İnteqrasiya edilmiş şuranın yaradılması tarixi. Mikrosxemlər seriyası. IC və sınaq sxemlərinin funksional nəzarəti
Giriş
İlk kompüterlərin meydana çıxmasından bəri proqram tərtibatçıları öz problemlərini dəqiq həll etmək üçün nəzərdə tutulmuş aparatları xəyal edirdilər. Buna görə də, müəyyən bir işi səmərəli yerinə yetirmək üçün uyğunlaşdırıla bilən xüsusi inteqral sxemlərin yaradılması ideyası kifayət qədər uzun müddətdir ortaya çıxdı. Burada iki inkişaf yolu var:
- İxtisaslaşdırılmış xüsusi inteqral sxemlərin istifadəsi (ASIC - Tətbiqə Xüsusi İnteqrasiya edilmiş Circuit). Adından da göründüyü kimi, belə çiplər istehsalçılar tərəfindən hazırlanır aparat müəyyən bir işi və ya bir sıra tapşırıqları effektiv şəkildə yerinə yetirmək üçün xüsusi hazırlanmışdır. Onlar adi mikrosxemlərin çox yönlülüyünə malik deyillər, lakin onlara tapşırılan vəzifələri dəfələrlə daha sürətli, bəzən böyüklük əmrləri ilə həll edirlər.
- Yenidən konfiqurasiya edilə bilən arxitektura ilə mikrosxemlərin yaradılması. İdeya ondan ibarətdir ki, belə çiplər tərtibatçıya və ya proqram istifadəçisinə proqramlaşdırılmamış vəziyyətdə çatır və o, onlara ən uyğun olan arxitekturanı həyata keçirə bilər. Onların formalaşma prosesinə daha yaxından nəzər salaq.
Zamanla yenidən konfiqurasiya edilə bilən arxitekturaya malik çoxlu sayda müxtəlif çiplər meydana çıxdı (şək. 1).
Şəkil 1 Yenidən konfiqurasiya edilə bilən arxitekturaya malik müxtəlif çiplər
Kifayət qədər uzun müddət bazarda yalnız PLD (Proqramlaşdırıla bilən Məntiq Cihazı) cihazları mövcud idi. Bu sinfə təyin edilmiş məsələlərin həlli üçün lazım olan funksiyaları mükəmməl disjunktiv şəklində həyata keçirən qurğular daxildir normal forma(mükəmməl DNF). 1970-ci ildə ilk dəfə ortaya çıxanlar, xüsusi olaraq PLD cihazları sinfinə aid olan EEPROM çipləri idi. Hər bir dövrə proqramlaşdırıla bilən OR məntiqi funksiyalar dəstinə qoşulmuş sabit VƏ məntiq funksiyalarına malik idi. Məsələn, 3 giriş (a, b və c) və 3 çıxış (w, x və y) olan PROM-u nəzərdən keçirək (şək. 2).
düyü. 2. PROM çipi
Əvvəlcədən təyin edilmiş AND massivindən istifadə edərək, giriş dəyişənləri üzərində bütün mümkün birləşmələr həyata keçirilir, sonra OR elementlərindən istifadə edərək özbaşına birləşdirilə bilər. Beləliklə, çıxışda üç dəyişənin istənilən funksiyasını mükəmməl DNF şəklində həyata keçirə bilərsiniz. Məsələn, əgər siz Şəkil 2-də qırmızı rənglə əhatə olunmuş OR elementlərini proqramlaşdırsanız, o zaman çıxışlar w=a x=(a&b) funksiyalarını yaradacaq; y=(a&b)^c.
Əvvəlcə PROM çipləri proqram təlimatlarını və sabit dəyərləri saxlamaq üçün nəzərdə tutulmuşdu, yəni. kompüterin yaddaş funksiyalarını yerinə yetirmək üçün. Bununla belə, tərtibatçılar onlardan sadə məntiq funksiyalarını həyata keçirmək üçün də istifadə edirlər. Əslində, çipin PROM-u hər hansı məntiqi bloku həyata keçirmək üçün istifadə oluna bilər, bir şərtlə ki, onun az sayda girişi var. Bu şərt, EEPROM mikrosxemlərində AND elementlərinin matrisinin ciddi şəkildə müəyyən edilməsindən irəli gəlir - girişlərdən bütün mümkün birləşmələr orada həyata keçirilir, yəni AND elementlərinin sayı 2 * 2 n-ə bərabərdir, burada n girişlərin sayı. Aydındır ki, n ədədi artdıqca massivin ölçüsü çox sürətlə böyüyür.
Sonra, 1975-ci ildə proqramlaşdırıla bilən məntiq massivləri (PLM) meydana çıxdı. Onlar mikrosxemlərin PROM-ları ideyasının davamıdır - PLM-lər də AND və OR massivlərindən ibarətdir, lakin PROM-lardan fərqli olaraq hər iki massiv proqramlaşdırıla bilir. Bu, belə çiplər üçün daha çox çeviklik təmin edir, lakin onlar heç vaxt ümumi olmayıb, çünki siqnalların proqramlaşdırıla bilən bağlantılar vasitəsilə hərəkəti əvvəlcədən təyin edilmiş həmkarları ilə müqayisədə daha uzun çəkir.
PLM-lərə xas olan sürət problemini həll etmək üçün 1970-ci illərin sonlarında proqramlaşdırıla bilən sıra məntiqi (PAL) adlanan daha bir cihaz sinfi meydana çıxdı. PAL çipləri ideyasının daha da inkişafı GAL (Generic Array Logic) cihazlarının - CMOS tranzistorlarından istifadə edən daha mürəkkəb PAL növlərinin meydana çıxması idi. Burada istifadə olunan ideya PROM çipləri ideyasının tam əksidir - AND elementlərinin proqramlaşdırıla bilən massivi əvvəlcədən təyin edilmiş OR elementləri massivi ilə əlaqələndirilir (şək. 3).
düyü. 3. Proqramlaşdırılmamış PAL cihazı
Bu, funksionallıq üçün məhdudiyyət qoyur, lakin bu cür cihazlar EPROM çiplərinə nisbətən əhəmiyyətli dərəcədə daha kiçik massivlər tələb edir.
Sadə PLD-lərin məntiqi davamı, proqramlaşdırıla bilən kommutasiya matrisi ilə birləşmiş sadə PLD-lərin bir neçə blokundan (adətən PAL cihazları sadə PLD-lər kimi istifadə olunur) ibarət mürəkkəb PLD adlananların meydana çıxması idi. PLD bloklarının özlərinə əlavə olaraq, bu keçid matrisindən istifadə edərək, onlar arasındakı əlaqələri proqramlaşdırmaq da mümkün idi. İlk kompleks PLD-lər 20-ci əsrin 70-ci illərinin sonu və 80-ci illərinin əvvəllərində meydana çıxdı, lakin bu sahənin əsas inkişafı 1984-cü ildə, Altera CMOS və EPROM texnologiyalarının birləşməsinə əsaslanan kompleks PLD təqdim edərkən baş verdi.
FPGA-nın yaranması
1980-ci illərin əvvəllərində rəqəmsal ASIC mühitində cihazların əsas növləri arasında boşluq yarandı. Bir tərəfdən, hər bir xüsusi tapşırıq üçün proqramlaşdırıla bilən və istehsalı olduqca asan olan PLD-lər var idi, lakin mürəkkəb funksiyaları həyata keçirmək üçün istifadə edilə bilməz. Digər tərəfdən, son dərəcə mürəkkəb funksiyaları həyata keçirə bilən, lakin sərt sabit arxitekturaya malik olan və istehsalı çox vaxt aparan və bahalı olan ASIC-lər var. Ara keçid lazım idi və FPGA (Field Programmable Gate Arrays) cihazları belə bir əlaqə oldu.
FPGA-lar, PLD-lər kimi, proqramlaşdırıla bilən cihazlardır. FPGA və PLD arasındakı əsas əsas fərq, FPGA-dakı funksiyaların DNF-dən deyil, proqramlaşdırıla bilən axtarış cədvəllərindən (LUT) istifadə edilməsidir. Bu cədvəllərdə funksiya dəyərləri bir çoxlayıcıdan istifadə edərək tələb olunan nəticənin seçildiyi həqiqət cədvəlindən istifadə etməklə müəyyən edilir (Şəkil 4):
düyü. 4. Yazışmalar cədvəli
Hər bir FPGA cihazı proqramlaşdırıla bilən məntiq bloklarından (Configurable Logic Blocks - CLB) ibarətdir ki, bunlar da proqramlaşdırıla bilən əlaqələrlə bir-birinə bağlıdır. Hər bir belə blok müəyyən funksiyanın və ya onun bir hissəsinin proqramlaşdırılması üçün nəzərdə tutulub, lakin başqa məqsədlər üçün, məsələn, yaddaş kimi istifadə oluna bilər.
80-ci illərin ortalarında hazırlanmış ilk FPGA cihazlarında məntiq bloku çox sadə idi və bir 3 girişli LUT, bir flip-flop və az sayda köməkçi elementlərdən ibarət idi. Müasir FPGA cihazları daha mürəkkəbdir: hər bir CLB bloku 1-4 "dilimdən" ibarətdir, hər birində bir neçə LUT cədvəli (adətən 6 giriş), bir neçə tetikleyici və çoxlu sayda xidmət elementləri var. Müasir bir "dilim" nümunəsi:
düyü. 5. Müasir "kəsmə" cihazı
Nəticə
PLD cihazları mürəkkəb funksiyaları yerinə yetirə bilmədiyindən, onlar sadə funksiyaları həyata keçirmək üçün istifadə olunmağa davam edirlər portativ cihazlar və rabitə, 1000 qapı ölçüləri arasında dəyişən FPGA cihazları (ilk FPGA 1985-ci ildə hazırlanmışdır) Bu an 10 milyon qapı nişanını (Virtex-6 ailəsi) keçdi. Onlar aktiv şəkildə inkişaf edir və artıq ASIC çiplərini əvəz edir, yenidən proqramlaşdırma qabiliyyətini itirmədən müxtəlif son dərəcə mürəkkəb funksiyaların həyata keçirilməsinə imkan verir.
İndi, daha çox və ya daha az inkişaf etmişdir Mobil telefonlar planşetləri, noutbukları və stolüstü kompüterləri bir yana qoyaq, mikroprosessor olmadan edə bilməz fərdi kompüterlər. Mikroprosessor nədir və onun yaranma tarixi necə inkişaf etmişdir? Sadə dillə desək, mikroprosessor daha mürəkkəb və çoxfunksiyalı inteqral sxemdir.
Mikrosxemin (inteqral sxem) tarixi başlayır 1958-ci ildən, Amerikanın Texas Instruments şirkətinin əməkdaşı Cek Kilbi keçiricilərlə birləşdirilən bir qutuda bir neçə tranzistordan ibarət müəyyən yarımkeçirici qurğu ixtira etdikdə. İlk mikrosxem - mikroprosessorun əcdadı - cəmi 6 tranzistordan ibarət idi və üzərinə qızıldan hazırlanmış izlər vurulmuş nazik germanium lövhəsi idi.Bütün bunlar şüşə substratda yerləşirdi. Müqayisə üçün qeyd edək ki, bu gün vahidlər və hətta on milyonlarla yarımkeçirici elementlər mövcuddur.
1970-ci ilə qədər kifayət qədər çox istehsalçı müxtəlif tutumlu və müxtəlif funksional sahələrin inteqral sxemlərinin inkişafı və yaradılması ilə məşğul idi. Amma bu ili ilk mikroprosessorun doğulduğu tarix hesab etmək olar. Məhz bu il Intel cəmi 1 Kbit tutumlu yaddaş çipi yaratdı - müasir prosessorlar üçün əhəmiyyətsiz, lakin o dövr üçün inanılmaz dərəcədə böyükdür. O zaman bu, böyük nailiyyət idi - yaddaş çipi 128 bayta qədər məlumat saxlamağa qadir idi - analoji analoqlardan xeyli yüksək idi. Bundan əlavə, təxminən eyni vaxtda Yapon kalkulyator istehsalçısı Busicom müxtəlif funksional sahələrin eyni Intel 12 mikrosxemlərini sifariş etdi. Intel mütəxəssisləri bütün 12 funksional sahəni bir çipdə həyata keçirməyi bacardılar. Üstəlik, yaradılmış mikrosxem çoxfunksiyalı oldu, çünki fiziki quruluşu dəyişdirmədən funksiyalarını proqramlı şəkildə dəyişdirməyə imkan verdi. Mikrosxem onun idarəetmə pinlərinə göndərilən əmrlərdən asılı olaraq müəyyən funksiyaları yerinə yetirirdi.
Bir il ərzində 1971-ci ildə Intel 4004 kod adlı ilk 4 bitlik mikroprosessoru buraxır. 6 tranzistorlu ilk mikrosxemlə müqayisədə o, 2,3 min yarımkeçirici elementdən ibarət idi və saniyədə 60 min əməliyyat yerinə yetirdi. O dövrdə bu, mikroelektronika sahəsində böyük bir irəliləyiş idi. 4-bit o demək idi ki, 4004 4-bit məlumatı bir anda emal edə bilər. Daha iki ildən sonra 1973-cü ildəŞirkət artıq 8 bitlik məlumatlarla işləyən 8008 8 bitlik prosessor istehsal edir. Başlanğıc 1976-cı ildən, şirkət 8086 mikroprosessorunun 16 bitlik versiyasını inkişaf etdirməyə başlayır.Məhz o, ilk IBM fərdi kompüterlərində istifadə olunmağa başladı və əslində tikinti bloklarından birini qoydu.
Analoq və rəqəmsal mikrosxemlər ardıcıl olaraq istehsal olunur. Seriya vahid konstruksiyaya və texnoloji dizayna malik olan və birgə istifadə üçün nəzərdə tutulmuş mikrosxemlər qrupudur. Eyni seriyanın mikrosxemləri, bir qayda olaraq, eyni enerji təchizatı gərginliyinə malikdir və giriş və çıxış müqavimətləri və siqnal səviyyələri baxımından uyğunlaşdırılır.
Mənzillər
Mikrosxemlər iki dizayn variantında mövcuddur - qablaşdırılmış və qutusuz.
Mikrosxem korpusu xarici təsirlərdən qorunmaq və sancaqlar vasitəsilə xarici dövrələrlə elektrik əlaqəsi üçün nəzərdə tutulmuş dəstəkləyici sistem və strukturun bir hissəsidir. Hazır məhsulların istehsal texnologiyasını sadələşdirmək üçün hallar standartlaşdırılıb.
Paketsiz mikrosxem, hibrid mikrosxemdə və ya mikroquraşdırmada quraşdırmaq üçün nəzərdə tutulmuş yarımkeçirici kristaldır (çap dövrə lövhəsinə birbaşa montaj mümkündür).
Xüsusi adlar
Mikroprosessor (ingilis mikroprosessoru) funksiyalarını yerinə yetirən çipi ilk dəfə Intel istehsal etdi - Intel 4004. Təkmilləşdirilmiş mikroprosessorlar 8088 və 8086 əsasında IBM məşhur fərdi kompüterlərini buraxdı)
Mikroprosessor kompüterin nüvəsini təşkil edir, əlavə funksiyalar, məsələn, periferiya qurğuları ilə əlaqə, xüsusi hazırlanmış çipsetlərdən (çipset) istifadə etməklə yerinə yetirilirdi. İlk kompüterlər üçün dəstlərdəki mikrosxemlərin sayı onlarla və yüzlərlə idi. müasir sistemlər Bu bir, iki və ya üç mikrosxemdən ibarət dəstdir. Son zamanlar çipset funksiyalarının (yaddaş nəzarətçisi, PSI Express avtobus nəzarətçisi) prosessora tədricən ötürülməsi tendensiyası müşahidə olunur.
Daxili RAM və ROM, yaddaş və giriş/çıxış nəzarətçiləri və digər əlavə funksiyaları olan mikroprosessorlara mikrokontrollerlər deyilir.
Hüquqi müdafiə
Rusiya qanunvericiliyi inteqral sxem topologiyalarının hüquqi müdafiəsini təmin edir. Topologiya inteqral sxem maddi mühitdə qeyd olunan inteqral dövrənin elementləri dəstinin məkan-həndəsi düzülüşü və onlar arasındakı əlaqədir (Rusiya Federasiyasının Mülki Məcəlləsinin 1448-ci maddəsi).
Topologiyaya müstəsna hüquq on il müddətində etibarlıdır. Bu müddət ərzində müəllif hüququ sahibi öz mülahizəsinə əsasən topologiyanı Əqli Mülkiyyət, Patent və Əmtəə Nişanları üzrə Federal Xidmətdə qeydiyyatdan keçirə bilər.
Yaradılış tarixi
7 may 1952-ci ildə İngilis radio mühəndisi Geoffrey Dummer ilk dəfə bir neçə standart elektron komponentləri monolit yarımkeçirici çipə inteqrasiya etmək ideyasını irəli sürdü və bir il sonra Harwick Johnson inteqral sxemin (IC) prototipi üçün ilk patent ərizəsini verdi. . Həmin illərdə bu təkliflərin həyata keçirilməsi texnologiyanın kifayət qədər inkişaf etməməsi səbəbindən baş tuta bilmədi.
1958-ci ilin sonu və 1959-cu ilin birinci yarısında yarımkeçirici sənayesində sıçrayış baş verdi. Üç özəl Amerika korporasiyasını təmsil edən üç kişi inteqral sxemlərin yaradılmasına mane olan üç fundamental problemi həll etdilər. Texas Instruments şirkətindən Jack Kilby inteqrasiya prinsipini patentləşdirdi, IC-nin ilk, qeyri-kamil prototiplərini yaratdı və onları kütləvi istehsala gətirdi. Sprague Electric şirkətindən Kurt Legowec tək yarımkeçirici çipdə (p-n qovşaq izolyasiyası) əmələ gələn komponentləri elektriklə izolyasiya etmək üçün bir üsul icad etdi. Fairchild Semiconductor-dan Robert Noyce IC komponentlərinin elektriklə birləşdirilməsi (alüminium metalizasiyası) üçün bir üsul icad etdi və Jean Erny-nin ən son planar texnologiyasına əsaslanan komponent izolyasiyasının təkmilləşdirilmiş versiyasını təklif etdi. 27 sentyabr 1960-cı ildə Cey Lastin qrupu ilk işləyə biləni yaratdı yarımkeçirici Noyce və Ernie ideyalarına əsaslanan IP. Kilbinin ixtirasının patentinə sahib olan Texas Instruments, 1966-cı ildə çapraz lisenziyalaşdırma texnologiyaları üzrə razılaşma ilə başa çatan rəqiblərinə qarşı patent müharibəsi başlatdı.
Qeyd olunan seriyanın ilk məntiq IC-ləri sözün əsl mənasında ondan qurulmuşdur standartölçüləri və konfiqurasiyaları texnoloji proseslə müəyyən edilmiş komponentlər. Müəyyən bir ailənin məntiqi IC-lərini tərtib edən sxem dizaynerləri eyni standart diodlar və tranzistorlarla işləyirdilər. 1961-1962-ci illərdə aparıcı Sylvania tərtibatçısı Tom Longo ilk dəfə tək IC-də istifadə edərək dizayn paradiqmasını qırdı. müxtəlif tranzistorların sxemdəki funksiyalarından asılı olaraq konfiqurasiyaları. 1962-ci ilin sonunda Sylvania Longo tərəfindən hazırlanmış ilk tranzistor-tranzistor məntiq ailəsini (TTL) buraxdı - tarixən bazarda uzunmüddətli mövqe qazanmağı bacaran ilk inteqrasiya məntiqi növü. Analoq sxemlərdə bu səviyyənin sıçrayışı 1964-1965-ci illərdə Fairchild əməliyyat gücləndiricisi dizayneri Bob Widlar tərəfindən edildi.
SSRİ-də ilk yarımkeçirici inteqral sxem 1960-cı ilin əvvəllərində NII-35-də (o zaman adı dəyişdirilərək Pulsar Elmi-Tədqiqat İnstitutu idi) hazırlanmış planar texnologiya əsasında sonradan NIIME-yə (Mikron) köçürülmüş komanda tərəfindən yaradılmışdır. İlk yerli silikon inteqral sxemin yaradılması TC-100 seriyalı inteqrasiya edilmiş silikon sxemlərin hərbi qəbulu ilə işlənib hazırlanması və istehsalı üzərində cəmlənmişdir (37 element - flip-flopun dövrə mürəkkəbliyinə ekvivalent, Amerikanın analoqu). Texas Instruments-dan SN-51 seriyalı IC-lər). Reproduksiya üçün silikon inteqral sxemlərin prototip nümunələri və istehsal nümunələri ABŞ-dan alınmışdır. İş NII-35 (direktor Trutko) və Fryazino Yarımkeçiricilər Zavodunda (direktor Kolmogorov) ballistik raketin idarəolunma sistemi üçün muxtar altimetrdə istifadə üçün müdafiə sifarişi üçün aparıldı. İnkişaf, TS-100 seriyasının altı standart inteqrasiya edilmiş silikon planar sxemini əhatə etdi və pilot istehsalın təşkili ilə NII-35-də (1962-ci ildən 1965-ci ilə qədər) üç il çəkdi. Fryazinoda hərbi qəbulla zavod istehsalını inkişaf etdirmək üçün daha iki il çəkdi (1967)
İlk inteqral sxemlər
Rəsmi tarixin 50 illiyinə həsr olunub
B. Malaşeviç
12 sentyabr 1958-ci ildə Texas Instruments (TI) əməkdaşı Cek Kilbi rəhbərliyə üç qəribə cihazı nümayiş etdirdi - şüşə substratda arı mumu ilə birlikdə yapışdırılmış 11,1 x 1,6 mm ölçülü iki silikon parçasından hazırlanmış cihazları (şək. 1). Bunlar üçölçülü maketlər idi - bir yarımkeçirici material əsasında bütün dövrə elementlərinin istehsalının mümkünlüyünü sübut edən generatorun inteqral sxeminin (IC) prototipləri. Bu tarix elektronika tarixində inteqral sxemlərin ad günü kimi qeyd olunur. Amma elədir?
düyü. 1. İlk İP-nin tərtibatı J. Kilby tərəfindən. http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html saytından foto
1950-ci illərin sonunda diskret elementlərdən elektron avadanlıqların (REA) yığılması texnologiyası öz imkanlarını tükəndirdi. Dünya REA-nın kəskin böhranına girmişdi, radikal tədbirlər tələb olunurdu. Bu vaxta qədər həm yarımkeçirici cihazların, həm də qalın plyonkalı və nazik plyonkalı keramika platalarının istehsalı üçün inteqrasiya olunmuş texnologiyalar artıq ABŞ və SSRİ-də sənaye üsulu ilə mənimsənilmişdi, yəni çox element yaratmaqla bu böhranı aradan qaldırmaq üçün ilkin şərtlər yetişmişdi. standart məhsullar - inteqral sxemlər.
İnteqrasiya edilmiş sxemlərə (çiplər, IC-lər) müxtəlif mürəkkəblikdə olan elektron qurğular daxildir, burada bütün oxşar elementlər eyni vaxtda bir texnoloji dövrdə istehsal olunur, yəni. inteqrasiya olunmuş texnologiyadan istifadə etməklə. Çap dövrə lövhələrindən fərqli olaraq (bütün birləşdirici keçiricilər eyni vaxtda inteqrasiya olunmuş texnologiyadan istifadə edərək bir dövrədə istehsal olunur), rezistorlar, kondansatörlər və (yarımkeçirici IC-lərdə) diodlar və tranzistorlar eyni şəkildə IC-lərdə formalaşır. Bundan əlavə, bir çox IC eyni vaxtda, onlardan minlərlə istehsal olunur.
IC-lər sənaye tərəfindən müxtəlif funksional məqsədlər üçün bir sıra mikrosxemləri birləşdirən, elektron avadanlıqlarda birgə istifadə üçün nəzərdə tutulmuş seriyalar şəklində hazırlanır və istehsal olunur. Seriya IC-lər standart dizayna və elektrik və digər xüsusiyyətlərin vahid sisteminə malikdir. IC-lər istehsalçı tərəfindən müxtəlif istehlakçılara müəyyən standart tələblər sisteminə cavab verən müstəqil kommersiya məhsulları kimi təqdim olunur. IC-lər təmir olunmayan məhsullardır; elektron avadanlıqları təmir edərkən, uğursuz IC-lər dəyişdirilir.
IC-lərin iki əsas qrupu var: hibrid və yarımkeçirici.
Hibrid IC-lərdə (HIC) bütün keçiricilər və passiv elementlər inteqrasiya olunmuş texnologiyadan istifadə edərək mikrosxem substratının (adətən keramika) səthində formalaşır. Paketsiz diodlar, tranzistorlar və yarımkeçirici IC kristalları şəklində aktiv elementlər substratda fərdi, əl ilə və ya avtomatik olaraq quraşdırılır.
Yarımkeçirici İC-lərdə birləşdirici, passiv və aktiv elementlər yarımkeçirici materialın (adətən silisium) səthində diffuziya metodlarından istifadə etməklə onun həcminə qismən müdaxilə etməklə vahid texnoloji dövrədə formalaşır. Eyni zamanda, bir yarımkeçirici vafli üzərində, cihazın mürəkkəbliyindən və onun kristalının və vaflisinin ölçüsündən asılı olaraq, bir neçə onlarla bir neçə minə qədər IC istehsal olunur. Sənaye yarımkeçirici IC-ləri standart paketlərdə, fərdi çiplər şəklində və ya bölünməmiş vaflilər şəklində istehsal edir.
Hibrid (GIS) və yarımkeçirici IC-lərin dünyaya tətbiqi müxtəlif yollarla baş verdi. GIS mikromodulların və keramika lövhələrinin quraşdırılması texnologiyasının təkamül inkişafının məhsuludur. Buna görə də, onlar diqqətdən kənarda qaldılar; GIS-in ümumi qəbul edilmiş doğum tarixi və ümumiyyətlə tanınan müəllif yoxdur. Yarımkeçirici IC-lər yarımkeçirici texnologiyanın inkişafının təbii və qaçılmaz nəticəsi idi, lakin onlar öz doğum tarixləri və öz müəllifləri olan yeni ideyaların yaradılmasını və yeni texnologiyanın yaradılmasını tələb edirdilər. İlk hibrid və yarımkeçirici IC-lər SSRİ və ABŞ-da demək olar ki, eyni vaxtda və bir-birindən asılı olmayaraq meydana çıxdı.
İlk hibrid IC-lər
Hibrid IC-lərə istehsalı aktiv elementlərin quraşdırılması və yığılması üçün fərdi (əllə və ya avtomatlaşdırılmış) texnologiya ilə passiv elementlərin istehsalının ayrılmaz texnologiyasını birləşdirən IC-lər daxildir.
Hələ 1940-cı illərin sonlarında ABŞ-dakı Centralab şirkəti qalın təbəqəli keramika əsaslı çap dövrə lövhələrinin istehsalının əsas prinsiplərini işləyib hazırladı, sonra digər şirkətlər tərəfindən hazırlanmışdı. Əsası çap dövrə lövhələrinin və keramika kondansatörlərinin istehsal texnologiyası idi. Çap dövrə lövhələrindən birləşdirici keçiricilərin topologiyasını formalaşdırmaq üçün inteqrasiya olunmuş texnologiyanı - ipək ekran çapını götürdük. Kondansatörlərdən - substrat materialı (keramika, tez-tez sital), həmçinin pastaların materialları və onların substratda fiksasiyasının istilik texnologiyası.
Və 1950-ci illərin əvvəllərində RCA şirkəti nazik təbəqə texnologiyasını icad etdi: müxtəlif materialları vakuumda çiləyərək və onları maska vasitəsilə xüsusi substratlara yerləşdirərək, eyni anda bir çox miniatür film birləşdirən keçirici, rezistor və kondansatör istehsal etməyi öyrəndilər. keramika substratı.
Qalın film texnologiyası ilə müqayisədə nazik təbəqə texnologiyası daha kiçik ölçülü topologiya elementlərinin daha dəqiq istehsalını təmin etdi, lakin daha mürəkkəb və bahalı avadanlıq tələb etdi. Qalın film və ya nazik təbəqə texnologiyasından istifadə edərək keramika dövrə lövhələrində istehsal olunan cihazlara "hibrid sxemlər" deyilir. Hibrid sxemlər öz istehsalı olan məhsulların komponentləri kimi istehsal olunurdu; hər bir istehsalçının öz dizaynı, ölçüləri və funksional məqsədləri var idi; onlar sərbəst bazara girmədilər və buna görə də az tanınırlar.
Hibrid sxemlər də mikromodulları işğal etdi. Əvvəlcə ənənəvi çap naqilləri ilə birləşdirilən diskret passiv və aktiv miniatür elementlərdən istifadə etdilər. Quraşdırma texnologiyası mürəkkəb idi, əl əməyinin böyük bir payı var idi. Buna görə də, mikromodullar çox bahalı idi və onların istifadəsi bort avadanlıqları ilə məhdudlaşdı. Sonra qalın filmli miniatür keramika şərflərdən istifadə edildi. Daha sonra qalın film texnologiyasından istifadə edərək rezistorlar istehsal olunmağa başladı. Lakin istifadə edilən diodlar və tranzistorlar hələ də diskret, ayrıca paketlənmişdi.
Mikromodul, içərisində qablaşdırılmamış tranzistorlar və diodların istifadə edildiyi və quruluşun ümumi bir korpusda möhürləndiyi anda hibrid inteqrasiya edilmiş sxemə çevrildi. Bu, onların yığılması prosesini əhəmiyyətli dərəcədə avtomatlaşdırmağa, qiymətləri kəskin şəkildə azaltmağa və tətbiq dairəsini genişləndirməyə imkan verdi. Passiv elementlərin formalaşdırılması üsuluna əsasən qalın və nazik təbəqəli GIS fərqləndirilir.
SSRİ-də ilk CİS
SSRİ-də ilk CİS ("Kvant" tipli modullar, sonradan IS seriyası 116 adlandırıldı) 1963-cü ildə NIIRE-də (sonralar NPO Leninets, Leninqrad) hazırlanmış və elə həmin il onun pilot zavodu onların seriyalı istehsalına başlamışdır. Bu CİS-də aktiv elementlər kimi 1962-ci ildə Riqa Yarımkeçirici Cihazlar Zavodu tərəfindən hazırlanmış “R12-2” yarımkeçirici IC-lərdən istifadə edilmişdir. Bu IC-lərin yaradılması tarixlərinin və onların xüsusiyyətlərinin ayrılmazlığına görə biz onları P12-2-yə həsr olunmuş bölmədə birlikdə nəzərdən keçirəcəyik.
Şübhəsiz ki, Kvant modulları iki səviyyəli inteqrasiya ilə GIS dünyasında ilk idi - onlar aktiv elementlər kimi diskret qablaşdırılmış tranzistorlardan daha çox yarımkeçirici IC-lərdən istifadə etdilər. Çox güman ki, onlar həm də GIS dünyasında birinci olublar - struktur və funksional cəhətdən tam çox elementli məhsullar, müstəqil kommersiya məhsulu kimi istehlakçıya təqdim olunur. Müəllif tərəfindən müəyyən edilən ən erkən xarici oxşar məhsullar aşağıda təsvir edilən IBM Corporation SLT modullarıdır, lakin onlar növbəti il, 1964-cü ildə elan edilmişdir.
ABŞ-da ilk GIS
Yeni IBM System /360 kompüterinin əsas element bazası kimi qalın təbəqəli GIS-in meydana çıxması ilk dəfə 1964-cü ildə IBM tərəfindən elan edilmişdir. Görünür, bu, CİS-in SSRİ hüdudlarından kənarda ilk istifadəsi idi, müəllif əvvəlki nümunələri tapa bilmədi. .
Artıq o dövrdə mütəxəssis dairələrində tanınan, Fairchild-dən "Micrologic" və TI-dən "SN-51" yarımkeçirici IC seriyaları (aşağıda onlar haqqında danışacağıq) hələ də əlçatmaz dərəcədə nadir idi və kommersiya tətbiqləri üçün, məsələn, tikinti üçün olduqca bahalı idi. böyük kompüter. Buna görə də, IBM korporasiyası düz bir mikromodulun dizaynını əsas götürərək, ümumi adı ("mikromodullardan" fərqli olaraq) - "SLT modulları" (Solid Logic Technology - bərk) altında elan edilən qalın filmli GIS seriyasını inkişaf etdirdi. məntiq texnologiyası.Adətən “bərk” sözü rus dilinə “bərk” kimi tərcümə olunur ki, bu da tamamilə məntiqsizdir.Həqiqətən də, “SLT modulları” termini “mikromodul” terminindən fərqli olaraq IBM tərəfindən təqdim edilib və onların fərqini əks etdirməlidir. modullar "bərk", yəni bu tərcümə deyil "bərk" sözünün başqa mənaları var - "SLT modulları" və "mikromodullar" arasındakı fərqi uğurla vurğulayan "bərk", "bütöv" - SLT modulları bölünməzdir, təmir olunmayan, yəni "bütöv". Biz rus dilinə ümumi qəbul edilmiş tərcümədən istifadə etmədik: Solid Logic Technology - bərk məntiq texnologiyası).
SLT modulu bərkidilmiş şaquli sancaqlar olan yarım düymlük kvadrat keramika qalın plyonkalı mikroplata idi. İpək ekranlı çapdan istifadə edərək onun səthinə birləşdirici keçiricilər və rezistorlar tətbiq edildi (həyata keçirilməkdə olan cihazın diaqramına uyğun olaraq) və qablaşdırılmamış tranzistorlar quraşdırılmışdır. Lazım gələrsə, kondansatörlər cihaz lövhəsindəki SLT modulunun yanında quraşdırılmışdır. Xarici olaraq demək olar ki, eyni olsa da (mikromodullar bir qədər hündürdür, Şəkil 2.), SLT modulları elementlərin daha yüksək sıxlığı, aşağı enerji istehlakı, yüksək performans və yüksək etibarlılıq ilə düz mikromodullardan fərqlənirdi. Bundan əlavə, SLT texnologiyasını avtomatlaşdırmaq olduqca asan idi, buna görə də kommersiya avadanlıqlarında istifadə üçün kifayət qədər aşağı qiymətə böyük miqdarda istehsal edilə bilər. IBM-ə məhz bu lazım idi. Şirkət Nyu-York yaxınlığındakı Şərqi Fişkildə milyonlarla nüsxədə SLT modullarının istehsalı üçün avtomatlaşdırılmış zavod tikdi.
düyü. 2. SSRİ mikromodulu və SLT modulu f. IBM. Foto STL http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm saytından
IBM-in ardınca digər şirkətlər də GIS istehsal etməyə başladılar, bunun üçün GIS kommersiya məhsulu oldu. IBM-dən düz mikromodulların və SLT modullarının standart dizaynı hibrid IC-lər üçün standartlardan birinə çevrildi.
İlk yarımkeçirici IC-lər
1950-ci illərin sonunda sənaye elektron avadanlıqların ucuz elementlərini istehsal etmək üçün hər cür imkana malik idi. Ancaq tranzistorlar və ya diodlar germanium və silikondan hazırlanırsa, rezistorlar və kondansatörlər başqa materiallardan hazırlanırdı. Bir çoxları hibrid sxemlər yaratarkən ayrıca istehsal olunan bu elementlərin yığılmasında heç bir problem olmayacağına inanırdılar. Əgər standart ölçü və formanın bütün elementlərini istehsal etmək və bununla da montaj prosesini avtomatlaşdırmaq mümkün olarsa, o zaman avadanlığın dəyəri xeyli azalacaq. Bu cür mülahizələrə əsaslanaraq, hibrid texnologiyanın tərəfdarları onu mikroelektronikanın ümumi inkişafı istiqaməti hesab edirdilər.
Amma hamı bu fikri bölüşmür. Fakt budur ki, o dövrdə artıq yaradılmış mesa tranzistorları və xüsusən də planar tranzistorlar qrup emal üçün uyğunlaşdırılmışdır ki, burada bir substrat lövhəsində çoxlu tranzistorların istehsalı üçün bir sıra əməliyyatlar eyni vaxtda aparılmışdır. Yəni bir yarımkeçirici vaflidə birdən çox tranzistor istehsal edilmişdir. Sonra boşqab fərdi hallarda yerləşdirilən fərdi tranzistorlara kəsildi. Və sonra avadanlıq istehsalçısı tranzistorları birində birləşdirdi çap dövrə lövhəsi. Bu yanaşmanın gülünc olduğunu düşünən insanlar var idi - nə üçün tranzistorları ayırıb yenidən birləşdirmək lazımdır. Onları dərhal yarımkeçirici vafli üzərində birləşdirmək mümkündürmü? Eyni zamanda, bir neçə mürəkkəb və bahalı əməliyyatlardan xilas olun! Bu insanlar yarımkeçirici IC-lər ilə gəldilər.
Fikir son dərəcə sadə və tamamilə aydındır. Ancaq tez-tez olduğu kimi, yalnız kimsə bunu ilk dəfə elan etdikdən və sübut etdikdən sonra. O, sübut etdi ki, bunu sadəcə elan etmək çox vaxt, bu işdə olduğu kimi, kifayət deyil. IC ideyası 1952-ci ildə, yarımkeçirici cihazların istehsalı üçün qrup üsullarının ortaya çıxmasından əvvəl elan edildi. Aktiv illik konfrans Vaşinqtonda keçirilən elektron komponentlər üzrə Malverndəki Britaniya Kral Radar Ofisinin əməkdaşı Ceffri Dummer radar avadanlığının komponentlərinin etibarlılığına dair hesabat təqdim edib. Hesabatda o, peyğəmbərlik ifadəsi etdi: “ Yarımkeçirici texnologiyası sahəsində tranzistorun və işin meydana çıxması ilə ümumiyyətlə elektron avadanlıqları birləşdirən naqilləri olmayan bərk blok şəklində təsəvvür etmək mümkündür. Bölmə izolyasiya edən, keçirici, düzəldici və möhkəmləndirici materiallardan ibarət təbəqələrdən ibarət ola bilər ki, onların içərisində müəyyən sahələr birbaşa elektrik funksiyalarını yerinə yetirə bilsinlər”.. Lakin bu proqnoz mütəxəssislərin diqqətindən yayınmayıb. Onlar bunu yalnız ilk yarımkeçirici IC-lərin meydana çıxmasından sonra, yəni uzun müddət açıqlanmış ideyanın praktiki sübutundan sonra xatırladılar. Kimsə yarımkeçirici IC ideyasını yenidən kəşf edib həyata keçirən ilk şəxs olmalı idi.
Tranzistor vəziyyətində olduğu kimi, yarımkeçirici IC-lərin hamı tərəfindən tanınan yaradıcılarının az və ya çox uğurlu sələfləri var idi. Dammer özü ideyasını 1956-cı ildə həyata keçirməyə cəhd etdi, lakin uğursuz oldu. 1953-cü ildə RCA-dan Harvick Johnson tək çipli osilator üçün patent aldı və 1958-ci ildə Torkel Wallmark ilə birlikdə "yarımkeçirici inteqrasiya edilmiş cihaz" konsepsiyasını elan etdi. 1956-cı ildə Bell Laboratoriyasının əməkdaşı Ross ikili sayğac sxemi istehsal etdi n-p-n-p əsasında tək kristalda strukturlar. 1957-ci ildə Yaponiyanın MITI şirkətindən Yasuro Taru müxtəlif tranzistorları bir kristalda birləşdirmək üçün patent aldı. Lakin bütün bunlar və digər oxşar inkişaflar özəl xarakter daşıyırdı, istehsala gətirilmədi və inteqrasiya olunmuş elektronikanın inkişafı üçün əsas olmadı. Sənaye istehsalında ƏM-in inkişafına cəmi üç layihə töhfə verdi.
Şanslı olanlar Texas Instruments-dan (TI) artıq adı çəkilən Cek Kilbi, Fairchild-dən Robert Noys (hər ikisi ABŞ-dan) və Riqa Yarımkeçirici Cihazlar Zavodunun (SSRİ) konstruktor bürosundan Yuri Valentinoviç Osokin idi. Amerikalılar inteqral sxemlərin eksperimental nümunələrini yaratdılar: C.Kilbi - IC generatorunun prototipi (1958), sonra meza tranzistorlarında trigger (1961), R. Noys - planar texnologiyadan istifadə edən tətik (1961) və Yu. Osokin - "2NOT-OR" məntiqi IC dərhal Almaniyada kütləvi istehsala keçdi (1962). Bu şirkətlər, demək olar ki, eyni vaxtda, 1962-ci ildə IP-nin seriyalı istehsalına başladılar.
ABŞ-da ilk yarımkeçirici IC-lər
IP Jack Kilby tərəfindən. IS seriyası SN - 51"
1958-ci ildə J. Kilby (tranzistorların istifadəsində pioner Eşitmə aparatları) Texas Instruments-a köçdü. Yeni gələn Kilby, bir sxem dizayneri olaraq, mikromodullara alternativ yaratmaqla raketlərin mikromodul doldurulmasını yaxşılaşdırmaq üçün "atıldı". Parçalardan blokların yığılması variantı nəzərdən keçirildi standart forma, LEGO fiqurlarından oyuncaq modellərinin yığılmasına bənzəyir. Bununla belə, Kilbi başqa bir şeyə heyran idi. Həlledici rolu "təzə görünüş" effekti oynadı: birincisi, o, dərhal mikromodulların çıxılmaz nöqtə olduğunu bildirdi, ikincisi, mesa strukturlarına heyran qalaraq, dövrənin olması (və ola bilər) fikrinə gəldi. bir materialdan - yarımkeçiricidən həyata keçirilir. Kilbi 1956-cı ildə Dummerin ideyasını və onu həyata keçirmək üçün uğursuz cəhdindən xəbərdar idi. Təhlil etdikdən sonra uğursuzluğun səbəbini anladı və onu aradan qaldırmağın yolunu tapdı. " Mənim kreditim budur ki, mən bu ideyanı götürüb reallığa çevirdim.", C. Kilbi daha sonra Nobel çıxışında dedi.
Hələ getmək hüququ qazanmadığından hamı istirahət edərkən laboratoriyada heç bir müdaxilə olmadan işləyirdi. 24 iyul 1958-ci ildə Kilby laboratoriya jurnalında Monolithic Idea adlı bir konsepsiya hazırladı. Onun mahiyyəti bundan ibarət idi”. ..rezistorlar, kondensatorlar, paylanmış kondansatörlər və tranzistorlar kimi dövrə elementləri bir çipə birləşdirilə bilər - bir şərtlə ki, onlar eyni materialdan hazırlansınlar... Flip-flop dövrə dizaynında bütün elementlər silikondan, rezistorlar ilə silikonun həcm müqavimətindən və kondansatörlərdən - p-n keçidlərinin tutumundan istifadə edin". “Monolit ideyası” yarımkeçiricidən tranzistorlar, rezistorlar və kondansatörlər istehsal etmək mümkünlüyünü və bu cür elementlərdən yığılmış dövrənin işləkliyini sübut etməyi tələb edən Texas Instruments rəhbərliyindən alçaldıcı və ironik bir münasibətlə qarşılandı.
1958-ci ilin sentyabrında Kilbi öz ideyasını həyata keçirdi - o, 11,1 x 1,6 mm ölçülü iki ədəd germaniumdan, şüşə substratda arı mumu ilə birlikdə yapışdırılmış, tərkibində iki növ diffuziya bölgəsi olan generator hazırladı (şək. 1). O, bu sahələrdən və mövcud kontaktlardan istifadə edərək, termokompressiya qaynaqından istifadə etməklə diametri 100 mikron olan nazik qızılı naqillərlə elementləri birləşdirərək generator sxemi yaratmışdır. Bir sahədən mezatransistor, digərindən isə RC sxemi yaradılmışdır. Yığılmış üç generator şirkət rəhbərliyinə nümayiş etdirilib. Enerji qoşulduqda onlar 1,3 MHz tezliyində işləməyə başladılar. Bu, 1958-ci il sentyabrın 12-də baş verdi. Bir həftə sonra Kilby oxşar şəkildə gücləndirici düzəltdi. Lakin bunlar hələ inteqrasiya olunmuş strukturlar deyildi, bunlar yarımkeçirici IC-lərin üçölçülü maketləri idi, bütün dövrə elementlərinin bir materialdan - yarımkeçiricidən istehsalı ideyasını sübut edirdi.
düyü. 3. Tətik növü 502 J. Kilby. http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html saytından foto
Kilbinin bir parça monolit germaniumdan hazırlanmış ilk həqiqi inteqral sxemi eksperimental Type 502 trigger IC idi (Şəkil 3). Həm germaniumun həcm müqavimətindən, həm də p-n keçidinin tutumundan istifadə etdi. Onun təqdimatı 1959-cu ilin martında baş tutdu. Az sayda belə IC laboratoriya şəraitində istehsal edildi və kiçik bir dairəyə 450 dollara satıldı. IC-də altı element var idi: dörd meza tranzistoru və diametri 1 sm olan bir silikon vafli üzərində yerləşdirilmiş iki rezistor.Lakin Kilby-nin IC-nin ciddi bir çatışmazlığı var idi - mikroskopik "aktiv" sütunlar şəklində qalanlardan yuxarı qalxan mesa tranzistorları , kristalın "passiv" hissəsi. Kilby IS-də mesa sütunlarının bir-birinə bağlanması nazik qızıl məftillərin qaynadılması ilə həyata keçirildi - hər kəsin nifrət etdiyi "tüklü texnologiya". Aydın oldu ki, bu cür qarşılıqlı əlaqə ilə çox sayda elementi olan bir mikrosxem hazırlana bilməz - məftil şəbəkəsi qırılacaq və ya yenidən bağlanacaq. Və o dövrdə germanium artıq perspektivsiz bir material hesab olunurdu. Heç bir sıçrayış yox idi.
Bu vaxta qədər Fairchild planar silikon texnologiyasını inkişaf etdirdi. Bütün bunları nəzərə alaraq, Texas Instruments Kilby-nin etdiyi hər şeyi bir kənara qoymalı və Kilby olmadan planar silikon texnologiyasına əsaslanan bir sıra IC-lər hazırlamağa başlamalı idi. 1961-ci ilin oktyabrında şirkət SN-51 tipli bir sıra IC-lərin yaradılmasını elan etdi və 1962-ci ildə ABŞ Müdafiə Nazirliyinin və NASA-nın maraqlarına uyğun olaraq onların kütləvi istehsalına və çatdırılmasına başladı.
IP Robert Noyce tərəfindən. IS seriyasıMikrologiya”
1957-ci ildə planar tranzistorun ixtiraçısı U.Şokli bir sıra səbəblərə görə öz ideyalarını həyata keçirməyə cəhd etmək istəyən səkkiz gənc mühəndisdən ibarət qrupdan ayrıldı. Rəhbərləri R. Noyce və G. Moore olan Şoklinin dediyi kimi “Səkkiz xain” Fairchild Semiconductor (“gözəl uşaq”) şirkətini qurdu. Şirkətə Robert Noyce rəhbərlik edirdi, o zaman onun 23 yaşı vardı.
1958-ci ilin sonunda Fairchild Semiconductor-da işləyən fizik D. Horney tranzistorların istehsalı üçün planar texnologiya işləyib hazırladı. Sprague Electric-də işləyən çex əsilli fizik Kurt Lehovec, komponentləri elektriklə təcrid etmək üçün tərs əlaqəli n-p qovşağından istifadə etmək üçün bir texnika inkişaf etdirdi. 1959-cu ildə Robert Noyce, Kilby-nin IC dizaynı haqqında eşidən, Horney və Lehovec tərəfindən təklif olunan prosesləri birləşdirərək inteqral sxem yaratmağa cəhd etmək qərarına gəldi. Noyce, interconnectlərin "tüklü texnologiyası" əvəzinə, izolyasiya təbəqəsində qalan deliklər vasitəsilə elementlərin kontaktlarına qoşulmaqla silikon dioksid ilə izolyasiya edilmiş yarımkeçirici konstruksiyaların üzərinə nazik bir metal təbəqənin seçmə çöküntüsünü təklif etdi. Bu, aktiv elementləri yarımkeçiricinin gövdəsinə "batırmağa", onları silikon oksidlə izolyasiya etməyə və sonra bu elementləri fotolitoqrafiya, metallaşma və aşındırma proseslərindən istifadə edərək yaradılan alüminium və ya qızılın püskürən izləri ilə birləşdirməyə imkan verdi. məhsul istehsalının son mərhələsi. Beləliklə, komponentləri vahid dövrəyə birləşdirən həqiqətən "monolit" versiyası əldə edildi və yeni texnologiya "planar" adlandı. Ancaq əvvəlcə ideyanı sınaqdan keçirmək lazım idi.
düyü. 4. R. Noyce tərəfindən eksperimental trigger. http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html saytından foto
düyü. 5. Life jurnalında Micrologic IC-nin şəkli. http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html saytından foto
1959-cu ilin avqustunda R.Noys Joy Last şirkətinə planar texnologiyaya əsaslanan IC versiyasını hazırlamaq üçün tapşırıq verdi. Əvvəlcə, Kilby kimi, onlar da 4 tranzistor və 5 rezistorun hazırlandığı bir neçə silisium kristalında tətiyin prototipini hazırladılar. Sonra, 26 may 1960-cı ildə ilk tək çipli tetik istehsal edildi. İçindəki elementləri təcrid etmək üçün arxa tərəf Silikon vafli epoksi qatranı ilə doldurulmuş dərin yivlərlə işlənmişdir. 27 sentyabr 1960-cı ildə tetikleyicinin üçüncü versiyası istehsal edildi (şəkil 4), burada elementlər tərs birləşdirilmiş p-n qovşağı ilə təcrid olundu.
O vaxta qədər Fairchild Semiconductor yalnız tranzistorlarla məşğul idi, onun yarımkeçirici IC-lər yaratmaq üçün sxem dizaynerləri yox idi. Buna görə də, Sperry Gyroscope-dan Robert Norman dövrə dizayneri kimi dəvət edildi. Norman, şirkətin təklifi ilə Minuteman raketinin avadanlıqlarında ilk tətbiqini tapmış gələcək "Micrologic" IC seriyası üçün əsas seçdiyi rezistor-tranzistor məntiqi ilə tanış idi. 1961-ci ilin martında Fairchild bu seriyanın ilk eksperimental IC-ni (altı elementdən ibarət F-flip-flop: dörd bipolyar tranzistor və diametri 1 sm olan boşqaba yerləşdirilmiş iki rezistor) fotoşəkilini dərc etməklə elan etdi (şək. 5). ) jurnalında Həyat(10 mart 1961-ci il tarixli). Oktyabr ayında daha 5 İP elan edildi. 1962-ci ilin əvvəlindən isə Fairchild ABŞ Müdafiə Nazirliyinin və NASA-nın maraqlarına uyğun olaraq IC-lərin kütləvi istehsalına və onların tədarükünə başladı.
Kilby və Noyce yenilikləri haqqında çoxlu tənqidlərə qulaq asmalı oldular. Uyğun inteqral sxemlərin praktik məhsuldarlığının çox aşağı olacağına inanılırdı. Aydındır ki, o, tranzistorlardan daha aşağı olmalıdır (çünki bir neçə tranzistor var), bunun üçün o zaman 15% -dən çox deyildi. İkincisi, bir çoxları inteqral sxemlərdə uyğun olmayan materiallardan istifadə edildiyinə inanırdılar, çünki o dövrdə rezistorlar və kondansatörlər yarımkeçiricilərdən hazırlanmamışdır. Üçüncüsü, çoxları IP-nin təmir olunmaması fikrini qəbul edə bilmədi. Çox elementlərdən yalnız birinin uğursuz olduğu bir məhsulu atmaq onlara küfr kimi görünürdü. İnteqral sxemlər ABŞ-ın hərbi və kosmik proqramlarında uğurla istifadə edildikdə, bütün şübhələr tədricən bir kənara atıldı.
Fairchild Semiconductor şirkətinin yaradıcılarından biri Q.Mur silisium mikroelektronikasının inkişafının əsas qanununu tərtib etmişdir ki, bu qanuna əsasən inteqral sxem kristalında tranzistorların sayı hər il iki dəfə artmışdır. “Mur qanunu” adlanan bu qanun ilk 15 il ərzində (1959-cu ildən başlayaraq) olduqca aydın şəkildə fəaliyyət göstərdi və sonra bu ikiqat artım təxminən il yarım ərzində baş verdi.
Bundan əlavə, ABŞ-da ƏM sənayesi sürətlə inkişaf etməyə başladı. ABŞ-da, yalnız "planar üçün" yönümlü müəssisələrin meydana gəlməsinin uçquna bənzər bir prosesi başladı, bəzən həftədə onlarla şirkətin qeydiyyata alındığı nöqtəyə çatdı. Veteranlara (W. Shockley və R. Noyce firmaları), eləcə də Stenford Universitetinin təqdim etdiyi vergi güzəştləri və xidmətlər sayəsində “yeni gələnlər” əsasən Santa Clara Vadisində (Kaliforniya) toplandılar. Buna görə də təəccüblü deyil ki, 1971-ci ildə jurnalist və texniki yeniliklərin populyarlaşdırıcısı Don Hoflerin yüngül əli ilə “Silikon Vadisi”nin romantik-texnoloji obrazı dövriyyəyə girərək, əbədi olaraq yarımkeçirici texnoloji inqilabın Məkkəsi ilə sinonimləşdi. Yeri gəlmişkən, həmin ərazidə həqiqətən də əvvəllər çoxsaylı ərik, albalı və gavalı bağları ilə məşhur olan bir dərə var ki, Shockley şirkəti yaranmazdan əvvəl onun başqa, daha xoş bir adı var idi - indi təəssüf ki, Qəlb Vadisi. , az qala unudulub.
1962-ci ildə ABŞ-da inteqral sxemlərin kütləvi istehsalına başlanıldı, baxmayaraq ki, onların müştərilərə çatdırılma həcmi cəmi bir neçə min təşkil edirdi. Cihazqayırma və elektronika sənayesinin yeni əsaslarla inkişafı üçün ən güclü stimul raket və kosmik texnologiya idi. ABŞ o zaman Sovet raketləri kimi güclü qitələrarası ballistik raketlərə malik deyildi və yükü artırmaq üçün elektron texnologiyanın ən son nailiyyətlərini tətbiq etməklə daşıyıcının kütləsini, o cümlədən idarəetmə sistemlərini minimuma endirməyə məcbur oldular. . Texas Instrument və Fairchild Semiconductor şirkətləri ABŞ Müdafiə Nazirliyi və NASA ilə inteqral sxemlərin dizaynı və istehsalı üçün böyük müqavilələr bağlayıb.
SSRİ-də ilk yarımkeçirici IC-lər
1950-ci illərin sonlarında Sovet sənayesi yarımkeçirici diodlar və tranzistorlar üçün o qədər ümidsiz idi ki, radikal tədbirlər tələb olunurdu. 1959-cu ildə Aleksandrov, Bryansk, Voronej, Riqa və s.-də yarımkeçirici cihaz zavodları yaradıldı. 1961-ci ilin yanvarında Sov.İKP MK və SSRİ Nazirlər Soveti “Yarımkeçirici sənayenin inkişafı haqqında” başqa bir qərar qəbul etdilər. Kiyevdə, Minskdə, İrəvanda, Nalçikdə və başqa şəhərlərdə zavod və elmi-tədqiqat institutlarının tikintisi.
Bizi yeni zavodlardan biri - yuxarıda adı çəkilən Riqa Yarımkeçirici Cihazlar Zavodu (RZPP, o, bir neçə dəfə adlarını dəyişdi, sadəlik üçün biz bu gün də fəaliyyət göstərən ən məşhurundan istifadə edirik) ilə maraqlanacağıq. Tikilməkdə olan kooperativ texnikumunun sahəsi 5300 m2 olan binası yeni zavodun işə salınması üçün meydança kimi ayrılmış, eyni zamanda xüsusi korpusun tikintisinə başlanmışdır. 1960-cı ilin fevralına qədər zavod artıq 32 xidmət, 11 laboratoriya və sınaq istehsalını yaratdı, ilk cihazların istehsalına hazırlıq aprel ayında başladı. Zavodda artıq 350 nəfər işləyirdi, onlardan 260 nəfəri il ərzində Moskva Elmi-Tədqiqat İnstitutu-35 (sonralar Pulsar Elmi-Tədqiqat İnstitutu) və Leninqrad Svetlana zavoduna təhsil almağa göndərilib. 1960-cı ilin sonunda isə işçilərin sayı 1900 nəfərə çatdı. İlkin olaraq texnoloji xətlər kooperativ texnikum binasının yenidən qurulmuş idman zalında, OKB laboratoriyaları isə keçmiş sinif otaqlarında yerləşirdi. Zavod ilk cihazları (NII-35 tərəfindən hazırlanmış ərinti-diffuziya və konversiya germanium tranzistorları P-401, P-403, P-601 və P-602) onun yaradılması haqqında sərəncam imzalandıqdan 9 ay sonra, 1960-cı ilin martında istehsal etdi. Və iyulun sonunda o, ilk min P-401 tranzistorunu istehsal etdi. Sonra bir çox başqa tranzistor və diodların istehsalını mənimsədi. 1961-ci ilin iyununda yarımkeçirici cihazların kütləvi istehsalına başlanan xüsusi bir binanın tikintisi başa çatdı.
1961-ci ildən zavod müstəqil texnoloji və təkmilləşdirmə işlərinə, o cümlədən fotolitoqrafiya əsasında tranzistorların istehsalının mexanikləşdirilməsi və avtomatlaşdırılmasına başlamışdır. Bu məqsədlə ilk yerli foto təkrarlayıcı (foto möhür) hazırlanmışdır - fotoşəkillərin birləşdirilməsi və kontaktlı çapı üçün qurğu (A.S. Qotman tərəfindən hazırlanmışdır). Unikal avadanlıqların maliyyələşdirilməsində və istehsalında böyük yardım Radio Sənayesi Nazirliyinin müəssisələri, o cümlədən KB-1 (sonralar NPO Almaz, Moskva) və NIIRE tərəfindən göstərilmişdir. O dövrdə öz texnoloji yarımkeçirici bazası olmayan kiçik ölçülü radio avadanlıqlarının ən fəal tərtibatçıları yeni yaradılmış yarımkeçirici fabriklərlə yaradıcı şəkildə qarşılıqlı əlaqə qurmağın yollarını axtarırdılar.
RZPP-də zavodun yaratdığı Ausma istehsal xətti əsasında P401 və P403 tipli germanium tranzistorlarının istehsalının avtomatlaşdırılması istiqamətində fəal iş aparılıb. Onun baş dizayneri (GC) A.S. Gottman, korpusda tranzistor tellərini qaynaq etməyi asanlaşdırmaq üçün germaniumun səthində tranzistorun elektrodlarından kristalın periferiyasına cərəyan keçirən yollar yaratmağı təklif etdi. Ancaq ən əsası, bu yollar qablaşdırmadan lövhələrə (birləşdirici və passiv elementlər olan) yığıldıqda, onları birbaşa müvafiq əlaqə yastiqciqlarına lehimlədikdə tranzistorun xarici terminalları kimi istifadə edilə bilər (əslində, hibrid IC-lərin yaradılması texnologiyası idi. təklif olunur). Kristalın cərəyan yollarının lövhənin təmas yastıqlarını öpdüyü kimi təklif olunan üsul orijinal adını aldı - "öpüş texnologiyası". Lakin o dövrdə həll olunmayan bir sıra texnoloji problemlərə görə, əsasən çap dövrə lövhəsində kontaktların əldə edilməsinin düzgünlüyü ilə bağlı problemlər səbəbindən "öpüş texnologiyasını" praktiki olaraq həyata keçirmək mümkün olmadı. Bir neçə il sonra oxşar ideya ABŞ və SSRİ-də həyata keçirildi və "top qurğuları" və "çip-to-board" texnologiyasında geniş tətbiq tapdı.
Bununla belə, RZPP ilə əməkdaşlıq edən aparat şirkətləri, o cümlədən NIIRE, “öpüş texnologiyasına” ümid edirdilər və onun istifadəsini planlaşdırırdılar. 1962-ci ilin yazında, onun həyata keçirilməsinin qeyri-müəyyən müddətə təxirə salındığı məlum olduqda, NIIRE-nin baş mühəndisi V.İ. Smirnov RZPP-nin direktoru S.A. Berqman rəqəmsal cihazların qurulması üçün universal olan çox elementli 2NOR dövrəsini həyata keçirməyin başqa yolunu tapdı.
düyü. 7. IC R12-2 (1LB021) ekvivalent sxemi. 1965-ci il İP prospektindən rəsm.
Yuri Osokin tərəfindən ilk İS və GIS. Möhkəm sxem R12-2(IS seriyası 102 Və 116 )
RZPP-nin direktoru bu vəzifəni gənc mühəndis Yuri Valentinoviç Osokinə həvalə etdi. Biz texnoloji laboratoriya, foto maskaların hazırlanması və istehsalı laboratoriyası, ölçü laboratoriyası və sınaq istehsal xəttindən ibarət şöbə təşkil etdik. O dövrdə germanium diodlarının və tranzistorlarının istehsalı texnologiyası RZPP-yə verildi və bu, yeni inkişaf üçün əsas götürüldü. Və artıq 1962-ci ilin payızında 2NOT-OR germanium bərk dövrəsinin ilk prototipləri əldə edildi (o vaxt İS termini mövcud olmadığı üçün, o günlərin işlərinə hörmət edərək, "sərt dövrə" adını saxlayacağıq. - TS), "P12-2" zavod təyinatını almış. 1965-ci ildən P12-2-də reklam kitabçası (şək. 6), istifadə edəcəyimiz məlumat və illüstrasiyalardan sağ qalmışdır. TS R12-2, paylanmış germanium p tipli rezistor şəklində ümumi yükü olan iki germanium p - n - p -tranzistor (P401 və P403 tipli dəyişdirilmiş tranzistorlar) ehtiva edir (Şəkil 7).
düyü. 8. IC R12-2-nin strukturu. 1965-ci il İP prospektindən rəsm.
düyü. 9. R12-2 nəqliyyat vasitəsinin ölçülü rəsmi. 1965-ci il İP prospektindən rəsm.
Xarici aparıcılar TC strukturunun germanium bölgələri ilə qurğuşun keçiricilərinin qızılı arasında termokompressiya qaynağı ilə formalaşır. Bu, tropik və dəniz dumanı şəraitində xarici təsirlər altında sxemlərin sabit işləməsini təmin edir ki, bu da bu inkişafda maraqlı olan Riqa VEF zavodu tərəfindən istehsal olunan dəniz kvazielektron avtomatik telefon stansiyalarında işləmək üçün xüsusilə vacibdir.
Struktur olaraq, R12-2 TS (və sonrakı R12-5) diametri 3 mm və hündürlüyü 0,8 mm olan yuvarlaq metal kubokdan "tablet" (şəkil 9) şəklində hazırlanmışdır. TC kristalı onun içərisinə yerləşdirildi və polimer birləşmə ilə dolduruldu, ondan 50 mikron diametrli yumşaq qızıl məftildən hazırlanmış tellərin qısa xarici ucları çıxdı və kristala qaynaq edildi. P12-2 kütləsi 25 mq-dan çox deyildi. Bu dizaynda avtomobillər ətraf mühitin temperaturu 40 ° C-də 80% nisbi rütubətə və -60 ° C-dən 60 ° C-ə qədər olan dövri temperatur dəyişikliklərinə davamlı idi.
1962-ci ilin sonuna qədər RZPP-nin sınaq istehsalı təxminən 5 min R12-2 avtomobili istehsal etdi və 1963-cü ildə onlardan bir neçə on minlərlə istehsal edildi. Beləliklə, 1962-ci il ABŞ və SSRİ-də mikroelektronika sənayesinin yaranma ili oldu.
düyü. 10. Qruplar TS R12-2
düyü. 11. R12-2-nin əsas elektrik xarakteristikası
Yarımkeçiricilər texnologiyası o zaman başlanğıc mərhələsində idi və parametrlərin ciddi təkrarlanmasına hələ zəmanət vermirdi. Buna görə də, işlək qurğular parametrlər qruplarına bölündü (bu, bizim dövrümüzdə tez-tez edilir). Riqa sakinləri də R12-2 avtomobilinin 8 standart reytinqini quraşdıraraq eyni şeyi etdilər (şək. 10). Bütün digər elektrik və digər xüsusiyyətlər bütün standart qiymətləndirmələr üçün eynidır (şək. 11).
TS R12-2 istehsalı 1964-cü ildə başa çatan R&D "Sərtlik" ilə eyni vaxtda başladı (GK Yu.V. Osokin). Bu iş çərçivəsində fotolitoqrafiya və ərintilərin fotomaska vasitəsilə qalvanik çökdürülməsi əsasında germanium avtomobillərinin seriyalı istehsalı üçün təkmil qrup texnologiyası hazırlanmışdır. Onun əsas texniki həlləri Yu.V.Osokin tərəfindən ixtira kimi qeydə alınmışdır. və Mixaloviç D.L. (A.S. No 36845). Yu.V.-nin bir neçə məqaləsi gizli Spetsradioelektronika jurnalında dərc edilmişdir. Osokina KB-1 mütəxəssisləri ilə birlikdə İ.V. Heç nə, G.G. Smolko və Yu.E. Naumov, R12-2 avtomobilinin (və sonrakı R12-5 avtomobilinin) dizaynı və xüsusiyyətlərinin təsviri ilə.
P12-2-nin dizaynı hər şeydə yaxşı idi, bir şey istisna olmaqla - istehlakçılar belə kiçik məhsullardan ən incə aparatlarla necə istifadə edəcəyini bilmirdilər. Bir qayda olaraq, hardware şirkətlərinin bunun üçün nə texnologiya, nə də avadanlıq var idi. R12-2 və R12-5 istehsalının bütün dövrü ərzində onların istifadəsi NIIRE, Radio Sənaye Nazirliyinin Jiqulevski Radio Zavodu, VEF, NIIP (1978-ci ildən NPO Radiopribor) və bir sıra digər müəssisələr tərəfindən mənimsənildi. Problemi başa düşən TS tərtibatçıları, NIIRE ilə birlikdə dərhal ikinci səviyyəli dizayn haqqında düşündülər, bu da eyni zamanda avadanlıqların yerləşdirilməsinin sıxlığını artırdı.
düyü. 12. 4 nəqliyyat vasitəsinin modulu R12-2
1963-cü ildə NIIRE-də Kvant layihələndirmə və inkişaf işləri çərçivəsində (GK A.N. Pelipenko, E.M.Lyaxoviçin iştirakı ilə) dörd R12-2 avtomobilini birləşdirən modul dizaynı hazırlanmışdır (şək. 12). İkidən dördə qədər R12-2 TC (bir korpusda) birlikdə müəyyən bir funksiyanı yerinə yetirən nazik fiberglasdan hazırlanmış bir mikroboarda yerləşdirildi. funksional vahid. Lövhənin üzərinə 4 mm uzunluğunda 17-ə qədər sancaq (müəyyən bir modul üçün rəqəm dəyişdi) basıldı. Mikroboard 21,6 ? ölçülü möhürlənmiş metal kuboka yerləşdirilib. 6,6 mm və 3,1 mm dərinlikdə və polimer birləşmə ilə doldurulur. Nəticə elementlərin ikiqat möhürlənməsinə malik hibrid inteqral sxemdir (HIC). Və artıq dediyimiz kimi, bu, dünyada iki səviyyəli inteqrasiyaya malik ilk CİS və bəlkə də ümumilikdə ilk CİS idi. Müxtəlif məntiqi funksiyaları yerinə yetirən “Kvant” ümumi adı ilə səkkiz növ modul hazırlanmışdır. Belə modulların bir hissəsi olaraq, R12-2 avtomobilləri 150 q-a qədər sabit sürətlənmələrə və 15 q-a qədər sürətlənmə ilə 5-2000 Hz tezlik diapazonunda vibrasiya yüklərinə məruz qaldıqda işlək vəziyyətdə qaldı.
Kvant modulları əvvəlcə NIIRE-nin sınaq istehsalı ilə istehsal edildi, sonra onları müxtəlif istehlakçılara, o cümlədən VEF zavoduna çatdıran SSRİ Radio Sənayesi Nazirliyinin Jiqulevski Radio Zavoduna verildi.
Onlara əsaslanan TS R12-2 və “Kvant” modulları özünü yaxşı sübut etdi və geniş istifadə olunur. 1968-ci ildə ölkədə inteqral sxemlər üçün vahid təyinat sistemini yaradan standart, 1969-cu ildə isə yarımkeçirici (NP0.073.004TU) və hibrid (NP0.073.003TU) IC-lər üçün ümumi texniki spesifikasiyalar. vahid sistem tələblər. Bu tələblərə uyğun olaraq, İnteqrasiya Sxemlərinin Tətbiqi üzrə Mərkəzi Bürosu (TsBPIMS, daha sonra CDB Dayton, Zelenograd) 6 fevral 1969-cu ildə avtomobil üçün ShT3.369.001-1TU yeni texniki xüsusiyyətləri təsdiqlədi. Eyni zamanda, 102 seriyalı "inteqrasiya edilmiş sxem" termini ilk dəfə məhsulun təyinatında ortaya çıxdı.TS R12-2 IS adlandırılmağa başladı: 1LB021V, 1LB021G, 1LB021ZH, 1LB021I. Əslində, çıxış gərginliyinə və yükləmə qabiliyyətinə görə dörd qrupa bölünmüş bir IC idi.
düyü. 13. 116 və 117 seriyalı IC-lər
Və 19 sentyabr 1970-ci ildə TsBPIMS IS seriyası 116 təyin edilmiş Kvant modulları üçün AB0.308.014TU texniki xüsusiyyətlərini təsdiqlədi (Şəkil 13). Seriyaya doqquz IC daxildir: 1ХЛ161, 1ХЛ162 və 1ХЛ163 – çoxfunksiyalı rəqəmsal sxemlər; 1LE161 və 1LE162 – iki və dörd məntiqi element 2NOR; 1TP161 və 1TP1162 - bir və iki tetikleyici; 1UP161 – güc gücləndiricisi, həmçinin 1LP161 – məntiq elementi 4 giriş və 4 çıxışda "qadağa". Bu IC-lərin hər biri, cəmi 58 IC növü üçün çıxış siqnalının gərginliyi və yükləmə qabiliyyəti ilə fərqlənən dörddən yeddiyə qədər dizayn variantına malik idi. Dizaynlar IS təyinatının rəqəmsal hissəsindən sonra hərflə qeyd edildi, məsələn, 1ХЛ161ж. Sonradan modulların çeşidi genişləndi. 116 seriyasının IC-ləri əslində hibrid idi, lakin RZPP-nin tələbi ilə onlar yarımkeçirici kimi etiketləndilər (təyinatdakı ilk rəqəm "1", hibridlərdə "2" olmalıdır).
1972-ci ildə Elektronika Sənayesi Nazirliyi və Radio Sənayesi Nazirliyinin birgə qərarı ilə modulların istehsalı Jiqulevski Radio Zavodundan RZPP-yə verildi. Bu, 102 seriyalı IC-lərin uzun məsafələrə daşınması imkanını aradan qaldırdı, buna görə də hər bir IC-nin möhürlənməsi ehtiyacından imtina etdilər. Nəticədə, həm 102, həm də 116 seriyalı IC-lərin dizaynı sadələşdirildi: 102 seriyalı IC-ləri mürəkkəblə doldurulmuş metal stəkanda qablaşdırmağa ehtiyac yox idi. Texnoloji qablarda qablaşdırılmamış 102 seriyalı IC-lər 116 seriyalı IC-lərin yığılması üçün qonşu emalatxanaya çatdırıldı, birbaşa mikroboarda quraşdırıldı və modul korpusunda möhürləndi.
1970-ci illərin ortalarında İP təyinat sistemi üçün yeni standart buraxıldı. Bundan sonra, məsələn, IS 1LB021V 102LB1V təyinatını aldı.
Yuri Osokin tərəfindən ikinci IS və GIS. Möhkəm sxem R12-5(IS seriyası 103 Və 117 )
1963-cü ilin əvvəlinə qədər yüksək tezlikli n - p - n tranzistorlarının yaradılması üzərində ciddi işlər nəticəsində Yu.V. Osokina orijinal n-germanium vaflisində p-qatları ilə işləmək üçün geniş təcrübə toplayıb. Bu və bütün lazımi texnoloji komponentlərin olması Osokinə 1963-cü ildə yeni texnologiyanın hazırlanmasına və avtomobilin daha sürətli versiyasının dizaynına başlamağa imkan verdi. 1964-cü ildə NIIRE-nin sifarişi ilə R12-5 avtomobilinin və ona əsaslanan modulların hazırlanması başa çatdırıldı. Onun nəticələrinə əsasən, 1965-ci ildə Palanqa R&D açıldı (GK Yu.V.Osokin, onun müavini - D.L.Mixaloviç, 1966-cı ildə tamamlandı). R12-5-ə əsaslanan modullar R12-2-yə əsaslanan modullarla eyni “Kvant” R&D layihəsi çərçivəsində hazırlanmışdır. 102 və 116 seriyalarının texniki xüsusiyyətləri ilə eyni vaxtda 103 seriyalı IC (R12-5) üçün ShT3.369.002-2TU və 117 seriyalı IC (103 seriyalı IC əsasında modullar) üçün AV0.308.016TU texniki spesifikasiyalar idi. təsdiq edilmişdir. TS R12-2 növlərinin nomenklaturası və standart reytinqləri, onlar üzrə modullar və IS seriyası 102 və 116 müvafiq olaraq TS R12-5 və IS seriyası 103 və 117 nomenklaturası ilə eyni idi. Onlar yalnız IC kristalının sürəti və istehsal texnologiyası ilə fərqlənirdilər. 117 seriyasının tipik yayılma gecikmə müddəti 116 seriyası üçün 200 ns-ə qarşı 55 ns idi.
Struktur olaraq, R12-5 TS dörd qatlı yarımkeçirici struktur idi (Şəkil 14), burada n tipli substrat və p + tipli emitentlər ümumi torpaq avtobusuna qoşuldu. R12-5 avtomobilinin qurulması üçün əsas texniki həllər Yu.V.Osokin, D.L.Mixaloviçin ixtirası kimi qeydə alınmışdır. Kaydalova Zh.A və Akmensa Ya.P. (A.S. No 248847). TC R12-5-in dörd qatlı konstruksiyasını istehsal edərkən mühüm nou-hau orijinal germanium plitəsində n tipli p-layının formalaşması idi. Bu, plitələr təxminən 900 ° C temperaturda yerləşdiyi və sink ampulanın digər ucunda təxminən 500 ° C temperaturda yerləşdiyi möhürlənmiş kvars ampulasında sinkin diffuziyası ilə əldə edilmişdir. Sonrakı formalaşma yaradılmış p-layındakı TS strukturu P12-2 TS-ə bənzəyir. Yeni texnologiya TS kristalının mürəkkəb formasından qaçmağa imkan verdi. P12-5 ilə vaflilər də orijinal vaflinin bir hissəsini qoruyaraq arxa tərəfdən təxminən 150 mikron qalınlığa qədər üyüdüldü və sonra fərdi düzbucaqlı IC çiplərinə çəkildi.
düyü. 14. AS No 248847-dən TS R12-5 kristalının strukturu. 1 və 2 – torpaq, 3 və 4 – giriş, 5 – çıxış, 6 – güc
Birincidən sonra müsbət nəticələr eksperimental R12-5 nəqliyyat vasitələrinin istehsalı, KB-1 sifarişi ilə dörd R12-5 ilə bir vasitə yaratmağa yönəlmiş Mezon-2 tədqiqat layihəsi açıldı. 1965-ci ildə yastı metal keramika qutusunda işləyən nümunələr alındı. Lakin P12-5-in istehsalı çətin oldu, əsasən orijinal n-Ge vaflisində sink qatqılı p-qatını yaratmaq çətinliyi səbəbindən. Kristalın istehsalı üçün əmək tutumlu olduğu ortaya çıxdı, məhsuldarlıq faizi aşağıdır və nəqliyyat vasitəsinin dəyəri yüksəkdir. Eyni səbəblərə görə, R12-5 TC kiçik həcmdə istehsal edildi və daha yavaş, lakin texnoloji cəhətdən daha inkişaf etmiş R12-2-ni yerindən çıxara bilmədi. Mezon-2 tədqiqat layihəsi, o cümlədən qarşılıqlı əlaqə problemlərinə görə ümumiyyətlə davam etdirilmədi.
Bu vaxta qədər Pulsar Elmi-Tədqiqat İnstitutu və NIIME artıq germanium texnologiyasına nisbətən bir sıra üstünlüklərə malik olan planar silisium texnologiyasının inkişafı üzrə geniş iş aparırdı, bunlardan əsası daha yüksək iş temperaturu diapazonu (+150°C). silisium üçün və germanium üçün +70°C) və təbii silisiumun olması qoruyucu film SiO2. Və RZPP-nin ixtisaslaşması analoq IC-lərin yaradılmasına yönəldildi. Buna görə də, RZPP mütəxəssisləri İK-lərin istehsalı üçün germanium texnologiyasının işlənməsini qeyri-münasib hesab etdilər. Bununla belə, tranzistor və diodların istehsalında germanium bir müddət öz mövqeyini itirməmişdir. Yu.V kafedrasında. Osokin, 1966-cı ildən sonra RZPP germanium planar aşağı səs-küylü mikrodalğalı tranzistorlar GT329, GT341, GT 383 və s. işlənib hazırlanmış və istehsal edilmişdir.Onların yaradılması Latviya SSRİ Dövlət Mükafatına layiq görülmüşdür.
Ərizə
düyü. 15. Möhkəm dövrəli modullarda hesab qurğusu. 1965-ci il tarixli TS kitabçasından foto.
düyü. 16. Avtomat telefon stansiyalarının idarəetmə qurğusunun rele və nəqliyyat vasitəsinin müqayisəli ölçüləri. 1965-ci il tarixli TS kitabçasından foto.
R12-2 TS və modullarının müştəriləri və ilk istehlakçıları xüsusi sistemlərin yaradıcıları idi: Kupol bort təyyarə sistemi (NIIRE, GK Lyaxovich E.M.) və dəniz və mülki avtomatik telefon stansiyaları üçün Gnome kompüteri (şək. 15). (bitki VEF, GK Misulovin L.Ya.). R12-2, R12-5 avtomobillərinin və onların üzərində modulların və KB-1-in yaradılmasının bütün mərhələlərində fəal iştirak etmiş, KB-1-dən bu əməkdaşlığın əsas kuratoru N.A. Barkanov. Onlar maliyyələşdirmə, avadanlıq istehsalı, müxtəlif rejimlərdə və iş şəraitində nəqliyyat vasitələrinin və modulların tədqiqində kömək etdilər.
TS R12-2 və ona əsaslanan “Kvant” modulları ölkədə ilk mikrosxemlər idi. Və dünyada onlar birincilər arasında idilər - yalnız ABŞ-da Texas Instruments və Fairchild Semiconductor şirkətləri ilk yarımkeçirici IC-lərini istehsal etməyə başladılar və 1964-cü ildə IBM Korporasiyası öz kompüterləri üçün qalın filmli hibrid IC-lər istehsal etməyə başladı. Başqa ölkələrdə İP haqqında hələ düşünməyiblər. Buna görə də, inteqral sxemlər ictimaiyyət üçün maraq doğurdu; onlardan istifadənin effektivliyi heyrətamiz təəssürat yaratdı və reklamda səsləndi. 1965-ci ildən R12-2 avtomobili haqqında sağ qalan kitabçada (faktiki tətbiqlər əsasında) deyilir: “ Bortda olan hesablama cihazlarında bərk vəziyyətdə olan P12-2 sxemlərinin istifadəsi bu cihazların çəkisini və ölçülərini 10-20 dəfə azaltmağa, enerji istehlakını azaltmağa və əməliyyat etibarlılığını artırmağa imkan verir. ... İdarəetmə sistemlərində bərk P12-2 sxemlərinin istifadəsi və ATS-lərin məlumat ötürülməsi yollarının dəyişdirilməsi idarəetmə cihazlarının həcmini təxminən 300 dəfə azaltmağa, eləcə də elektrik enerjisi sərfini (30-50) əhəmiyyətli dərəcədə azaltmağa imkan verir. dəfə)". Bu ifadələr Gnome kompüterinin arifmetik qurğusunun fotoşəkilləri (şək. 15) və o zaman VEF zavodunun istehsal etdiyi rele əsaslı ATS rəfinin qızın ovucundakı kiçik blokla müqayisəsi (şək. 16) ilə təsvir edilmişdir. . İlk Riqa IC-lərinin digər çoxsaylı tətbiqləri də var idi.
İstehsal
İndi IC seriyası 102 və 103-ün istehsal həcmlərinin tam mənzərəsini ildən-ilə bərpa etmək çətindir (bu gün RZPP böyük bir zavoddan kiçik bir istehsala çevrildi və bir çox arxiv itirildi). Lakin Yu.V-nin xatirələrinə görə. Osokin, 1960-cı illərin ikinci yarısında istehsal ildə yüz minlərlə, 1970-ci illərdə milyonlarla idi. Onun sağ qalmış şəxsi qeydlərinə görə, 1985-ci ildə 102 seriyalı IC-lər - 4.100.000 ədəd, 116 seriyalı modullar - 1.025.000 ədəd, 103 seriyalı IC-lər - 700.000 ədəd, modullar - 10107 ədəd istehsal edilmişdir. .
1989-cu ilin sonunda Yu.V. “Alfa” İstehsalat Birliyinin o zaman baş direktoru olan Osokin SSRİ Nazirlər Soveti (MSK) yanında Hərbi-Sənaye Komissiyasının rəhbərliyinə müraciət edərək 102, 103, 116 və 117-ci seriyaların köhnəldiyi və köhnəldiyinə görə istehsaldan çıxarılmasını xahiş edib. yüksək əmək intensivliyi (25 il ərzində mikroelektronika irəli getmir), lakin qəti şəkildə rədd edildi. Hərbi-Sənaye Kompleksinin sədr müavini V.L. Koblov ona dedi ki, təyyarələr etibarlı uçur, dəyişdirilməsi istisna olunur. SSRİ-nin dağılmasından sonra 102, 103, 116 və 117 nömrəli IC seriyaları 1990-cı illərin ortalarına qədər, yəni 30 ildən çox müddətə istehsal edildi. Gnome kompüterləri hələ də İl-76 və bəzi digər təyyarələrin naviqasiya salonunda quraşdırılıb. “Bu superkompüterdir” deyən pilotlarımız əcnəbi həmkarlarının bu misilsiz cihaza olan marağına təəccübləndikləri zaman heç nə itirmirlər.
Prioritetlər haqqında
C.Kilbi və R.Noysun sələflərinin olmasına baxmayaraq, onlar dünya ictimaiyyəti tərəfindən inteqral sxemin ixtiraçıları kimi tanınırlar.
R. Kilby və C. Noyce öz firmaları vasitəsilə inteqral sxemin ixtirası üçün patent almaq üçün ərizələr verdilər. Texas Instruments daha əvvəl, 1959-cu ilin fevralında patent üçün müraciət etdi və Fairchild bunu həmin ilin iyul ayına qədər etmədi. Amma 2981877 nömrəli patent 1961-ci ilin aprelində R.Noysa verilmişdir. J. Kilby məhkəməyə verdi və yalnız 1964-cü ilin iyununda 3138743 nömrəli patentini aldı. Sonra prioritetlər haqqında on illik müharibə oldu, bunun nəticəsində (nadir hallarda) "dostluq qalib gəldi". Nəhayət, Apellyasiya Məhkəməsi Noysun texnoloji üstünlük iddiasını təmin etdi, lakin ilk işləyən mikrosxemin yaradılmasında C.Kilbinin hesab edilməsinə qərar verdi. Və Texas Instruments və Fairchild Semiconductor çarpaz lisenziyalaşdırma texnologiyaları haqqında müqavilə imzaladılar.
SSRİ-də ixtiraların patentləşdirilməsi müəlliflərə əngəldən, cüzi birdəfəlik ödənişdən və mənəvi məmnunluqdan başqa heç nə vermirdi, ona görə də bir çox ixtiralar ümumiyyətlə qeydə alınmırdı. Osokin də tələsmirdi. Amma müəssisələr üçün ixtiraların sayı göstəricilərdən biri olduğu üçün hələ də qeydiyyatdan keçməli idi. Buna görə də Yu.Osokina və D.Mixaloviç yalnız 28 iyun 1966-cı ildə R12-2 avtomobilinin ixtirasına görə 36845 nömrəli SSRİ Müəllif Şəhadətnaməsini alıblar.
C.Kilbi isə 2000-ci ildə ƏM-in ixtirasına görə Nobel mükafatı laureatlarından biri oldu. R.Noys dünya tərəfindən tanınmayıb, 1990-cı ildə vəfat edib və reqlamentə görə, Nobel mükafatı ölümündən sonra verilmir. Hansı ki, bu halda, tamamilə ədalətli deyil, çünki bütün mikroelektronika R. Noyce-nin başladığı yolu izləmişdir. Noysun mütəxəssislər arasında nüfuzu o qədər yüksək idi ki, o, hətta “Silikon Vadisinin meri” ləqəbini də alırdı, çünki o, Kaliforniyanın qeyri-rəsmi adını Silikon Vadisi (V. Şokli adlandırırdılar) almış həmin hissəsində işləyən alimlərin ən populyarı idi. "Silikon Vadisinin Musası"). Lakin C. Kilbinin ("tüklü" germanium) yolu çıxılmaz nöqtəyə çevrildi və hətta onun şirkətində də həyata keçirilmədi. Amma həyat həmişə ədalətli olmur.
Nobel mükafatı üç alimə verilib. Onun yarısını 77 yaşlı Cek Kilbi qəbul edib, digər yarısı isə Rusiya Elmlər Akademiyasının akademiki Jores Alferov və Santa Barbaradakı Kaliforniya Universitetinin professoru, alman-amerikalı Herbert Kremer arasında bölüşdürülüb. yüksək sürətli optoelektronikada istifadə edilən yarımkeçirici heterostrukturların inkişafı”.
Mütəxəssislər bu işləri qiymətləndirərək qeyd ediblər ki, “inteqral sxemlər, əlbəttə ki, əsrin kəşfidir və bu, cəmiyyətə və dünya iqtisadiyyatına böyük təsir göstərmişdir”. Unudulmuş C.Kilbi üçün Nobel mükafatı sürpriz oldu. Jurnalına müsahibəsində Avrofizika xəbərləri O, etiraf etdi: " O zaman mən ancaq iqtisadi baxımdan elektronikanın inkişafı üçün nəyin vacib olacağını düşünürdüm. Amma mən o zaman başa düşmürdüm ki, elektron məhsulların maya dəyərinin azalması elektron texnologiyalarda uçqunlara səbəb olacaq”..
Yu.Osokinin əsərləri isə nəinki Nobel Komitəsi tərəfindən yüksək qiymətləndirilmir. Ölkəmizdə də onlar unudulub, mikroelektronikanın yaradılmasında ölkənin prioriteti qorunmur. Və o, şübhəsiz idi.
1950-ci illərdə bir monolit kristalda və ya bir keramika substratında çox elementli məhsulların - inteqral sxemlərin formalaşması üçün maddi baza yaradılmışdır. Buna görə də təəccüblü deyil ki, demək olar ki, eyni vaxtda IP ideyası müstəqil olaraq bir çox mütəxəssisin ağlında yaranıb. Yeni ideyanın həyata keçirilməsi sürəti isə müəllifin texnoloji imkanlarından və istehsalçının marağından, yəni ilk istehlakçının mövcudluğundan asılı idi. Bu baxımdan Yu.Osokin amerikalı həmkarlarından daha yaxşı vəziyyətdə idi. Kilby TI üçün yeni idi, hətta onun sxemini tərtib etməklə monolit sxemin həyata keçirilməsinin fundamental imkanlarını şirkət rəhbərliyinə sübut etməli idi. Əslində İP-nin yaradılmasında C.Kilbinin rolu Tİ-nin idarəçiliyini yenidən öyrətməkdən və R.Noysu öz planı ilə aktiv fəaliyyətə təhrik etməkdən keçir. Kilbinin ixtirası kütləvi istehsala keçmədi. R. Noyce, gənc və hələ güclü olmayan şirkətində, həqiqətən, sonrakı mikroelektronika üçün əsas olan, lakin müəllifə dərhal tabe olmayan yeni planar texnologiya yaratmağa getdi. Yuxarıda göstərilənlərlə əlaqədar olaraq, həm onlar, həm də şirkətləri kütləvi istehsal olunan IC-lərin yaradılması ideyalarını praktiki olaraq həyata keçirmək üçün çox səy və vaxt sərf etməli oldular. Onların ilk nümunələri eksperimental olaraq qaldı, lakin onlar tərəfindən hazırlanmamış digər mikrosxemlər kütləvi istehsala keçdi. İstehsaldan uzaq olan Kilbi və Noysdan fərqli olaraq, zavod sahibi Yu.Osokin sənaye üsulu ilə işlənmiş yarımkeçirici RZPP texnologiyalarına arxalanırdı və o, NIIRE-nin və yaxınlıqdakı VEF zavodunun inkişafının təşəbbüskarı timsalında ilk avtomobillərin istehlakçılarına zəmanət vermişdi. bu işdə kömək edən. Bu səbəblərə görə, onun avtomobilinin ilk versiyası dərhal 30 ildən çox davamlı olaraq davam edən kütləvi istehsala rəvan keçən eksperimental istehsala keçdi. Beləliklə, TS-ni Kilbi və Noysdan gec inkişaf etdirməyə başlayan Yu.Osokin (bu rəqabətdən xəbərsiz) tez onlara yetişdi. Üstəlik, Yu.Osokinin əsərləri heç bir şəkildə amerikalıların əsərləri ilə əlaqəli deyil, bunun sübutu onun avtomobilinin tamamilə fərqliliyi və Kilby və Noyce mikrosxemlərindən tətbiq olunan həllərdir. Texas Instruments (Kilbinin ixtirası deyil), Fairchild və RZPP 1962-ci ildə demək olar ki, eyni vaxtda öz IC-lərinin istehsalına başladılar. Bu, Yu.Osokini R.Noys ilə bərabər və C.Kilbidən də çox inteqral sxemin ixtiraçılarından biri hesab etməyə tam hüquq verir və C.Kilbi üçün Nobel mükafatının bir hissəsini Yu.Kilbi ilə bölüşmək ədalətli olardı. Osokin. İki səviyyəli inteqrasiya ilə ilk CİS-in ixtirasına gəldikdə (və ola bilsin ki, ümumiyyətlə GIS), burada prioritet A. NIIRE-dən Pelipenko tamamilə mübahisəsizdir.
Təəssüf ki, muzeylər üçün zəruri olan nəqliyyat vasitələri və onların əsasında hazırlanmış qurğuların nümunələrini tapmaq mümkün olmayıb. Müəllif belə nümunələrə və ya onların fotoşəkillərinə görə çox minnətdar olardı.
İnteqrasiya edilmiş sxem (IC, mikrosxem), çip, mikroçip (İngiliscə mikroçip, silikon çip, çip - nazik lövhə - əvvəlcə mikrosxem kristalının lövhəsinə istinad edilən termin) - mikroelektronik cihaz - elektron dövrə ixtiyari mürəkkəblikdə (kristal), yarımkeçirici substratda (vafli və ya plyonka) hazırlanmış və ayrıla bilməyən korpusa yerləşdirilən və ya mikroquraşdırmaya daxil edilərsə, heç biri olmadan.
Mikroelektronika dövrümüzün ən əhəmiyyətli və çoxlarının inandığı kimi, ən mühüm elmi və texniki nailiyyətdir. XVI əsrdə çapın ixtirası, 18-ci əsrdə buxar maşınının yaradılması, 19-cu əsrdə elektrotexnikanın inkişafı kimi texnologiya tarixində dönüş nöqtələri ilə müqayisə oluna bilər. Və bu gün biz elmi-texniki inqilabdan danışanda ilk növbədə mikroelektronikanı nəzərdə tuturuq. Günümüzün heç bir texniki nailiyyəti kimi, o, həyatın bütün sahələrinə nüfuz edir və dünən sadəcə olaraq ağlasığmaz olanı reallaşdırır. Buna əmin olmaq üçün cib kalkulyatorlarını, miniatür radio aparatlarını, məişət cihazlarında olan elektron idarəetmə cihazlarını, saatları, kompüterləri və proqramlaşdırıla bilən kompüterləri xatırlamaq kifayətdir. Və bu onun tətbiq sahəsinin yalnız kiçik bir hissəsidir!
Mikroelektronika özünün yaranması və mövcudluğunu yeni subminiatür elektron elementin - inteqral sxemin yaradılmasına borcludur. Bu sxemlərin görünüşü, əslində, bir növ əsaslı yeni ixtira deyildi - bu, birbaşa yarımkeçirici cihazların inkişafı məntiqindən irəli gəlirdi. Əvvəlcə yarımkeçirici elementlər yenicə istifadəyə veriləndə hər bir tranzistor, rezistor və ya diod ayrı-ayrılıqda istifadə olunurdu, yəni öz fərdi qutusuna daxil edilir və fərdi kontaktlarından istifadə edərək dövrəyə daxil edilirdi. Bu, eyni elementlərdən bir çox oxşar sxemlərin yığılması lazım olduğu hallarda belə edildi.
Tədricən, bu cür cihazları ayrı-ayrı elementlərdən yığmamaq, dərhal bir ümumi kristal üzərində istehsal etmək daha rasional olduğu, xüsusən də yarımkeçirici elektronika bunun üçün bütün ilkin şərtləri yaratdığından anlaşıldı. Əslində, bütün yarımkeçirici elementlər strukturlarına görə bir-birinə çox oxşardır, eyni iş prinsipinə malikdir və yalnız p-n bölgələrinin nisbi mövqeyində fərqlənir.
Bunlar p-n bölgələri, xatırladığımız kimi, yarımkeçirici kristalın səth təbəqəsinə eyni tipli çirkləri daxil etməklə yaradılır. Üstəlik, yarımkeçirici elementlərin böyük əksəriyyətinin etibarlı və bütün nöqteyi-nəzərdən qənaətbəxş işləməsi bir millimetrin mində bir hissəsi olan səth işçi təbəqəsinin qalınlığı ilə təmin edilir. Ən kiçik tranzistorlar adətən yarımkeçirici çipin yalnız üst qatını istifadə edir ki, bu da onun qalınlığının yalnız 1%-ni təşkil edir. Qalan 99% daşıyıcı və ya substrat rolunu oynayır, çünki substrat olmadan tranzistor ən kiçik toxunuşda sadəcə çökə bilər. Nəticədə, fərdi elektron komponentlərin istehsalı üçün istifadə olunan texnologiyadan istifadə edərək, bir çipdə bir neçə onlarla, yüzlərlə, hətta minlərlə belə komponentdən ibarət tam dövrə yaratmaq mümkündür.
Bunun faydası böyük olacaq. Birincisi, xərclər dərhal azalacaq (bir mikrosxemin dəyəri adətən onun komponentlərinin bütün elektron elementlərinin ümumi dəyərindən yüzlərlə dəfə azdır). İkincisi, belə bir cihaz daha etibarlı olacaq (təcrübə göstərir ki, minlərlə və on minlərlə dəfə) və bu, çox böyük əhəmiyyət kəsb edir, çünki on və ya yüz minlərlə elektron komponentdən ibarət bir dövrədə nasazlıq tapmaq son dərəcə mürəkkəb problemdir. Üçüncüsü, inteqral sxemin bütün elektron elementləri adi sxemdəki analoqlarından yüzlərlə və minlərlə dəfə kiçik olduğuna görə, onların enerji sərfiyyatı xeyli aşağıdır və məhsuldarlığı xeyli yüksəkdir.
Elektronikaya inteqrasiyanın gəlişini müjdələyən əsas hadisə Texas Instruments şirkətindən amerikalı mühəndis C.Kilbinin monolit təmiz silisium parçasında registrlər, kondansatörlər, tranzistorlar və diodlar kimi bütün dövrə üçün ekvivalent elementlər əldə etmək təklifi oldu. . Kilby 1958-ci ilin yayında ilk inteqral yarımkeçirici sxemi yaratdı. Artıq 1961-ci ildə Fairchild Semiconductor Corporation kompüterlər üçün ilk seriyalı çipləri buraxdı: təsadüf dövrəsi, yarım növbəli registr və tətik. Elə həmin il yarımkeçiricilərin istehsalı inteqrasiya olundu məntiq dövrələri Texas şirkəti tərəfindən mənimsənilib.
Növbəti il digər şirkətlərin inteqral sxemləri ortaya çıxdı. IN qısa müddət inteqral dizaynda yaradılmışdır Müxtəlif növlər gücləndiricilər. 1962-ci ildə RCA kompüter saxlama cihazları üçün inteqrasiya olunmuş yaddaş matrisi çiplərini inkişaf etdirdi. Tədricən bütün ölkələrdə mikrosxemlərin istehsalı quruldu - mikroelektronika erası başladı.
İnteqral sxem üçün başlanğıc material adətən təmiz silisiumdan hazırlanmış xam gofretdir. Nisbətən böyük ölçüyə malikdir, çünki eyni vaxtda bir neçə yüz eyni tipli mikrosxem istehsal olunur. Birinci əməliyyat ondan ibarətdir ki, oksigenin təsiri altında 1000 dərəcə temperaturda bu lövhənin səthində silikon dioksid təbəqəsi əmələ gəlir. Silikon oksid böyük kimyəvi və mexaniki müqavimət ilə xarakterizə olunur və əla dielektrik xüsusiyyətlərinə malikdir, altındakı silikon üçün etibarlı izolyasiya təmin edir.
Növbəti addım p və ya n keçirici zolaqlar yaratmaq üçün çirklərin daxil edilməsidir. Bunu etmək üçün, oksid filmi plitədəki fərdi elektron komponentlərə uyğun gələn yerlərdən çıxarılır. İstədiyiniz sahələrin seçilməsi fotolitoqrafiya adlanan prosesdən istifadə etməklə baş verir. Birincisi, bütün oksid təbəqəsi fotoqrafiya rolunu oynayan bir fotosensitiv birləşmə (fotorezist) ilə örtülmüşdür - onu ifşa etmək və inkişaf etdirmək olar. Bundan sonra, yarımkeçirici kristalın səthinin naxışını ehtiva edən xüsusi fotomaska vasitəsilə lövhə ultrabənövşəyi şüalarla işıqlandırılır.
İşığın təsiri altında oksid təbəqəsində düz bir naxış əmələ gəlir, açıqlanmayan yerlər işıqda qalır, qalanları isə qaralır. Fotorezistorun işığa məruz qaldığı yerdə turşuya davamlı olan filmin həll olunmayan sahələri əmələ gəlir. Sonra vafli bir həlledici ilə müalicə olunur, bu da fotorezisti məruz qalan ərazilərdən çıxarır. Açıq bölgələrdən (və yalnız onlardan) silikon oksid təbəqəsi turşudan istifadə edərək silinir.
Nəticədə, silisium oksidi lazımi yerlərdə həll olunur və təmiz silisiumun "pəncərələri" açıqdır, çirkləri daxil etməyə hazırdır (bağlama). Bunun üçün n-tipli keçiriciliyi əldə etmək üçün 900-1200 dərəcə temperaturda substratın səthi istənilən çirklənməyə, məsələn, fosfor və ya arsenə məruz qalır. Çirkli atomlar təmiz silisiumun dərinliyinə nüfuz edir, lakin onun oksidi ilə dəf edilir. Gofreti bir növ çirklə müalicə etdikdən sonra başqa bir növ ilə bağlama üçün hazırlanır - vaflinin səthi yenidən oksid təbəqəsi ilə örtülür, yeni fotolitoqrafiya və aşındırma aparılır, bunun nəticəsində yeni "pəncərələr" silikon açılır.
Bunun ardınca p-tipli keçiriciliyi əldə etmək üçün məsələn, bor ilə yeni ligasiya aparılır. Beləliklə, kristalın bütün səthində düzgün yerlərdə p və n bölgələri əmələ gəlir. Ayrı-ayrı elementlər arasında izolyasiya bir neçə yolla yaradıla bilər: silikon oksidin bir təbəqəsi belə izolyasiya kimi xidmət edə bilər və ya p-n qovşaqlarını bloklayan düzgün yerlərdə də yaradıla bilər.
Emalın növbəti mərhələsi inteqral sxemin elementləri arasında, eləcə də bu elementlər və xarici sxemləri birləşdirmək üçün kontaktlar arasında keçirici birləşmələrin (keçirici xətlərin) tətbiqi ilə bağlıdır. Bunu etmək üçün, nazik bir film şəklində çökən substratın üzərinə nazik bir alüminium təbəqəsi püskürtülür. O, yuxarıda təsvir edilənlərə bənzər fotolitoqrafik emal və aşındırmaya məruz qalır. Nəticədə, bütün metal təbəqədən yalnız nazik keçirici xətlər və kontakt yastıqları qalır.
Nəhayət, yarımkeçirici çipin bütün səthi qoruyucu təbəqə ilə örtülmüşdür (ən çox silikat şüşə), sonra kontakt yastıqlarından çıxarılır. İstehsal edilən bütün mikrosxemlər nəzarət və sınaq stendində ən ciddi sınaqdan keçirilir. Qüsurlu dövrələr qırmızı nöqtə ilə qeyd olunur. Nəhayət, kristal fərdi çip plitələrinə kəsilir, hər biri xarici dövrələrə qoşulmaq üçün aparatları olan davamlı bir korpusa yerləşdirilir.
İnteqral sxemin mürəkkəbliyi inteqrasiya dərəcəsi adlanan göstərici ilə xarakterizə olunur. 100-dən çox elementi olan inteqral sxemlərə aşağı inteqrasiyalı sxemlər deyilir; 1000-ə qədər elementdən ibarət sxemlər - orta inteqrasiya dərəcəsinə malik inteqral sxemlər; on minlərlə elementdən ibarət sxemlərə böyük inteqral sxemlər deyilir. Tərkibində milyona qədər elementi olan sxemlər artıq istehsal olunur (onlara ultra-böyük deyilir). İnteqrasiyanın tədricən artması ona gətirib çıxardı ki, hər il sxemlər getdikcə daha miniatür və müvafiq olaraq daha mürəkkəbləşir.
Böyük məbləğ elektron cihazlarƏvvəllər böyük ölçülərə malik olan , indi kiçik bir silikon vafliyə sığar. Bu yolda son dərəcə mühüm hadisə 1971-ci ildə Amerikanın Intel şirkəti tərəfindən hesab və məntiqi əməliyyatları yerinə yetirmək üçün vahid inteqral sxemin - mikroprosessorun yaradılması oldu. Bu, mikroelektronikanın kompüter texnologiyası sahəsinə böyük bir irəliləyişinə səbəb oldu.
Oxu və yaz faydalı
