية المتصلة بمجموعة قابلة للبرمجة من وظائف المنطق OR. على سبيل المثال، لنفترض أن PROM يحتوي على 3 مدخلات (a وb وc) و3 مخرجات (w وx وy) (الشكل 2).

أرز. 2. شريحة حفلة موسيقية

باستخدام مصفوفة AND محددة مسبقًا، يتم تنفيذ جميع عمليات الاقتران الممكنة عبر متغيرات الإدخال، والتي يمكن بعد ذلك دمجها بشكل تعسفي باستخدام عناصر OR. وبالتالي، عند الإخراج، يمكنك تنفيذ أي وظيفة من ثلاثة متغيرات في شكل DNF مثالي. على سبيل المثال، إذا قمت ببرمجة عناصر OR تلك المحاطة بدائرة باللون الأحمر في الشكل 2، فإن المخرجات ستنتج الوظائف w=a x=(a&b) ؛ ص=(أ&ب)^ج.

في البداية، كان المقصود من رقائق PROM تخزين تعليمات البرنامج والقيم الثابتة، أي. لأداء وظائف ذاكرة الكمبيوتر. ومع ذلك، يستخدمها المطورون أيضًا لتنفيذ وظائف منطقية بسيطة. في الواقع، يمكن استخدام PROM الخاص بالشريحة لتنفيذ أي كتلة منطقية، بشرط أن تحتوي على عدد صغير من المدخلات. ينبع هذا الشرط من حقيقة أنه في دوائر EEPROM الدقيقة يتم تعريف مصفوفة عناصر AND بشكل صارم - يتم تنفيذ جميع عمليات الاقتران الممكنة من المدخلات فيها، أي أن عدد عناصر AND يساوي 2 * 2 n، حيث n هو عدد المدخلات. من الواضح أنه مع زيادة الرقم n، ينمو حجم المصفوفة بسرعة كبيرة.

بعد ذلك، في عام 1975، ظهر ما يسمى بالمصفوفات المنطقية القابلة للبرمجة (PLMs). إنها استمرار لفكرة PROMs للدوائر الدقيقة - تتكون PLMs أيضًا من صفائف AND و OR، ومع ذلك، على عكس PROMs، فإن كلا المصفوفتين قابلتان للبرمجة. وهذا يوفر مرونة أكبر لمثل هذه الرقائق، لكنها لم تكن شائعة على الإطلاق لأن الإشارات تستغرق وقتًا أطول بكثير للانتقال عبر الاتصالات القابلة للبرمجة مقارنةً بنظيراتها المحددة مسبقًا.

من أجل حل مشكلة السرعة المتأصلة في PLMs، ظهرت فئة أخرى من الأجهزة تسمى منطق المصفوفة القابلة للبرمجة (PAL) في أواخر السبعينيات. كان التطوير الإضافي لفكرة شرائح PAL هو ظهور أجهزة GAL (منطق المصفوفة العامة) - أنواع أكثر تعقيدًا من PAL باستخدام ترانزستورات CMOS. الفكرة المستخدمة هنا هي عكس فكرة شرائح PROM تمامًا - حيث يتم توصيل مجموعة قابلة للبرمجة من عناصر AND بمصفوفة محددة مسبقًا من عناصر OR (الشكل 3).

أرز. 3. جهاز PAL غير مبرمج

وهذا يفرض قيودًا على الوظائف، ومع ذلك، تتطلب هذه الأجهزة مصفوفات ذات حجم أصغر بكثير من شرائح EPROM.

كان الاستمرار المنطقي لـ PLDs البسيطة هو ظهور ما يسمى بـ PLDs المعقدة، التي تتكون من عدة كتل من PLDs البسيطة (عادةً ما يتم استخدام أجهزة PAL كـ PLDs بسيطة)، متحدة بمصفوفة تبديل قابلة للبرمجة. بالإضافة إلى كتل PLD نفسها، كان من الممكن أيضًا برمجة الاتصالات بينها باستخدام مصفوفة التبديل هذه. ظهرت أول أجهزة PLD المعقدة في أواخر السبعينيات وأوائل الثمانينيات من القرن العشرين، ولكن التطور الرئيسي لهذا المجال حدث في عام 1984، عندما قدمت Altera جهاز PLD معقدًا يعتمد على مزيج من تقنيات CMOS وEPROM.

ظهور FPGA

في أوائل الثمانينات، في بيئة ASIC الرقمية، انفتحت فجوة بين الأنواع الرئيسية من الأجهزة. فمن ناحية، كانت هناك أجهزة PLD، والتي يمكن برمجتها لكل مهمة محددة وهي سهلة التصنيع إلى حد ما، ولكن لا يمكن استخدامها لتنفيذ وظائف معقدة. من ناحية أخرى، هناك شرائح ASIC يمكنها تنفيذ وظائف معقدة للغاية، ولكنها تتمتع ببنية ثابتة بشكل صارم ويستغرق تصنيعها وقتًا طويلاً ومكلفًا. كانت هناك حاجة إلى رابط وسيط، وأصبحت أجهزة FPGA (مصفوفات البوابة القابلة للبرمجة الميدانية) مثل هذا الرابط.

إن FPGAs، مثل PLDs، هي أجهزة قابلة للبرمجة. يتمثل الاختلاف الأساسي الرئيسي بين FPGA وPLD في أن الوظائف في FPGA لا يتم تنفيذها باستخدام DNF، ولكن باستخدام جداول البحث القابلة للبرمجة (LUTs). في هذه الجداول يتم تحديد قيم الدالة باستخدام جدول الحقيقة، والذي يتم من خلاله تحديد النتيجة المطلوبة باستخدام معدد الإرسال (الشكل 4):

أرز. 4. جدول المراسلات

يتكون كل جهاز FPGA من كتل منطقية قابلة للبرمجة (الكتل المنطقية القابلة للتكوين - CLBs)، والتي تكون مترابطة عن طريق اتصالات قابلة للبرمجة أيضًا. كل كتلة من هذه الكتل مخصصة لبرمجة وظيفة معينة أو جزء منها، ولكن يمكن استخدامها لأغراض أخرى، على سبيل المثال، كذاكرة.

في أجهزة FPGA الأولى، التي تم تطويرها في منتصف الثمانينات، كانت الكتلة المنطقية بسيطة جدًا وتحتوي على LUT واحد ثلاثي المدخلات وقلاب واحد وعدد صغير من العناصر المساعدة. تعد أجهزة FPGA الحديثة أكثر تعقيدًا: تتكون كل كتلة CLB من 1-4 "شرائح"، تحتوي كل منها على عدة جداول LUT (عادةً 6 مدخلات)، والعديد من المشغلات وعدد كبير من عناصر الخدمة. فيما يلي مثال على "الشريحة" الحديثة:

أرز. 5. جهاز "القطع" الحديث

خاتمة

نظرًا لأن أجهزة PLD لا يمكنها تنفيذ وظائف معقدة، فقد استمر استخدامها لتنفيذ وظائف بسيطة أجهزة محمولةوالاتصالات، بينما تتراوح أجهزة FPGA من 1000 بوابة بأحجام (أول FPGA تم تطويره عام 1985) هذه اللحظةتجاوز علامة 10 ملايين بوابة (عائلة Virtex-6). إنهم يطورون بنشاط ويستبدلون بالفعل شرائح ASIC، مما يسمح بتنفيذ مجموعة متنوعة من الوظائف المعقدة للغاية دون فقدان القدرة على إعادة البرمجة.

الآن، أكثر أو أقل تقدما هاتف خليويلا يمكن الاستغناء عن المعالجات الدقيقة، ناهيك عن الأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المكتبية حواسيب شخصية. ما هو المعالج الدقيق وكيف تطور تاريخ إنشائه؟ لتوضيح الأمر بلغة واضحة، المعالج الدقيق عبارة عن دائرة متكاملة أكثر تعقيدًا ومتعددة الوظائف.

يبدأ تاريخ الدائرة الدقيقة (الدائرة المتكاملة). منذ عام 1958، عندما قام جاك كيلبي، أحد موظفي شركة تكساس إنسترومنتس الأمريكية، باختراع جهاز معين من أشباه الموصلات يحتوي على عدة ترانزستورات في حالة واحدة، متصلة بواسطة الموصلات. أول دائرة دقيقة - سلف المعالجات الدقيقة - تحتوي على 6 ترانزستورات فقط وكانت عبارة عن لوحة رقيقة من الجرمانيوم مع مسارات مصنوعة من الذهب مطبقة عليها، كل هذا كان موجودًا على ركيزة زجاجية. للمقارنة، هناك اليوم وحدات وحتى عشرات الملايين من عناصر أشباه الموصلات.

بحلول عام 1970شارك عدد كبير جدًا من الشركات المصنعة في تطوير وإنشاء دوائر متكاملة ذات سعات مختلفة ومجالات وظيفية مختلفة. ولكن يمكن اعتبار هذا العام تاريخ ميلاد أول معالج دقيق. في هذا العام، قامت شركة Intel بإنشاء شريحة ذاكرة بسعة 1 كيلوبت فقط - وهي نسبة ضئيلة بالنسبة للمعالجات الحديثة، ولكنها كبيرة بشكل لا يصدق في ذلك الوقت. في ذلك الوقت، كان هذا إنجازًا كبيرًا - حيث كانت شريحة الذاكرة قادرة على تخزين ما يصل إلى 128 بايت من المعلومات - وهو أعلى بكثير من نظائرها المماثلة. بالإضافة إلى ذلك، في نفس الوقت تقريبًا، طلبت الشركة المصنعة اليابانية للآلات الحاسبة Busicom نفس دوائر Intel 12 الدقيقة في مختلف المجالات الوظيفية. تمكن متخصصو إنتل من تنفيذ جميع المجالات الوظيفية الـ 12 في شريحة واحدة. علاوة على ذلك، تبين أن الدائرة المصغرة التي تم إنشاؤها متعددة الوظائف، لأنها مكنت من تغيير وظائفها برمجيا دون تغيير الهيكل المادي. تؤدي الدائرة الدقيقة وظائف معينة اعتمادًا على الأوامر المرسلة إلى دبابيس التحكم الخاصة بها.

في غضون عام في عام 1971أصدرت إنتل أول معالج دقيق 4 بت، يحمل الاسم الرمزي 4004. وبالمقارنة مع الدائرة الدقيقة الأولى التي تحتوي على 6 ترانزستورات، فقد احتوت على ما يصل إلى 2.3 ألف عنصر من أشباه الموصلات وأجرت 60 ألف عملية في الثانية. في ذلك الوقت، كان هذا طفرة هائلة في مجال الإلكترونيات الدقيقة. 4 بت يعني أن 4004 يمكنه معالجة بيانات 4 بت مرة واحدة. في عامين آخرين في عام 1973تنتج الشركة معالج 8 بت 8008، والذي يعمل بالفعل مع بيانات 8 بت. بداية منذ عام 1976، بدأت الشركة في تطوير نسخة 16 بت من المعالج الدقيق 8086. كان هو الذي بدأ استخدامه في أول أجهزة كمبيوتر شخصية من شركة IBM، وفي الواقع، وضع أحد اللبنات الأساسية في

يتم إنتاج الدوائر الدقيقة التناظرية والرقمية على التوالي. السلسلة عبارة عن مجموعة من الدوائر الدقيقة التي لها تصميم واحد وتصميم تكنولوجي وهي مخصصة للاستخدام المشترك. تتمتع الدوائر الدقيقة من نفس السلسلة، كقاعدة عامة، بنفس الفولتية لمصدر الطاقة وتتوافق من حيث مقاومة الإدخال والإخراج ومستويات الإشارة.

المساكن

تتوفر الدوائر الدقيقة في خيارين للتصميم - معبأة وغير مغلفة.

يعد مبيت الدائرة الدقيقة نظامًا داعمًا وجزءًا من الهيكل المصمم للحماية من التأثيرات الخارجية وللاتصال الكهربائي بالدوائر الخارجية من خلال المسامير. تم توحيد الحالات لتبسيط تكنولوجيا تصنيع المنتجات النهائية.

الشريحة المعبأة عبارة عن بلورة شبه موصلة مخصصة للتركيب في شريحة هجينة أو تجميع دقيق (من الممكن التركيب المباشر على لوحة دوائر مطبوعة).

أسماء محددة

كانت شركة Intel أول من أنتج شريحة تؤدي وظائف المعالج الدقيق (المعالج الدقيق باللغة الإنجليزية) - Intel 4004. واستنادًا إلى المعالجات الدقيقة المحسنة 8088 و8086، أصدرت شركة IBM أجهزة الكمبيوتر الشخصية الشهيرة الخاصة بها)

يشكل المعالج الدقيق جوهر الكمبيوتر، ويتم تنفيذ وظائف إضافية، مثل الاتصال مع الأجهزة الطرفية، باستخدام شرائح مصممة خصيصًا (مجموعة الشرائح). بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الأولى، كان عدد الدوائر الدقيقة في المجموعات بالعشرات والمئات الأنظمة الحديثةهذه مجموعة من واحدة أو اثنتين أو ثلاث دوائر دقيقة. في الآونة الأخيرة، كان هناك ميل إلى نقل وظائف الشرائح تدريجيًا (وحدة التحكم في الذاكرة، وحدة التحكم في ناقل PSI Express) إلى المعالج.

تسمى المعالجات الدقيقة المزودة بذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وذاكرة القراءة فقط (ROM) والذاكرة ووحدات تحكم الإدخال / الإخراج والوظائف الإضافية الأخرى بوحدات التحكم الدقيقة.

الحماية القانونية

يوفر التشريع الروسي الحماية القانونية لطوبولوجيات الدوائر المتكاملة. البنية دارة متكاملةهو الترتيب المكاني والهندسي لمجموعة عناصر الدائرة المتكاملة والوصلات بينها مسجلة على وسط مادي (المادة 1448 من القانون المدني للاتحاد الروسي).

الحق الحصري في الطوبولوجيا صالح لمدة عشر سنوات. خلال هذه الفترة، يجوز لصاحب حقوق الطبع والنشر، وفقًا لتقديره الخاص، تسجيل الهيكل لدى الخدمة الفيدرالية للملكية الفكرية وبراءات الاختراع والعلامات التجارية.

تاريخ الخلق

في 7 مايو 1952، اقترح مهندس الراديو البريطاني جيفري دومر لأول مرة فكرة دمج مكونات إلكترونية قياسية متعددة في شريحة شبه موصلة متجانسة، وبعد عام قدم هارويك جونسون أول طلب براءة اختراع على الإطلاق لنموذج أولي لدائرة متكاملة (IC). . لم يكن من الممكن تنفيذ هذه المقترحات في تلك السنوات بسبب عدم كفاية تطوير التكنولوجيا.

في نهاية عام 1958 وفي النصف الأول من عام 1959، حدثت طفرة في صناعة أشباه الموصلات. قام ثلاثة رجال، يمثلون ثلاث شركات أمريكية خاصة، بحل ثلاث مشاكل أساسية كانت تمنع إنشاء دوائر متكاملة. حصل جاك كيلبي من شركة Texas Instruments على براءة اختراع لمبدأ التكامل، وقام بإنشاء أول نماذج أولية غير كاملة للدائرة المتكاملة ونقلها إلى الإنتاج الضخم. اخترع كيرت ليغويك من شركة سبراغ إلكتريك طريقة لعزل المكونات كهربائيًا المتكونة على شريحة واحدة من أشباه الموصلات (عزل الوصلة p-n). اخترع روبرت نويس من شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات طريقة لربط مكونات الدائرة المتكاملة كهربائيًا (معدنة الألومنيوم) واقترح نسخة محسنة من عزل المكونات استنادًا إلى أحدث التقنيات المستوية لجان إيرني. في 27 سبتمبر 1960، أنشأت مجموعة جاي لاست أول جهاز عملي أشباه الموصلات IP يعتمد على أفكار نويس وإيرني. أطلقت شركة تكساس إنسترومنتس، التي تمتلك براءة اختراع كيلبي، حرب براءات الاختراع ضد منافسيها، والتي انتهت في عام 1966 باتفاقية تسوية بشأن تقنيات الترخيص المتبادل.

تم إنشاء المرحلية المنطقية المبكرة للسلسلة المذكورة حرفيًا من معيارالمكونات التي تم تحديد أحجامها وتكويناتها من خلال العملية التكنولوجية. مصممو الدوائر الذين صمموا الدوائر المتكاملة المنطقية لعائلة معينة يعملون بنفس الثنائيات والترانزستورات القياسية. في 1961-1962، قام توم لونغو، مطور سيلفانيا الرائد، بكسر نموذج التصميم باستخدامه لأول مرة في دائرة متكاملة واحدة. متنوعتكوينات الترانزستورات اعتمادا على وظائفها في الدائرة. في نهاية عام 1962، أصدرت سيلفانيا أول عائلة من منطق الترانزستور-الترانزستور (TTL) التي طورها لونغو - تاريخيًا النوع الأول من المنطق المتكامل الذي تمكن من الحصول على موطئ قدم على المدى الطويل في السوق. في الدوائر التناظرية، تم تحقيق اختراق هذا المستوى في 1964-1965 من قبل مصمم مكبر الصوت التشغيلي فيرتشايلد بوب ويدلار.

تم إنشاء أول دائرة متكاملة لأشباه الموصلات في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية على أساس التكنولوجيا المستوية التي تم تطويرها في أوائل عام 1960 في NII-35 (ثم أعيدت تسميتها بمعهد أبحاث بولسار) من قبل فريق تم نقله لاحقًا إلى NIIME (ميكرون). تركز إنشاء أول دائرة متكاملة محلية الصنع من السيليكون على التطوير والإنتاج مع القبول العسكري لسلسلة TC-100 من دوائر السيليكون المتكاملة (37 عنصرًا - أي ما يعادل تعقيد الدائرة فليب فلوب، وهو نظير للدائرة الأمريكية SN-51 سلسلة المرحلية من شركة تكساس إنسترومنتس). تم الحصول على عينات أولية وعينات إنتاج لدوائر السيليكون المتكاملة للتكاثر من الولايات المتحدة الأمريكية. تم تنفيذ العمل في NII-35 (مدير Trutko) ومصنع Fryazino لأشباه الموصلات (مدير Kolmogorov) للحصول على أمر دفاعي لاستخدامه في مقياس الارتفاع المستقل لنظام توجيه الصواريخ الباليستية. شمل التطوير ستة دوائر مستوية متكاملة من السيليكون من سلسلة TS-100، ومع تنظيم الإنتاج التجريبي، استغرق الأمر ثلاث سنوات في NII-35 (من 1962 إلى 1965). استغرق الأمر عامين آخرين لتطوير إنتاج المصنع بقبول عسكري في فريازينو (1967)

أول الدوائر المتكاملة

مخصص للذكرى الخمسين للتاريخ الرسمي

ب. مالاشيفيتش

في 12 سبتمبر 1958، أظهر جاك كيلبي، الموظف في شركة Texas Instruments (TI)، للإدارة ثلاثة أجهزة غريبة - أجهزة مصنوعة من قطعتين من السيليكون بقياس 11.1 × 1.6 مم، تم لصقهما مع شمع العسل على ركيزة زجاجية (الشكل 1). كانت هذه نماذج ثلاثية الأبعاد - نماذج أولية لدائرة متكاملة (IC) للمولد، تثبت إمكانية تصنيع جميع عناصر الدائرة بناءً على مادة واحدة شبه موصلة. يتم الاحتفال بهذا التاريخ في تاريخ الإلكترونيات باعتباره عيد ميلاد الدوائر المتكاملة. ولكن هل هو كذلك؟

أرز. 1. تخطيط عنوان IP الأول بواسطة J. Kilby. صورة من الموقع http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

بحلول نهاية الخمسينيات، كانت تكنولوجيا تجميع المعدات الإلكترونية (REA) من العناصر المنفصلة قد استنفدت قدراتها. لقد وصل العالم إلى أزمة حادة في REA؛ وكان من الضروري اتخاذ تدابير جذرية. بحلول هذا الوقت، كانت التقنيات المتكاملة لإنتاج كل من أجهزة أشباه الموصلات ولوحات الدوائر الخزفية ذات الأغشية السميكة والرقيقة قد تم بالفعل إتقانها صناعيًا في الولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفييتي، أي أن المتطلبات الأساسية كانت جاهزة للتغلب على هذه الأزمة من خلال إنشاء عناصر متعددة المنتجات القياسية - الدوائر المتكاملة.

تشمل الدوائر المتكاملة (الرقائق، الدوائر المتكاملة) أجهزة إلكترونية متفاوتة التعقيد، حيث يتم تصنيع جميع العناصر المماثلة في وقت واحد في دورة تكنولوجية واحدة، أي. باستخدام التكنولوجيا المتكاملة. على عكس لوحات الدوائر المطبوعة (حيث يتم تصنيع جميع الموصلات المتصلة في وقت واحد في دورة واحدة باستخدام التكنولوجيا المتكاملة)، فإن المقاومات والمكثفات، و(في الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات) تتشكل الثنائيات والترانزستورات بالمثل في الدوائر المتكاملة. بالإضافة إلى ذلك، يتم تصنيع العديد من الدوائر المتكاملة في وقت واحد، من عشرات إلى آلاف.

يتم تطوير وإنتاج الدوائر المتكاملة بواسطة الصناعة في شكل سلسلة، تجمع بين عدد من الدوائر الدقيقة لأغراض وظيفية مختلفة، مخصصة للاستخدام المشترك في المعدات الإلكترونية. تتميز سلسلة ICs بتصميم قياسي ونظام موحد للخصائص الكهربائية وغيرها. يتم توفير الشهادات المرحلية من قبل الشركة المصنعة لمختلف المستهلكين كمنتجات تجارية مستقلة تلبي نظامًا معينًا من المتطلبات الموحدة. الدوائر المتكاملة هي منتجات غير قابلة للإصلاح؛ فعند إصلاح المعدات الإلكترونية، يتم استبدال الدوائر المتكاملة الفاشلة.

هناك مجموعتان رئيسيتان من المرحلية: الهجين وأشباه الموصلات.

في الدوائر المتكاملة الهجينة (HICs)، يتم تشكيل جميع الموصلات والعناصر السلبية على سطح ركيزة الدائرة الدقيقة (عادةً السيراميك) باستخدام التكنولوجيا المتكاملة. يتم تثبيت العناصر النشطة في شكل الثنائيات والترانزستورات وبلورات أشباه الموصلات على الركيزة بشكل فردي أو يدويًا أو تلقائيًا.

في الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات، تتشكل العناصر المتصلة والعناصر السلبية والنشطة في دورة تكنولوجية واحدة على سطح مادة شبه موصلة (عادةً السيليكون) مع غزو جزئي لحجمها باستخدام طرق الانتشار. في الوقت نفسه، يتم تصنيع رقاقة واحدة من أشباه الموصلات، اعتمادًا على مدى تعقيد الجهاز وحجم البلورة والرقاقة، من عدة عشرات إلى عدة آلاف من الدوائر المتكاملة. تنتج الصناعة دوائر متكاملة لأشباه الموصلات في عبوات قياسية، على شكل شرائح فردية أو على شكل رقائق غير مقسمة.

حدث إدخال المرحلية الهجينة (GIS) وأشباه الموصلات إلى العالم بطرق مختلفة. إن نظم المعلومات الجغرافية هي نتاج التطور التطوري للوحدات الدقيقة وتكنولوجيا تركيب الألواح الخزفية. ولذلك، فقد ظهرت دون أن يلاحظها أحد؛ فلا يوجد تاريخ ميلاد مقبول بشكل عام لـ GIS ولا يوجد مؤلف معروف بشكل عام. كانت الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات نتيجة طبيعية وحتمية لتطور تكنولوجيا أشباه الموصلات، ولكنها تطلبت توليد أفكار جديدة وإنشاء تكنولوجيات جديدة لها تواريخ ميلادها الخاصة ومؤلفيها. ظهرت أولى الدوائر المرحلية الهجينة وأشباه الموصلات في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية والولايات المتحدة في وقت واحد تقريبًا وبشكل مستقل عن بعضها البعض.

أول المرحلية الهجينة

تتضمن الدوائر المتكاملة الهجينة الدوائر المتكاملة، التي يجمع إنتاجها بين التكنولوجيا المتكاملة لتصنيع العناصر السلبية مع التكنولوجيا الفردية (اليدوية أو الآلية) لتثبيت وتجميع العناصر النشطة.

في أواخر الأربعينيات من القرن الماضي، قامت شركة Centralab في الولايات المتحدة الأمريكية بتطوير المبادئ الأساسية لتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة ذات الأساس الخزفي السميك، والتي تم تطويرها بعد ذلك من قبل شركات أخرى. كان الأساس هو تكنولوجيا تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة والمكثفات الخزفية. من لوحات الدوائر المطبوعة، أخذنا تقنية متكاملة لتشكيل طوبولوجيا توصيل الموصلات - الطباعة بالشاشة الحريرية. من المكثفات - المواد الأساسية (السيراميك، في كثير من الأحيان سيتال)، وكذلك مواد المعاجين والتكنولوجيا الحرارية لتثبيتها على الركيزة.

وفي أوائل الخمسينيات من القرن الماضي، اخترعت شركة RCA تكنولوجيا الأغشية الرقيقة: من خلال رش مواد مختلفة في الفراغ وترسيبها من خلال قناع على ركائز خاصة، تعلموا كيفية إنتاج العديد من الأغشية المصغرة التي تربط الموصلات والمقاومات والمكثفات في وقت واحد على قطعة واحدة. الركيزة السيراميك.

بالمقارنة مع تكنولوجيا الأغشية السميكة، قدمت تكنولوجيا الأغشية الرقيقة إمكانية تصنيع أكثر دقة لعناصر طوبولوجيا أصغر حجما، ولكنها تتطلب معدات أكثر تعقيدا وباهظة الثمن. تسمى الأجهزة المصنعة على لوحات الدوائر الخزفية باستخدام تقنية الأغشية السميكة أو الأغشية الرقيقة "الدوائر الهجينة". تم إنتاج الدوائر الهجينة كمكونات لمنتجات من إنتاجها الخاص؛ وكان لكل مصنع تصميمه الخاص وأبعاده وأغراضه الوظيفية؛ ولم تدخل السوق الحرة، وبالتالي فهي غير معروفة كثيرًا.

لقد غزت الدوائر الهجينة أيضًا الوحدات الدقيقة. في البداية، استخدموا عناصر مصغرة منفصلة سلبية ونشطة، متحدة من خلال الأسلاك المطبوعة التقليدية. كانت تكنولوجيا التجميع معقدة، مع حصة كبيرة من العمل اليدوي. ولذلك، كانت الوحدات الدقيقة باهظة الثمن للغاية، وكان استخدامها يقتصر على المعدات الموجودة على متن الطائرة. ثم تم استخدام الأوشحة الخزفية المصغرة ذات الفيلم السميك. بعد ذلك، بدأ تصنيع المقاومات باستخدام تقنية الأغشية السميكة. لكن الثنائيات والترانزستورات المستخدمة كانت لا تزال منفصلة ومعبأة بشكل فردي.

أصبحت الوحدة الدقيقة عبارة عن دائرة متكاملة هجينة في الوقت الذي تم فيه استخدام الترانزستورات والثنائيات غير المعبأة وتم إغلاق الهيكل في غلاف مشترك. هذا جعل من الممكن أتمتة عملية تجميعها بشكل كبير، وخفض الأسعار بشكل حاد وتوسيع نطاق التطبيق. بناءً على طريقة تكوين العناصر السلبية، يتم التمييز بين نظم المعلومات الجغرافية ذات الأغشية السميكة والأغشية الرقيقة.

أول نظم المعلومات الجغرافية في الاتحاد السوفياتي

تم تطوير أول نظم المعلومات الجغرافية (وحدات من نوع "Kvant"، والتي تم تعيينها لاحقًا IS series 116) في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في عام 1963 في NIIRE (لاحقًا NPO Leninets، Leningrad) وفي نفس العام بدأ مصنعها التجريبي إنتاجه التسلسلي. في نظم المعلومات الجغرافية هذه، تم استخدام الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات "R12-2"، التي تم تطويرها في عام 1962 من قبل مصنع ريغا لأجهزة أشباه الموصلات، كعناصر نشطة. نظرًا لعدم قابلية انفصال تاريخ إنشاء هذه المرحلية وخصائصها، سننظر فيها معًا في القسم المخصص لـ P12-2.

مما لا شك فيه أن وحدات Kvant كانت الأولى في عالم نظم المعلومات الجغرافية ذات التكامل على مستويين - فقد استخدمت دوائر متكاملة من أشباه الموصلات بدلاً من الترانزستورات المجمعة المنفصلة كعناصر نشطة. ومن المحتمل أنها كانت أيضًا الأولى في عالم نظم المعلومات الجغرافية - وهي منتجات متعددة العناصر كاملة هيكليًا ووظيفيًا، يتم توفيرها للمستهلك كمنتج تجاري مستقل. أقدم المنتجات الأجنبية المماثلة التي حددها المؤلف هي وحدات IBM Corporation SLT الموضحة أدناه، ولكن تم الإعلان عنها في العام التالي، 1964.

أول نظم المعلومات الجغرافية في الولايات المتحدة الأمريكية

تم الإعلان لأول مرة عن ظهور نظام المعلومات الجغرافية ذو الأغشية السميكة كقاعدة العنصر الرئيسية لجهاز الكمبيوتر الجديد IBM System /360 من قبل شركة IBM في عام 1964. ويبدو أن هذا كان أول استخدام لنظم المعلومات الجغرافية خارج الاتحاد السوفييتي؛ ولم يتمكن المؤلف من العثور على أمثلة سابقة .

كانت سلسلة IC لأشباه الموصلات "Micrologic" من Fairchild و "SN-51" من TI (سنتحدث عنها أدناه) معروفة بالفعل في ذلك الوقت في الدوائر المتخصصة، وكانت لا تزال نادرة للغاية ومكلفة للغاية بالنسبة للتطبيقات التجارية، مثل بناء جهاز كمبيوتر كبير. لذلك، قامت شركة IBM، التي اتخذت أساسًا لتصميم الوحدة الدقيقة المسطحة، بتطوير سلسلتها من نظم المعلومات الجغرافية ذات الأغشية السميكة، والتي تم الإعلان عنها تحت الاسم العام (على عكس "الوحدات الدقيقة") - "وحدات SLT" (تقنية المنطق الصلب - الصلبة التكنولوجيا المنطقية. عادةً ما تُترجم كلمة "صلب" إلى اللغة الروسية على أنها "صلبة"، وهو أمر غير منطقي على الإطلاق. في الواقع، تم تقديم مصطلح "وحدات SLT" بواسطة IBM بدلاً من مصطلح "micromodule" ويجب أن يعكس الفرق بينهما. لكن كلاهما الوحدات "صلبة"، أي أن هذه الترجمة ليست كلمة "صلب" لها معاني أخرى - "صلب" و"كامل"، والتي تؤكد بنجاح على الفرق بين "وحدات SLT" و"الوحدات الصغيرة" - وحدات SLT غير قابلة للتجزئة، غير قابل للإصلاح، أي "كامل". لم نستخدم الترجمة المقبولة عمومًا إلى اللغة الروسية: تقنية المنطق الصلب - تقنية المنطق الصلب).

كانت وحدة SLT عبارة عن صفيحة ميكروية سميكة من السيراميك بقياس نصف بوصة مربعة مع دبابيس عمودية مضغوطة. تم تطبيق موصلات التوصيل والمقاومات على سطحه باستخدام طباعة الشاشة الحريرية (وفقًا لمخطط الجهاز الذي يتم تنفيذه)، وتم تركيب الترانزستورات غير المعبأة. تم تثبيت المكثفات، إذا لزم الأمر، بجوار وحدة SLT على لوحة الجهاز. على الرغم من أنها متطابقة تقريبًا من الخارج (الوحدات الدقيقة أطول قليلاً، الشكل 2.)، إلا أن وحدات SLT تختلف عن الوحدات الدقيقة المسطحة في كثافتها العالية للعناصر، واستهلاكها المنخفض للطاقة، وأدائها العالي وموثوقيتها العالية. بالإضافة إلى ذلك، كان من السهل جدًا أتمتة تقنية SLT، وبالتالي يمكن إنتاجها بكميات ضخمة بتكلفة منخفضة بما يكفي لاستخدامها في المعدات التجارية. وهذا هو بالضبط ما احتاجته شركة IBM. قامت الشركة ببناء مصنع آلي في إيست فيشكيل بالقرب من نيويورك لإنتاج وحدات SLT، والذي أنتجها بملايين النسخ.

أرز. 2. وحدة اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية الصغيرة ووحدة SLT و. آي بي إم. صورة STL من الموقع http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

بعد شركة IBM، بدأت شركات أخرى في إنتاج نظم المعلومات الجغرافية، والتي أصبحت نظم المعلومات الجغرافية منتجًا تجاريًا لها. أصبح التصميم القياسي للوحدات الدقيقة المسطحة ووحدات SLT من شركة IBM أحد معايير الدوائر المتكاملة الهجينة.

أول دوائر متكاملة لأشباه الموصلات

بحلول نهاية الخمسينيات، كانت الصناعة لديها كل الفرص لإنتاج عناصر رخيصة من المعدات الإلكترونية. أما إذا كانت الترانزستورات أو الثنائيات مصنوعة من الجرمانيوم والسيليكون، فإن المقاومات والمكثفات مصنوعة من مواد أخرى. ثم اعتقد الكثيرون أنه عند إنشاء دوائر هجينة لن تكون هناك مشاكل في تجميع هذه العناصر المصنعة بشكل منفصل. وإذا كان من الممكن إنتاج جميع العناصر ذات الحجم والشكل القياسي وبالتالي أتمتة عملية التجميع، فسيتم تخفيض تكلفة المعدات بشكل كبير. وبناءً على هذا المنطق، اعتبرها مؤيدو التكنولوجيا الهجينة بمثابة الاتجاه العام لتطوير الإلكترونيات الدقيقة.

لكن لم يشارك الجميع هذا الرأي. والحقيقة هي أن ترانزستورات ميسا، وخاصة الترانزستورات المستوية، التي تم إنشاؤها بالفعل بحلول تلك الفترة، تم تكييفها للمعالجة الجماعية، حيث تم تنفيذ عدد من العمليات لتصنيع العديد من الترانزستورات على لوحة ركيزة واحدة في وقت واحد. أي أنه تم تصنيع العديد من الترانزستورات على رقاقة واحدة من أشباه الموصلات في وقت واحد. ثم تم قطع اللوحة إلى ترانزستورات فردية، والتي تم وضعها في حالات فردية. ثم قامت الشركة المصنعة للمعدات بدمج الترانزستورات في جهاز واحد لوحة الدوائر المطبوعة. كان هناك أشخاص يعتقدون أن هذا النهج مثير للسخرية، فلماذا يتم فصل الترانزستورات ثم توصيلها مرة أخرى. هل من الممكن دمجها مباشرة على رقاقة أشباه الموصلات؟ وفي الوقت نفسه، تخلص من العديد من العمليات المعقدة والمكلفة! لقد توصل هؤلاء الأشخاص إلى دوائر متكاملة لأشباه الموصلات.

الفكرة بسيطة للغاية وواضحة تمامًا. ولكن، كما يحدث في كثير من الأحيان، فقط بعد أن يعلن شخص ما ذلك لأول مرة ويثبت ذلك. وأثبت أن مجرد الإعلان عنه غالباً، كما في هذه الحالة، لا يكفي. تم الإعلان عن فكرة الدائرة المتكاملة في عام 1952، قبل ظهور الطرق الجماعية لتصنيع أجهزة أشباه الموصلات. على مؤتمر سنويحول المكونات الإلكترونية، الذي عقد في واشنطن، قدم جيفري دومر، موظف مكتب الرادار الملكي البريطاني في مالفيرن، تقريرًا عن موثوقية مكونات معدات الرادار. وقد أدلى في التقرير ببيان نبوي: " مع ظهور الترانزستور والعمل في مجال تكنولوجيا أشباه الموصلات، أصبح من الممكن بشكل عام تصور المعدات الإلكترونية على شكل كتلة صلبة لا تحتوي على أسلاك توصيل. قد تتكون الكتلة من طبقات من المواد العازلة والموصلة والمصححة والمعززة التي يتم فيها قطع مناطق معينة حتى تتمكن من أداء الوظائف الكهربائية بشكل مباشر.. لكن هذه التوقعات لم يلاحظها أحد من قبل الخبراء. لقد تذكروها فقط بعد ظهور أول دوائر متكاملة لأشباه الموصلات، أي بعد إثبات عملي لفكرة تم نشرها منذ فترة طويلة. كان لا بد من أن يكون شخص ما هو أول من أعاد اختراع وتنفيذ فكرة الدائرة المتكاملة لأشباه الموصلات.

كما هو الحال مع الترانزستور، كان لدى المبدعين المعترف بهم عمومًا للدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات أسلاف ناجحون إلى حد ما. قام دامر نفسه بمحاولة تحقيق فكرته في عام 1956، لكنه فشل. في عام 1953، حصل هارفيك جونسون من RCA على براءة اختراع لمذبذب ذو شريحة واحدة، وفي عام 1958، أعلن مع توركل وولمارك عن مفهوم "جهاز متكامل لأشباه الموصلات". في عام 1956، أنتج روس، الموظف في شركة Bell Labs، دائرة عداد ثنائية تعتمد على أساس n-p-n-pالهياكل في بلورة واحدة. في عام 1957، حصل Yasuro Taru من شركة MITI اليابانية على براءة اختراع للجمع بين الترانزستورات المختلفة في بلورة واحدة. لكن كل هذه التطورات وغيرها من التطورات المماثلة كانت ذات طبيعة خاصة، ولم يتم إنتاجها ولم تصبح الأساس لتطوير الإلكترونيات المتكاملة. وساهمت ثلاثة مشاريع فقط في تطوير الملكية الفكرية في الإنتاج الصناعي.

المحظوظون هم جاك كيلبي المذكور بالفعل من شركة Texas Instruments (TI)، وروبرت نويس من فيرتشايلد (كلاهما من الولايات المتحدة الأمريكية) ويوري فالنتينوفيتش أوسوكين من مكتب التصميم في مصنع ريغا لأجهزة أشباه الموصلات (اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية). أنشأ الأمريكيون عينات تجريبية من الدوائر المتكاملة: J. Kilby - نموذج أولي لمولد IC (1958)، ثم الزناد على ترانزستورات ميسا (1961)، R. Noyce - الزناد باستخدام التكنولوجيا المستوية (1961)، و Yu. أوسوكين - دخل IC المنطقي "2NOT-OR" على الفور إلى الإنتاج الضخم في ألمانيا (1962). بدأت هذه الشركات الإنتاج التسلسلي للملكية الفكرية في وقت واحد تقريبًا، في عام 1962.

أول دوائر متكاملة لأشباه الموصلات في الولايات المتحدة الأمريكية

IP بواسطة جاك كيلبي. سلسلة IS إس إن - 51 بوصة

في عام 1958، ج. كيلبي (رائد في استخدام الترانزستورات في مساعدات للسمع) انتقل إلى شركة تكساس إنسترومنتس. تم "دفع" الوافد الجديد كيلبي، بصفته مصمم الدوائر، إلى تحسين ملء الوحدات الدقيقة للصواريخ من خلال إنشاء بديل للوحدات الدقيقة. تم النظر في خيار تجميع الكتل من الأجزاء النموذج القياسي، على غرار تجميع نماذج الألعاب من شخصيات LEGO. ومع ذلك، كان كيلبي مفتونًا بشيء آخر. لعب الدور الحاسم تأثير "المظهر الجديد": أولاً، ذكر على الفور أن الوحدات الدقيقة هي طريق مسدود، وثانيًا، بعد أن أعجب بهياكل ميسا، توصل إلى فكرة أن الدائرة يجب (ويمكن) أن تكون يتم تنفيذها من مادة واحدة - أشباه الموصلات. عرف كيلبي بفكرة دومر ومحاولته الفاشلة لتنفيذها في عام 1956. وبعد التحليل، فهم سبب الفشل ووجد طريقة للتغلب عليه. " الفضل لي هو أنني أخذت هذه الفكرة وحولتها إلى واقع."، قال جي كيلبي لاحقًا في خطابه لجائزة نوبل.

لم يحصل بعد على الحق في المغادرة، وعمل في المختبر دون تدخل بينما كان الجميع يستريحون. في 24 يوليو 1958، صاغ كيلبي مفهومًا في مجلة مختبرية أطلق عليه اسم الفكرة المتجانسة. وكان جوهرها أن ". ..يمكن دمج عناصر الدائرة مثل المقاومات والمكثفات والمكثفات الموزعة والترانزستورات في شريحة واحدة - بشرط أن تكون مصنوعة من نفس المادة... في تصميم الدائرة المتقلبة، يجب أن تكون جميع العناصر مصنوعة من السيليكون، مع المقاومات التي تستخدم المقاومة الحجمية للسيليكون، والمكثفات - سعة الوصلات p-n". قوبلت "فكرة المونوليث" بموقف متعجرف وساخر من إدارة شركة تكساس إنسترومنتس، التي طالبت بإثبات إمكانية تصنيع الترانزستورات والمقاومات والمكثفات من أشباه الموصلات وقابلية تشغيل دائرة مجمعة من هذه العناصر.

في سبتمبر 1958، أدرك كيلبي فكرته - حيث صنع مولدًا من قطعتين من الجرمانيوم بقياس 11.1 × 1.6 ملم، تم لصقهما معًا بشمع العسل على ركيزة زجاجية، تحتوي على نوعين من مناطق الانتشار (الشكل 1). استخدم هذه المناطق والاتصالات الموجودة لإنشاء دائرة مولد، وربط العناصر بأسلاك ذهبية رفيعة يبلغ قطرها 100 ميكرون باستخدام اللحام بالضغط الحراري. تم إنشاء الترانزستور mesatransistor من منطقة واحدة، وتم إنشاء دائرة RC من المنطقة الأخرى. تم عرض المولدات الثلاثة المجمعة على إدارة الشركة. عندما تم توصيل الطاقة، بدأوا العمل بتردد 1.3 ميجا هرتز. حدث هذا في 12 سبتمبر 1958. وبعد أسبوع، صنع كيلبي مكبرًا للصوت بطريقة مماثلة. لكن هذه لم تكن هياكل متكاملة بعد، بل كانت عبارة عن نماذج ثلاثية الأبعاد لدوائر متكاملة لأشباه الموصلات، تثبت فكرة تصنيع جميع عناصر الدائرة من مادة واحدة - وهي شبه الموصل.

أرز. 3. نوع الزناد 502 جي كيلبي. صورة من الموقع http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

كانت أول دائرة متكاملة حقًا لكيلبي، مصنوعة من قطعة واحدة من الجرمانيوم المتجانس، هي المشغل التجريبي من النوع 502 IC (الشكل 3). لقد استخدم كلاً من مقاومة حجم الجرمانيوم وسعة الوصلة p-n. تم تقديمه في مارس 1959. تم تصنيع عدد صغير من هذه الدوائر المتكاملة في ظروف معملية وتم بيعها لدائرة صغيرة مقابل 450 دولارًا. تحتوي الدائرة المتكاملة على ستة عناصر: أربعة ترانزستورات ميسا ومقاومتين، موضوعة على رقاقة سيليكون يبلغ قطرها 1 سم، ولكن كان لدائرة كيلبي عيب خطير - ترانزستورات ميسا، والتي على شكل أعمدة مجهرية "نشطة" ترتفع فوق الدائرة. الراحة، الجزء "السلبي" من البلورة. تم توصيل أعمدة ميسا ببعضها البعض في Kilby IS عن طريق غليان أسلاك ذهبية رفيعة - "التكنولوجيا المشعرة" التي يكرهها الجميع. أصبح من الواضح أنه مع مثل هذه الترابطات لا يمكن إنشاء دائرة كهربائية دقيقة تحتوي على عدد كبير من العناصر - سوف تنكسر شبكة الأسلاك أو يتم إعادة توصيلها. وكان الجرمانيوم في ذلك الوقت يعتبر بالفعل مادة غير واعدة. لم يكن هناك اختراق.

بحلول هذا الوقت، كان فيرتشايلد قد طور تقنية السيليكون المستوي. بالنظر إلى كل هذا، كان على شركة Texas Instruments أن تضع كل ما فعله كيلبي جانبًا وتبدأ، بدون كيلبي، في تطوير سلسلة من الدوائر المتكاملة القائمة على تكنولوجيا السيليكون المستوي. في أكتوبر 1961، أعلنت الشركة عن إنشاء سلسلة من الدوائر المتكاملة من النوع SN-51، وفي عام 1962 بدأت إنتاجها وتسليمها بكميات كبيرة لصالح وزارة الدفاع الأمريكية ووكالة ناسا.

IP بواسطة روبرت نويس. سلسلة ISميكرولوجيك”

في عام 1957، ولعدة أسباب، ترك دبليو شوكلي، مخترع الترانزستور المستوي، مجموعة من ثمانية مهندسين شباب أرادوا محاولة تنفيذ أفكارهم الخاصة. "الخونة الثمانية"، كما أسماهم شوكلي، والذين كان قادتهم ر. نويس وجي. مور، أسسوا شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات ("الطفل الجميل"). كان يرأس الشركة روبرت نويس، وكان عمره آنذاك 23 عامًا.

في نهاية عام 1958، قام الفيزيائي د. هورني، الذي عمل في شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات، بتطوير تقنية مستوية لتصنيع الترانزستورات. وقام الفيزيائي التشيكي المولد كورت ليهوفك، الذي عمل في شركة سبراغ إلكتريك، بتطوير تقنية لاستخدام وصلة n-p المتصلة عكسيًا لعزل المكونات كهربائيًا. في عام 1959، بعد أن سمع روبرت نويس عن تصميم كيلبي للدائرة المتكاملة، قرر محاولة إنشاء دائرة متكاملة من خلال الجمع بين العمليات التي اقترحها هورني وليهوفك. وبدلاً من "التكنولوجيا المشعرة" للوصلات البينية، اقترح نويس الترسيب الانتقائي لطبقة رقيقة من المعدن فوق هياكل أشباه الموصلات المعزولة بثاني أكسيد السيليكون مع الاتصال بملامسات العناصر من خلال ثقوب متبقية في الطبقة العازلة. هذا جعل من الممكن "غمر" العناصر النشطة في جسم أشباه الموصلات، وعزلها بأكسيد السيليكون، ومن ثم ربط هذه العناصر بمسارات متناثرة من الألومنيوم أو الذهب، والتي يتم إنشاؤها باستخدام عمليات الطباعة الحجرية الضوئية والتعدين والحفر في المرحلة الأخيرة من تصنيع المنتج. وهكذا، تم الحصول على نسخة "متجانسة" حقا من الجمع بين المكونات في دائرة واحدة، وكانت التكنولوجيا الجديدة تسمى "مستو". لكن كان لا بد من اختبار الفكرة أولاً.

أرز. 4. الزناد التجريبي بواسطة R. Noyce. صورة من الموقع http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

أرز. 5. صورة Micrologic IC في مجلة Life. صورة من الموقع http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

في أغسطس 1959، كلف R. Noyce شركة Joy Last بتطوير نسخة من IC تعتمد على التكنولوجيا المستوية. أولاً، مثل كيلبي، صنعوا نموذجًا أوليًا للمشغل على عدة بلورات سيليكون، حيث تم تصنيع 4 ترانزستورات و5 مقاومات. ثم، في 26 مايو 1960، تم تصنيع أول زناد أحادي الشريحة. لعزل العناصر الموجودة فيه الجانب المعاكستم حفر رقاقة السيليكون بأخاديد عميقة مملوءة براتنج الإيبوكسي. وفي 27 سبتمبر 1960، تم تصنيع نسخة ثالثة من الزناد (الشكل 4)، حيث تم عزل العناصر بواسطة وصلة p-n متصلة عكسيًا.

حتى ذلك الوقت، كانت شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات تعمل فقط في مجال الترانزستورات، ولم يكن لديها مصممي دوائر لإنشاء دوائر متكاملة لأشباه الموصلات. لذلك، تمت دعوة روبرت نورمان من شركة Sperry Gyrscope كمصمم دوائر. كان نورمان على دراية بمنطق المقاوم والترانزستور، الذي اختارته الشركة، بناءً على اقتراحه، كأساس لسلسلة الدوائر المتكاملة المستقبلية "Micrologic"، والتي وجدت تطبيقها الأول في معدات صاروخ Minuteman. في مارس 1961، أعلن فيرتشايلد عن أول IC تجريبي من هذه السلسلة (F-flip-flop يحتوي على ستة عناصر: أربعة ترانزستورات ثنائية القطب ومقاومتين موضوعتين على لوحة يبلغ قطرها 1 سم) مع نشر صورتها (الشكل 5). ) في المجلة حياة(بتاريخ 10 مارس 1961). تم الإعلان عن 5 عناوين IP أخرى في أكتوبر. ومنذ بداية عام 1962، أطلق فيرتشايلد إنتاجًا ضخمًا للدوائر المتكاملة وتوريدها أيضًا لصالح وزارة الدفاع الأمريكية ووكالة ناسا.

كان على كيلبي ونويس أن يستمعا إلى الكثير من الانتقادات حول ابتكاراتهما. كان من المعتقد أن العائد العملي للدوائر المتكاملة المناسبة سيكون منخفضًا جدًا. من الواضح أنه يجب أن يكون أقل من الترانزستورات (لأنه يحتوي على عدة ترانزستورات) والتي لم تكن أعلى من 15٪ بعد ذلك. ثانياً، اعتقد الكثيرون أنه تم استخدام مواد غير مناسبة في الدوائر المتكاملة، حيث لم تكن المقاومات والمكثفات تُصنع من أشباه الموصلات في ذلك الوقت. ثالثا، لا يستطيع الكثيرون قبول فكرة عدم إمكانية إصلاح IP. لقد بدا لهم أنه من التجديف التخلص من منتج لم يفشل فيه سوى عنصر واحد من عناصر كثيرة. تم طرح كل الشكوك جانبًا تدريجيًا عندما تم استخدام الدوائر المتكاملة بنجاح في البرامج العسكرية والفضائية الأمريكية.

قام أحد مؤسسي شركة Fairchild Semiconductor، G. Moore، بصياغة القانون الأساسي لتطوير الإلكترونيات الدقيقة للسيليكون، والذي بموجبه يتضاعف عدد الترانزستورات في بلورة الدائرة المتكاملة كل عام. وكان هذا القانون، الذي أطلق عليه "قانون مور"، يعمل بوضوح تام طيلة الأعوام الخمسة عشر الأولى (بدءاً من عام 1959)، ثم حدث هذا التضاعف في غضون عام ونصف تقريباً.

وعلاوة على ذلك، بدأت صناعة الملكية الفكرية في الولايات المتحدة تتطور بوتيرة سريعة. في الولايات المتحدة، بدأت عملية تشبه الانهيار الجليدي لظهور مؤسسات موجهة حصريًا "للمسطح"، ووصلت في بعض الأحيان إلى النقطة التي تم فيها تسجيل عشرات الشركات أسبوعيًا. وفي سعيهم إلى دعم المحاربين القدامى (شركات دبليو. شوكلي وآر. نويس)، وكذلك بفضل الحوافز الضريبية والخدمات التي تقدمها جامعة ستانفورد، تجمع "الوافدون الجدد" بشكل رئيسي في وادي سانتا كلارا (كاليفورنيا). لذلك، ليس من المستغرب أنه في عام 1971، مع اليد الخفيفة للصحفي والمروج للابتكارات التقنية دون هوفلر، تم تداول الصورة الرومانسية التكنولوجية لـ "وادي السيليكون"، وأصبحت إلى الأبد مرادفة لمكة الثورة التكنولوجية لأشباه الموصلات. بالمناسبة، يوجد في تلك المنطقة حقًا وادي كان يشتهر سابقًا ببساتين المشمش والكرز والبرقوق العديدة، والتي كان لها قبل ظهور شركة شوكلي اسم آخر أكثر متعة - وادي فرحة القلب، الآن، لسوء الحظ ، تم نسيانه تقريبا.

في عام 1962، بدأ الإنتاج الضخم للدوائر المتكاملة في الولايات المتحدة، على الرغم من أن حجم تسليمها للعملاء لم يكن سوى بضعة آلاف. كان أقوى حافز لتطوير صناعة الأدوات والإلكترونيات على أساس جديد هو تكنولوجيا الصواريخ والفضاء. لم يكن لدى الولايات المتحدة في ذلك الوقت نفس الصواريخ الباليستية القوية العابرة للقارات مثل الصواريخ السوفيتية، ومن أجل زيادة الشحنة، اضطرت إلى تقليل كتلة الحاملة، بما في ذلك أنظمة التحكم، من خلال إدخال أحدث التطورات في التكنولوجيا الإلكترونية. . أبرمت شركتا Texas Instrument وFairchild Semiconductor عقودًا كبيرة لتصميم وتصنيع دوائر متكاملة مع وزارة الدفاع الأمريكية ووكالة ناسا.

أول دوائر متكاملة لأشباه الموصلات في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية

وبحلول أواخر الخمسينيات من القرن العشرين، كانت الصناعة السوفييتية في حاجة ماسة إلى الثنائيات والترانزستورات شبه الموصلة، مما أدى إلى اتخاذ تدابير جذرية. في عام 1959، تم تأسيس مصانع أجهزة أشباه الموصلات في ألكساندروف، وبريانسك، وفورونيج، وريغا، وما إلى ذلك. وفي يناير 1961، اعتمدت اللجنة المركزية للحزب الشيوعي السوفييتي ومجلس وزراء اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية قرارًا آخر "بشأن تطوير صناعة أشباه الموصلات"، والذي نص على بناء المصانع ومعاهد البحوث في كييف ومينسك ويريفان ونالتشيك ومدن أخرى.

سنكون مهتمين بأحد المصانع الجديدة - مصنع ريجا لأجهزة أشباه الموصلات المذكور أعلاه (RZPP، غيرت أسمائها عدة مرات، من أجل البساطة نستخدم أشهرها، والتي لا تزال تعمل حتى يومنا هذا). وتم تخصيص مبنى المدرسة الفنية التعاونية قيد الإنشاء بمساحة 5300 م2 كمنصة انطلاق للمصنع الجديد، وفي نفس الوقت بدأ تشييد مبنى خاص. بحلول فبراير 1960، كان المصنع قد أنشأ بالفعل 32 خدمة و11 مختبرًا وإنتاجًا تجريبيًا، والذي بدأ في أبريل للتحضير لإنتاج الأجهزة الأولى. يعمل في المصنع بالفعل 350 شخصًا، تم إرسال 260 منهم للدراسة في معهد موسكو للأبحاث -35 (فيما بعد معهد أبحاث بولسار) ومصنع لينينغراد سفيتلانا خلال العام. وبحلول نهاية عام 1960، وصل عدد الموظفين إلى 1900 شخص. في البداية، كانت الخطوط التكنولوجية موجودة في القاعة الرياضية المعاد بناؤها في مبنى المدرسة الفنية التعاونية، وكانت مختبرات OKB موجودة في الفصول الدراسية السابقة. أنتج المصنع الأجهزة الأولى (ترانزستورات الجرمانيوم لنشر وتحويل السبائك P-401، P-403، P-601 وP-602 التي طورتها NII-35) بعد 9 أشهر من توقيع أمر إنشائها، في مارس 1960. وبحلول نهاية شهر يوليو، قام بتصنيع أول ألف ترانزستور من طراز P-401. ثم أتقن إنتاج العديد من الترانزستورات والثنائيات الأخرى. في يونيو 1961، تم الانتهاء من بناء مبنى خاص، حيث بدأ الإنتاج الضخم لأجهزة أشباه الموصلات.

منذ عام 1961، بدأ المصنع العمل التكنولوجي والتطوير المستقل، بما في ذلك الميكنة والأتمتة لإنتاج الترانزستورات على أساس الطباعة الحجرية الضوئية. لهذا الغرض، تم تطوير أول مكرر صور محلي (ختم الصورة) - تثبيت للجمع بين طباعة الصور والاتصال (تم تطويره بواسطة A. S. Gotman). تم تقديم مساعدة كبيرة في تمويل وتصنيع المعدات الفريدة من قبل مؤسسات وزارة صناعة الراديو، بما في ذلك KB-1 (فيما بعد NPO Almaz، موسكو) وNIIRE. في ذلك الوقت، كان المطورون الأكثر نشاطًا للمعدات الراديوية صغيرة الحجم، الذين ليس لديهم قاعدة تكنولوجية خاصة بهم لأشباه الموصلات، يبحثون عن طرق للتفاعل بشكل إبداعي مع مصانع أشباه الموصلات التي تم إنشاؤها حديثًا.

في RZPP، تم تنفيذ العمل النشط لأتمتة إنتاج ترانزستورات الجرمانيوم من النوعين P401 وP403 بناءً على خط إنتاج Ausma الذي أنشأه المصنع. مصممها الرئيسي (GC) أ.س. اقترح جوتمان عمل مسارات حاملة للتيار على سطح الجرمانيوم من أقطاب الترانزستور إلى محيط البلورة لتسهيل لحام أسلاك الترانزستور في الغلاف. ولكن الأهم من ذلك، أنه يمكن استخدام هذه المسارات كأطراف خارجية للترانزستور عندما يتم تجميعها في لوحات (تحتوي على عناصر موصلة وعناصر سلبية) بدون تغليف، ولحامها مباشرة إلى منصات الاتصال المقابلة (في الواقع، كانت تقنية إنشاء دوائر متكاملة هجينة مقترح). الطريقة المقترحة، التي تبدو فيها مسارات البلورة الحاملة للتيار وكأنها تقبل منصات التلامس الخاصة باللوحة، حصلت على الاسم الأصلي - "تقنية التقبيل". ولكن بسبب عدد من المشاكل التكنولوجية التي تبين أنها غير قابلة للحل في ذلك الوقت، والتي تتعلق بشكل رئيسي بمشاكل دقة الحصول على جهات الاتصال على لوحة الدوائر المطبوعة، لم يكن من الممكن تنفيذ "تقنية القبلة" عمليا. وبعد بضع سنوات، تم تنفيذ فكرة مماثلة في الولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفييتي ووجدت تطبيقًا واسعًا في ما يسمى بـ "الوصلات الكروية" وفي تقنية "الرقاقة إلى اللوحة".

ومع ذلك، فإن شركات الأجهزة المتعاونة مع RZPP، بما في ذلك NIIRE، كانت تأمل في الحصول على "تقنية القبلة" وخططت لاستخدامها. في ربيع عام 1962، عندما أصبح من الواضح أن تنفيذه قد تم تأجيله إلى أجل غير مسمى، كبير المهندسين في NIIRE V.I. سأل سميرنوف مدير شركة RZPP S.A. بيرجمان لإيجاد طريقة أخرى لتنفيذ دائرة 2NOR متعددة العناصر، عالمية لبناء الأجهزة الرقمية.

أرز. 7. الدائرة المكافئة لـ IC R12-2 (1LB021). استخلاص من نشرة الملكية الفكرية لعام 1965.

أول IS وGIS بقلم يوري أوسوكين. مخطط متين R12-2(سلسلة IS 102 و 116 )

عهد مدير RZPP بهذه المهمة إلى المهندس الشاب يوري فالنتينوفيتش أوسوكين. قمنا بتنظيم قسم يتكون من معمل تكنولوجي ومختبر لتطوير وإنتاج الأقنعة الضوئية ومختبر قياس وخط إنتاج تجريبي. في ذلك الوقت، تم توفير تكنولوجيا تصنيع الثنائيات والترانزستورات الجرمانيوم إلى RZPP، وتم اتخاذها كأساس للتطوير الجديد. وبالفعل في خريف عام 1962، تم الحصول على النماذج الأولية للدائرة الصلبة الجرمانيوم 2NOT-OR (بما أن مصطلح IS لم يكن موجودًا في ذلك الوقت، احترامًا لشؤون تلك الأيام، سنحتفظ باسم "الدائرة الصلبة" - TS)، والتي حصلت على تسمية المصنع "P12-2". لقد نجا كتيب إعلاني من عام 1965 على P12-2 (الشكل 6)، والمعلومات والرسوم التوضيحية التي سنستخدم منها. يحتوي TS R12-2 على ترانزستورات من الجرمانيوم p - n - p (ترانزستورات معدلة من النوع P401 و P403) مع حمل مشترك على شكل مقاوم من النوع الجرمانيوم p موزع (الشكل 7).

أرز. 8. هيكل IC R12-2. استخلاص من نشرة الملكية الفكرية لعام 1965.

أرز. 9. رسم أبعاد المركبة R12-2. استخلاص من نشرة الملكية الفكرية لعام 1965.

يتم تشكيل الخيوط الخارجية عن طريق اللحام بالضغط الحراري بين مناطق الجرمانيوم في هيكل TC وذهب الموصلات الرصاصية. وهذا يضمن التشغيل المستقر للدوائر تحت التأثيرات الخارجية في ظروف الضباب الاستوائي والبحري، وهو أمر مهم بشكل خاص للتشغيل في بدالات الهاتف الأوتوماتيكية شبه الإلكترونية البحرية التي ينتجها مصنع Riga VEF، والذي كان مهتمًا أيضًا بهذا التطور.

من الناحية الهيكلية، تم تصنيع R12-2 TS (وما تلاها من R12-5) على شكل "لوح" (الشكل 9) من كوب معدني مستدير يبلغ قطره 3 مم وارتفاعه 0.8 مم. تم وضع بلورة TC فيها وتم ملؤها بمركب بوليمر، ومنه جاءت الأطراف الخارجية القصيرة للأسلاك المصنوعة من سلك ذهبي ناعم يبلغ قطره 50 ميكرون، ملحومة بالكريستال. كتلة P12-2 لم تتجاوز 25 ملغ. في هذا التصميم، كانت المركبات مقاومة للرطوبة النسبية بنسبة 80% عند درجة حرارة محيطة تبلغ 40 درجة مئوية ولتغيرات درجة الحرارة الدورية من -60 درجة إلى 60 درجة مئوية.

بحلول نهاية عام 1962، أنتج الإنتاج التجريبي لـ RZPP حوالي 5 آلاف مركبة من طراز R12-2، وفي عام 1963 تم تصنيع عدة عشرات الآلاف منها. وهكذا أصبح عام 1962 عام ميلاد صناعة الإلكترونيات الدقيقة في الولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفييتي.

أرز. 10. المجموعات TS R12-2

أرز. 11. الخصائص الكهربائية الأساسية لـ R12-2

كانت تكنولوجيا أشباه الموصلات في مهدها ولم تضمن بعد التكرار الصارم للمعلمات. لذلك، تم فرز الأجهزة القابلة للتشغيل إلى مجموعات من المعلمات (غالبًا ما يتم ذلك في عصرنا). فعل سكان ريغا الشيء نفسه، حيث قاموا بتثبيت 8 تصنيفات قياسية للسيارة R12-2 (الشكل 10). جميع الخصائص الكهربائية وغيرها هي نفسها بالنسبة لجميع التصنيفات القياسية (الشكل 11).

بدأ إنتاج TS R12-2 بالتزامن مع عملية البحث والتطوير "Hardness"، والتي انتهت في عام 1964 (GK Yu.V. Osokin). وكجزء من هذا العمل، تم تطوير تقنية جماعية محسنة للإنتاج التسلسلي لمركبات الجرمانيوم استنادًا إلى الطباعة الحجرية الضوئية والترسيب الجلفاني للسبائك من خلال قناع ضوئي. تم تسجيل حلولها التقنية الرئيسية كاختراع من قبل Yu.V.Osokin. وميخالوفيتش د. (ع.س رقم 36845). تم نشر العديد من المقالات التي كتبها Yu.V. في المجلة السرية Spetsradioelectronics. Osokina بالتعاون مع متخصصي KB-1 I.V. لا شيء، ج.ج. سمولكو ويو. نوموف مع وصف لتصميم وخصائص مركبة R12-2 (والمركبة اللاحقة R12-5).

كان تصميم P12-2 جيدًا في كل شيء، باستثناء شيء واحد - لم يكن المستهلكون يعرفون كيفية استخدام مثل هذه المنتجات الصغيرة ذات الخيوط الرفيعة. كقاعدة عامة، لم يكن لدى شركات الأجهزة التكنولوجيا ولا المعدات اللازمة لذلك. طوال فترة إنتاج R12-2 وR12-5، تم إتقان استخدامها من قبل NIIRE، ومصنع راديو Zhigulevsky التابع لوزارة صناعة الراديو، وVEF، وNIIP (منذ عام 1978 NPO Radiopribor) وعدد قليل من الشركات الأخرى. من خلال فهم المشكلة، فكر مطورو TS، جنبًا إلى جنب مع NIIRE، على الفور في المستوى الثاني من التصميم، والذي زاد في نفس الوقت من كثافة تخطيط المعدات.

أرز. 12. وحدة مكونة من 4 مركبات R12-2

في عام 1963، في NIIRE، في إطار أعمال التصميم والتطوير في Kvant (GK A.N. Pelipenko، بمشاركة E. M. Lyakhovich)، تم تطوير تصميم وحدة يجمع بين أربع مركبات R12-2 (الشكل 12). تم وضع من اثنين إلى أربعة من R12-2 TCs (في السكن) على لوحة صغيرة مصنوعة من الألياف الزجاجية الرقيقة، والتي نفذت بشكل جماعي هدفًا معينًا وحدة وظيفية. تم ضغط ما يصل إلى 17 سنًا (يختلف العدد بالنسبة لوحدة معينة) بطول 4 مم على اللوحة. تم وضع اللوح الصغير في كوب معدني مختوم بقياس 21.6؟ بعمق 6.6 ملم وعمق 3.1 ملم ومملوءة بمركب بوليمر. والنتيجة هي دائرة متكاملة هجينة (HIC) مع ختم مزدوج للعناصر. وكما قلنا بالفعل، كان أول نظام معلومات جغرافي في العالم يتمتع بتكامل على مستويين، وربما أول نظام معلومات جغرافي بشكل عام. تم تطوير ثمانية أنواع من الوحدات بالاسم العام "Quantum"، والتي تؤدي وظائف منطقية مختلفة. وكجزء من هذه الوحدات، ظلت مركبات R12-2 عاملة عند تعرضها لتسارعات ثابتة تصل إلى 150 جرامًا وأحمال اهتزاز في نطاق تردد يتراوح بين 5-2000 هرتز مع تسارع يصل إلى 15 جرامًا.

تم إنتاج وحدات Kvant لأول مرة من خلال الإنتاج التجريبي لشركة NIIRE، ثم تم نقلها إلى مصنع راديو Zhigulevsky التابع لوزارة صناعة الراديو في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، والذي زودها بالعديد من المستهلكين، بما في ذلك مصنع VEF.

لقد أثبتت وحدات TS R12-2 و "Kvant" المبنية عليها نفسها بشكل جيد وتستخدم على نطاق واسع. في عام 1968، صدر مواصفة لإنشاء نظام تسمية موحد للدوائر المتكاملة في الدولة، وفي عام 1969 - المواصفات الفنية العامة لأشباه الموصلات (NP0.073.004TU) والدوائر الهجينة (NP0.073.003TU) مع نظام موحدمتطلبات. وفقًا لهذه المتطلبات، وافق المكتب المركزي لتطبيق الدوائر المتكاملة (TsBPIMS، لاحقًا CDB Dayton، Zelenograd) في 6 فبراير 1969 على المواصفات الفنية الجديدة ShT3.369.001-1TU للمركبة. وفي الوقت نفسه، ظهر مصطلح "الدائرة المتكاملة" من السلسلة 102 لأول مرة في تسمية المنتج، وبدأ تسمية TS R12-2 بـ IS: 1LB021V، 1LB021G، 1LB021Zh، 1LB021I. في الواقع، كانت عبارة عن دائرة متكاملة واحدة، تم فرزها إلى أربع مجموعات وفقًا لجهد الخرج وسعة التحميل.

أرز. 13. 116 و 117 سلسلة المرحلية

وفي 19 سبتمبر 1970، وافقت TsBPIMS على المواصفات الفنية AB0.308.014TU لوحدات Kvant، المعينة IS series 116 (الشكل 13). تضمنت السلسلة تسع دوائر متكاملة: 1ХЛ161، 1ХЛ162 و1ХЛ163 – دوائر رقمية متعددة الوظائف؛ 1LE161 و1LE162 - عنصران وأربعة عناصر منطقية 2NOR؛ 1TP161 و1TP1162 – مشغل واحد واثنين؛ 1UP161 – مضخم الطاقة، وكذلك 1LP161 – عنصر المنطق"الحظر" على 4 مدخلات و 4 مخرجات. كان لكل من هذه الدوائر المتكاملة ما بين أربعة إلى سبعة خيارات تصميم، تختلف في جهد إشارة الخرج وسعة التحميل، ليصبح المجموع 58 نوعًا من الدوائر المتكاملة. تم تمييز التصاميم بحرف بعد الجزء الرقمي من تسمية IS، على سبيل المثال، 1ХЛ161j. وفي وقت لاحق، تم توسيع نطاق الوحدات. كانت الدوائر المتكاملة من السلسلة 116 هجينة في الواقع، ولكن بناءً على طلب RZPP تم تصنيفها على أنها أشباه الموصلات (الرقم الأول في التعيين هو "1"، ويجب أن يكون للرقم الهجين "2").

في عام 1972، بقرار مشترك من وزارة صناعة الإلكترونيات ووزارة صناعة الراديو، تم نقل إنتاج الوحدات من مصنع راديو Zhigulevsky إلى RZPP. أدى هذا إلى إلغاء إمكانية نقل سلسلة 102 من الدوائر المتكاملة لمسافات طويلة، لذلك تخلوا عن الحاجة إلى إغلاق قالب كل دائرة متكاملة. ونتيجة لذلك، تم تبسيط تصميم كل من سلسلة 102 و116 من المرحلية: لم تكن هناك حاجة لتعبئة سلسلة 102 من المرحلية في كوب معدني مملوء بالمركب. تم تسليم المرحلية غير المعبأة من السلسلة 102 في حاويات تكنولوجية إلى ورشة عمل مجاورة لتجميع المرحلية من السلسلة 116، والتي تم تركيبها مباشرة على السبورة الصغيرة الخاصة بها ومختومة في غلاف الوحدة.

في منتصف السبعينيات، تم إصدار معيار جديد لنظام تعيين الملكية الفكرية. بعد ذلك، على سبيل المثال، حصل IS 1LB021V على التصنيف 102LB1V.

IS ونظم المعلومات الجغرافية الثانية بقلم يوري أوسوكين. مخطط متين R12-5(سلسلة IS 103 و 117 )

بحلول بداية عام 1963، نتيجة للعمل الجاد على تطوير الترانزستورات عالية التردد n - p - n، فريق Yu.V. اكتسبت Osokina خبرة واسعة في العمل مع الطبقات p على رقاقة n-germanium الأصلية. هذا ووجود جميع المكونات التكنولوجية اللازمة سمح لأوسوكين في عام 1963 بالبدء في تطوير تكنولوجيا جديدة وتصميم نسخة أسرع من السيارة. في عام 1964، بأمر من NIIRE، تم الانتهاء من تطوير مركبة R12-5 والوحدات المبنية عليها. بناءً على نتائجه، تم افتتاح مركز Palanga للبحث والتطوير في عام 1965 (تم الانتهاء من GK Yu.V. Osokin، نائبه - D.L. Mikhalovich، في عام 1966). تم تطوير الوحدات المستندة إلى R12-5 في إطار مشروع البحث والتطوير نفسه "Kvant" مثل الوحدات المستندة إلى R12-2. بالتزامن مع المواصفات الفنية للسلسلة 102 و116، تم تحديد المواصفات الفنية ShT3.369.002-2TU لسلسلة 103 IC (R12-5) وAV0.308.016TU لسلسلة 117 IC (الوحدات المستندة إلى سلسلة 103 IC) موافقة. كانت تسميات الأنواع والتقييمات القياسية لـ TS R12-2 والوحدات النمطية عليها وسلسلة IS 102 و116 مطابقة لتسميات TS R12-5 وسلسلة IS 103 و117 على التوالي. لقد اختلفوا فقط في السرعة وتكنولوجيا تصنيع كريستال IC. كان زمن تأخير الانتشار النموذجي للسلسلة 117 هو 55 ns مقابل 200 ns للسلسلة 116.

من الناحية الهيكلية، كان R12-5 TS عبارة عن هيكل شبه موصل من أربع طبقات (الشكل 14)، حيث تم توصيل بواعث الركيزة من النوع n والنوع p + بحافلة أرضية مشتركة. تم تسجيل الحلول التقنية الرئيسية لبناء مركبة R12-5 على أنها اختراع Yu.V.Osokin، D.L.Mikhalovich. كايدالوفا Zh.A وأكمينسا ياب. (ع.س رقم 248847). عند تصنيع الهيكل المكون من أربع طبقات لـ TC R12-5، كانت إحدى الدراية المهمة هي تكوين طبقة p من النوع n في لوحة الجرمانيوم الأصلية. تم تحقيق ذلك عن طريق نشر الزنك في أمبولة كوارتز محكمة الغلق، حيث توجد الصفائح عند درجة حرارة حوالي 900 درجة مئوية، ويوجد الزنك في الطرف الآخر من الأمبولة عند درجة حرارة حوالي 500 درجة مئوية. يشبه هيكل TS في الطبقة p التي تم إنشاؤها هيكل P12-2 TS. جعلت التكنولوجيا الجديدة من الممكن تجنب الشكل المعقد لبلورة TS. تم أيضًا طحن الرقاقات التي تحتوي على P12-5 من الخلف إلى سمك يبلغ حوالي 150 ميكرون، مع الحفاظ على جزء من الرقاقة الأصلية، ثم تم كتابتها في شرائح IC مستطيلة فردية.

أرز. 14. هيكل بلورة TS R12-5 من AS رقم 248847. 1 و2 - أرضي، 3 و4 - المدخلات، 5 - المخرجات، 6 - الطاقة

بعد الأول نتائج إيجابيةإنتاج مركبات R12-5 التجريبية، بأمر من KB-1، تم افتتاح مشروع بحث Mezon-2، بهدف إنشاء مركبة بأربعة مركبات R12-5. في عام 1965، تم الحصول على عينات عمل في علبة سيراميك معدنية مسطحة. ولكن تبين أن تصنيع P12-5 صعب، ويرجع ذلك أساسًا إلى صعوبة تكوين طبقة p مشبعة بالزنك على رقاقة n-Ge الأصلية. وتبين أن إنتاج البلورة يتطلب عمالة كثيفة، ونسبة العائد منخفضة، وتكلفة السيارة مرتفعة. لنفس الأسباب، تم إنتاج R12-5 TC بكميات صغيرة ولم يتمكن من استبدال R12-2 الأبطأ ولكن الأكثر تقدمًا من الناحية التكنولوجية. ولم يستمر المشروع البحثي Mezon-2 على الإطلاق، بما في ذلك بسبب مشاكل الاتصال البيني.

بحلول هذا الوقت، كان معهد أبحاث بولسار ومعهد NIIME ينفذان بالفعل عملاً مكثفًا على تطوير تكنولوجيا السيليكون المستوي، التي تتمتع بعدد من المزايا مقارنة بتكنولوجيا الجرمانيوم، وأهمها نطاق درجة حرارة تشغيل أعلى (+150 درجة مئوية). للسيليكون و+70 درجة مئوية للجرمانيوم) ووجود السيليكون الطبيعي فيلم واقية SiO2. وتم إعادة توجيه تخصص RZPP نحو إنشاء دوائر متكاملة تناظرية. ولذلك، اعتبر المتخصصون في RZPP أن تطوير تكنولوجيا الجرمانيوم لإنتاج المرحلية غير مناسب. ومع ذلك، في إنتاج الترانزستورات والثنائيات، لم يفقد الجرمانيوم مكانته لبعض الوقت. في قسم يو.في. أوسوكين، بعد عام 1966، تم تطوير وإنتاج ترانزستورات الميكروويف ذات المستوى المنخفض من الجرمانيوم RZPP GT329، GT341، GT 383، وما إلى ذلك، وقد حصل ابتكارها على جائزة الدولة لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في لاتفيا.

طلب

أرز. 15. جهاز حسابي على وحدات الدائرة الصلبة. صورة من كتيب TS بتاريخ 1965.

أرز. 16. الأبعاد المقارنة لجهاز التحكم الآلي في مقسم الهاتف المصنوع على مرحل ومركبة. صورة من كتيب TS بتاريخ 1965.

كان العملاء والمستهلكون الأوائل لـ R12-2 TS ووحداته هم منشئو أنظمة محددة: كمبيوتر Gnome (الشكل 15) لنظام Kupol على متن الطائرات (NIIRE، GK Lyakhovich E.M.) ومبادلات الهاتف الأوتوماتيكية البحرية والمدنية (مصنع VEF، GK Misulovin L.Ya.). شارك بنشاط في جميع مراحل إنشاء مركبات ووحدات R12-2 و R12-5 و KB-1، وكان المنسق الرئيسي لهذا التعاون من KB-1 هو N.A. باركانوف. لقد ساعدوا في التمويل وتصنيع المعدات والبحث عن المركبات والوحدات في مختلف الأوضاع وظروف التشغيل.

كانت وحدات TS R12-2 و"Kvant" المبنية عليها هي أولى الدوائر الدقيقة في البلاد. وفي العالم كانوا من بين الأوائل - فقط في الولايات المتحدة الأمريكية بدأت شركة Texas Instruments وFairchild Semiconductor في إنتاج أول دوائر متكاملة لأشباه الموصلات، وفي عام 1964 بدأت شركة IBM في إنتاج دوائر متكاملة هجينة ذات غشاء سميك لأجهزة الكمبيوتر الخاصة بها. وفي بلدان أخرى، لم يتم التفكير في الملكية الفكرية بعد. لذلك، كانت الدوائر المتكاملة موضع فضول لدى الجمهور؛ وقد تركت فعالية استخدامها انطباعًا مذهلاً وتم التركيز عليها في الإعلانات. يقول الكتيب الباقي عن مركبة R12-2 من عام 1965 (استنادًا إلى التطبيقات الفعلية): " إن استخدام دوائر الحالة الصلبة P12-2 في أجهزة الحوسبة المدمجة يجعل من الممكن تقليل وزن وأبعاد هذه الأجهزة بنسبة 10-20 مرة، وتقليل استهلاك الطاقة وزيادة الموثوقية التشغيلية. ... إن استخدام دوائر P12-2 الصلبة في أنظمة التحكم وتبديل مسارات نقل المعلومات للمقسمات الهاتفية الأوتوماتيكية يجعل من الممكن تقليل حجم أجهزة التحكم بحوالي 300 مرة، وكذلك تقليل استهلاك الكهرباء بشكل كبير (30-50) مرات)" . تم توضيح هذه العبارات من خلال صور الجهاز الحسابي لجهاز كمبيوتر Gnome (الشكل 15) ومقارنة رف ATS القائم على التتابع الذي أنتجه مصنع VEF في ذلك الوقت مع كتلة صغيرة على كف الفتاة (الشكل 16) . كانت هناك تطبيقات عديدة أخرى لدوائر Riga المرحلية الأولى.

إنتاج

من الصعب الآن استعادة الصورة الكاملة لأحجام إنتاج سلسلة IC 102 و103 حسب العام (اليوم تحولت RZPP من مصنع كبير إلى إنتاج صغير وفقدت العديد من المحفوظات). لكن وفقًا لمذكرات يو.في. أوسوكين، في النصف الثاني من الستينيات، بلغ الإنتاج مئات الآلاف سنويًا، في السبعينيات - الملايين. وفقًا لملاحظاته الشخصية الباقية، في عام 1985، تم إنتاج المرحلية من السلسلة 102 - 4100000 قطعة، وحدات من السلسلة 116 - 1025000 قطعة، المرحلية من السلسلة 103 - 700000 قطعة، وحدات من السلسلة 117 - 175000 قطعة .

في نهاية عام 1989، يو.ف. تحول أوسوكين، المدير العام لشركة ألفا للإنتاج، إلى قيادة اللجنة الصناعية العسكرية التابعة لمجلس وزراء اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (MIC) لطلب إزالة السلسلة 102 و103 و116 و117 من الإنتاج بسبب تقادمها و كثافة اليد العاملة العالية (في 25 عامًا، كانت الإلكترونيات الدقيقة بعيدة كل البعد عن المضي قدمًا)، لكنها تلقت رفضًا قاطعًا. نائب رئيس المجمع الصناعي العسكري ف. أخبره كوبلوف أن الطائرات تطير بشكل موثوق، وتم استبعاد الاستبدال. بعد انهيار الاتحاد السوفييتي، تم إنتاج سلسلة IC 102 و103 و116 و117 حتى منتصف التسعينيات، أي لأكثر من 30 عامًا. لا تزال أجهزة الكمبيوتر Gnome مثبتة في مقصورة الملاحة في الطائرة Il-76 وبعض الطائرات الأخرى. "هذا كمبيوتر فائق السرعة"، لا يشعر طيارونا بالحيرة عندما يفاجأ زملاؤهم الأجانب باهتمامهم بهذا الجهاز غير المسبوق.

حول الأولويات

على الرغم من حقيقة أن J. Kilby و R. Noyce كان لديهم أسلاف، إلا أنهم معترف بهم من قبل المجتمع العالمي كمخترعين للدائرة المتكاملة.

قدم R. Kilby وJ. Noyce، من خلال شركتيهما، طلبات للحصول على براءة اختراع لاختراع دائرة متكاملة. تقدمت شركة تكساس إنسترومنتس بطلب للحصول على براءة اختراع في وقت سابق، في فبراير 1959، ولم يفعل فيرتشايلد ذلك حتى يوليو من ذلك العام. ولكن تم إصدار براءة الاختراع رقم 2981877 في أبريل 1961 إلى ر. نويس. رفع دعوى قضائية ضد جي كيلبي وفقط في يونيو 1964 حصل على براءة الاختراع رقم 3138743. ثم كانت هناك حرب مدتها عشر سنوات حول الأولويات، ونتيجة لذلك (في حالة نادرة) "انتصرت الصداقة". في النهاية، أيدت محكمة الاستئناف ادعاء نويس بالتفوق التكنولوجي، لكنها قضت بأن جي كيلبي يجب أن يُنسب إليه الفضل في إنشاء أول دائرة كهربائية دقيقة. ووقعت شركة Texas Instruments وشركة Fairchild Semiconductor اتفاقية بشأن تقنيات الترخيص المتبادل.

في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، لم يمنح تسجيل براءات الاختراع للمؤلفين أي شيء آخر غير المتاعب، ودفع مبلغ ضئيل لمرة واحدة والرضا الأخلاقي، لذلك لم يتم تسجيل العديد من الاختراعات على الإطلاق. ولم يكن أوسوكين في عجلة من أمره أيضًا. لكن بالنسبة للشركات، كان عدد الاختراعات أحد المؤشرات، لذلك لا يزال يتعين تسجيلها. لذلك، تلقى يو أوسوكينا ود. ميخالوفيتش شهادة مؤلف اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية رقم 36845 لاختراع السيارة R12-2 فقط في 28 يونيو 1966.

وأصبح جي كيلبي في عام 2000 أحد الحائزين على جائزة نوبل لاختراع الملكية الفكرية. لم يحصل R. Noyce على اعتراف عالمي، وتوفي في عام 1990، ووفقا للوائح، لا يتم منح جائزة نوبل بعد وفاته. وهذا، في هذه الحالة، ليس عادلا تماما، لأن جميع الإلكترونيات الدقيقة اتبعت المسار الذي بدأه R. Noyce. كانت سلطة نويس بين المتخصصين عالية جدًا لدرجة أنه حصل على لقب "عمدة وادي السيليكون"، لأنه كان حينها أشهر العلماء العاملين في ذلك الجزء من كاليفورنيا، والذي حصل على الاسم غير الرسمي لوادي السيليكون (كان يسمى V. Shockley) "موسى وادي السيليكون") . لكن مسار جي كيلبي ("الجرمانيوم "المشعر") تبين أنه طريق مسدود، ولم يتم تنفيذه حتى في شركته. لكن الحياة ليست عادلة دائما.

منحت جائزة نوبل لثلاثة علماء. وتسلم نصفها جاك كيلبي البالغ من العمر 77 عاماً، والنصف الآخر تقاسمه الأكاديمي في الأكاديمية الروسية للعلوم زوريس ألفيروف والأستاذ في جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا، الألماني الأميركي هربرت كريمر، لـ«الجزيرة». تطوير هياكل متغايرة لأشباه الموصلات المستخدمة في الإلكترونيات الضوئية عالية السرعة.

وفي معرض تقييم هذه الأعمال، أشار الخبراء إلى أن "الدوائر المتكاملة هي، بالطبع، اكتشاف القرن، الذي كان له تأثير عميق على المجتمع والاقتصاد العالمي". بالنسبة للمنسي جي كيلبي، كانت جائزة نوبل مفاجأة. في مقابلة مع المجلة أخبار الفيزياء الأوروبيةاعترف: " في ذلك الوقت، كنت أفكر فقط فيما سيكون مهمًا لتطوير الإلكترونيات من وجهة نظر اقتصادية. لكنني لم أفهم حينها أن تخفيض تكلفة المنتجات الإلكترونية من شأنه أن يسبب سيلاً من النمو في التقنيات الإلكترونية..

وأعمال يو أوسوكين لا تحظى بالتقدير ليس فقط من قبل لجنة نوبل. كما أنها منسية في بلدنا، وأولوية البلاد في إنشاء الإلكترونيات الدقيقة ليست محمية. وكان بلا شك.

في الخمسينيات من القرن العشرين، تم إنشاء الأساس المادي لتكوين منتجات متعددة العناصر - دوائر متكاملة - في بلورة واحدة متجانسة أو على ركيزة خزفية واحدة. لذلك، ليس من المستغرب أن تنشأ فكرة الملكية الفكرية بشكل مستقل في أذهان العديد من المتخصصين في نفس الوقت تقريبًا. وسرعة تنفيذ فكرة جديدة تعتمد على القدرات التكنولوجية للمؤلف واهتمام الشركة المصنعة، أي على وجود المستهلك الأول. وفي هذا الصدد، وجد يو أوسوكين نفسه في وضع أفضل من زملائه الأمريكيين. كان كيلبي جديدًا في TI، حتى أنه كان عليه أن يثبت لإدارة الشركة الإمكانية الأساسية لتنفيذ دائرة متجانسة من خلال صنع نموذجها الأولي. في الواقع، فإن دور J. Kilby في إنشاء IP يتلخص في إعادة تثقيف إدارة TI واستفزاز R. Noyce لاتخاذ إجراءات نشطة من خلال تخطيطه. لم يدخل اختراع كيلبي في الإنتاج الضخم. ذهب R. Noyce في شركته الشابة وغير القوية بعد إلى إنشاء تقنية مستوية جديدة، والتي أصبحت بالفعل أساسًا للإلكترونيات الدقيقة اللاحقة، لكنها لم تستسلم للمؤلف على الفور. فيما يتعلق بما سبق، كان عليهم وعلى شركاتهم قضاء الكثير من الجهد والوقت من أجل التنفيذ العملي لأفكارهم لبناء المرحلية ذات الإنتاج الضخم. ظلت عيناتهم الأولى تجريبية، لكن الدوائر الدقيقة الأخرى، التي لم يتم تطويرها حتى، دخلت حيز الإنتاج الضخم. على عكس كيلبي ونويس، اللذين كانا بعيدين عن الإنتاج، اعتمد صاحب المصنع يو أوسوكين على تقنيات أشباه الموصلات RZPP المطورة صناعيا، وكان قد ضمن للمستهلكين المركبات الأولى في شكل البادئ بتطوير NIIRE ومصنع VEF القريب، مما ساعد في هذا العمل. ولهذه الأسباب، دخلت النسخة الأولى من سيارته على الفور في مرحلة الإنتاج التجريبي، والتي انتقلت بسلاسة إلى الإنتاج الضخم، والذي استمر بشكل مستمر لأكثر من 30 عامًا. وهكذا، بعد أن بدأ تطوير TS في وقت متأخر عن كيلبي ونويس، سرعان ما لحق بهم يو أوسوكين (الذي لم يكن على علم بهذه المنافسة). علاوة على ذلك، فإن أعمال يو أوسوكين ليست مرتبطة بأي حال من الأحوال بأعمال الأمريكيين، والدليل على ذلك هو الاختلاف المطلق لمركبته والحلول المطبقة فيها من دوائر كيلبي ونويس الدقيقة. بدأت شركة Texas Instruments (وليس اختراع كيلبي)، وFairchild وRZPP في إنتاج أجهزتهم المرحلية في وقت واحد تقريبًا، في عام 1962. وهذا يعطي كل الحق في اعتبار Yu.Osokin أحد مخترعي الدائرة المتكاملة على قدم المساواة مع R. Noyce وأكثر من J. Kilby، وسيكون من العدل مشاركة جزء من جائزة نوبل لـ J. Kilby مع Yu. أوسوكين. أما بالنسبة لاختراع أول نظام معلومات جغرافي ذو تكامل على مستويين (وربما نظام المعلومات الجغرافية بشكل عام)، فهنا الأولوية أ. Pelipenko من NIIRE لا جدال فيه على الإطلاق.

لسوء الحظ، لم يكن من الممكن العثور على عينات من المركبات والأجهزة اللازمة للمتاحف. سيكون المؤلف ممتنًا جدًا لمثل هذه العينات أو الصور الفوتوغرافية لها.

دائرة متكاملة (IC، دائرة دقيقة)، رقاقة، رقاقة دقيقة (بالإنجليزية: microchip، شريحة سيليكون، رقاقة - لوحة رقيقة - يشير المصطلح في الأصل إلى لوحة من بلورة الدائرة الدقيقة) - جهاز إلكتروني دقيق - دائرة كهربائيةذات تعقيد تعسفي (كريستال)، يتم تصنيعها على ركيزة شبه موصلة (رقاقة أو فيلم) وتوضع في مبيت غير قابل للفصل، أو بدونه، إذا تم تضمينها في تجميع دقيق.

تعد الإلكترونيات الدقيقة أهم إنجاز علمي وتقني في عصرنا، كما يعتقد الكثيرون. ويمكن مقارنتها بنقاط التحول في تاريخ التكنولوجيا مثل اختراع الطباعة في القرن السادس عشر، وإنشاء المحرك البخاري في القرن الثامن عشر، وتطور الهندسة الكهربائية في القرن التاسع عشر. وعندما نتحدث اليوم عن الثورة العلمية والتكنولوجية، فإننا نعني في المقام الأول الإلكترونيات الدقيقة. ومثل أي إنجاز تقني آخر في أيامنا هذه، فهو يتخلل جميع مجالات الحياة ويصنع واقعًا لم يكن من الممكن تصوره بالأمس. وللاقتناع بذلك، يكفي أن نتذكر الآلات الحاسبة الجيبية وأجهزة الراديو المصغرة وأجهزة التحكم الإلكترونية في الأجهزة المنزلية والساعات وأجهزة الكمبيوتر وأجهزة الكمبيوتر القابلة للبرمجة. وهذا ليس سوى جزء صغير من مجال تطبيقه!

تدين الإلكترونيات الدقيقة بظهورها ووجودها في حد ذاته إلى إنشاء عنصر إلكتروني جديد صغير - دائرة متكاملة. في الواقع، لم يكن ظهور هذه الدوائر نوعًا من الاختراع الجديد بشكل أساسي - بل كان يتبع مباشرة منطق تطوير أجهزة أشباه الموصلات. في البداية، عندما كانت عناصر أشباه الموصلات قد دخلت حيز الاستخدام للتو، تم استخدام كل ترانزستور أو مقاوم أو صمام ثنائي بشكل منفصل، أي أنه تم وضعه في حالته الفردية وإدراجه في الدائرة باستخدام جهات الاتصال الفردية الخاصة به. وقد تم ذلك حتى في الحالات التي كان من الضروري فيها تجميع العديد من الدوائر المماثلة من نفس العناصر.

تدريجيًا، جاء الفهم أنه من الأكثر عقلانية عدم تجميع مثل هذه الأجهزة من عناصر فردية، ولكن تصنيعها على الفور على بلورة واحدة مشتركة، خاصة وأن إلكترونيات أشباه الموصلات خلقت جميع المتطلبات الأساسية لذلك. في الواقع، جميع عناصر أشباه الموصلات متشابهة جدًا في بنيتها، ولها نفس مبدأ التشغيل وتختلف فقط في الموضع النسبي لمناطق p-n.

هؤلاء مناطق ف.نكما نتذكر، يتم إنشاؤها عن طريق إدخال شوائب من نفس النوع إلى الطبقة السطحية لبلورة أشباه الموصلات. علاوة على ذلك، يتم ضمان التشغيل الموثوق والمرضي من جميع وجهات النظر للغالبية العظمى من عناصر أشباه الموصلات بسماكة طبقة العمل السطحية التي تبلغ أجزاء من الألف من المليمتر. تستخدم أصغر الترانزستورات عادةً الطبقة العليا من شريحة أشباه الموصلات، والتي لا تتجاوز 1% من سمكها. أما الـ 99% المتبقية فتعمل كحامل أو ركيزة، لأنه بدون الركيزة يمكن للترانزستور أن ينهار ببساطة عند أدنى لمسة. وبالتالي، باستخدام التكنولوجيا المستخدمة في تصنيع المكونات الإلكترونية الفردية، من الممكن إنشاء دائرة كاملة على الفور مكونة من عدة عشرات أو مئات أو حتى آلاف من هذه المكونات على شريحة واحدة.

الفوائد من هذا ستكون ضخمة. أولا، ستنخفض التكاليف على الفور (تكلفة الدائرة الدقيقة عادة ما تكون أقل بمئات المرات من التكلفة الإجمالية لجميع العناصر الإلكترونية لمكوناتها). ثانيا، سيكون مثل هذا الجهاز أكثر موثوقية (كما تظهر التجربة، آلاف وعشرات الآلاف من المرات)، وهذا له أهمية هائلة، لأن العثور على خطأ في دائرة تتكون من عشرات أو مئات الآلاف من المكونات الإلكترونية يتحول إلى مشكلة معقدة للغاية. ثالثًا، نظرًا لأن جميع العناصر الإلكترونية في الدائرة المتكاملة أصغر بمئات وآلاف المرات من نظيراتها في الدائرة التقليدية، فإن استهلاكها للطاقة أقل بكثير وأدائها أعلى بكثير.

كان الحدث الرئيسي الذي بشر بوصول التكامل في مجال الإلكترونيات هو اقتراح المهندس الأمريكي ج. كيلبي من شركة Texas Instruments للحصول على عناصر مكافئة للدائرة بأكملها، مثل السجلات والمكثفات والترانزستورات والثنائيات، في قطعة متجانسة من السيليكون النقي . أنشأ كيلبي أول دائرة متكاملة لأشباه الموصلات في صيف عام 1958. وفي عام 1961، أصدرت شركة Fairchild Semiconductor Corporation أول شرائح تسلسلية لأجهزة الكمبيوتر: دائرة صدفة، وسجل نصف التحول، والمشغل. وفي العام نفسه، تم دمج إنتاج أشباه الموصلات الدوائر المنطقيةيتقنها شركة تكساس.

وفي العام التالي، ظهرت دوائر متكاملة من شركات أخرى. في وقت قصيرفي التصميم المتكامل تم إنشاؤها أنواع مختلفةمكبرات الصوت. في عام 1962، طورت شركة RCA شرائح مصفوفة الذاكرة المتكاملة لأجهزة تخزين الكمبيوتر. تدريجيا، تم إنشاء إنتاج الدوائر الدقيقة في جميع البلدان - بدأ عصر الإلكترونيات الدقيقة.

عادة ما تكون المادة الأولية للدائرة المتكاملة عبارة عن رقاقة خام من السيليكون النقي. إنه ذو حجم كبير نسبيًا ، حيث يتم تصنيع عدة مئات من نفس النوع من الدوائر الدقيقة عليه في وقت واحد. العملية الأولى هي أنه تحت تأثير الأكسجين عند درجة حرارة 1000 درجة، يتم تشكيل طبقة من ثاني أكسيد السيليكون على سطح هذه اللوحة. يتميز أكسيد السيليكون بمقاومة كيميائية وميكانيكية كبيرة وله خصائص عازلة ممتازة، مما يوفر عزلًا موثوقًا للسيليكون الموجود تحته.

والخطوة التالية هي إدخال الشوائب لإنشاء نطاقات التوصيل p أو n. للقيام بذلك، تتم إزالة فيلم الأكسيد من تلك الأماكن الموجودة على اللوحة التي تتوافق مع المكونات الإلكترونية الفردية. يتم اختيار المناطق المرغوبة باستخدام عملية تسمى الطباعة الحجرية الضوئية. أولاً، يتم تغليف طبقة الأكسيد بأكملها بمركب حساس للضوء (مقاوم للضوء)، والذي يلعب دور الفيلم الفوتوغرافي - ويمكن تعريضه وتطويره. بعد ذلك، ومن خلال قناع ضوئي خاص يحتوي على نمط سطح بلورة أشباه الموصلات، يتم إضاءة اللوحة بالأشعة فوق البنفسجية.

تحت تأثير الضوء، يتشكل نمط مسطح على طبقة الأكسيد، مع بقاء المناطق غير المكشوفة فاتحة اللون وجميع المناطق الأخرى داكنة. في المكان الذي يتعرض فيه المقاوم الضوئي للضوء، يتم تشكيل مناطق غير قابلة للذوبان من الفيلم مقاومة للحمض. تتم بعد ذلك معالجة الرقاقة بمذيب يزيل مقاوم الضوء من المناطق المكشوفة. من المناطق المكشوفة (ومنها فقط)، يتم حفر طبقة أكسيد السيليكون باستخدام الحمض.

ونتيجة لذلك، يذوب أكسيد السيليكون في الأماكن الصحيحة وتنفتح "نوافذ" السيليكون النقي، وتكون جاهزة لإدخال الشوائب (الربط). للقيام بذلك، يتعرض سطح الركيزة عند درجة حرارة 900-1200 درجة للشوائب المطلوبة، على سبيل المثال، الفوسفور أو الزرنيخ، للحصول على الموصلية من النوع n. تخترق ذرات الشوائب عمق السيليكون النقي، ولكن يتم صدها بواسطة أكسيده. بعد معالجة الرقاقة بنوع واحد من الشوائب، يتم تحضيرها للربط بنوع آخر - يتم تغطية سطح الرقاقة مرة أخرى بطبقة من الأكسيد، ويتم إجراء طباعة حجرية ضوئية جديدة ونقش، ونتيجة لذلك يتم إنشاء "نوافذ" جديدة. يتم فتح السيليكون.

ويتبع ذلك ربط جديد، على سبيل المثال مع البورون، للحصول على موصلية من النوع p. لذلك، يتم تشكيل مناطق p و n على كامل سطح البلورة في الأماكن الصحيحة. يمكن إنشاء العزل بين العناصر الفردية بعدة طرق: يمكن أن تكون طبقة من أكسيد السيليكون بمثابة عزل، أو يمكن أيضًا إنشاء تقاطعات p-n في الأماكن الصحيحة.

وترتبط المرحلة التالية من المعالجة بتطبيق التوصيلات الموصلة (خطوط التوصيل) بين عناصر الدائرة المتكاملة، وكذلك بين هذه العناصر وجهات الاتصال لتوصيل الدوائر الخارجية. للقيام بذلك، يتم رش طبقة رقيقة من الألومنيوم على الركيزة، والتي تستقر على شكل فيلم رقيق. إنه يخضع للمعالجة الحجرية الضوئية والحفر المماثل لتلك الموصوفة أعلاه. ونتيجة لذلك، تبقى خطوط موصلة رفيعة ومنصات اتصال فقط من الطبقة المعدنية بأكملها.

أخيرًا، يتم تغطية السطح الكامل لشريحة أشباه الموصلات بطبقة واقية (غالبًا زجاج السيليكات)، والتي يتم إزالتها بعد ذلك من وسادات التلامس. تخضع جميع الدوائر الدقيقة المصنعة لأدق الاختبارات على منصة التحكم والاختبار. يتم تمييز الدوائر المعيبة بنقطة حمراء. وأخيرًا، يتم تقطيع البلورة إلى ألواح شرائح فردية، يتم وضع كل منها في غلاف متين مزود بأسلاك للتوصيل بالدوائر الخارجية.

يتميز تعقيد الدائرة المتكاملة بمؤشر يسمى درجة التكامل. تسمى الدوائر المتكاملة التي تحتوي على أكثر من 100 عنصر بالدوائر منخفضة التكامل؛ دوائر تحتوي على ما يصل إلى 1000 عنصر - دوائر متكاملة بدرجة متوسطة من التكامل؛ تسمى الدوائر التي تحتوي على ما يصل إلى عشرات الآلاف من العناصر بالدوائر المتكاملة الكبيرة. يتم بالفعل تصنيع دوائر تحتوي على ما يصل إلى مليون عنصر (يطلق عليها اسم فائقة الضخامة). وقد أدت الزيادة التدريجية في التكامل إلى حقيقة أن المخططات تصبح مصغرة أكثر فأكثر كل عام، وبالتالي أكثر تعقيدًا.

كمية كبيرة الأجهزة الإلكترونية، التي كانت ذات أبعاد كبيرة في السابق، أصبحت الآن ملائمة لرقاقة السيليكون الصغيرة. كان الحدث المهم للغاية على هذا المسار هو إنشاء شركة Intel الأمريكية في عام 1971 لدائرة متكاملة واحدة لإجراء العمليات الحسابية والمنطقية - معالج دقيق. وقد أدى ذلك إلى اختراق هائل في مجال الإلكترونيات الدقيقة في مجال تكنولوجيا الكمبيوتر.

اقرا و اكتبمفيد

شعبية في الفئة: