بيت › بواسطة › تاريخ إنشاء لوحة الدوائر المتكاملة. سلسلة من الدوائر الدقيقة. التحكم الوظيفي في الدوائر المتكاملة ودوائر الاختبار

تاريخ إنشاء لوحة الدوائر المتكاملة. سلسلة من الدوائر الدقيقة. التحكم الوظيفي في الدوائر المتكاملة ودوائر الاختبار

مقدمة

منذ ظهور أجهزة الكمبيوتر الأولى ، حلم مطورو البرامج بأجهزة مصممة لحل مشكلتهم الخاصة. لذلك ، ظهرت فكرة إنشاء دوائر متكاملة خاصة يمكن شحذها من أجل التنفيذ الفعال لمهمة معينة منذ زمن بعيد. يوجد مساران للتطوير هنا:

استخدام ما يسمى بالدوائر المتكاملة المتخصصة والمتخصصة (ASIC - الدائرة المتكاملة الخاصة بالتطبيقات). كما يوحي الاسم ، تصنع هذه الدوائر المصغرة من قبل الشركات المصنعة المعداتتحت ترتيب التنفيذ الفعال لبعض المهام المحددة أو مجموعة من المهام. ليس لديهم عالمية ، مثل الدوائر الدقيقة التقليدية ، لكنهم يحلون المهام الموكلة إليهم أسرع عدة مرات ، وأحيانًا بأعداد كبيرة.
إنشاء رقائق ذات هندسة قابلة لإعادة التشكيل. الفكرة هي أن مثل هذه الرقائق تأتي إلى مطور البرمجيات أو المستخدم في حالة غير مبرمجة ، ويمكنه أن ينفذ عليها البنية التي تناسبه بشكل أفضل. دعونا نلقي نظرة فاحصة على عملية تطويرهم.

بمرور الوقت ، ظهر عدد كبير من الدوائر الدقيقة المختلفة ذات الهندسة المعمارية القابلة لإعادة التشكيل (الشكل 1).

الشكل 1 مجموعة متنوعة من الرقائق ذات الهندسة المعمارية القابلة لإعادة التشكيل

لفترة طويلة ، لم يكن هناك سوى أجهزة PLD (جهاز منطقي قابل للبرمجة) في السوق. تتضمن هذه الفئة الأجهزة التي تقوم بتنفيذ الوظائف اللازمة لحل المهام في شكل فصل كامل شكل عادي(DNF مثالي). أول ما ظهر في عام 1970 كان الدوائر الدقيقة PROM ، والتي تنتمي على وجه التحديد إلى فئة أجهزة PLD. تحتوي كل دائرة على مجموعة ثابتة من وظائف المنطق AND المتصلة بمجموعة قابلة للبرمجة من وظائف المنطق OR. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك PROM مع 3 مدخلات (a و b و c) و 3 مخرجات (w و x و y) (الشكل 2).

أرز. 2. رقاقة PROM

بمساعدة مصفوفة محددة مسبقًا AND ، يتم تنفيذ جميع أدوات الاقتران الممكنة على متغيرات الإدخال ، والتي يمكن بعد ذلك دمجها بشكل تعسفي باستخدام عناصر OR. وبالتالي ، عند الإخراج ، يمكن تنفيذ أي دالة من ثلاثة متغيرات على أنها DNF مثالي. على سبيل المثال ، إذا قمت ببرمجة عناصر OR التي تم وضعها في دائرة باللون الأحمر في الشكل 2 ، فستكون المخرجات هي الدوال w = a x = (a & b) ؛ ص = (أ & ب) ^ ج.

في البداية ، تم تصميم شرائح PROM لتخزين 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 ، طالما أنها تحتوي على عدد قليل من المدخلات. ينبع هذا الشرط من حقيقة أن مصفوفة العناصر ويتم تعريفها بشكل صارم في الدوائر الدقيقة EPROM - يتم تحقيق جميع الارتباطات الممكنة من المدخلات ، أي عدد العناصر ويساوي 2 * 2 n ، حيث n هو الرقم من المدخلات. من الواضح أنه كلما زاد الرقم n ، ينمو حجم المصفوفة بسرعة كبيرة.

بعد ذلك ، في عام 1975 ، ظهر ما يسمى بالمصفوفات المنطقية القابلة للبرمجة (PLM). إنها استمرار لفكرة الدوائر المصغرة PROM - يتكون PLA أيضًا من صفيفات AND و OR ، ومع ذلك ، على عكس PROM ، فإن كلا المصفوفتين قابلان للبرمجة. يتيح ذلك قدرًا أكبر من المرونة في مثل هذه الدوائر الدقيقة ، لكنها لم تكن شائعة أبدًا لأن الإشارات تستغرق وقتًا أطول للانتقال عبر التوصيلات القابلة للبرمجة مقارنةً بالسفر عبر نظيراتها المحددة مسبقًا.

من أجل حل مشكلة السرعة الكامنة في PLA ، ظهرت الفئة التالية من الأجهزة في أواخر السبعينيات ، وتسمى Programmable Array Logic (PAL - Programmable Array Logic). كان التطور الإضافي لفكرة رقائق PAL هو ظهور أجهزة GAL (Generic Array Logic) - أنواع أكثر تعقيدًا من PAL باستخدام ترانزستورات CMOS. هنا ، يتم استخدام فكرة هي عكس فكرة الدوائر الدقيقة PROM تمامًا - يتم توصيل مجموعة قابلة للبرمجة من عناصر AND بمصفوفة محددة مسبقًا من عناصر OR (الشكل 3).

أرز. 3. جهاز PAL غير مبرمج

هذا يفرض قيودًا على الوظائف ، ومع ذلك ، تتطلب هذه الأجهزة صفائف ذات حجم أصغر بكثير من الدوائر الدقيقة PROM.

كان الاستمرارية المنطقية لـ PLDs البسيطة هو ظهور ما يسمى بـ PLDs المعقدة ، والتي تتكون من عدة كتل من PLDs البسيطة (عادةً ما تستخدم أجهزة PAL مثل PLDs بسيطة) ، متحدًا بواسطة مصفوفة تبديل قابلة للبرمجة. بالإضافة إلى كتل PLD نفسها ، كان من الممكن أيضًا برمجة الاتصالات بينها باستخدام مصفوفة التبديل هذه. ظهرت أول PLDs المعقدة في أواخر السبعينيات وأوائل الثمانينيات من القرن العشرين ، لكن التطور الرئيسي في هذا الاتجاه جاء في عام 1984 ، عندما قدمت Altera PLD معقدًا يعتمد على مزيج من تقنيات CMOS و EPROM.

ظهور FPGAs

في أوائل الثمانينيات ، كانت هناك فجوة بين الأنواع الرئيسية للأجهزة في بيئة ASIC الرقمية. من ناحية أخرى ، كان هناك PLDs التي يمكن برمجتها لكل مهمة محددة ويسهل تصنيعها تمامًا ، لكن لا يمكن استخدامها لتنفيذ وظائف معقدة. من ناحية أخرى ، هناك ASICs التي يمكنها تنفيذ وظائف معقدة للغاية ، ولكن لديها بنية ثابتة بشكل صارم ، في حين أنها طويلة ومكلفة في التصنيع. كانت هناك حاجة إلى رابط وسيط ، وأصبحت أجهزة FPGA (صفائف البوابة القابلة للبرمجة الميدانية) مثل هذا الارتباط.

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

أرز. 4. جدول المراسلات

يتكون كل جهاز من أجهزة FPGA من كتل منطقية قابلة للبرمجة (كتل منطقية قابلة للتكوين - CLB) ، والتي يتم ربطها ببعضها البعض بواسطة اتصالات ، وهي أيضًا قابلة للبرمجة. كل كتلة من هذا القبيل مخصصة لبرمجة بعض الوظائف أو جزء منها ، ومع ذلك ، يمكن استخدامها لأغراض أخرى ، على سبيل المثال ، كذاكرة.

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

أرز. 5. جهاز "القص" الحديث

خاتمة

نظرًا لأن أجهزة PLD لا يمكنها تنفيذ وظائف معقدة ، يستمر استخدامها لتنفيذ وظائف بسيطة في أجهزة محمولةوالاتصالات ، بينما تتراوح أجهزة FPGA من 1000 بوابة (أول FPGA ، تم تطويره في عام 1985) إلى هذه اللحظةتجاوزت 10 ملايين صمام (عائلة Virtex-6). إنهم يطورون بنشاط ويستبدلون بالفعل رقائق ASIC ، مما يسمح لك بتنفيذ مجموعة متنوعة من الوظائف المعقدة للغاية ، مع عدم فقد إمكانية إعادة البرمجة.

الآن ، حتى أقل تقدمًا هاتف خليويلا تستغني عن المعالج الدقيق ، فماذا يمكن أن نقول عن الكمبيوتر اللوحي والمحمول وسطح المكتب حواسيب شخصية. ما هو المعالج الدقيق وكيف تطور تاريخ إنشائه؟ عند التحدث بلغة بسيطة ، فإن المعالج الدقيق عبارة عن دائرة متكاملة أكثر تعقيدًا ومتعددة الوظائف.

يبدأ تاريخ الدائرة المصغرة (الدائرة المتكاملة) منذ عام 1958عندما اخترع جاك كيلبي ، الموظف في شركة Texas Instruments الأمريكية ، نوعًا من أجهزة أشباه الموصلات تحتوي على عدة ترانزستورات متصلة بواسطة موصلات في عبوة واحدة. الدائرة الدقيقة الأولى - سلف المعالج الدقيق - احتوت فقط على 6 ترانزستورات وكانت عبارة عن لوحة رفيعة من الجرمانيوم مطبقة عليها مسارات مصنوعة من الذهب ، وكان كل هذا موجودًا على طبقة زجاجية. للمقارنة ، تذهب الفاتورة اليوم إلى وحدات وحتى عشرات الملايين من عناصر أشباه الموصلات.

بحلول عام 1970شارك الكثير من الشركات المصنعة في تطوير وإنشاء دوائر متكاملة ذات قدرات مختلفة وتوجهات وظيفية مختلفة. ولكن يمكن اعتبار هذا العام تاريخ ميلاد أول معالج دقيق. في هذا العام ، أنشأت Intel شريحة ذاكرة بسعة 1 كيلو بايت فقط - لا يكاد يذكر للمعالجات الحديثة ، ولكنها كبيرة بشكل لا يصدق في ذلك الوقت. في ذلك الوقت ، كان هذا إنجازًا كبيرًا - كانت شريحة الذاكرة قادرة على تخزين ما يصل إلى 128 بايت من المعلومات - أعلى بكثير من نظائرها المماثلة. بالإضافة إلى ذلك ، في نفس الوقت تقريبًا ، طلبت شركة Busicom اليابانية المصنعة للآلة الحاسبة نفس رقائق Intel 12 ذات التوجهات الوظيفية المختلفة. 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 جعلت من الممكن تغيير وظائفها برمجيًا دون تغيير الهيكل المادي. تؤدي الدائرة المصغرة وظائف معينة اعتمادًا على الأوامر المعطاة لمخرجات التحكم الخاصة بها.

بالفعل بعد عام في عام 1971أصدرت إنتل أول معالج دقيق 4 بت ، يحمل الاسم الرمزي 4004. وبالمقارنة مع أول شريحة 6 ترانزستور ، فقد احتوت على 2.3 ألف عنصر من أشباه الموصلات وأجرت 60 ألف عملية في الثانية. في ذلك الوقت ، كان اختراقًا كبيرًا في مجال الإلكترونيات الدقيقة. يعني 4 بت أن 4004 يمكنه معالجة بيانات 4 بت في وقت واحد. بعد 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 إصدار 16 بت من المعالجات الدقيقة 8086. وكان هو الذي بدأ استخدامه في أجهزة الكمبيوتر الشخصية لشركة IBM ، وفي الواقع ، وضع أحد اللبنات في

يتم إنتاج الدوائر الدقيقة التناظرية والرقمية في سلسلة. السلسلة عبارة عن مجموعة من الدوائر الدقيقة التي لها تصميم واحد وتصميم تكنولوجي ومخصصة للاستخدام المشترك. الدوائر الدقيقة من نفس السلسلة ، كقاعدة عامة ، لها نفس الفولتية لإمدادات الطاقة ، وهي مطابقة من حيث مقاومة المدخلات والمخرجات ، ومستويات الإشارة.

فيلق

يتم إنتاج الدوائر الدقيقة في نسختين بناءتين - معبأة وغير معبأة.

إن غلاف الدائرة المصغرة هو نظام ناقل وجزء من الهيكل مصمم للحماية من التأثيرات الخارجية وللتوصيل الكهربائي بالدوائر الخارجية عن طريق الأسلاك. تم توحيد الحالات لتبسيط تكنولوجيا تصنيع المنتجات النهائية.

الدائرة المصغرة بدون إطار عبارة عن بلورة شبه موصلة مصممة للتركيب في دائرة هجينة أو تجميع دقيق (يمكن التركيب المباشر على لوحة الدوائر المطبوعة).

عناوين محددة

كانت Intel أول من صنع شريحة تؤدي وظائف المعالج الدقيق (المعالج الدقيق باللغة الإنجليزية) - Intel 4004. على أساس المعالجات الدقيقة 8088 و 8086 المحسّنة ، أصدرت شركة IBM أجهزة الكمبيوتر الشخصية المعروفة)

يشكل المعالج الدقيق جوهر الكمبيوتر ، وتم تنفيذ وظائف إضافية ، مثل الاتصال مع المحيط ، باستخدام شرائح مصممة خصيصًا. بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الأولى ، تم حساب عدد الدوائر الدقيقة في المجموعات بالعشرات والمئات ، بالبوصة الأنظمة الحديثةهذه مجموعة من رقائق واحدة أو اثنتين أو ثلاث. في الآونة الأخيرة ، كانت هناك اتجاهات للنقل التدريجي لوظائف الشرائح (وحدة تحكم الذاكرة ، وحدة تحكم ناقل PSI Express) إلى المعالج.

تسمى المعالجات الدقيقة المزودة بذاكرة وصول عشوائي (RAM) وذاكرة قراءة فقط (ROM) وذاكرة ووحدات تحكم I / O ووظائف إضافية أخرى بالمتحكمات الدقيقة.

الحماية القانونية

يوفر التشريع الروسي الحماية القانونية لطوبولوجيا الدوائر المتكاملة. البنية دارة متكاملةهو الترتيب المكاني والهندسي لمجموعة عناصر الدائرة المتكاملة والتوصيلات بينها مثبتة على ناقل مادي (المادة 1448 من القانون المدني للاتحاد الروسي).

الحق الحصري في الطوبولوجيا ساري المفعول لمدة عشر سنوات. يجوز لصاحب الحق تسجيل الهيكل لدى الخدمة الفيدرالية للملكية الفكرية وبراءات الاختراع والعلامات التجارية خلال هذه الفترة.

تاريخ الخلق

في 7 مايو 1952 ، طرح مهندس الراديو البريطاني جيفري دومر لأول مرة فكرة دمج العديد من المكونات الإلكترونية القياسية في بلورة شبه موصلة متجانسة ، وبعد عام ، قدم Harvick Johnson أول طلب براءة اختراع لنموذج أولي لدائرة متكاملة (IC ). لم يتم تنفيذ هذه المقترحات في تلك السنوات بسبب التطوير غير الكافي للتكنولوجيا.

في نهاية عام 1958 وفي النصف الأول من عام 1959 ، حدث تقدم كبير في صناعة أشباه الموصلات. حل ثلاثة أشخاص يمثلون ثلاث شركات أمريكية خاصة ثلاث مشكلات أساسية حالت دون إنشاء دوائر متكاملة. حصل جاك كيلبي من شركة Texas Instruments على براءة اختراع لمبدأ التكامل ، وخلق أول نماذج أولية غير كاملة من IC ، ونقلها إلى الإنتاج الضخم. اخترع Kurt Lehovec من شركة Sprague Electric طريقة لعزل المكونات الكهربائية المتكونة على شريحة واحدة من أشباه الموصلات (عزل تقاطع pn). اخترع روبرت نويس من Fairchild Semiconductor طريقة لربط مكونات IC كهربائيًا (طلاء الألمنيوم) واقترح نسخة محسّنة من عزل المكونات بناءً على أحدث تقنيات مستوية من Jean Ernie. في 27 سبتمبر 1960 ، أنشأت مجموعة Jay Last أول عمل عملي أشباه الموصلاتالملكية الفكرية على أفكار نويس وإيرني. أطلقت شركة Texas Instruments ، التي تمتلك براءة اختراع كيلبي ، حرب براءات الاختراع ضد المنافسين ، والتي انتهت في عام 1966 باتفاقية تسوية بشأن الترخيص المتبادل للتكنولوجيا.

تم بناء الدوائر المتكاملة المنطقية المبكرة للسلسلة المذكورة حرفيًا من معيارالمكونات والأبعاد والتكوينات التي تم تحديدها من خلال العملية التكنولوجية. مهندسو الدوائر الذين صمموا الدوائر المتكاملة المنطقية لعائلة معينة عملوا بنفس الثنائيات النموذجية والترانزستورات. في 1961-1962 ، تم كسر نموذج التصميم من قبل المطور الرئيسي لشركة Sylvania ، Tom Longo ، لأول مرة باستخدام IC واحد متنوعتكوين الترانزستورات حسب وظائفها في الدائرة. في نهاية عام 1962 ، أطلقت سيلفانيا أول عائلة من منطق الترانزستور والترانزستور (TTL) التي طورها لونغو - تاريخياً النوع الأول من المنطق المتكامل الذي تمكن من الحصول على موطئ قدم دائم في السوق. في الدوائر التناظرية ، تم تحقيق اختراق في هذا المستوى في 1964-1965 بواسطة مطور مضخمات التشغيل فيرتشايلد ، بوب ويدلار.

تم إنشاء أول دائرة متكاملة لأشباه الموصلات في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية على أساس تقنية مستوية تم تطويرها في بداية عام 1960 في NII-35 (ثم أعيدت تسميتها بمعهد أبحاث بولسار) من قبل فريق تم نقله لاحقًا إلى NIIME (ميكرون). ركز إنشاء أول دائرة متكاملة للسيليكون المحلية على التطوير والإنتاج بقبول عسكري لسلسلة من دوائر السيليكون المتكاملة TC-100 (37 عنصرًا - ما يعادل تعقيد دائرة الزناد ، وهو نظير لسلسلة IC الأمريكية SN-51 من شركة Texas Instruments). تم الحصول على نماذج أولية وعينات إنتاج لدوائر السيليكون المتكاملة للتكاثر من الولايات المتحدة الأمريكية. تم تنفيذ العمل في NII-35 (المخرج Trutko) ومصنع Fryazinsky Semiconductor (مدير Kolmogorov) بموجب أمر دفاعي لاستخدامه في مقياس الارتفاع المستقل لنظام توجيه الصواريخ الباليستية. اشتمل التطوير على ست دوائر نموذجية متكاملة من السيليكون المستوي من سلسلة TS-100 ، واستغرق تنظيم الإنتاج التجريبي ثلاث سنوات في NII-35 (من 1962 إلى 1965). استغرق الأمر عامين آخرين لإتقان إنتاج المصنع بقبول عسكري في Fryazino (1967)

أول دوائر متكاملة

مخصص للذكرى الخمسين للموعد الرسمي

ب. مالاشفيتش

في 12 سبتمبر 1958 ، أظهر أحد موظفي شركة Texas Instruments (TI) Jack Kilby للإدارة ثلاثة أجهزة غريبة - أجهزة مُلصقة بشمع العسل على طبقة زجاجية من قطعتين من السيليكون بحجم 11.1 × 1.6 ملم (الشكل 1). كانت هذه مخططات ثلاثية الأبعاد - نماذج أولية لدائرة متكاملة (IC) للمولد ، مما يثبت إمكانية تصنيع جميع عناصر الدائرة بناءً على مادة واحدة من أشباه الموصلات. يتم الاحتفال بهذا التاريخ في تاريخ الإلكترونيات باعتباره عيد ميلاد الدوائر المتكاملة. لكن هل هو كذلك؟

أرز. 1. نموذج IS الأول بواسطة J. Kilby. صورة من http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

بحلول نهاية الخمسينيات من القرن الماضي ، كانت تقنية تجميع المعدات الإلكترونية الراديوية (REA) من العناصر المنفصلة قد استنفدت إمكانياتها. جاء العالم إلى أزمة REA الأكثر حدة ، وكان المطلوب اتخاذ تدابير جذرية. بحلول ذلك الوقت ، كانت التقنيات المتكاملة لإنتاج كل من أجهزة أشباه الموصلات والألواح الخزفية ذات الأغشية السميكة والرقيقة قد تم إتقانها صناعيًا في الولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفيتي ، أي أن المتطلبات الأساسية كانت جاهزة للتغلب على هذه الأزمة من خلال إنشاء عناصر متعددة المنتجات القياسية - الدوائر المتكاملة.

الدوائر المتكاملة (الدوائر الدقيقة ، الدوائر المتكاملة) تشمل الأجهزة الإلكترونية ذات التعقيد المتفاوت ، حيث يتم تصنيع جميع العناصر من نفس النوع في وقت واحد في دورة تكنولوجية واحدة ، أي من خلال التكنولوجيا المتكاملة. على عكس لوحات الدوائر المطبوعة (التي يتم فيها تصنيع جميع الموصلات المتصلة في وقت واحد في دورة واحدة باستخدام تقنية متكاملة) ، يتم تشكيل المقاومات والمكثفات (في الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات) والثنائيات والترانزستورات بالمثل في الدوائر المتكاملة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تصنيع العديد من الدوائر المتكاملة في نفس الوقت ، من العشرات إلى الآلاف.

يتم تطوير وإنتاج الدوائر المتكاملة بواسطة الصناعة في شكل سلسلة ، تجمع بين عدد من الدوائر الدقيقة ذات الأغراض الوظيفية المختلفة ، والمخصصة للاستخدام المشترك في المعدات الإلكترونية. تتميز سلسلة الدوائر المتكاملة بتصميم قياسي ونظام موحد للخصائص الكهربائية وغيرها. يتم توفير الدوائر المتكاملة من قبل الشركة المصنعة لمستهلكين مختلفين كمنتجات تجارية مستقلة تلبي نظامًا معينًا من المتطلبات الموحدة. يتم تصنيف الدوائر المتكاملة على أنها منتجات غير قابلة للإصلاح ؛ عند إصلاح المعدات الإلكترونية ، يتم استبدال الدوائر المتكاملة الفاشلة.

هناك مجموعتان رئيسيتان من الدوائر المتكاملة: الهجين وأشباه الموصلات.

في الدوائر المتكاملة الهجينة (HICs) ، تتشكل جميع الموصلات والعناصر السلبية على سطح ركيزة دوائر دقيقة (عادة ما تكون مصنوعة من السيراميك) باستخدام تقنية متكاملة. يتم تثبيت العناصر النشطة في شكل ثنائيات بدون حزم وترانزستورات وبلورات IC شبه الموصلة على الركيزة بشكل فردي أو يدويًا أو تلقائيًا.

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

حدثت ظاهرة عالم الدوائر المتكاملة الهجينة (GIS) وأشباه الموصلات بطرق مختلفة. GIS هو نتاج التطور التطوري للوحدات الصغيرة وتكنولوجيا ألواح السيراميك. لذلك ، ظهروا بشكل غير محسوس ، ولا يوجد تاريخ مقبول لميلاد GIS ومؤلف معترف به بشكل عام. كانت الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات نتيجة طبيعية وحتمية لتطوير تقنية أشباه الموصلات ، ولكنها تطلبت توليد أفكار جديدة وإنشاء تقنيات جديدة لها تواريخ ميلادها ومؤلفوها. ظهرت الدوائر المتكاملة الهجينة وأشباه الموصلات الأولى في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية والولايات المتحدة الأمريكية في وقت واحد تقريبًا وبشكل مستقل عن بعضها البعض.

أول مرحلية هجينة

تشتمل الدوائر المتكاملة المختلطة على دوائر متكاملة ، يجمع إنتاجها بين تقنية متكاملة لتصنيع العناصر السلبية مع تقنية فردية (يدوية أو آلية) لتثبيت العناصر النشطة وتركيبها.

في أواخر الأربعينيات من القرن الماضي ، طورت شركة Centralab في الولايات المتحدة الأمريكية المبادئ الأساسية لتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة القائمة على السيراميك ذات الأغشية السميكة ، والتي طورتها بعد ذلك شركات أخرى. كان يعتمد على تقنيات تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة والمكثفات الخزفية. من لوحات الدوائر المطبوعة ، أخذوا تقنية متكاملة لتشكيل طوبولوجيا توصيل الموصلات - الطباعة الحريرية. من المكثفات - مادة الركيزة (السيراميك ، غالبًا ما تكون) ، وكذلك مواد اللصق والتكنولوجيا الحرارية لتثبيتها على الركيزة.

وفي أوائل الخمسينيات من القرن الماضي ، اخترع RCA تقنية الأغشية الرقيقة: رش مواد مختلفة في فراغ وإيداعها من خلال قناع على ركائز خاصة ، وتعلموا كيفية إنتاج العديد من الأفلام المصغرة التي تربط الموصلات والمقاومات والمكثفات في وقت واحد على ركيزة خزفية واحدة.

مقارنة بتقنية الأغشية السميكة ، وفرت تقنية الأغشية الرقيقة إمكانية تصنيع أكثر دقة لعناصر الهيكل الأصغر ، ولكنها تتطلب معدات أكثر تعقيدًا وباهظة الثمن. الأجهزة المصنعة على الألواح الخزفية باستخدام تقنية الأغشية السميكة أو الأغشية الرقيقة تسمى "الدوائر الهجينة". تم إنتاج الدوائر الهجينة كمكونات لإنتاجها الخاص ، وكان تصميمها وأبعادها وغرضها الوظيفي مختلفًا لكل مصنع ، ولم تدخل السوق الحرة ، وبالتالي فهي غير معروفة.

غزت الدوائر الهجينة أيضًا الوحدات الصغيرة. في البداية ، استخدموا عناصر مصغرة منفصلة ونشطة ، جنبًا إلى جنب مع الأسلاك المطبوعة التقليدية. كانت تقنية التجميع معقدة ، مع وجود حصة كبيرة من العمل اليدوي. لذلك ، كانت الوحدات الصغيرة باهظة الثمن ، وكان استخدامها مقصورًا على المعدات الموجودة على متن الطائرة. ثم تم استخدام الأوشحة الخزفية المصغرة ذات الأغشية السميكة. علاوة على ذلك ، بدأت تقنية الأغشية السميكة في إنتاج مقاومات. لكن الثنائيات والترانزستورات كانت لا تزال تستخدم منفصلة ومعبأة بشكل فردي.

أصبحت الوحدة الصغيرة عبارة عن دائرة متكاملة هجينة في الوقت الحالي عندما تم استخدام الترانزستورات والصمامات الثنائية بدون حزم وتم إغلاق الهيكل في حاوية مشتركة. هذا جعل من الممكن أتمتة عملية تجميعها بشكل كبير ، وتخفيض الأسعار بشكل حاد وتوسيع نطاق التطبيق. وفقًا لطريقة تكوين العناصر السلبية ، تتميز الأغشية السميكة والأغشية الرقيقة بنظام المعلومات الجغرافية.

أول GIS في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية

تم تطوير أول GIS (وحدات من نوع "Kvant" ، تم تحديده لاحقًا IS series 116) في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في عام 1963 في NIIRE (لاحقًا NPO Leninets ، Leningrad) وفي نفس العام بدأ مصنعها التجريبي الإنتاج الضخم. في نظم المعلومات الجغرافية هذه ، تم استخدام الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات "R12-2" ، التي تم تطويرها في عام 1962 بواسطة مصنع ريجا لأجهزة أشباه الموصلات ، كعناصر نشطة. نظرًا لعدم إمكانية الفصل بين تواريخ إنشاء هذه الدوائر المتكاملة وخصائصها ، سننظر فيها معًا في القسم الموجود في P12-2.

مما لا شك فيه أن وحدات Kvant كانت الأولى في عالم نظم المعلومات الجغرافية مع تكامل من مستويين - كعناصر نشطة ، لم تستخدم الترانزستورات المنفصلة بدون إطار ، ولكن الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات. من المحتمل أنها كانت أول نظم معلومات جغرافية في العالم - منتجات متعددة العناصر كاملة من الناحية الهيكلية والوظيفية تم توفيرها للمستهلك كمنتجات تجارية مستقلة. أقدم المنتجات الأجنبية المماثلة التي حددها المؤلف هي وحدات IBM SLT الموصوفة أدناه ، ولكن تم الإعلان عنها في العام التالي ، 1964.

أول نظم المعلومات الجغرافية في الولايات المتحدة

تم الإعلان لأول مرة عن ظهور نظام المعلومات الجغرافية ذي الأغشية السميكة كقاعدة أساسية لجهاز كمبيوتر IBM System / 360 الجديد من قبل شركة IBM في عام 1964. ويبدو أن هذا كان أول تطبيق لنظام المعلومات الجغرافية خارج الاتحاد السوفياتي ، ولم يتمكن المؤلف من العثور على أمثلة سابقة.

كانت الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات من سلسلة "Micrologic" بواسطة Fairchild و "SN-51" بواسطة TI (سنتحدث عنها أدناه) المعروفة بالفعل في ذلك الوقت في دوائر المتخصصين لا تزال نادرة للغاية ومكلفة للغاية للاستخدام التجاري ، والتي كانت بناء حاسوب مركزي. لذلك ، قامت شركة IBM Corporation ، التي اتخذت تصميم وحدة صغيرة مسطحة كأساس ، بتطوير سلسلتها الخاصة من GIS ذات الأغشية السميكة ، والتي تم الإعلان عنها تحت الاسم العام (على عكس "الوحدات الصغيرة") - "وحدات SLT" (Solid Logic Technology - تقنية المنطق الصلب. عادةً ما تُترجم كلمة "صلب" إلى اللغة الروسية على أنها "صلبة" ، وهو أمر غير منطقي تمامًا. في الواقع ، تم تقديم مصطلح "وحدات SLT" من قبل شركة IBM كمعارضة لمصطلح "وحدة مصغرة" ويجب أن تعكس الاختلاف بينهما . لكن كلا الوحدتين "صلبة" ، أي أن هذه الترجمة ليست كلمة "صلبة" لها معاني أخرى - "صلبة" ، "كاملة" ، والتي تؤكد بنجاح الفرق بين "وحدات SLT" و "وحدات صغيرة" - وحدات SLT غير قابلة للتجزئة ، وغير قابلة للإصلاح ، أي "كاملة". لذلك استخدمنا ترجمة غير قياسية إلى اللغة الروسية: Solid Logic Technology - Solid Logic Technology).

كانت وحدة SLT عبارة عن صفيحة سيراميك ذات غشاء سميك نصف بوصة مربعة مع دبابيس عمودية مضغوطة. تم تطبيق الموصلات والمقاومات الموصلة على سطحه عن طريق الطباعة الحريرية (وفقًا لمخطط الجهاز المنفذ) ، وتم تركيب ترانزستورات بدون حزم. تم تثبيت المكثفات ، إذا لزم الأمر ، بجانب وحدة SLT على لوحة الجهاز. مع الخارجية المتطابقة تقريبًا (الوحدات الصغيرة أعلى إلى حد ما ، الشكل 2.) ، تختلف وحدات SLT عن الوحدات الصغيرة المسطحة في كثافة عالية من العناصر ، واستهلاك منخفض للطاقة ، وسرعة عالية وموثوقية عالية. بالإضافة إلى ذلك ، كان من السهل إلى حد ما أتمتة تقنية SLT ، بحيث يمكن إنتاجها بكميات كبيرة بتكلفة منخفضة بما يكفي لاستخدامها في المعدات التجارية. هذا هو بالضبط ما احتاجته شركة IBM. قامت الشركة ببناء مصنع آلي في East Fishkill بالقرب من نيويورك لتصنيع وحدات SLT ، والتي أنتجتها بملايين النسخ.

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

بعد شركة IBM ، بدأ إنتاج GIS من قبل شركات أخرى أصبحت GIS منتجًا تجاريًا لها. أصبح التصميم النموذجي للوحدات الصغيرة المسطحة ووحدات SLT من شركة IBM أحد معايير الدوائر المتكاملة المختلطة.

أول المرحلية أشباه الموصلات

بحلول نهاية الخمسينيات من القرن الماضي ، كانت الصناعة في وضع جيد لإنتاج مكونات إلكترونية رخيصة. ولكن إذا كانت الترانزستورات أو الثنائيات مصنوعة من الجرمانيوم والسيليكون ، فإن المقاومات والمكثفات تصنع من مواد أخرى. اعتقد الكثيرون بعد ذلك أنه عند إنشاء دوائر هجينة ، لن تكون هناك مشاكل في تجميع هذه العناصر ، المصنوعة بشكل منفصل. وإذا كان من الممكن تصنيع جميع العناصر ذات الحجم والشكل القياسي وبالتالي أتمتة عملية التجميع ، فسيتم تخفيض تكلفة المعدات بشكل كبير. على أساس هذا المنطق ، اعتبره أنصار التكنولوجيا الهجينة بمثابة اتجاه عام في تطوير الإلكترونيات الدقيقة.

لكن لم يشارك الجميع هذا الرأي. الحقيقة هي أن ترانزستورات ميسا ، وخاصة الترانزستورات المستوية ، التي تم إنشاؤها بالفعل في تلك الفترة ، تم تكييفها لمعالجة الدُفعات ، حيث تم تنفيذ عدد من العمليات لتصنيع العديد من الترانزستورات على لوحة ركيزة واحدة في وقت واحد. أي أنه تم تصنيع العديد من الترانزستورات دفعة واحدة على رقاقة واحدة من أشباه الموصلات. ثم تم تقطيع اللوحة إلى ترانزستورات فردية ، والتي تم وضعها في حالات فردية. ثم قامت الشركة المصنعة للأجهزة بدمج الترانزستورات في واحدة لوحة الدوائر المطبوعة. كان هناك أشخاص وجدوا هذا النهج سخيفًا - فلماذا نفصل الترانزستورات ، ثم نجمعها مرة أخرى. هل من الممكن دمجها على الفور على رقاقة أشباه الموصلات؟ في نفس الوقت تخلص من العديد من العمليات المعقدة والمكلفة! اخترع هؤلاء الناس المرحلية أشباه الموصلات.

الفكرة بسيطة للغاية وواضحة تمامًا. ولكن ، كما يحدث في كثير من الأحيان ، فقط بعد أن أعلنها شخص ما لأول مرة وأثبت ذلك. لقد أثبت أنه لا يكفي في كثير من الأحيان الإعلان ببساطة ، كما في هذه الحالة. تم الإعلان عن فكرة IC في وقت مبكر من عام 1952 ، قبل ظهور طرق الدُفعات لتصنيع أجهزة أشباه الموصلات. على مؤتمر سنويحول المكونات الإلكترونية ، الذي عقد في واشنطن العاصمة ، من مكتب الرادار الملكي البريطاني في مالفيرن ، قدم جيفري دومر تقريرًا عن موثوقية مكونات معدات الرادار. في التقرير ، أدلى ببيان نبوي: مع ظهور الترانزستور والعمل في مجال تكنولوجيا أشباه الموصلات ، يمكن للمرء أن يتخيل بشكل عام المعدات الإلكترونية على شكل كتلة صلبة لا تحتوي على أسلاك توصيل. قد تتكون الكتلة من طبقات من مواد عازلة ، وموصلية ، وتصحيح وتقوية ، حيث يتم قطع مناطق معينة حتى تتمكن من أداء الوظائف الكهربائية مباشرة ". لكن هذا التنبؤ ذهب دون أن يلاحظه أحد من قبل المتخصصين. لقد تذكروا ذلك فقط بعد ظهور أول دوائر متكاملة لأشباه الموصلات ، أي بعد إثبات عملي لفكرة تم الإعلان عنها منذ فترة طويلة. كان على شخص ما أن يكون أول من يعيد صياغة وتنفيذ فكرة IC لأشباه الموصلات.

كما في حالة الترانزستور ، كان لبناة IC لأشباه الموصلات المقبولين عمومًا أسلاف ناجحين إلى حد ما. قام دامر بنفسه بمحاولة تنفيذ فكرته عام 1956 ، لكنها فشلت. في عام 1953 ، حصل Harvick Johnson من RCA على براءة اختراع لمذبذب أحادي الرقاقة ، وفي عام 1958 ، مع Thorkel Wallmark ، أعلن عن مفهوم "جهاز متكامل لأشباه الموصلات". في عام 1956 ، قام روس ، وهو موظف في Bell Labs ، بعمل دائرة ثنائية مضادة باستخدام أساس n-p-n-pالهياكل في بلورة واحدة. في عام 1957 ، حصل ياسورو تارو من شركة MITI اليابانية على براءة اختراع لدمج ترانزستورات مختلفة في شريحة واحدة. لكن كل هذه التطورات وغيرها من التطورات المماثلة كانت ذات طبيعة خاصة ، ولم يتم إدخالها إلى الإنتاج ولم تصبح أساسًا لتطوير الإلكترونيات المتكاملة. ساهمت ثلاثة مشاريع فقط في تطوير الملكية الفكرية في الإنتاج الصناعي.

تبين أن جاك كيلبي الذي سبق ذكره من شركة Texas Instruments (TI) ، وروبرت نويس من Fairchild (كلاهما من الولايات المتحدة الأمريكية) و Yuri Valentinovich Osokin من مكتب التصميم في Riga Semiconductor Devices Plant (اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية) كانوا محظوظين. ابتكر الأمريكيون نماذج تجريبية للدوائر المتكاملة: J. Kilby - نموذج للمولد IC (1958) ، ثم مشغل ميسا الترانزستور (1961) ، و R. - IC "2NOT-OR" المنطقي في ألمانيا والذي دخل على الفور في الإنتاج التسلسلي (1962). بدأت هذه الشركات الإنتاج التسلسلي للدوائر المتكاملة في وقت واحد تقريبًا ، في عام 1962.

أول المرحلية لأشباه الموصلات في الولايات المتحدة الأمريكية

IP جاك كيلبي. سلسلة IS " SN-51 "

في عام 1958 ، ج. كيلبي (رائد في استخدام الترانزستورات في مساعدات للسمع) إلى شركة Texas Instruments. الوافد الجديد كيلبي ، كمهندس دوائر ، تم "طرحه" لتحسين حشو الوحدات الصغيرة للصواريخ من خلال إنشاء بديل للوحدات الصغيرة. تم النظر في خيار تجميع الكتل من الأجزاء النموذج القياسي، على غرار تجميع نماذج الألعاب من شخصيات LEGO. لكن كيلبي كان مفتونًا بشيء آخر. لعب تأثير "المظهر الجديد" دورًا حاسمًا: أولاً ، صرح على الفور أن الوحدات الصغيرة هي طريق مسدود ، وثانيًا ، بعد الإعجاب بهياكل ميسا ، توصل إلى استنتاج مفاده أن الدائرة يجب (ويمكن) تنفيذها من مادة واحدة - أشباه الموصلات. كان كيلبي على علم بفكرة دومر وفشله في تنفيذها عام 1956. وبعد التحليل ، فهم سبب الفشل ووجد طريقة للتغلب عليها. " ميزتي هي أنني من خلال أخذ هذه الفكرة ، قمت بتحويلها إلى حقيقة واقعة."، قال ج. كيلبي في وقت لاحق في خطابه بجائزة نوبل.

وبما أنه لم يحصل بعد على حق المغادرة ، فقد عمل دون تدخل في المختبر بينما كان الجميع مستريحين. في 24 يوليو 1958 ، صاغ كيلبي مفهومًا في مجلة مختبرية تسمى فكرة متجانسة. كان جوهرها ". .. يمكن دمج عناصر الدائرة مثل المقاومات والمكثفات والمكثفات الموزعة والترانزستورات في شريحة واحدة - بشرط أن تكون مصنوعة من نفس المادة ... في تصميم دائرة فليب فليب ، يجب أن تكون جميع العناصر مصنوعة من السيليكون ، وستستخدم المقاومات مقاومة حجم السيليكون ، والمكثفات - سعات تقاطعات pn". قوبلت "فكرة المونوليث" بموقف ساخر من إدارة شركة Texas Instruments ، الذين طالبوا بإثبات إمكانية تصنيع ترانزستورات ومقاومات ومكثفات من أشباه الموصلات وقابلية تشغيل دائرة مجمعة من هذه العناصر.

في سبتمبر 1958 ، أدرك كيلبي فكرته - فقد صنع مولدًا من قطعتين من الجرمانيوم بحجم 11.1 × 1.6 مم ، مُلصقة بشمع العسل على طبقة زجاجية تحتوى على نوعين من مناطق الانتشار (الشكل 1). استخدم هذه المناطق وجهات الاتصال المتاحة لإنشاء دائرة مولد ، تربط العناصر بأسلاك ذهبية رفيعة بقطر 100 ميكرون عن طريق اللحام بالضغط الحراري. من منطقة واحدة ، تم إنشاء mestransistor ، من منطقة أخرى ، سلسلة RC. تم عرض المولدات الثلاثة المجمعة على إدارة الشركة. عندما تم توصيل الطاقة ، عملوا بتردد 1.3 ميغا هرتز. حدث ذلك في 12 سبتمبر 1958. بعد أسبوع ، صنع كيلبي مكبر للصوت بطريقة مماثلة. لكن هذه لم تكن هياكل متكاملة بعد ، لقد كانت تخطيطات ثلاثية الأبعاد لأشباه الموصلات المرحلية ، مما يثبت فكرة تصنيع جميع عناصر الدائرة من مادة واحدة - أشباه الموصلات.

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

كانت أول دائرة متكاملة حقًا في كيلبي ، مصنوعة في قطعة واحدة من الجرمانيوم المتجانسة ، هي الزناد التجريبي من النوع 502 IC (الشكل 3). استخدم كلاً من المقاومة السائبة للجرمانيوم وسعة الوصلة pn. تم تقديمه في مارس 1959. تم صنع عدد صغير من هذه الدوائر المتكاملة في المختبر وبيعها في دائرة ضيقة بسعر 450 دولارًا. احتوى IC على ستة عناصر: أربعة ترانزستورات ميسا ومقاومتان موضوعتان على رقاقة سيليكون بقطر 1 سم. لكن كان لدى Kilby IC عيبًا خطيرًا - ترانزستورات ميسا ، والتي ، في شكل أعمدة مجهرية "نشطة" ، أعلى الباقي ، جزء "سلبي" من البلورة. تم ربط أعمدة ميسا ببعضها البعض في ولاية كيلبي من خلال غليان أسلاك ذهبية رفيعة - "التكنولوجيا المشعرة" التي يكرهها الجميع. أصبح من الواضح أنه مع مثل هذه التوصيلات البينية ، لا يمكن صنع دائرة كهربائية صغيرة بها عدد كبير من العناصر - ستنكسر شبكة الأسلاك أو تعيد إغلاقها. نعم ، وكان الجرمانيوم في ذلك الوقت يعتبر بالفعل مادة غير واعدة. لم يحدث الاختراق.

بحلول هذا الوقت ، تم تطوير تقنية السيليكون المستوي في فيرتشايلد. بالنظر إلى كل هذا ، كان على شركة Texas Instruments أن تضع كل ما فعلته كيلبي جانبًا والمضي قدمًا ، بدون كيلبي ، في تطوير سلسلة من الدوائر المتكاملة على أساس تكنولوجيا السيليكون المستوي. في أكتوبر 1961 ، أعلنت الشركة عن إنشاء سلسلة من الدوائر المتكاملة من نوع SN-51 ، ومنذ عام 1962 بدأ الإنتاج والتوريد بكميات كبيرة لصالح وزارة الدفاع الأمريكية ووكالة ناسا.

IP بواسطة روبرت نويس. سلسلة IS "ميكرولوجي”

في عام 1957 ، ولعدد من الأسباب ، ترك دبليو شوكلي ، مخترع الترانزستور المفترق ، مجموعة من ثمانية مهندسين شباب أرادوا محاولة تنفيذ أفكارهم الخاصة. أسس "ثمانية من الخونة" ، كما أطلق عليهم شوكلي ، بقيادة آر نويس وجي مور ، فيرتشايلد أشباه الموصلات ("الطفل الجميل"). ترأس الشركة روبرت نويس ، وكان يبلغ من العمر 23 عامًا.

في نهاية عام 1958 ، طور الفيزيائي د. هورني ، الذي عمل في شركة Fairchild Semiconductor ، تقنية مستوية لتصنيع الترانزستورات. كما طور الفيزيائي التشيكي كورت ليهوفك Kurt Lehovek ، والذي عمل في Sprague Electric ، تقنية لاستخدام تقاطع عكسي n-p لعزل المكونات كهربائيًا. في عام 1959 ، قرر روبرت نويس ، بعد أن سمع عن تخطيط كيلبي IC ، محاولة بناء دائرة متكاملة من خلال الجمع بين العمليات التي اقترحها هورني وليهوفيك. وبدلاً من "التقنية 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 الثقوب المتبقية في الطبقة العازلة. هذا جعل من الممكن "غمر" العناصر النشطة في جسم أشباه الموصلات ، وعزلها بأكسيد السيليكون ، ثم ربط هذه العناصر بألمنيوم أو مسارات ذهبية متناثرة ، والتي يتم إنشاؤها باستخدام عمليات الطباعة الحجرية والمعدنة والحفر في المرحلة الأخيرة من تصنيع المنتجات. وهكذا ، تم الحصول على خيار "متجانسة" حقيقي لدمج المكونات في دائرة واحدة ، وأطلق على التكنولوجيا الجديدة اسم "مستوي". لكن أولاً ، كان لابد من اختبار الفكرة.

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

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

في أغسطس 1959 ، أصدر R. Noyce تعليمات لـ Joey Last للعمل على متغير من IC بناءً على تقنية مستوية. أولاً ، مثل كيلبي ، قاموا بتصميم الزناد على العديد من بلورات السيليكون ، حيث تم صنع 4 ترانزستورات و 5 مقاومات. ثم ، في 26 مايو 1960 ، تم تصنيع أول مشغل أحادي الشريحة. لعزل العناصر الموجودة فيه الجانب المعاكستم حفر رقاقة السيليكون بأخاديد عميقة مملوءة براتنج الإيبوكسي. في 27 سبتمبر 1960 ، تم عمل الإصدار الثالث من المشغل (الشكل 4) ، حيث تم عزل العناصر بواسطة تقاطع p - n متصل من الخلف.

حتى ذلك الوقت ، تعاملت شركة Fairchild Semiconductor مع الترانزستورات فقط ؛ ولم يكن لديها مهندسو دوائر لإنشاء الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات. لذلك ، تمت دعوة روبرت نورمان من سبيري جيروسكوب كمصمم للدوائر. كان نورمان على دراية بمنطق الترانزستور المقاوم ، والذي اختارته الشركة ، بناءً على اقتراحه ، كأساس لسلسلة Micrologic IC المستقبلية ، والتي وجدت أول تطبيق لها في معدات صاروخ Minuteman. في مارس 1961 ، أعلن فيرتشايلد عن أول IC تجريبي لهذه السلسلة (F-flip-flop يحتوي على ستة عناصر: أربعة ترانزستورات ثنائية القطب ومقاومتان موضوعتان على لوحة 1 سم) مع نشر صورتها (الشكل 5) في مجلة حياة(بتاريخ 10 مارس 1961). تم الإعلان عن 5 ICs أخرى في أكتوبر. ومنذ بداية عام 1962 ، أطلقت شركة Fairchild الإنتاج الضخم للدوائر المتكاملة وإمداداتها أيضًا لصالح وزارة الدفاع الأمريكية ووكالة ناسا.

كان على كيلبي ونويس الاستماع إلى الكثير من الانتقادات حول ابتكاراتهما. كان يعتقد أن العائد العملي للدوائر المتكاملة المناسبة سيكون منخفضًا للغاية. من الواضح أنه يجب أن يكون أقل من الترانزستورات (لأنه يحتوي على العديد من الترانزستورات) ، والتي لم تكن أعلى من 15 ٪. ثانيًا ، اعتقد الكثيرون أن الدوائر المتكاملة تستخدم مواد غير مناسبة ، لأن المقاومات والمكثفات لم تكن مصنوعة من أشباه الموصلات في ذلك الوقت. ثالثًا ، لا يمكن للكثيرين قبول فكرة عدم قابلية إصلاح الملكية الفكرية. بدا لهم أنه من التجديف التخلص من منتج فشل فيه عنصر واحد فقط من العديد من العناصر. تم التخلص من جميع الشكوك تدريجياً عندما تم استخدام الدوائر المتكاملة بنجاح في برامج الجيش والفضاء الأمريكية.

صاغ أحد مؤسسي شركة Fairchild Semiconductor ، G. Moore ، القانون الأساسي لتطوير الإلكترونيات الدقيقة للسيليكون ، والتي بموجبها تضاعف عدد الترانزستورات في شريحة الدائرة المتكاملة كل عام. هذا القانون ، المسمى "قانون مور" ، كان يعمل بشكل جيد إلى حد ما خلال السنوات الخمس عشرة الأولى (ابتداءً من عام 1959) ، ثم حدثت هذه المضاعفة في حوالي عام ونصف.

علاوة على ذلك ، بدأت صناعة الملكية الفكرية في الولايات المتحدة في التطور بوتيرة سريعة. في الولايات المتحدة ، بدأت عملية تشبه الانهيار الجليدي لظهور الشركات الموجهة حصريًا "تحت المستوى" ، حيث وصلت في بعض الأحيان إلى النقطة التي تم فيها تسجيل عشرات الشركات في الأسبوع. في السعي وراء قدامى المحاربين (شركات دبليو شوكلي وآر نويس) ، وكذلك بفضل الحوافز الضريبية والخدمات التي تقدمها جامعة ستانفورد ، تجمع "الوافدون الجدد" بشكل أساسي في وادي سانتا كلارا (كاليفورنيا). لذلك ، ليس من المستغرب أنه في عام 1971 ، مع اليد الخفيفة للصحافي الذي يروج للابتكارات التقنية ، دون هوفلر ، دخلت الصورة الرومانسية التكنولوجية لـ "وادي السيليكون" في التداول ، والتي أصبحت إلى الأبد مرادفًا لمكة تكنولوجيا أشباه الموصلات. ثورة. بالمناسبة ، في تلك المنطقة يوجد وادي بالفعل ، كان مشهورًا سابقًا بالعديد من بساتين المشمش والكرز والخوخ ، والذي كان له اسم مختلف وأكثر متعة قبل ظهور شوكلي فيه - وادي هارتس ديلايت ، الآن ، للأسف ، تقريبًا نسي.

في عام 1962 ، بدأ الإنتاج الضخم للدوائر المتكاملة في الولايات المتحدة ، على الرغم من أن حجم تسليمها للعملاء بلغ بضعة آلاف فقط. وكان أقوى حافز لتطوير صناعة الأدوات والصناعات الإلكترونية على أساس جديد هو الصواريخ وتكنولوجيا الفضاء. لم يكن لدى الولايات المتحدة في ذلك الوقت نفس الصواريخ الباليستية العابرة للقارات القوية مثل الصواريخ السوفيتية ، ومن أجل زيادة الشحنة ، أُجبروا على الذهاب للحد الأقصى من كتلة الناقل ، بما في ذلك أنظمة التحكم ، من خلال إدخال أحدث التطورات في التكنولوجيا الإلكترونية. وقعت شركتا Texas Instrument و Fairchild Semiconductor عقودًا كبيرة لتطوير وتصنيع الدوائر المتكاملة مع وزارة الدفاع الأمريكية ومع وكالة ناسا.

أول دوائر مرحلية لأشباه الموصلات في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية

بحلول نهاية الخمسينيات من القرن الماضي ، احتاجت الصناعة السوفيتية إلى ثنائيات أشباه الموصلات والترانزستورات لدرجة أن اتخاذ تدابير صارمة كانت مطلوبة. في عام 1959 ، تم إنشاء مصانع أجهزة أشباه الموصلات في ألكساندروف ، بريانسك ، فورونيج ، ريجا ، إلخ. التي نصت على بناء المصانع والمعاهد البحثية في كييف ومينسك ويريفان ونالتشيك ومدن أخرى.

سنكون مهتمين بأحد المصانع الجديدة - مصنع Riga Semiconductor المذكور أعلاه (RZPP ، لقد غير اسمه عدة مرات ، من أجل البساطة ، نستخدم أشهرها وتشغيلها والآن). كقاعدة انطلاق ، تم منح المصنع الجديد مبنى المدرسة الفنية التعاونية قيد الإنشاء بمساحة 5300 م 2 ، وفي نفس الوقت بدأ بناء مبنى خاص. بحلول فبراير 1960 ، تم بالفعل إنشاء 32 خدمة و 11 مختبرًا وإنتاجًا تجريبيًا في المصنع ، والذي بدأ في أبريل للتحضير لإنتاج الأدوات الأولى. يعمل في المصنع بالفعل 350 شخصًا ، تم إرسال 260 منهم للدراسة في معهد موسكو للأبحاث -35 (لاحقًا معهد أبحاث بولسار) وفي مصنع لينينغراد سفيتلانا خلال العام. وبحلول نهاية عام 1960 بلغ عدد العاملين 1900 شخص. في البداية ، كانت الخطوط التكنولوجية موجودة في القاعة الرياضية المعاد بناؤها لمبنى المدرسة الفنية التعاونية ، وكانت مختبرات مكتب التصميم التجريبي موجودة في الفصول الدراسية السابقة. تم إنتاج الأجهزة الأولى (ترانزستورات الجرمانيوم لنشر السبائك وتحويلها P-401 و P-403 و P-601 و P-602 التي طورها المصنع NII-35) بعد 9 أشهر من توقيع الطلب عند إنشائها ، في مارس 1960. وبحلول نهاية يوليو ، أنتج أول ألف ترانزستور من طراز P-401. ثم أتقن العديد من الترانزستورات والثنائيات الأخرى في الإنتاج. في يونيو 1961 ، تم الانتهاء من بناء مبنى خاص ، حيث بدأ الإنتاج الضخم لأجهزة أشباه الموصلات.

منذ عام 1961 ، بدأ المصنع أعمالًا تكنولوجية وتطويرية مستقلة ، بما في ذلك ميكنة وأتمتة إنتاج الترانزستورات على أساس الليثوغرافيا الضوئية. لهذا الغرض ، تم تطوير أول مكرر للصور المحلية (طابع ضوئي) - وهو تثبيت للجمع بين طباعة الصور الفوتوغرافية والاتصال بها (تم تطويره بواسطة A.S. Gotman). قدمت مؤسسات وزارة صناعة الراديو ، بما في ذلك KB-1 (لاحقًا NPO Almaz ، موسكو) و NIIRE ، مساعدة كبيرة في تمويل وتصنيع المعدات الفريدة. ثم كان أكثر المطورين نشاطاً للمعدات الراديوية صغيرة الحجم ، الذين لا يمتلكون قاعدة أشباه الموصلات التكنولوجية الخاصة بهم ، يبحثون عن طرق للتفاعل الإبداعي مع مصانع أشباه الموصلات التي تم إنشاؤها حديثًا.

في RZPP ، تم تنفيذ العمل النشط لأتمتة إنتاج ترانزستورات الجرمانيوم من النوعين P401 و P403 بناءً على خط إنتاج Ausma الذي أنشأه المصنع. مصممها الرئيسي (GK) A.S. اقترح جوتمان إنشاء مسارات حاملة للتيار على سطح الجرمانيوم من أقطاب الترانزستور إلى محيط البلورة ، من أجل لحام خيوط الترانزستور بسهولة أكبر في العلبة. ولكن الأهم من ذلك ، أنه يمكن استخدام هذه المسارات كمطاريف خارجية للترانزستور عندما يتم تجميعها بدون حزمة على الألواح (تحتوي على عناصر متصلة وسلبية) ، ويتم لحامها مباشرة في وسادات التلامس المقابلة (في الواقع ، تقنية إنشاء دوائر متكاملة مختلطة) أقترح). الطريقة المقترحة ، حيث يتم تقبيل ممرات البلور الحالية ، كما كانت ، تقبيل وسادات التلامس للوحة ، الاسم الأصلي - "تقنية التقبيل". ولكن نظرًا لعدد من المشكلات التكنولوجية التي تبين أنها غير قابلة للحل في ذلك الوقت ، والتي تتعلق أساسًا بمشكلات دقة الحصول على جهات اتصال على لوحة الدوائر المطبوعة ، لم يكن من الممكن تطبيق "تقنية التقبيل" عمليًا. بعد بضع سنوات ، تم تنفيذ فكرة مماثلة في الولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفيتي ووجدت تطبيقًا واسعًا في ما يسمى بـ "خيوط الكرة" وفي تقنية "الرقاقة على السبورة".

ومع ذلك ، فإن شركات الأجهزة التي تتعاون مع RZPP ، بما في ذلك NIIRE ، تأمل في "تقنية التقبيل" وتخطط لاستخدامها. في ربيع عام 1962 ، عندما أصبح من الواضح أن تنفيذه قد تم تأجيله إلى أجل غير مسمى ، قام كبير المهندسين في NIIRE V.I. سأل سميرنوف مدير RZPP S.A. بيرجمان لإيجاد طريقة أخرى لتنفيذ دارة متعددة العناصر من النوع 2NOT-OR ، عالمية لبناء الأجهزة الرقمية.

أرز. 7. دائرة مكافئة لـ IS R12-2 (1LB021). مأخوذ من نشرة الملكية الفكرية لعام 1965

أول IS و GIS بواسطة يوري أوسوكين. دائرة صلبة R12-2(سلسلة IC 102 و 116 )

عهد مدير RZPP بهذه المهمة إلى المهندس الشاب يوري فالنتينوفيتش أوسوكين. قمنا بتنظيم قسم يتكون من معمل تكنولوجي ومختبر لتطوير وتصنيع الماسكات الضوئية ومختبر قياس وخط إنتاج تجريبي. في ذلك الوقت ، تم تسليم تقنية تصنيع ثنائيات الجرمانيوم والترانزستورات إلى RZPP ، وتم اعتبارها أساسًا لتطوير جديد. وبالفعل في خريف عام 1962 ، تم الحصول على النماذج الأولية للدائرة الصلبة الجرمانيوم 2NE-OR (نظرًا لأن المصطلح IP لم يكن موجودًا في ذلك الوقت ، واحترامًا لشئون تلك الأيام ، سنحتفظ باسم "الدائرة الصلبة" - TS) والتي حصلت على تسمية المصنع "P12-2". تم الاحتفاظ بكتيب إعلاني من عام 1965 على P12-2 (الشكل 6) ، والمعلومات والرسوم التوضيحية التي سنستخدمها. يحتوي TS R12-2 على اثنين من الترانزستورات الجرمانيوم p - n - p (ترانزستورات معدلة من النوعين P401 و P403) مع حمولة كاملة على شكل مقاوم الجرمانيوم الموزع من النوع p (الشكل 7).

أرز. 8. هيكل IS R12-2. مقتبس من نشرة الملكية الفكرية لعام 1965

أرز. 9. رسم الأبعاد للمركبة R12-2. مقتبس من نشرة الملكية الفكرية لعام 1965

يتم تشكيل الخيوط الخارجية عن طريق اللحام بالضغط الحراري بين مناطق الجرمانيوم في هيكل TC والذهب من أسلاك الرصاص. هذا يضمن التشغيل المستقر للدوائر تحت التأثيرات الخارجية في ظروف المناطق الاستوائية وضباب البحر ، وهو أمر مهم بشكل خاص للعمل في مبادلات الهاتف الأوتوماتيكية شبه الإلكترونية البحرية المصنعة من قبل مصنع VEF Riga ، الذي يهتم أيضًا بهذا التطور.

من الناحية الهيكلية ، تم تصنيع TS R12-2 (واللاحقة R12-5) على شكل "قرص" (الشكل 9) من كوب معدني دائري بقطر 3 مم وارتفاعه 0.8 مم. تم وضع بلورة TS فيه وتم ملؤها بمركب بوليمر ، خرجت منه نهايات خارجية قصيرة من الأسلاك المصنوعة من الذهب الناعم بقطر 50 ميكرومتر ، ملحومة بالبلورة. لم يتجاوز وزن P12-2 25 مجم. في هذا التصميم ، كانت RHs مقاومة للرطوبة النسبية 80٪ عند درجة حرارة محيطة تبلغ 40 درجة مئوية وللتدوير لدرجة الحرارة 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 ، كان عام 1962 هو عام ميلاد صناعة الإلكترونيات الدقيقة في الولايات المتحدة الأمريكية واتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية.

أرز. 10. مجموعات TC R12-2

أرز. 11. الخصائص الكهربائية الرئيسية لـ R12-2

كانت تقنية أشباه الموصلات في مهدها ولم تضمن بعد قابلية التكرار الصارمة للمعلمات. لذلك ، تم تصنيف الأجهزة القابلة للتشغيل في مجموعات من المعلمات (يتم ذلك غالبًا في عصرنا). فعل سكان ريغا الشيء نفسه ، حيث قاموا بتركيب 8 أنواع من TS R12-2 (الشكل 10). جميع الخصائص الكهربائية وغيرها من الخصائص الأخرى هي نفسها لجميع التصنيفات (الشكل 11).

بدأ إنتاج TS R12-2 بالتزامن مع R & D "صلابة" ، والتي انتهت في عام 1964 (GK Yu.V. Osokin). في إطار هذا العمل ، تم تطوير تقنية جماعية محسّنة للإنتاج المتسلسل للجرمانيوم TCs استنادًا إلى الطباعة الحجرية الضوئية والترسب الجلفاني للسبائك من خلال قناع ضوئي. تم تسجيل حلولها التقنية الرئيسية كاختراع لشركة Osokin Yu.V. وميخالوفيتش د. (A.S. No. 36845). عدة مقالات كتبها Yu.V. Osokina بالتعاون مع متخصصي KB-1 I.V. لا شيء يا ج. Smolko و Yu.E. Naumov مع وصف لتصميم وخصائص السيارة R12-2 (والمركبة R12-5 اللاحقة).

كان تصميم P12-2 جيدًا للجميع ، باستثناء شيء واحد - لم يكن المستهلكون يعرفون كيفية استخدام هذه المنتجات الصغيرة بأدق النتائج. كقاعدة عامة ، لم يكن لدى شركات الأجهزة التكنولوجيا ولا المعدات اللازمة لذلك. طوال فترة إصدار R12-2 و R12-5 ، أتقنت NIIRE ، مصنع Zhiguli Radio التابع لوزارة صناعة الراديو ، VEF ، NIIP (منذ 1978 NPO Radiopribor) وعدد قليل من المؤسسات الأخرى. من خلال فهم المشكلة ، فكر مطورو TS ، مع NIIRE ، على الفور في المستوى الثاني من التصميم ، والذي أدى في نفس الوقت إلى زيادة كثافة تصميم المعدات.

أرز. 12. وحدة من 4 مركبات R12-2

في عام 1963 ، في إطار البحث والتطوير "Kvant" (GK A.N. Pelipenko ، بمشاركة E.M. Lyakhovich) ، تم تطوير تصميم الوحدة في NIIRE ، حيث تم دمج أربعة TS R12-2 (الشكل 12). تم وضع من اثنين إلى أربعة R12-2 TS (في حالة واحدة) على لوح صغير مصنوع من الألياف الزجاجية الرقيقة ، والتي تنفذ معًا بعضًا عقدة وظيفية. تم ضغط ما يصل إلى 17 خيوطًا على اللوحة (يتنوع الرقم لوحدة معينة) بطول 4 مم. تم وضع الصفيحة الدقيقة في كوب معدني مختوم مقاس 21.6 × 10. 6.6 مم وبعمق 3.1 مم ومليئة بمركب بوليمر. والنتيجة هي دائرة متكاملة هجينة (GIS) مع عناصر مختومة مزدوجة. وكما قلنا ، كان أول GIS في العالم مع تكامل ثنائي المستوى ، وربما أول GIS بشكل عام. تم تطوير ثمانية أنواع من الوحدات بالاسم الشائع "الكم" ، والتي تؤدي وظائف منطقية مختلفة. كجزء من هذه الوحدات ، ظلت مركبات R12-2 تعمل تحت تأثير التسارع المستمر حتى 150 جم وأحمال الاهتزاز في نطاق التردد من 5-2000 هرتز مع تسارع يصل إلى 15 جم.

تم إنتاج وحدات Kvant لأول مرة من خلال الإنتاج التجريبي لـ NIIRE ، ثم تم نقلها إلى محطة Zhiguli Radio التابعة لوزارة صناعة الراديو في الاتحاد السوفياتي ، والتي زودتها بمختلف المستهلكين ، بما في ذلك مصنع VEF.

أثبتت وحدات TS R12-2 و Kvant المبنية عليها أنها جيدة وتستخدم على نطاق واسع. في عام 1968 ، تم إصدار معيار أنشأ نظامًا موحدًا لتسميات الدوائر المتكاملة في الدولة ، وفي عام 1969 - المواصفات العامة لأشباه الموصلات (NP0.073.004TU) والهجين (NP0.073.003TU) مع نظام موحدمتطلبات. وفقًا لهذه المتطلبات ، وافق المكتب المركزي لتطبيق الدوائر المتكاملة (TsBPIMS ، لاحقًا مكتب التصميم المركزي دايتون ، زيلينوجراد) في 6 فبراير 1969 على الشروط الفنية الجديدة لـ TS ShT3.369.001-1TU. في الوقت نفسه ، ظهر مصطلح "الدائرة المتكاملة" للسلسلة 102 لأول مرة في تسمية المنتج. في الواقع ، كان عبارة عن دائرة متكاملة واحدة ، مقسمة إلى أربع مجموعات حسب جهد الخرج وسعة التحميل.

أرز. 13. سلسلة IC 116 و 117

وفي 19 سبتمبر 1970 ، تمت الموافقة في TsBPIMS على المواصفات الفنية AB0.308.014TU لوحدات Kvant ، التي حصلت على تصنيف IS من سلسلة 116 ، في TsBPIMS (الشكل 13). تضمنت السلسلة تسعة دوائر متكاملة: 1KhL161 و 1KhL162 و 1KhL163 - دوائر رقمية متعددة الوظائف ؛ 1LE161 و 1LE162 - عنصران وأربعة عناصر منطقية 2NOT-OR ؛ 1TP161 و 1TP1162 - مشغل واحد واثنان ؛ 1UP161 - مضخم الطاقة ، وكذلك 1LP161 - عنصر منطقي"حظر" ل 4 مدخلات و 4 مخرجات. كان لكل من هذه الدوائر المتكاملة من أربعة إلى سبعة إصدارات ، تختلف في جهد إشارة الخرج وسعة التحميل ، في المجموع كان هناك 58 تصنيفًا للدائرة المتكاملة. تم تمييز عمليات الإعدام بحرف بعد الجزء الرقمي من تعيين IS ، على سبيل المثال ، 1ХЛ161Ж. في المستقبل ، توسع نطاق الوحدات. كانت سلسلة 116 ICs مختلطة بالفعل ، ولكن بناءً على طلب RZPP تم تصنيفها على أنها أشباه موصلات (الرقم الأول في التعيين هو "1" ، يجب أن يكون للهجين "2").

في عام 1972 ، بقرار مشترك من وزارة الصناعة الإلكترونية ووزارة صناعة الراديو ، تم نقل إنتاج الوحدات من محطة راديو Zhiguli إلى RZPP. أدى هذا إلى التخلص من الحاجة إلى نقل 102 سلسلة المرحلية عبر مسافات طويلة ، لذلك لم تكن هناك حاجة لتغليف قالب كل IC. نتيجة لذلك ، تم تبسيط تصميم الدوائر المتكاملة لكل من السلسلتين 102 و 116: لم تكن هناك حاجة لتعبئة الدوائر المتكاملة من السلسلة 102 في كوب معدني مملوء بالمركب. تم تسليم الدوائر المتكاملة غير المعبأة من السلسلة 102 في حاوية تكنولوجية إلى متجر مجاور لتجميع الدوائر المتكاملة من سلسلة 116 ، مثبتة مباشرة على اللوح الصغير الخاص بهم ، ومختومة في صندوق الوحدة.

في منتصف السبعينيات ، تم إصدار معيار جديد لنظام تدوين IP. بعد ذلك ، على سبيل المثال ، تلقى IS 1LB021V التعيين 102LB1V.

الثاني IS و GIS ليوري أوسوكين. دائرة صلبة R12-5(سلسلة IC 103 و 117 )

بحلول بداية عام 1963 ، نتيجة للعمل الجاد على تطوير ترانزستورات n - p - n عالية التردد ، قام فريق Yu.V. اكتسبت Osokina الكثير من الخبرة مع طبقات p على رقاقة n-germanium الأصلية. سمح هذا وتوافر جميع المكونات التكنولوجية الضرورية لشركة Osokin في عام 1963 بالبدء في تطوير تقنية جديدة وتصميم لإصدار أسرع من TS. في عام 1964 ، بأمر من NIIRE ، تم الانتهاء من تطوير R12-5 TS والوحدات النمطية القائمة عليها. وفقًا لنتائجها ، في عام 1965 ، تم افتتاح Palanga R & D (GK Yu.V. Osokin ، نائبه - DL Mikhalovich ، اكتمل في عام 1966). تم تطوير الوحدات على أساس P12-5 في إطار نفس R&D "Kvant" كوحدات تعتمد على P12-2. بالتزامن مع المواصفات الفنية للسلسلة 102 و 116 ، كانت المواصفات الفنية ShT3.369.002-2TU لسلسلة 103 ICs (R12-5) و AV0.308.016TU للسلسلة 117 من ICs (وحدات تعتمد على 103 سلسلة ICs) كانت موافقة. كانت تسميات الأنواع والتصنيفات القياسية لـ TS R12-2 والوحدات النمطية عليها وسلسلة IS 102 و 116 متطابقة مع تسميات TS R12-5 و IS series 103 و 117 ، على التوالي. لقد اختلفوا فقط في السرعة وتكنولوجيا التصنيع الخاصة بشريحة IC. كان وقت تأخير الانتشار النموذجي للسلسلة 117 هو 55 نانوثانية مقابل 200 نانوثانية للسلسلة 116.

من الناحية الهيكلية ، كان R12-5 TS عبارة عن هيكل أشباه موصلات من أربع طبقات (الشكل 14) ، حيث تم توصيل الركيزة من النوع n والبواعث من النوع p + بحافلة أرضية مشتركة. تم تسجيل الحلول التقنية الرئيسية لبناء R12-5 TS على أنها اختراع Osokin Yu.V. ، Mikhalovich D.L. Kaidalova Zh.A. و Akmensa Ya.P. (A.S. No. 248847). في تصنيع الهيكل المكون من أربع طبقات لـ TS R12-5 ، كانت الدراية الفنية المهمة تتمثل في تكوين طبقة من النوع n في لوحة الجرمانيوم الأصلية. تم تحقيق ذلك عن طريق نشر الزنك في أمبولة كوارتز محكمة الغلق ، حيث توجد الألواح عند درجة حرارة حوالي 900 درجة مئوية ، والزنك يقع في الطرف الآخر من الأمبولة عند درجة حرارة حوالي 500 درجة مئوية. يتشابه تكوين بنية TS في الطبقة p التي تم إنشاؤها مع TS P12-2. جعلت التكنولوجيا الجديدة من الممكن الابتعاد عن الشكل المعقد لبلور TS. تم أيضًا طحن الرقائق ذات P12-5 من الجانب الخلفي بسماكة حوالي 150 ميكرومتر مع الحفاظ على جزء من الرقاقة الأصلية ، ثم تم خربشها في شرائح IC مستطيلة منفصلة.

أرز. 14. هيكل بلوري لـ TS P12-5 من AS رقم 248847. 1 و 2 - الأرض ، 3 و 4 - المدخلات ، 5 - الإخراج ، 6 - الطاقة

بعد الأول نتائج إيجابيةإنتاج مركبات R12-5 تجريبية ، بأمر KB-1 ، تم افتتاح Mezon-2 R & D ، بهدف إنشاء مركبات بأربعة R12-5s. في عام 1965 ، تم الحصول على عينات التشغيل في علبة معدنية مسطحة من السيراميك. ولكن تبين أنه من الصعب تصنيع P12-5 ، ويرجع ذلك أساسًا إلى صعوبة تكوين طبقة p مغموسة بالزنك على رقاقة n-Ge الأصلية. تبين أن تصنيع البلورة يتطلب عمالة مكثفة ، ونسبة العائد منخفضة ، وتكلفة TS مرتفعة. للأسباب نفسها ، تم إنتاج R12-5 TS بأحجام صغيرة ولا يمكن أن تحل محل R12-2 الأبطأ ، ولكن المتقدم تقنيًا. ولم يستمر البحث والتطوير "Mezon-2" على الإطلاق ، بما في ذلك بسبب مشاكل التوصيل البيني.

بحلول ذلك الوقت ، كان معهد أبحاث بولسار و NIIME يعملان بالفعل على جبهة عريضة لتطوير تقنية السيليكون المستوي ، والتي لها عدد من المزايا على الجرمانيوم ، وأهمها نطاق درجة حرارة تشغيل أعلى (+ 150 درجة مئوية للسيليكون و + 70 درجة مئوية للسيليكون). الجرمانيوم) والسيليكون طبيعي فيلم واقية SiO2. وتم إعادة توجيه تخصص RZPP لإنشاء الدوائر المتكاملة التناظرية. لذلك ، اعتبر متخصصو RZPP أن تطوير تقنية الجرمانيوم لإنتاج الدوائر المتكاملة غير مناسب. ومع ذلك ، في إنتاج الترانزستورات والثنائيات ، لم يتخلى الجرمانيوم عن مواقعه لبعض الوقت. في قسم Yu.V. Osokin ، بعد عام 1966 ، طورت RZPP وأنتجت ترانزستورات الميكروويف منخفضة الضوضاء الجرمانيوم GT329 ، GT341 ، GT 383 ، إلخ. تم منحها جائزة الدولة لاتحاد لاتفيا.

طلب

أرز. 15. وحدة حسابية على وحدات الدائرة الصلبة. صورة من كتيب TS بتاريخ 1965

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

كان العملاء والمستهلكون الأوائل لـ R12-2 TS والوحدات النمطية هم مبتكرو أنظمة محددة: كمبيوتر Gnom (الشكل 15) لنظام الطائرات على متن الطائرة Kupol (NIIRE ، GK Lyakhovich E.M.) ومبادلات الهاتف الآلية البحرية والمدنية (المصنع VEF ، GK Misulovin L.Ya.). شارك بنشاط في جميع مراحل إنشاء مركبات R12-2 و R12-5 والوحدات عليها و KB-1 ، كان المنسق الرئيسي لهذا التعاون من KB-1 NA. باركانوف. لقد ساعدوا في تمويل وتصنيع المعدات والبحث عن TS والوحدات في مختلف الأوضاع وظروف التشغيل.

كانت TS R12-2 ووحدات "Quantum" على أساسها أول الدوائر الدقيقة في البلاد. نعم ، وفي العالم كانوا من بين الأوائل - فقط في الولايات المتحدة بدأوا في إنتاج أول دوائر متكاملة لأشباه الموصلات من Texas Instruments و Fairchild Semiconductor ، وفي عام 1964 بدأت شركة IBM في إنتاج دوائر متكاملة هجينة ذات أغشية سميكة لأجهزة الكمبيوتر الخاصة بها. في بلدان أخرى ، لم يتم التفكير في الملكية الفكرية بعد. لذلك ، كانت الدوائر المتكاملة فضولًا للجمهور ، وقد تركت فعالية تطبيقها انطباعًا مذهلاً وتم استغلالها في الإعلانات. في الكتيب المتبقي على السيارة R12-2 من عام 1965 (استنادًا إلى تطبيقات حقيقية بالفعل) يقول: " يتيح استخدام الدوائر الصلبة R12-2 في أجهزة الحوسبة المدمجة تقليل وزن وأبعاد هذه الأجهزة بعامل 10-20 ، وتقليل استهلاك الطاقة ، وزيادة الموثوقية التشغيلية. ... إن استخدام الدوائر الصلبة R12-2 في أنظمة التحكم والتبديل الخاصة بمسارات نقل المعلومات لمبادلات الهاتف الأوتوماتيكية يجعل من الممكن تقليل حجم أجهزة التحكم بحوالي 300 مرة ، وكذلك تقليل استهلاك الطاقة بشكل كبير (بمقدار 30- 50 مرة) ". تم توضيح هذه العبارات من خلال صور الجهاز الحسابي للكمبيوتر Gnom (الشكل 15) ومقارنة لرف ATS الذي تم تصنيعه في ذلك الوقت بواسطة مصنع VEF استنادًا إلى مرحل مع كتلة صغيرة في راحة الفتاة (الشكل 16) ). كان هناك العديد من التطبيقات الأخرى لأول ريغا المرحلية.

إنتاج

من الصعب الآن استعادة صورة كاملة لأحجام إنتاج سلسلة 102 و 103 من الدوائر المتكاملة على مر السنين (تحول RZPP اليوم من مصنع كبير إلى إنتاج صغير وفقد العديد من المحفوظات). لكن وفقًا لمذكرات Yu.V. Osokin ، في النصف الثاني من الستينيات ، بلغ الإنتاج عدة مئات الآلاف في السنة ، في السبعينيات - الملايين. وفقًا لسجلاته الشخصية ، في عام 1985 ، تم إصدار ICs من سلسلة 102 - 4100000 قطعة ، وحدات من سلسلة 116 - 1025000 قطعة ، ICs من سلسلة 103 - 700000 قطعة ، وحدات من سلسلة 117 - 175000 قطعة.

في نهاية عام 1989 ، تولى Yu.V. تحول Osokin ، المدير العام لبرامج Alpha ، إلى قيادة اللجنة العسكرية الصناعية التابعة لمجلس وزراء اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (VPK) مع طلب إزالة السلسلة 102 و 103 و 116 و 117 من الإنتاج بسبب تقادمها وكثافة عمالية عالية (لمدة 25 عامًا ، الإلكترونيات الدقيقة بعيدة عن المضي قدمًا) ، لكنها تلقت رفضًا قاطعًا. نائب رئيس المجمع الصناعي العسكري ف. أخبره كوبلوف أن الطائرات كانت تحلق بشكل موثوق وأن البديل غير وارد. بعد انهيار الاتحاد السوفياتي ، تم إنتاج ICs من سلسلة 102 و 103 و 116 و 117 حتى قبل منتصف التسعينيات ، أي لأكثر من 30 عامًا. لا تزال أجهزة الكمبيوتر "Gnome" في قمرة القيادة الملاحية للطائرة "Il-76" وبعض الطائرات الأخرى. "هذا حاسوب عملاق" ، لا يضيع طيارونا عندما يفاجأ زملاؤهم الأجانب باهتمامهم بوحدة لم يسبق رؤيتها من قبل.

حول الأولويات

على الرغم من حقيقة أن J.

قام كل من R. Kilby و J. Noyce ، من خلال شركتهما ، بتقديم طلب للحصول على براءة اختراع لاختراع الدائرة المتكاملة. تقدمت شركة Texas Instruments بطلب للحصول على براءة الاختراع في وقت سابق ، في فبراير 1959 ، بينما لم تفعل ذلك شركة Fairchild إلا في يوليو من ذلك العام. لكن براءة الاختراع رقم 2981877 صدرت في أبريل 1961 إلى R. Noyce. رفع ج. كيلبي دعوى قضائية وحصل على براءة اختراعه رقم 3138743 فقط في يونيو 1964. ثم اندلعت حرب الأولويات التي استمرت عشر سنوات ، ونتيجة لذلك (نادرًا) فازت "الصداقة". في النهاية ، أيدت محكمة الاستئناف ادعاء R. Noyce بالأولوية في التكنولوجيا ، لكنها قضت بأن J. ووقعت Texas Instruments و Fairchild Semiconductor اتفاقية ترخيص عبر التكنولوجيا.

في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، لم يكن منح براءات الاختراع للمؤلفين أي شيء سوى المتاعب ، ودفع مبلغ ضئيل لمرة واحدة وإرضاء أخلاقي ، لذلك لم يتم إضفاء الطابع الرسمي على العديد من الاختراعات على الإطلاق. ولم يكن أوسوكين في عجلة من أمره أيضًا. لكن بالنسبة للمؤسسات ، كان عدد الاختراعات أحد المؤشرات ، لذلك لا يزال يتعين تسجيلها. لذلك ، حصل Yu. Osokina و D.Mikhalovich على شهادة مؤلف اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية رقم 36845 لاختراع TS R12-2 فقط في 28 يونيو 1966.

وأصبح J. Kilby في عام 2000 أحد الفائزين بجائزة نوبل لاختراع الملكية الفكرية. لم ينتظر R. Noyce الاعتراف العالمي ، وتوفي في عام 1990 ، ووفقًا للوضع ، لا تُمنح جائزة نوبل بعد وفاته. وهذا ، في هذه الحالة ، ليس عادلاً تمامًا ، لأن جميع الإلكترونيات الدقيقة اتبعت المسار الذي بدأه R. Noyce. كانت سلطة نويس بين المتخصصين عالية جدًا لدرجة أنه حصل حتى على لقب "عمدة وادي السيليكون" ، لأنه كان آنذاك أشهر العلماء الذين يعملون في ذلك الجزء من كاليفورنيا ، والذي حصل على الاسم غير الرسمي لوادي السيليكون (كان دبليو شوكلي تسمى "موسى وادي السيليكون"). واتضح أن مسار ج. كيلبي (الجرمانيوم "المشعر") كان طريقًا مسدودًا ، ولم يتم تنفيذه حتى في شركته. لكن الحياة ليست عادلة دائما.

مُنحت جائزة نوبل لثلاثة علماء. استقبل جاك كيلبي البالغ من العمر 77 عامًا نصفه ، وتم تقسيم النصف الآخر بين الأكاديمي في الأكاديمية الروسية للعلوم زورس ألفيروف وأستاذ جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا ، الأمريكي من أصل ألماني هربرت كريمر ، " تطوير الهياكل غير المتجانسة لأشباه الموصلات المستخدمة في الإلكترونيات الضوئية عالية السرعة. "

وفي تقييم هذه الأعمال ، أشار الخبراء إلى أن "الدوائر المتكاملة هي بالطبع اكتشاف القرن الذي كان له تأثير قوي على المجتمع والاقتصاد العالمي". بالنسبة إلى ج. كيلبي المنسي ، كانت جائزة نوبل مفاجأة. في مقابلة مع مجلة يوروبفيزيكس نيوزاعترف: " في ذلك الوقت ، كنت أفكر فقط في ما سيكون مهمًا لتطوير الإلكترونيات من وجهة نظر اقتصادية. لكنني لم أفهم في ذلك الوقت أن الانخفاض في تكلفة المنتجات الإلكترونية سيؤدي إلى نمو هائل في التقنيات الإلكترونية ".

ولم يتم تقييم عمل Yu. Osokin ليس فقط من قبل لجنة نوبل. لقد تم نسيانها أيضًا في بلدنا ، فأولوية الدولة في إنشاء الإلكترونيات الدقيقة ليست محمية. وكان بالتأكيد كذلك.

في الخمسينيات من القرن الماضي ، تم إنشاء أساس مادي لتشكيل منتجات متعددة العناصر - دوائر متكاملة - في بلورة متجانسة واحدة أو على ركيزة خزفية واحدة. لذلك ، ليس من المستغرب أن فكرة الملكية الفكرية ظهرت بشكل مستقل في أذهان العديد من المتخصصين في وقت واحد تقريبًا. وسرعة طرح فكرة جديدة تعتمد على القدرات التكنولوجية للمؤلف واهتمام الشركة المصنعة ، أي وجود المستهلك الأول. في هذا الصدد ، كان Yu. Osokin 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 تصميم مخططها. في الواقع ، دور J. لم يدخل اختراع كيلبي في الإنتاج المتسلسل. نويس ، في شركته الشابة وغير القوية بعد ، ذهب إلى إنشاء تقنية مستوية جديدة ، والتي أصبحت حقًا أساس الإلكترونيات الدقيقة اللاحقة ، لكن المؤلف لم يستسلم على الفور. فيما يتعلق بما سبق ، اضطر كل منهما وشركاتهم إلى بذل الكثير من الجهد والوقت للتنفيذ العملي لأفكارهم لبناء دوائر متكاملة قادرة على التسلسل. ظلت عيناتهم الأولى تجريبية ، وذهبت الدوائر الدقيقة الأخرى ، التي لم يتم تطويرها من قبلهم ، إلى الإنتاج الضخم. على عكس كيلبي ونويس ، اللذين كانا بعيدين عن الإنتاج ، اعتمد عامل المصنع Yu. Osokin على تقنيات أشباه الموصلات المطورة صناعيًا لـ RZPP ، وضمن للمستهلكين أول TS في شكل البادئ بتطوير NIIRE و VEF القريبة النبات الذي ساعد في هذا العمل. لهذه الأسباب ، دخلت النسخة الأولى من سيارته على الفور إلى مرحلة تجريبية ، وتم نقلها بسلاسة إلى الإنتاج الضخم ، والتي استمرت بشكل مستمر لأكثر من 30 عامًا. وهكذا ، بدء تطوير TS في وقت لاحق من Kilby و Noyce ، سرعان ما استحوذ Yu. Osokin (لا يعرف عن هذه المنافسة). علاوة على ذلك ، لا يرتبط عمل Yu. Osokin بأي حال من الأحوال بعمل الأمريكيين ، والدليل على ذلك هو الاختلاف المطلق في TS الخاص به والحلول المطبقة فيه لدوائر Kilby و Noyce الدقيقة. بدأت شركة Texas Instruments (وليس اختراع كيلبي) ، و Fairchild ، و RZPP في إنتاج دوائرهم المرحلية في وقت واحد تقريبًا ، في عام 1962. يمنح هذا الحق الكامل 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 لج. يو. بالنسبة لاختراع أول GIS مع تكامل ثنائي المستوى (وربما GIS بشكل عام) ، هنا الأولوية هي A. إن Pelipenko من NIIRE أمر لا جدال فيه على الإطلاق.

لسوء الحظ ، لم يكن من الممكن العثور على عينات من TS والأجهزة التي تعتمد عليها ، وهي ضرورية للمتاحف. سيكون المؤلف ممتنًا جدًا لمثل هذه العينات أو صورهم.

الدائرة المتكاملة (الدقيقة) (IC ، IC ، m / s ، الدائرة المتكاملة الإنجليزية ، IC ، الدائرة الدقيقة) ، الرقاقة ، الرقاقة الدقيقة (الرقاقة الإنجليزية ، رقاقة السيليكون ، الرقاقة - لوحة رقيقة - المصطلح المشار إليه في الأصل هو لوحة بلورية دقيقة) - جهاز الكتروني دقيق - دائرة كهربائيةالتعقيد التعسفي (الكريستال) ، المصنوع على ركيزة شبه موصلة (لوحة أو فيلم) ووضعه في علبة غير قابلة للفصل ، أو بدونه ، إذا تم تضمينه في التجميع الدقيق.

الإلكترونيات الدقيقة هي أهم وأهم إنجاز علمي وتكنولوجي في عصرنا ، كما يعتقد الكثيرون. يمكن مقارنتها بنقاط تحول 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 يتعلق الأمر اليوم بالثورة العلمية والتكنولوجية ، فإن المقصود هو الإلكترونيات الدقيقة في المقام الأول. مثل أي إنجاز تقني آخر في أيامنا ، فهو يتغلغل في جميع مجالات الحياة ويجعل حقيقة ما كان من المستحيل تخيله بالأمس. للاقتناع بهذا ، يكفي التفكير في حاسبات الجيب ، وأجهزة الراديو المصغرة ، وأجهزة التحكم الإلكترونية في الأجهزة المنزلية ، والساعات ، وأجهزة الكمبيوتر ، وأجهزة الكمبيوتر القابلة للبرمجة. وهذا ليس سوى جزء صغير من نطاقه!

تدين الإلكترونيات الدقيقة بأصلها ووجودها إلى إنشاء عنصر إلكتروني صغير صغير جديد - دائرة كهربائية متكاملة. في الواقع ، لم يكن ظهور هذه الدوائر نوعًا من الاختراعات الجديدة بشكل أساسي - فقد جاء مباشرة من منطق تطوير أجهزة أشباه الموصلات. في البداية ، عندما كانت عناصر أشباه الموصلات تدخل الحياة للتو ، تم استخدام كل ترانزستور أو مقاوم أو صمام ثنائي بشكل منفصل ، أي أنه تم وضعه في غلافه الفردي الخاص به وإدراجه في الدائرة باستخدام جهات الاتصال الفردية. تم ذلك حتى في تلك الحالات عندما كان من الضروري تجميع العديد من الدوائر المتشابهة من نفس العناصر.

تدريجيًا ، جاء الفهم أنه كان من المنطقي عدم تجميع مثل هذه الأجهزة من عناصر منفصلة ، ولكن تصنيعها على الفور على شريحة واحدة مشتركة ، خاصة وأن إلكترونيات أشباه الموصلات خلقت جميع المتطلبات الأساسية لذلك. في الواقع ، جميع عناصر أشباه الموصلات متشابهة جدًا في هيكلها مع بعضها البعض ، ولها نفس مبدأ التشغيل وتختلف فقط في الترتيب المتبادل لمناطق pn.

هؤلاء مناطق p-n، كما نتذكر ، يتم إنشاؤها عن طريق إدخال نفس النوع من الشوائب في الطبقة السطحية لبلورة أشباه الموصلات. علاوة على ذلك ، موثوقة ومن جميع وجهات النظر ، يتم توفير التشغيل المرضي للغالبية العظمى من عناصر أشباه الموصلات بسمك طبقة العمل السطحية بألف من المليمتر. عادةً ما تستخدم أصغر الترانزستورات فقط الطبقة العليا من بلورة أشباه الموصلات ، والتي لا تزيد سُمكها عن 1٪. تعمل نسبة 99 ٪ المتبقية كحامل أو ركيزة ، لأنه بدون ركيزة ، يمكن أن ينهار الترانزستور ببساطة عند أدنى لمسة. لذلك ، باستخدام التكنولوجيا المستخدمة في تصنيع المكونات الإلكترونية الفردية ، من الممكن إنشاء دائرة كاملة على الفور من عدة عشرات ومئات بل وحتى آلاف من هذه المكونات على شريحة واحدة.

ستكون الفائدة من هذا ضخمة. أولاً ، ستنخفض التكاليف على الفور (عادةً ما تكون تكلفة الدائرة المصغرة أقل بمئات المرات من التكلفة الإجمالية لجميع العناصر الإلكترونية لمكوناتها). ثانيًا ، سيكون مثل هذا الجهاز أكثر موثوقية (كما تظهر التجربة ، آلاف وعشرات الآلاف من المرات) ، وهذا أمر ذو أهمية كبيرة ، لأن استكشاف الأخطاء وإصلاحها في دائرة من عشرات أو مئات الآلاف من المكونات الإلكترونية يصبح مشكلة صعبة للغاية . ثالثًا ، نظرًا لحقيقة أن جميع العناصر الإلكترونية في الدائرة المتكاملة أصغر بمئات وآلاف المرات من نظيراتها في الدائرة المدمجة التقليدية ، فإن استهلاكها للطاقة أقل بكثير ، وسرعتها أعلى بكثير.

كان الحدث الرئيسي الذي بشر بوصول التكامل في الإلكترونيات هو اقتراح المهندس الأمريكي جيه كيلبي من شركة Texas Instruments للحصول على عناصر مكافئة للدائرة بأكملها ، مثل المسجلات والمكثفات والترانزستورات والثنائيات في قطعة متجانسة من السيليكون النقي. أنشأ كيلبي أول دائرة أشباه موصلات متكاملة في صيف عام 1958. وبالفعل في عام 1961 ، أنتجت شركة Fairchild Semiconductor أول دوائر متناهية الصغر لأجهزة الكمبيوتر: دائرة مصادفة ، وسجل شبه متحرك ، وقلب فليب. في نفس العام ، تم دمج إنتاج أشباه الموصلات دوائر المنطقمملوكة من قبل تكساس.

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

عادة ما تكون مادة البداية للدائرة المتكاملة عبارة عن رقاقة سيليكون خام. لها حجم كبير نسبيًا ، حيث يتم تصنيع عدة مئات من نفس النوع من الدوائر المصغرة في وقت واحد في وقت واحد. العملية الأولى هي أنه تحت تأثير الأكسجين عند درجة حرارة 1000 درجة ، يتم تكوين طبقة من ثاني أكسيد السيليكون على سطح هذه اللوحة. يتميز أكسيد السيليكون بمقاومة كيميائية وميكانيكية عالية وله خصائص عازل ممتاز يوفر عزلًا موثوقًا للسيليكون الموجود تحته.

الخطوة التالية هي إدخال الشوائب لإنشاء مناطق التوصيل p أو n. للقيام بذلك ، تتم إزالة فيلم الأكسيد من تلك الأماكن الموجودة على اللوحة والتي تتوافق مع المكونات الإلكترونية الفردية. يتم اختيار المناطق المرغوبة باستخدام عملية تسمى الطباعة الحجرية الضوئية. أولاً ، طبقة الأكسيد بأكملها مغطاة بمركب حساس للضوء (مقاوم للضوء) ، والذي يلعب دور فيلم فوتوغرافي - يمكن إضاءته وتطويره. بعد ذلك ، من خلال قناع ضوئي خاص يحتوي على نمط سطح بلورة أشباه الموصلات ، تضيء اللوحة بالأشعة فوق البنفسجية.

تحت تأثير الضوء ، يتم تشكيل نمط مسطح على طبقة الأكسيد ، مع بقاء المناطق غير المضيئة فاتحة ، والباقي - مظلمة. في المكان الذي تعرض فيه المقاوم الضوئي للضوء ، تتشكل مناطق غير قابلة للذوبان من الفيلم ومقاومة للأحماض. ثم يتم معالجة الرقاقة بمذيب يزيل مقاوم الضوء من المناطق المكشوفة. من الأماكن المفتوحة (ومنهم فقط) ، يتم حفر طبقة أكسيد السيليكون بالحامض.

نتيجة لذلك ، يذوب أكسيد السيليكون في الأماكن الصحيحة و "نوافذ" السيليكون النقي مفتوحة ، جاهزة لإدخال الشوائب (الربط). للقيام بذلك ، يتعرض سطح الركيزة عند درجة حرارة 900-1200 درجة للشوائب المرغوبة ، على سبيل المثال ، الفوسفور أو الزرنيخ ، للحصول على الموصلية من النوع n. تتغلغل ذرات الشوائب بعمق في السيليكون النقي ، ولكنها تصدها أكسيدها. بعد معالجة الصفيحة بنوع واحد من الشوائب ، يتم تحضيرها للربط بنوع آخر - يتم تغطية سطح اللوحة مرة أخرى بطبقة أكسيد ، ويتم إجراء طباعة حجرية ضوئية جديدة وحفر ، ونتيجة لذلك "نوافذ" جديدة فتح من السيليكون.

يتبع ذلك ربط جديد ، على سبيل المثال مع البورون ، للحصول على الموصلية من النوع p. وهكذا ، تتشكل مناطق p و n في الأماكن الصحيحة على سطح البلورة بأكمله. يمكن إنشاء العزل بين العناصر الفردية بعدة طرق: يمكن أن تعمل طبقة من أكسيد السيليكون كعزل ، أو يمكن أيضًا إنشاء حظر تقاطعات pn في الأماكن الصحيحة.

ترتبط المرحلة التالية من المعالجة بتطبيق التوصيلات الموصلة (الخطوط الموصلة) بين عناصر الدائرة المتكاملة ، وكذلك بين هذه العناصر وجهات الاتصال لتوصيل الدوائر الخارجية. للقيام بذلك ، يتم ترسيب طبقة رقيقة من الألومنيوم على الركيزة ، والتي يتم ترسيبها على شكل غشاء رقيق للغاية. يخضع للمعالجة الليثوغرافية الضوئية والحفر ، على غرار تلك الموضحة أعلاه. نتيجة لذلك ، تبقى الخطوط والوسادات الموصلة الرفيعة فقط من الطبقة المعدنية بأكملها.

أخيرًا ، يتم تغطية كامل سطح بلورة أشباه الموصلات بطبقة واقية (غالبًا ، زجاج السيليكات) ، والتي يتم إزالتها بعد ذلك من الوسادات. تخضع جميع الدوائر الدقيقة المصنعة لأشد عمليات الفحص صرامة على منصة التحكم والاختبار. يتم تمييز الدوائر المعيبة بنقطة حمراء. أخيرًا ، يتم تقطيع البلورة إلى لوحات دوائر دقيقة منفصلة ، كل منها محاط بعلبة متينة مزودة بأسلاك للاتصال بالدوائر الخارجية.

يتميز تعقيد الدائرة المتكاملة بمؤشر يسمى درجة التكامل. الدوائر المتكاملة التي تحتوي على أكثر من 100 عنصر تسمى الدوائر الدقيقة بدرجة تكامل منخفضة ؛ دوائر تحتوي على ما يصل إلى 1000 عنصر - دوائر متكاملة بدرجة تكامل متوسطة ؛ دوائر تحتوي على ما يصل إلى عشرات الآلاف من العناصر - دوائر متكاملة كبيرة. يتم بالفعل صنع دوائر تحتوي على ما يصل إلى مليون عنصر (يطلق عليها اسم كبير جدًا). أدت الزيادة التدريجية في التكامل إلى حقيقة أن الدوائر تصبح كل عام مصغرة أكثر فأكثر ، وبالتالي تزداد تعقيدًا.

كمية كبيرة الأجهزة الإلكترونية، التي كانت ذات أبعاد كبيرة ، تلائم الآن رقاقة صغيرة من السيليكون. كان الحدث المهم للغاية على طول هذا المسار هو إنشاء شركة Intel الأمريكية في عام 1971 لدائرة متكاملة واحدة لإجراء العمليات الحسابية والمنطقية - المعالج الدقيق. أدى ذلك إلى اختراق هائل للإلكترونيات الدقيقة في مجال تكنولوجيا الكمبيوتر.

اقرا و اكتبمفيد

شعبية في الفئة: