› › Η ιστορία της δημιουργίας της πλακέτας ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. σειρά μικροκυκλωμάτων. λειτουργικός έλεγχος IC και δοκιμαστικών κυκλωμάτων

Η ιστορία της δημιουργίας της πλακέτας ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. σειρά μικροκυκλωμάτων. λειτουργικός έλεγχος IC και δοκιμαστικών κυκλωμάτων

Εισαγωγή

Από την εμφάνιση των πρώτων υπολογιστών, οι προγραμματιστές λογισμικού ονειρεύτηκαν υλικό σχεδιασμένο για να λύσει το συγκεκριμένο πρόβλημά τους. Ως εκ τούτου, η ιδέα της δημιουργίας ειδικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων που μπορούν να ακονιστούν για την αποτελεσματική υλοποίηση μιας συγκεκριμένης εργασίας έχει εμφανιστεί εδώ και πολύ καιρό. Υπάρχουν δύο δρόμοι ανάπτυξης εδώ:

  • Η χρήση των λεγόμενων εξειδικευμένων ολοκληρωμένων κυκλωμάτων κατά παραγγελία (ASIC - Application Specific Integrated Circuit). Όπως υποδηλώνει το όνομα, τέτοια μικροκυκλώματα κατασκευάζονται από κατασκευαστές σκεύη, εξαρτήματαστο πλαίσιο της εντολής για την αποτελεσματική υλοποίηση κάποιου συγκεκριμένου έργου ή σειράς εργασιών. Δεν έχουν καθολικότητα, όπως τα συμβατικά μικροκυκλώματα, αλλά λύνουν τις εργασίες που τους έχουν ανατεθεί πολλές φορές πιο γρήγορα, μερικές φορές κατά τάξεις μεγέθους.
  • Δημιουργία τσιπ με επαναδιαμορφώσιμη αρχιτεκτονική. Η ιδέα είναι ότι τέτοια τσιπ έρχονται στον προγραμματιστή ή χρήστη του λογισμικού σε μη προγραμματισμένη κατάσταση και μπορεί να εφαρμόσει σε αυτά την αρχιτεκτονική που του ταιριάζει καλύτερα. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στη διαδικασία ανάπτυξής τους.

Με την πάροδο του χρόνου, εμφανίστηκε ένας μεγάλος αριθμός από διάφορα μικροκυκλώματα με επαναδιαμορφώσιμη αρχιτεκτονική (Εικ. 1).


Εικ. 1 Ποικιλία τσιπ με επαναδιαμορφώσιμη αρχιτεκτονική

Για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα, μόνο συσκευές PLD (Programmable Logic Device) υπήρχαν στην αγορά. Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει συσκευές που υλοποιούν τις απαραίτητες λειτουργίες για την επίλυση των εργασιών με τη μορφή ενός τέλειου διαχωρισμού κανονική μορφή(τέλειο DNF). Τα πρώτα που εμφανίστηκαν το 1970 ήταν τα μικροκυκλώματα PROM, τα οποία ανήκουν ακριβώς στην κατηγορία των συσκευών PLD. Κάθε κύκλωμα είχε μια σταθερή συστοιχία λογικών συναρτήσεων ΚΑΙ συνδεδεμένη με ένα προγραμματιζόμενο σύνολο λογικών συναρτήσεων OR. Για παράδειγμα, θεωρήστε ένα PROM με 3 εισόδους (a,b και c) και 3 εξόδους (w,x και y) (Εικ. 2).



Ρύζι. 2. Τσιπ PROM

Με τη βοήθεια ενός προκαθορισμένου πίνακα AND, όλοι οι πιθανοί σύνδεσμοι υλοποιούνται στις μεταβλητές εισόδου, οι οποίες στη συνέχεια μπορούν να συνδυαστούν αυθαίρετα χρησιμοποιώντας στοιχεία OR. Έτσι, στην έξοδο, οποιαδήποτε συνάρτηση τριών μεταβλητών μπορεί να υλοποιηθεί ως τέλειο DNF. Για παράδειγμα, εάν προγραμματίσετε εκείνα τα στοιχεία OR που είναι κυκλωμένα με κόκκινο χρώμα στο Σχήμα 2, τότε οι έξοδοι θα είναι οι συναρτήσεις w=a x=(a&b) ; y=(α&β)^γ.

Αρχικά, τα τσιπ PROM σχεδιάστηκαν για να αποθηκεύουν οδηγίες προγράμματος και σταθερές τιμές, π.χ. για την εκτέλεση των λειτουργιών της μνήμης του υπολογιστή. Ωστόσο, οι προγραμματιστές τα χρησιμοποιούν επίσης για την υλοποίηση απλών λογικών συναρτήσεων. Στην πραγματικότητα, το PROM του τσιπ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την υλοποίηση οποιουδήποτε λογικού μπλοκ, αρκεί να έχει μικρό αριθμό εισόδων. Αυτή η συνθήκη προκύπτει από το γεγονός ότι η μήτρα των στοιχείων AND ορίζεται αυστηρά στα μικροκυκλώματα EPROM - όλες οι πιθανές συνδέσεις από τις εισόδους πραγματοποιούνται σε αυτήν, δηλαδή ο αριθμός των στοιχείων AND είναι ίσος με 2 * 2 n, όπου n είναι ο αριθμός των εισροών. Είναι σαφές ότι καθώς ο αριθμός n αυξάνεται, το μέγεθος του πίνακα μεγαλώνει πολύ γρήγορα.

Στη συνέχεια, το 1975, εμφανίστηκαν οι λεγόμενοι προγραμματιζόμενοι λογικοί πίνακες (PLM). Αποτελούν συνέχεια της ιδέας των μικροκυκλωμάτων PROM - το PLA αποτελείται επίσης από συστοιχίες AND και OR, ωστόσο, σε αντίθεση με το PROM, και οι δύο συστοιχίες είναι προγραμματιζόμενες. Αυτό επιτρέπει μεγαλύτερη ευελιξία σε τέτοια μικροκυκλώματα, αλλά ποτέ δεν ήταν κοινά, επειδή τα σήματα χρειάζονται πολύ περισσότερο χρόνο για να ταξιδέψουν μέσω προγραμματιζόμενων συνδέσεων παρά για να ταξιδέψουν μέσω των προκαθορισμένων αντίστοιχων.

Προκειμένου να λυθεί το πρόβλημα ταχύτητας που είναι εγγενές στα PLA, η ακόλουθη κατηγορία συσκευών εμφανίστηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1970, που ονομάζεται Προγραμματιζόμενη Λογική Συστοιχίας (PAL - Προγραμματιζόμενη Λογική Συστοιχίας). Μια περαιτέρω ανάπτυξη της ιδέας των τσιπ PAL ήταν η εμφάνιση συσκευών GAL (Generic Array Logic) - πιο σύνθετες ποικιλίες PAL που χρησιμοποιούν τρανζίστορ CMOS. Εδώ, χρησιμοποιείται μια ιδέα που είναι ακριβώς αντίθετη από την ιδέα των μικροκυκλωμάτων PROM - μια προγραμματιζόμενη συστοιχία στοιχείων AND συνδέεται με μια προκαθορισμένη σειρά στοιχείων OR (Εικ. 3).



Ρύζι. 3. Μη προγραμματισμένη συσκευή PAL

Αυτό επιβάλλει έναν περιορισμό στη λειτουργικότητα, ωστόσο, τέτοιες συσκευές απαιτούν συστοιχίες πολύ μικρότερου μεγέθους από ό,τι στα μικροκυκλώματα PROM.

Η λογική συνέχεια των απλών PLD ήταν η εμφάνιση των λεγόμενων πολύπλοκων PLD, αποτελούμενων από πολλά μπλοκ απλών PLD (συνήθως οι συσκευές PAL χρησιμοποιούνται ως απλά PLD), ενωμένα από μια προγραμματιζόμενη μήτρα μεταγωγής. Εκτός από τα ίδια τα μπλοκ PLD, ήταν επίσης δυνατός ο προγραμματισμός των συνδέσεων μεταξύ τους χρησιμοποιώντας αυτόν τον πίνακα μεταγωγής. Τα πρώτα σύνθετα PLD εμφανίστηκαν στα τέλη της δεκαετίας του '70 και στις αρχές της δεκαετίας του '80 του 20ου αιώνα, αλλά η κύρια εξέλιξη προς αυτή την κατεύθυνση ήρθε το 1984, όταν η Altera εισήγαγε ένα σύνθετο PLD βασισμένο σε συνδυασμό τεχνολογιών CMOS και EPROM.

Η έλευση των FPGA

Στις αρχές της δεκαετίας του 1980, υπήρχε ένα χάσμα μεταξύ των κύριων τύπων συσκευών στο ψηφιακό περιβάλλον ASIC. Από τη μια πλευρά, υπήρχαν PLD που μπορούν να προγραμματιστούν για κάθε συγκεκριμένη εργασία και είναι αρκετά εύκολο να κατασκευαστούν, αλλά δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την υλοποίηση πολύπλοκων λειτουργιών. Από την άλλη πλευρά, υπάρχουν ASIC που μπορούν να υλοποιήσουν εξαιρετικά πολύπλοκες λειτουργίες, αλλά έχουν αυστηρά σταθερή αρχιτεκτονική, ενώ είναι μακριές και ακριβές στην κατασκευή τους. Χρειαζόταν μια ενδιάμεση σύνδεση και οι συσκευές FPGA (Field Programmable Gate Arrays) έγιναν μια τέτοια σύνδεση.

Τα FPGA, όπως τα PLD, είναι προγραμματιζόμενες συσκευές. Η κύρια θεμελιώδης διαφορά μεταξύ FPGA και PLD είναι ότι οι συναρτήσεις στο FPGA υλοποιούνται όχι με τη βοήθεια του DNF, αλλά με τη βοήθεια προγραμματιζόμενων πινάκων αναζήτησης (LUT-tables). Σε αυτούς τους πίνακες, οι τιμές συναρτήσεων καθορίζονται χρησιμοποιώντας έναν πίνακα αλήθειας, από τον οποίο επιλέγεται το απαιτούμενο αποτέλεσμα χρησιμοποιώντας έναν πολυπλέκτη (Εικ. 4):



Ρύζι. 4. Πίνακας αντιστοιχίας

Κάθε συσκευή FPGA αποτελείται από προγραμματιζόμενα λογικά μπλοκ (Configurable Logic Blocks - CLB), τα οποία διασυνδέονται με συνδέσεις, επίσης προγραμματιζόμενα. Κάθε τέτοιο μπλοκ προορίζεται για τον προγραμματισμό κάποιας λειτουργίας ή μέρους αυτής, ωστόσο, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για άλλους σκοπούς, για παράδειγμα, ως μνήμη.

Στις πρώτες συσκευές FPGA, που αναπτύχθηκαν στα μέσα της δεκαετίας του '80, το λογικό μπλοκ ήταν πολύ απλό και περιείχε έναν πίνακα LUT 3 εισόδων, ένα flip-flop και έναν μικρό αριθμό βοηθητικών στοιχείων. Οι σύγχρονες συσκευές FPGA είναι πολύ πιο περίπλοκες: κάθε μπλοκ CLB αποτελείται από 1-4 "φέτες" (slice), καθεμία από τις οποίες περιέχει πολλούς πίνακες LUT (συνήθως 6 εισόδους), πολλούς ενεργοποιητές και μεγάλο αριθμό στοιχείων υπηρεσίας. Ακολουθεί ένα παράδειγμα μιας σύγχρονης "κοπής":


Ρύζι. 5. Η συσκευή του σύγχρονου «κοψίματος»

συμπέρασμα

Εφόσον οι συσκευές PLD δεν μπορούν να υλοποιήσουν σύνθετες λειτουργίες, συνεχίζουν να χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση απλών συναρτήσεων φορητές συσκευέςκαι επικοινωνιών, ενώ συσκευές FPGA κυμαίνονται από 1000 πύλες (το πρώτο FPGA, που αναπτύχθηκε το 1985) έως αυτή τη στιγμήξεπέρασε τα 10 εκατομμύρια βαλβίδες (οικογένεια Virtex-6). Αναπτύσσονται ενεργά και ήδη αντικαθιστούν τα τσιπ ASIC, επιτρέποντάς σας να εφαρμόσετε μια ποικιλία εξαιρετικά πολύπλοκων λειτουργιών, χωρίς να χάσετε τη δυνατότητα επαναπρογραμματισμού.

Τώρα, ακόμη λιγότερο προχωρημένο Κινητά τηλέφωναμην κάνετε χωρίς μικροεπεξεργαστή, τι μπορούμε να πούμε για tablet, φορητό και επιτραπέζιο προσωπικούς υπολογιστές. Τι είναι ο μικροεπεξεργαστής και πώς εξελίχθηκε η ιστορία της δημιουργίας του; Μιλώντας σε απλή γλώσσα, ο μικροεπεξεργαστής είναι ένα πιο περίπλοκο και πολυλειτουργικό ολοκληρωμένο κύκλωμα.

Η ιστορία του μικροκυκλώματος (ολοκληρωμένο κύκλωμα) ξεκινά από το 1958, όταν ο Jack Kilby, υπάλληλος της αμερικανικής εταιρείας Texas Instruments, εφηύρε ένα είδος συσκευής ημιαγωγών που περιέχει πολλά τρανζίστορ συνδεδεμένα με αγωγούς σε μία συσκευασία. Το πρώτο μικροκύκλωμα - ο πρόγονος του μικροεπεξεργαστή - περιείχε μόνο 6 τρανζίστορ και ήταν μια λεπτή πλάκα γερμανίου με ίχνη από χρυσό και όλα αυτά βρισκόταν σε ένα γυάλινο υπόστρωμα. Για σύγκριση, σήμερα ο λογαριασμός πηγαίνει σε μονάδες και ακόμη και σε δεκάδες εκατομμύρια στοιχεία ημιαγωγών.

Μέχρι το 1970Πολλοί κατασκευαστές ασχολήθηκαν με την ανάπτυξη και τη δημιουργία ολοκληρωμένων κυκλωμάτων διαφόρων χωρητικοτήτων και διαφορετικών λειτουργικών προσανατολισμών. Αλλά φέτος μπορεί να θεωρηθεί η ημερομηνία γέννησης του πρώτου μικροεπεξεργαστή. Ήταν φέτος που η Intel δημιούργησε ένα τσιπ μνήμης με χωρητικότητα μόνο 1 Kbit - αμελητέα για τους σύγχρονους επεξεργαστές, αλλά απίστευτα μεγάλο για εκείνη την εποχή. Εκείνη την εποχή, αυτό ήταν ένα τεράστιο επίτευγμα - ένα τσιπ μνήμης μπορούσε να αποθηκεύσει έως και 128 byte πληροφοριών - πολύ υψηλότερο από παρόμοια ανάλογα. Επιπλέον, την ίδια περίπου εποχή, ο Ιάπωνας κατασκευαστής αριθμομηχανών Busicom παρήγγειλε τα ίδια τσιπ Intel 12 διαφόρων λειτουργικών προσανατολισμών. Οι ειδικοί της Intel κατάφεραν να εφαρμόσουν και τις 12 λειτουργικές περιοχές σε ένα τσιπ. Επιπλέον, το δημιουργημένο μικροκύκλωμα αποδείχθηκε πολυλειτουργικό, καθώς κατέστησε δυνατή την προγραμματική αλλαγή των λειτουργιών του χωρίς αλλαγή της φυσικής δομής. Το μικροκύκλωμα εκτελούσε ορισμένες λειτουργίες ανάλογα με τις εντολές που δίνονταν στις εξόδους ελέγχου του.

Ήδη ένα χρόνο μετά το 1971Η Intel κυκλοφορεί τον πρώτο μικροεπεξεργαστή 4 bit, με την κωδική ονομασία 4004. Σε σύγκριση με το πρώτο τσιπ των 6 τρανζίστορ, περιείχε έως και 2,3 χιλιάδες στοιχεία ημιαγωγών και εκτελούσε 60 χιλιάδες λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο. Εκείνη την εποχή, ήταν μια τεράστια ανακάλυψη στον τομέα της μικροηλεκτρονικής. Το 4-bit σήμαινε ότι το 4004 μπορούσε να επεξεργαστεί δεδομένα 4-bit ταυτόχρονα. Άλλα δύο χρόνια μετά το 1973η εταιρεία παράγει έναν επεξεργαστή 8-bit 8008, ο οποίος λειτουργούσε ήδη με δεδομένα 8-bit. Αρχή από το 1976, η εταιρεία αρχίζει να αναπτύσσει μια έκδοση 16-bit του μικροεπεξεργαστή 8086. Ήταν αυτός που άρχισε να χρησιμοποιείται στους πρώτους προσωπικούς υπολογιστές της IBM και, στην πραγματικότητα, έβαλε ένα από τα τούβλα στο

Τα αναλογικά και τα ψηφιακά μικροκυκλώματα παράγονται σε σειρά. Μια σειρά είναι μια ομάδα μικροκυκλωμάτων που έχουν ενιαίο σχεδιασμό και τεχνολογικό σχεδιασμό και προορίζονται για κοινή χρήση. Τα μικροκυκλώματα της ίδιας σειράς, κατά κανόνα, έχουν τις ίδιες τάσεις τροφοδοτικών, ταιριάζουν ως προς τις αντιστάσεις εισόδου και εξόδου, τα επίπεδα σήματος.

    1. Σώμα

Τα μικροκυκλώματα παράγονται σε δύο κατασκευαστικές εκδόσεις - συσκευασμένα και μη συσκευασμένα.

Το περίβλημα του μικροκυκλώματος είναι ένα σύστημα μεταφοράς και ένα μέρος της δομής σχεδιασμένο για προστασία από εξωτερικές επιδράσεις και για ηλεκτρική σύνδεση με εξωτερικά κυκλώματα μέσω καλωδίων. Οι θήκες είναι τυποποιημένες για την απλοποίηση της τεχνολογίας κατασκευής των τελικών προϊόντων.

Ένα μικροκύκλωμα χωρίς πλαίσιο είναι ένας κρύσταλλος ημιαγωγών που έχει σχεδιαστεί για τοποθέτηση σε υβριδικό μικροκύκλωμα ή μικροσυγκρότημα (είναι δυνατή η απευθείας τοποθέτηση σε πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος).

    1. Συγκεκριμένοι τίτλοι

Η Intel ήταν η πρώτη που κατασκεύασε ένα τσιπ που εκτελούσε τις λειτουργίες ενός μικροεπεξεργαστή (αγγλικός μικροεπεξεργαστής) - Intel 4004. Με βάση τους βελτιωμένους μικροεπεξεργαστές 8088 και 8086, η IBM κυκλοφόρησε τους γνωστούς προσωπικούς υπολογιστές της)

Ο μικροεπεξεργαστής αποτελεί τον πυρήνα του υπολογιστή, πρόσθετες λειτουργίες, όπως η επικοινωνία με την περιφέρεια, πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας ειδικά σχεδιασμένα chipset. Για τους πρώτους υπολογιστές, ο αριθμός των μικροκυκλωμάτων στα σετ υπολογίστηκε σε δεκάδες και εκατοντάδες, σε σύγχρονα συστήματααυτό είναι ένα σετ από μία, δύο ή τρεις μάρκες. Πρόσφατα, παρατηρήθηκαν τάσεις σταδιακής μεταφοράς λειτουργιών chipset (ελεγκτής μνήμης, ελεγκτής διαύλου PSI Express) στον επεξεργαστή.

Οι μικροεπεξεργαστές με ενσωματωμένη μνήμη RAM και ROM, ελεγκτές μνήμης και I/O και άλλες πρόσθετες λειτουργίες ονομάζονται μικροελεγκτές.

    1. Νομική προστασία

Η ρωσική νομοθεσία παρέχει νομική προστασία για τοπολογίες ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Τοπολογία ενσωματωμένο κύκλωμαείναι η χωρική και γεωμετρική διάταξη του συνόλου των στοιχείων ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος και οι μεταξύ τους συνδέσεις στερεωμένες σε έναν φορέα υλικού (άρθρο 1448 του Αστικού Κώδικα της Ρωσικής Ομοσπονδίας).

Το αποκλειστικό δικαίωμα στην τοπολογία ισχύει για δέκα χρόνια. Ο κάτοχος του δικαιώματος μπορεί να καταχωρίσει την τοπολογία στην Ομοσπονδιακή Υπηρεσία Πνευματικής Ιδιοκτησίας, Διπλωμάτων Ευρεσιτεχνίας και Εμπορικών Σημάτων εντός αυτής της περιόδου.

  1. Ιστορία της δημιουργίας

Στις 7 Μαΐου 1952, ο Βρετανός μηχανικός ραδιοφώνου Geoffrey Dummer παρουσίασε για πρώτη φορά την ιδέα της ενσωμάτωσης πολλών τυπικών ηλεκτρονικών εξαρτημάτων σε ένα μονολιθικό κρύσταλλο ημιαγωγών και ένα χρόνο αργότερα, ο Harvick Johnson υπέβαλε την πρώτη αίτηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας για ένα πρωτότυπο ολοκληρωμένο κύκλωμα (IC ). Η εφαρμογή αυτών των προτάσεων εκείνα τα χρόνια δεν μπορούσε να πραγματοποιηθεί λόγω ανεπαρκούς ανάπτυξης της τεχνολογίας.

Στα τέλη του 1958 και το πρώτο εξάμηνο του 1959, έγινε μια σημαντική ανακάλυψη στη βιομηχανία ημιαγωγών. Τρία άτομα που εκπροσωπούσαν τρεις ιδιωτικές αμερικανικές εταιρείες έλυσαν τρία θεμελιώδη προβλήματα που εμπόδισαν τη δημιουργία ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Ο Jack Kilby της Texas Instruments κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας την αρχή της ενοποίησης, δημιούργησε τα πρώτα, ατελή πρωτότυπα IC και τα έφερε στη μαζική παραγωγή. Ο Kurt Lehovec της Sprague Electric Company επινόησε μια μέθοδο για την ηλεκτρική απομόνωση εξαρτημάτων που σχηματίζονται σε ένα ενιαίο τσιπ ημιαγωγού (p-n junction isolation). Ο Robert Noyce της Fairchild Semiconductor εφηύρε μια μέθοδο ηλεκτρικής σύνδεσης εξαρτημάτων IC (επιμετάλλωση αλουμινίου) και πρότεινε μια βελτιωμένη έκδοση απομόνωσης εξαρτημάτων βασισμένη στην τελευταία επίπεδη τεχνολογία του Jean Ernie. Στις 27 Σεπτεμβρίου 1960, η ομάδα του Jay Last δημιούργησε το πρώτο workable ημιαγωγός IP για τις ιδέες των Noyce και Ernie. Η Texas Instruments, η οποία κατείχε το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την εφεύρεση του Kilby, εξαπέλυσε έναν πόλεμο διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας κατά των ανταγωνιστών, ο οποίος έληξε το 1966 με μια συμφωνία διακανονισμού για τη διασταυρούμενη άδεια χρήσης τεχνολογίας.

Τα πρώιμα λογικά IC της αναφερόμενης σειράς κατασκευάστηκαν κυριολεκτικά από πρότυποεξαρτήματα, οι διαστάσεις και οι διαμορφώσεις των οποίων καθορίστηκαν από την τεχνολογική διαδικασία. Οι μηχανικοί κυκλωμάτων που σχεδίασαν λογικά IC μιας συγκεκριμένης οικογένειας λειτουργούσαν με τις ίδιες τυπικές διόδους και τρανζίστορ. Το 1961-1962, το πρότυπο σχεδιασμού έσπασε από τον κύριο προγραμματιστή της Sylvania, Tom Longo, για πρώτη φορά χρησιμοποιώντας σε ένα IC διάφοροςδιαμόρφωση τρανζίστορ ανάλογα με τις λειτουργίες τους στο κύκλωμα. Στα τέλη του 1962, η Sylvania κυκλοφόρησε την πρώτη οικογένεια λογικής τρανζίστορ-τρανζίστορ (TTL) που αναπτύχθηκε από τη Longo - ιστορικά τον πρώτο τύπο ολοκληρωμένης λογικής που κατάφερε να αποκτήσει μόνιμη βάση στην αγορά. Στα αναλογικά κυκλώματα, μια σημαντική ανακάλυψη αυτού του επιπέδου έγινε το 1964-1965 από τον κατασκευαστή των λειτουργικών ενισχυτών Fairchild, Bob Widlar.

Το πρώτο ολοκληρωμένο κύκλωμα ημιαγωγών στην ΕΣΣΔ δημιουργήθηκε με βάση μια επίπεδη τεχνολογία που αναπτύχθηκε στις αρχές του 1960 στο NII-35 (τότε μετονομάστηκε Pulsar Research Institute) από μια ομάδα που αργότερα μεταφέρθηκε στο NIIME (Mikron). Η δημιουργία του πρώτου εγχώριου ολοκληρωμένου κυκλώματος πυριτίου επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη και παραγωγή με στρατιωτική αποδοχή μιας σειράς ολοκληρωμένων κυκλωμάτων πυριτίου TC-100 (37 στοιχεία - το ισοδύναμο της πολυπλοκότητας του κυκλώματος μιας σκανδάλης, ένα ανάλογο της αμερικανικής σειράς IC SN-51 από την Texas Instruments). Πρωτότυπα και δείγματα παραγωγής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων πυριτίου για αναπαραγωγή ελήφθησαν από τις ΗΠΑ. Οι εργασίες πραγματοποιήθηκαν στο NII-35 (διευθυντής Trutko) και στο εργοστάσιο ημιαγωγών Fryazinsky (διευθυντής Kolmogorov) με εντολή άμυνας για χρήση σε αυτόνομο υψόμετρο ενός συστήματος καθοδήγησης βαλλιστικών πυραύλων. Η ανάπτυξη περιελάμβανε έξι τυπικά ολοκληρωμένα επίπεδα κυκλώματα πυριτίου της σειράς TS-100 και, με την οργάνωση της πιλοτικής παραγωγής, διήρκεσε τρία χρόνια στο NII-35 (από το 1962 έως το 1965). Χρειάστηκαν άλλα δύο χρόνια για να κυριαρχήσει η εργοστασιακή παραγωγή με στρατιωτική αποδοχή στο Φρυαζίνο (1967)

Τα πρώτα ολοκληρωμένα κυκλώματα

Αφιερωμένο στην 50ή επέτειο από την επίσημη ημερομηνία

Β. Μαλάσεβιτς

Στις 12 Σεπτεμβρίου 1958, ένας υπάλληλος της Texas Instruments (TI) Jack Kilby έδειξε στη διοίκηση τρεις παράξενες συσκευές - συσκευές κολλημένες με κερί μέλισσας σε γυάλινο υπόστρωμα από δύο κομμάτια πυριτίου διαστάσεων 11,1 × 1,6 mm (Εικ. 1). Επρόκειτο για τρισδιάστατες διατάξεις - πρωτότυπα ολοκληρωμένου κυκλώματος (IC) της γεννήτριας, που αποδεικνύουν τη δυνατότητα κατασκευής όλων των στοιχείων κυκλώματος με βάση ένα ενιαίο υλικό ημιαγωγών. Αυτή η ημερομηνία γιορτάζεται στην ιστορία των ηλεκτρονικών ως τα γενέθλια των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Είναι όμως;

Ρύζι. 1. Μοντέλο του πρώτου IS από τον J. Kilby. Φωτογραφία από http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1950, η τεχνολογία συναρμολόγησης ραδιοηλεκτρονικού εξοπλισμού (REA) από διακριτά στοιχεία είχε εξαντλήσει τις δυνατότητές της. Ο κόσμος έφτασε στην πιο οξεία κρίση της REA, απαιτήθηκαν ριζικά μέτρα. Μέχρι εκείνη την εποχή, οι ολοκληρωμένες τεχνολογίες για την παραγωγή συσκευών ημιαγωγών και κεραμικών πλακών παχιάς και λεπτής μεμβράνης είχαν ήδη κατακτηθεί βιομηχανικά στις ΗΠΑ και την ΕΣΣΔ, δηλαδή οι προϋποθέσεις ήταν ώριμες για να ξεπεραστεί αυτή η κρίση με τη δημιουργία πολλαπλών στοιχείων τυποποιημένα προϊόντα - ολοκληρωμένα κυκλώματα.

Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα (μικροκυκλώματα, IC) περιλαμβάνουν ηλεκτρονικές συσκευές ποικίλης πολυπλοκότητας, στις οποίες όλα τα στοιχεία του ίδιου τύπου κατασκευάζονται ταυτόχρονα σε έναν μόνο τεχνολογικό κύκλο, δηλ. με ολοκληρωμένη τεχνολογία. Σε αντίθεση με τις πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων (στις οποίες όλοι οι αγωγοί σύνδεσης κατασκευάζονται ταυτόχρονα σε έναν κύκλο χρησιμοποιώντας ενσωματωμένη τεχνολογία), οι αντιστάσεις, οι πυκνωτές και (σε ​​κυκλώματα ημιαγωγών) οι δίοδοι και τα τρανζίστορ σχηματίζονται με παρόμοιο τρόπο στα IC. Επιπλέον, πολλά IC κατασκευάζονται ταυτόχρονα, από δεκάδες έως χιλιάδες.

Τα IC αναπτύσσονται και παράγονται από τη βιομηχανία με τη μορφή σειρών, που συνδυάζουν έναν αριθμό μικροκυκλωμάτων διαφόρων λειτουργικών σκοπών, που προορίζονται για κοινή χρήση σε ηλεκτρονικό εξοπλισμό. Τα IC της σειράς έχουν στάνταρ σχεδιασμό και ενοποιημένο σύστημα ηλεκτρικών και άλλων χαρακτηριστικών. Τα IC παρέχονται από τον κατασκευαστή σε διαφορετικούς καταναλωτές ως ανεξάρτητα εμπορικά προϊόντα που πληρούν ένα συγκεκριμένο σύστημα τυποποιημένων απαιτήσεων. Τα IC ταξινομούνται ως μη επισκευάσιμα προϊόντα· κατά την επισκευή ηλεκτρονικού εξοπλισμού, τα IC που έχουν αποτύχει αντικαθίστανται.

Υπάρχουν δύο κύριες ομάδες ολοκληρωμένων κυκλωμάτων: τα υβριδικά και τα ημιαγωγικά.

Στα υβριδικά IC (HIC), όλοι οι αγωγοί και τα παθητικά στοιχεία σχηματίζονται στην επιφάνεια ενός υποστρώματος μικροκυκλώματος (συνήθως κατασκευασμένου από κεραμικό) χρησιμοποιώντας ενσωματωμένη τεχνολογία. Τα ενεργά στοιχεία με τη μορφή διόδων χωρίς συσκευασία, τρανζίστορ και κρυστάλλων IC ημιαγωγών εγκαθίστανται στο υπόστρωμα μεμονωμένα, χειροκίνητα ή αυτόματα.

Στα IC ημιαγωγών, τα συνδετικά, τα παθητικά και τα ενεργά στοιχεία σχηματίζονται σε έναν ενιαίο τεχνολογικό κύκλο στην επιφάνεια ενός υλικού ημιαγωγού (συνήθως πυριτίου) με μερική διείσδυση στον όγκο του με μεθόδους διάχυσης. Ταυτόχρονα, από πολλές δεκάδες έως πολλές χιλιάδες IC κατασκευάζονται σε μία γκοφρέτα ημιαγωγών, ανάλογα με την πολυπλοκότητα της συσκευής και το μέγεθος του κρυστάλλου και της γκοφρέτας της. Η βιομηχανία παράγει IC ημιαγωγών σε τυπικές συσκευασίες, με τη μορφή μεμονωμένων τσιπ ή με τη μορφή αδιαίρετων πλακιδίων.

Το φαινόμενο του κόσμου των υβριδικών (GIS) και ημιαγωγών IC εμφανίστηκε με διαφορετικούς τρόπους. Το GIS είναι προϊόν της εξελικτικής ανάπτυξης μικρομονάδων και τεχνολογίας κεραμικών πλακών. Ως εκ τούτου, εμφανίστηκαν ανεπαίσθητα, δεν υπάρχει γενικά αποδεκτή ημερομηνία γέννησης του GIS και ένας γενικά αναγνωρισμένος συγγραφέας. Τα IC ημιαγωγών ήταν ένα φυσικό και αναπόφευκτο αποτέλεσμα της ανάπτυξης της τεχνολογίας ημιαγωγών, αλλά απαιτούσαν τη δημιουργία νέων ιδεών και τη δημιουργία νέων τεχνολογιών που έχουν τις δικές τους ημερομηνίες γέννησης και τους δικούς τους δημιουργούς. Τα πρώτα υβριδικά και ημιαγωγικά IC εμφανίστηκαν στην ΕΣΣΔ και στις ΗΠΑ σχεδόν ταυτόχρονα και ανεξάρτητα το ένα από το άλλο.

Τα πρώτα υβριδικά IC

Τα υβριδικά IC περιλαμβάνουν IC, η παραγωγή των οποίων συνδυάζει μια ολοκληρωμένη τεχνολογία για την κατασκευή παθητικών στοιχείων με μια μεμονωμένη (χειροκίνητη ή αυτοματοποιημένη) τεχνολογία εγκατάστασης και τοποθέτησης ενεργών στοιχείων.

Πίσω στα τέλη της δεκαετίας του 1940, η εταιρεία Centralab στις ΗΠΑ ανέπτυξε τις βασικές αρχές για την κατασκευή πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων με κεραμικό πάχος φιλμ, οι οποίες στη συνέχεια αναπτύχθηκαν από άλλες εταιρείες. Βασίστηκε στις τεχνολογίες κατασκευής πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων και κεραμικών πυκνωτών. Από τις πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων, πήραν μια ολοκληρωμένη τεχνολογία για το σχηματισμό της τοπολογίας των αγωγών σύνδεσης - μεταξοτυπία. Από πυκνωτές - το υλικό υποστρώματος (κεραμικά, πιο συχνά σιταλικά), καθώς και υλικά πάστας και η θερμική τεχνολογία στερέωσής τους στο υπόστρωμα.

Και στις αρχές της δεκαετίας του 1950, η RCA εφηύρε την τεχνολογία λεπτής μεμβράνης: ψεκάζοντας διάφορα υλικά σε κενό και εναποθέτοντας τα μέσω μάσκας σε ειδικά υποστρώματα, έμαθαν πώς να παράγουν ταυτόχρονα πολλά μικροσκοπικά φιλμ που συνδέουν αγωγούς, αντιστάσεις και πυκνωτές σε ένα μόνο κεραμικό υπόστρωμα.

Σε σύγκριση με την τεχνολογία παχύ φιλμ, η τεχνολογία λεπτής μεμβράνης παρείχε τη δυνατότητα ακριβέστερης κατασκευής μικρότερων στοιχείων τοπολογίας, αλλά απαιτούσε πιο περίπλοκο και ακριβό εξοπλισμό. Οι συσκευές που κατασκευάζονται σε κεραμικές σανίδες με χρήση τεχνολογίας παχύ φιλμ ή λεπτής μεμβράνης ονομάζονται «υβριδικά κυκλώματα». Τα υβριδικά κυκλώματα παράγονταν ως εξαρτήματα της δικής τους παραγωγής, ο σχεδιασμός, οι διαστάσεις και ο λειτουργικός σκοπός τους ήταν διαφορετικοί για κάθε κατασκευαστή, δεν εισήλθαν στην ελεύθερη αγορά και ως εκ τούτου είναι ελάχιστα γνωστά.

Τα υβριδικά κυκλώματα εισέβαλαν επίσης σε μικρομονάδες. Στην αρχή, χρησιμοποίησαν διακριτά παθητικά και ενεργά μικροσκοπικά στοιχεία, σε συνδυασμό με την παραδοσιακή τυπωμένη καλωδίωση. Η τεχνολογία συναρμολόγησης ήταν πολύπλοκη, με τεράστιο μερίδιο χειρωνακτικής εργασίας. Ως εκ τούτου, οι μικρομονάδες ήταν πολύ ακριβές, η χρήση τους περιοριζόταν στον ενσωματωμένο εξοπλισμό. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν μικροσκοπικά κεραμικά κασκόλ με παχύ φιλμ. Περαιτέρω, η τεχνολογία παχιάς μεμβράνης άρχισε να παράγει αντιστάσεις. Αλλά οι δίοδοι και τα τρανζίστορ εξακολουθούσαν να χρησιμοποιούνται διακριτά, ατομικά συσκευασμένα.

Η μικρομονάδα έγινε ένα υβριδικό ολοκληρωμένο κύκλωμα τη στιγμή που χρησιμοποιήθηκαν τρανζίστορ και δίοδοι χωρίς συσκευασία και η δομή σφραγίστηκε σε ένα κοινό περίβλημα. Αυτό κατέστησε δυνατή τη σημαντική αυτοματοποίηση της διαδικασίας συναρμολόγησής τους, τη σημαντική μείωση των τιμών και την επέκταση του πεδίου εφαρμογής. Σύμφωνα με τη μέθοδο σχηματισμού παθητικών στοιχείων, διακρίνονται τα GIS παχιάς και λεπτής μεμβράνης.

Το πρώτο GIS στην ΕΣΣΔ

Τα πρώτα GIS (ενότητες τύπου «Kvant», που αργότερα ονομάστηκαν σειρά IS 116) στην ΕΣΣΔ αναπτύχθηκαν το 1963 στο NIIRE (αργότερα NPO Leninets, Λένινγκραντ) και την ίδια χρονιά ξεκίνησε η μαζική παραγωγή του πιλοτικού του εργοστασίου. Σε αυτά τα GIS, τα IC ημιαγωγών "R12-2", που αναπτύχθηκαν το 1962 από το εργοστάσιο συσκευών ημιαγωγών της Ρίγας, χρησιμοποιήθηκαν ως ενεργά στοιχεία. Λόγω του αδιαχωριστού των ιστοριών της δημιουργίας αυτών των IC και των χαρακτηριστικών τους, θα τα εξετάσουμε μαζί στην ενότητα P12-2.

Αναμφίβολα, οι μονάδες Kvant ήταν οι πρώτες στον κόσμο του GIS με ενοποίηση δύο επιπέδων - ως ενεργά στοιχεία δεν χρησιμοποιούσαν διακριτά τρανζίστορ χωρίς πλαίσιο, αλλά IC ημιαγωγών. Είναι πιθανό ότι ήταν τα πρώτα GIS στον κόσμο - ολοκληρωμένα δομικά και λειτουργικά προϊόντα πολλαπλών στοιχείων που παρέχονται στον καταναλωτή ως ανεξάρτητα εμπορικά προϊόντα. Τα πρώτα ξένα παρόμοια προϊόντα που εντοπίστηκαν από τον συγγραφέα είναι οι μονάδες IBM SLT που περιγράφονται παρακάτω, αλλά ανακοινώθηκαν το επόμενο έτος, 1964.

Πρώτο GIS στις Η.Π.Α

Η εμφάνιση του GIS χοντρού φιλμ ως βασικής βάσης στοιχείων του νέου υπολογιστή IBM System /360 ανακοινώθηκε για πρώτη φορά από την IBM το 1964. Φαίνεται ότι αυτή ήταν η πρώτη εφαρμογή του GIS εκτός ΕΣΣΔ, ο συγγραφέας δεν μπόρεσε να βρει προηγούμενα παραδείγματα.

Τα IC ημιαγωγών της σειράς "Micrologic" της Fairchild και "SN-51" της TI (θα μιλήσουμε για αυτά παρακάτω) που ήταν ήδη γνωστά εκείνη την εποχή στους κύκλους των ειδικών εξακολουθούσαν να είναι απρόσιτα σπάνια και απαγορευτικά ακριβά για εμπορική χρήση. κατασκευή ενός μεγάλου υπολογιστή. Ως εκ τούτου, η IBM Corporation, λαμβάνοντας ως βάση το σχεδιασμό μιας επίπεδης μικρομονάδας, ανέπτυξε τη δική της σειρά GIS παχιάς μεμβράνης, που ανακοινώθηκε με τη γενική ονομασία (σε αντίθεση με το "micromodules") - "SLT-modules" (Solid Logic Technology - τεχνολογία στερεάς λογικής. Συνήθως η λέξη "στερεό" μεταφράζεται στα ρωσικά ως "στερεό", κάτι που είναι απολύτως παράλογο. Πράγματι, ο όρος "μονάδες SLT" εισήχθη από την IBM ως αντίθεση με τον όρο "μικρομονάδα" και πρέπει να αντικατοπτρίζει τη διαφορά τους Αλλά και οι δύο μονάδες είναι "συμπαγείς", δηλαδή αυτή η μετάφραση δεν είναι Η λέξη "στερεό" έχει άλλες σημασίες - "στερεό", "ολόκληρο", οι οποίες τονίζουν με επιτυχία τη διαφορά μεταξύ "μονάδες SLT" και "μικρομονάδες" - μονάδες SLT είναι αδιαίρετα, μη επισκευάσιμα, δηλ. "ολόκληρα". Γι' αυτό χρησιμοποιήσαμε μια μη τυπική μετάφραση στα ρωσικά: Solid Logic Technology - solid logic technology).

Η μονάδα SLT ήταν μια τετράγωνη κεραμική μικροπλάκα πάχους μεμβράνης μισής ίντσας με πιεσμένους κατακόρυφους πείρους. Συνδετικοί αγωγοί και αντιστάσεις εφαρμόστηκαν στην επιφάνειά του με μεταξοτυπία (σύμφωνα με το σχήμα της εφαρμοσμένης συσκευής) και τοποθετήθηκαν τρανζίστορ χωρίς συσκευασία. Οι πυκνωτές, εάν ήταν απαραίτητο, εγκαταστάθηκαν δίπλα στη μονάδα SLT στην πλακέτα της συσκευής. Με εξωτερικές σχεδόν πανομοιότυπες (οι μικρομονάδες είναι κάπως υψηλότερες, Εικ. 2.), οι μονάδες SLT διαφέρουν από τις επίπεδες μικρομονάδες σε υψηλότερη πυκνότητα στοιχείων, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, υψηλή ταχύτητα και υψηλή αξιοπιστία. Επιπλέον, η τεχνολογία SLT ήταν αρκετά εύκολο να αυτοματοποιηθεί, επομένως μπορούσαν να παραχθούν σε μεγάλες ποσότητες με αρκετά χαμηλό κόστος ώστε να χρησιμοποιηθούν σε εμπορικό εξοπλισμό. Αυτό ακριβώς χρειαζόταν η IBM. Η εταιρεία έχτισε ένα αυτοματοποιημένο εργοστάσιο στο East Fishkill κοντά στη Νέα Υόρκη για την κατασκευή μονάδων SLT, το οποίο τα παρήγαγε σε εκατομμύρια αντίτυπα.

Ρύζι. 2. Μικρομονάδα ΕΣΣΔ και μονάδα SLT f. IBM. Φωτογραφία STL από http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

Μετά την IBM, το GIS άρχισε να παράγεται από άλλες εταιρείες για τις οποίες το GIS έγινε εμπορικό προϊόν. Ο τυπικός σχεδιασμός επίπεδων μικρομονάδων και μονάδων SLT από την IBM Corporation έχει γίνει ένα από τα πρότυπα για τα υβριδικά IC.

Τα πρώτα IC ημιαγωγών

Μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1950, η βιομηχανία ήταν σε καλή θέση για την παραγωγή φθηνών ηλεκτρονικών εξαρτημάτων. Αλλά αν τα τρανζίστορ ή οι δίοδοι κατασκευάζονταν από γερμάνιο και πυρίτιο, τότε οι αντιστάσεις και οι πυκνωτές κατασκευάζονταν από άλλα υλικά. Πολλοί τότε πίστευαν ότι κατά τη δημιουργία υβριδικών κυκλωμάτων, δεν θα υπήρχαν προβλήματα στη συναρμολόγηση αυτών των στοιχείων, κατασκευασμένων χωριστά. Και εάν είναι δυνατή η κατασκευή όλων των στοιχείων τυποποιημένου μεγέθους και σχήματος και ως εκ τούτου η αυτοματοποίηση της διαδικασίας συναρμολόγησης, τότε το κόστος του εξοπλισμού θα μειωθεί σημαντικά. Βάσει αυτού του συλλογισμού, οι υποστηρικτές της υβριδικής τεχνολογίας τη θεώρησαν ως μια γενική κατεύθυνση στην ανάπτυξη της μικροηλεκτρονικής.

Αλλά δεν συμμερίστηκαν όλοι αυτή την άποψη. Το γεγονός είναι ότι τα τρανζίστορ mesa, και ειδικά τα επίπεδα τρανζίστορ, που είχαν ήδη δημιουργηθεί από εκείνη την περίοδο, προσαρμόστηκαν για επεξεργασία κατά παρτίδες, στην οποία πραγματοποιήθηκαν ταυτόχρονα ορισμένες εργασίες για την κατασκευή πολλών τρανζίστορ σε μία πλάκα υποστρώματος. Δηλαδή, πολλά τρανζίστορ κατασκευάστηκαν ταυτόχρονα σε μια γκοφρέτα ημιαγωγών. Στη συνέχεια η πλάκα κόπηκε σε μεμονωμένα τρανζίστορ, τα οποία τοποθετήθηκαν σε μεμονωμένες θήκες. Και μετά ο κατασκευαστής υλικού συνδύασε τα τρανζίστορ σε ένα πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος. Υπήρχαν άνθρωποι που βρήκαν αυτή την προσέγγιση γελοία - γιατί να αποσυνδέσετε τα τρανζίστορ και μετά να τα συνδυάσετε ξανά. Είναι δυνατόν να τα συνδυάσουμε αμέσως σε γκοφρέτα ημιαγωγών; Ταυτόχρονα, απαλλαγείτε από αρκετές πολύπλοκες και δαπανηρές επεμβάσεις! Αυτοί οι άνθρωποι επινόησαν τα IC ημιαγωγών.

Η ιδέα είναι εξαιρετικά απλή και εντελώς προφανής. Όμως, όπως συμβαίνει συχνά, μόνο αφού πρώτα κάποιος το ανακοίνωσε και το απέδειξε. Απέδειξε ότι πολλές φορές δεν αρκεί απλώς να ανακοινώνουμε, όπως στην προκειμένη περίπτωση. Η ιδέα του IC ανακοινώθηκε ήδη από το 1952, πριν από την εμφάνιση των μεθόδων παρτίδας για την κατασκευή συσκευών ημιαγωγών. Επί ετήσιο συνέδριοσχετικά με τα Ηλεκτρονικά Εξαρτήματα, που πραγματοποιήθηκε στην Ουάσιγκτον DC, από το Βρετανικό Βασιλικό Γραφείο Ραντάρ στο Μάλβερν, ο Geoffrey Dummer παρουσίασε μια έκθεση σχετικά με την αξιοπιστία των εξαρτημάτων εξοπλισμού ραντάρ. Στην έκθεση, έκανε μια προφητική δήλωση: « Με την έλευση του τρανζίστορ και την εργασία στον τομέα της τεχνολογίας ημιαγωγών, μπορεί κανείς γενικά να φανταστεί τον ηλεκτρονικό εξοπλισμό με τη μορφή ενός συμπαγούς μπλοκ που δεν περιέχει καλώδια σύνδεσης. Το μπλοκ μπορεί να αποτελείται από στρώματα μονωτικών, αγώγιμων, ανορθωτικών και ενισχυτικών υλικών, στα οποία κόβονται ορισμένες περιοχές έτσι ώστε να μπορούν να εκτελούν απευθείας ηλεκτρικές λειτουργίες».. Αλλά αυτή η πρόβλεψη πέρασε απαρατήρητη από τους ειδικούς. Το θυμήθηκαν μόνο μετά την εμφάνιση των πρώτων IC ημιαγωγών, δηλ. μετά την πρακτική απόδειξη μιας ιδέας που είχε από καιρό ανακοινωθεί. Κάποιος έπρεπε να είναι ο πρώτος που θα αναδιατύπωσε και θα εφαρμόσει την ιδέα ενός IC ημιαγωγών.

Όπως και στην περίπτωση του τρανζίστορ, οι γενικά αποδεκτοί κατασκευαστές IC ημιαγωγών είχαν περισσότερο ή λιγότερο επιτυχημένους προκατόχους. Μια προσπάθεια υλοποίησης της ιδέας του το 1956 έγινε από τον ίδιο τον Dammer, αλλά απέτυχε. Το 1953, ο Harvick Johnson της RCA έλαβε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για έναν ταλαντωτή ενός τσιπ και το 1958, μαζί με τον Thorkel Wallmark, ανακοίνωσε την ιδέα μιας «ενσωματωμένης συσκευής ημιαγωγών». Το 1956, ο Ross, ένας υπάλληλος της Bell Labs, έφτιαξε ένα κύκλωμα δυαδικού μετρητή χρησιμοποιώντας βάση n-p-n-pδομές σε ένα μόνο κρύσταλλο. Το 1957, ο Yasuro Taru της ιαπωνικής εταιρείας MITI έλαβε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για το συνδυασμό διαφορετικών τρανζίστορ σε ένα μόνο τσιπ. Αλλά όλες αυτές και άλλες παρόμοιες εξελίξεις ήταν ιδιωτικής φύσης, δεν τέθηκαν στην παραγωγή και δεν έγιναν η βάση για την ανάπτυξη ολοκληρωμένων ηλεκτρονικών. Μόνο τρία έργα συνέβαλαν στην ανάπτυξη της ΠΕ στη βιομηχανική παραγωγή.

Ο ήδη αναφερόμενος Jack Kilby από την Texas Instruments (TI), ο Robert Noyce από την Fairchild (και οι δύο από τις ΗΠΑ) και ο Yuri Valentinovich Osokin από το Design Bureau του εργοστασίου συσκευών ημιαγωγών της Ρίγας (ΕΣΣΔ) αποδείχθηκαν τυχεροί. Οι Αμερικανοί δημιούργησαν πειραματικά μοντέλα ολοκληρωμένων κυκλωμάτων: J. Kilby - ένα μοντέλο της γεννήτριας IC (1958), και στη συνέχεια μια σκανδάλη μέσω τρανζίστορ (1961), R. Noyce - μια επίπεδη τεχνολογία σκανδάλης (1961) και Yu. Osokin - το λογικό IC "2NOT-OR" στη Γερμανία που μπήκε αμέσως σε σειριακή παραγωγή (1962). Αυτές οι εταιρείες ξεκίνησαν τη σειριακή παραγωγή IC σχεδόν ταυτόχρονα, το 1962.

Τα πρώτα IC ημιαγωγών στις Η.Π.Α

IP Jack Kilby. Σειρά IS" SN-51”

Το 1958, ο J. Kilby (πρωτοπόρος στη χρήση τρανζίστορ σε Ακουστικά βαρηκοΐας) μετακόμισε στην Texas Instruments. Ο νεοφερμένος Kilby, ως μηχανικός κυκλωμάτων, «πετάχτηκε» για να βελτιώσει το γέμισμα της μικρομονάδας των πυραύλων δημιουργώντας μια εναλλακτική στις μικρομονάδες. Εξετάστηκε η επιλογή συναρμολόγησης μπλοκ από εξαρτήματα τυποποιημένη μορφή, παρόμοια με τη συναρμολόγηση μοντέλων παιχνιδιών από φιγούρες LEGO. Όμως ο Κίλμπι γοητεύτηκε από κάτι άλλο. Το εφέ «φρέσκιας εμφάνισης» έπαιξε καθοριστικό ρόλο: πρώτον, δήλωσε αμέσως ότι οι μικρομονάδες είναι αδιέξοδο και, δεύτερον, έχοντας θαυμάσει τις δομές mesa, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το κύκλωμα έπρεπε (και μπορεί) να υλοποιηθεί από ένα υλικό - έναν ημιαγωγό. Ο Kilby γνώριζε την ιδέα του Dummer και την αποτυχία του να την εφαρμόσει το 1956. Αφού ανέλυσε, κατάλαβε τον λόγο της αποτυχίας και βρήκε έναν τρόπο να την ξεπεράσει. " Το πλεονέκτημά μου είναι ότι παίρνοντας αυτή την ιδέα, την μετέτρεψα σε πραγματικότητα.», είπε ο J. Kilby αργότερα στην ομιλία του για το Νόμπελ.

Έχοντας ακόμη κερδίσει το δικαίωμα να φύγει, εργάστηκε χωρίς παρεμβολές στο εργαστήριο ενώ όλοι ξεκουράζονταν. Στις 24 Ιουλίου 1958, ο Kilby διατύπωσε μια ιδέα σε ένα εργαστηριακό περιοδικό που ονομάζεται Μονολιθική Ιδέα. Η ουσία του ήταν ότι». .. στοιχεία κυκλώματος όπως αντιστάσεις, πυκνωτές, κατανεμημένοι πυκνωτές και τρανζίστορ μπορούν να ενσωματωθούν σε ένα τσιπ - υπό την προϋπόθεση ότι είναι κατασκευασμένα από το ίδιο υλικό... Στο σχεδιασμό ενός κυκλώματος flip-flop, όλα τα στοιχεία πρέπει να είναι κατασκευασμένα από πυρίτιο, και οι αντιστάσεις θα χρησιμοποιούν αντίσταση όγκου πυριτίου, και πυκνωτές - χωρητικότητες των συνδέσεων p-n” . «Η ιδέα ενός μονόλιθου» συνάντησε μια συγκαταβατικά ειρωνική στάση από τη διοίκηση της Texas Instruments, η οποία απαίτησε την απόδειξη της δυνατότητας κατασκευής τρανζίστορ, αντιστάσεων και πυκνωτών από ημιαγωγό και τη λειτουργικότητα ενός κυκλώματος συναρμολογημένου από τέτοια στοιχεία.

Τον Σεπτέμβριο του 1958, ο Kilby πραγματοποίησε την ιδέα του - έφτιαξε μια γεννήτρια από δύο κομμάτια γερμανίου διαστάσεων 11,1 x 1,6 mm, κολλημένα με κερί μέλισσας σε γυάλινο υπόστρωμα, που περιείχε δύο τύπους περιοχών διάχυσης (Εικ. 1). Χρησιμοποίησε αυτές τις περιοχές και τις διαθέσιμες επαφές για να δημιουργήσει ένα κύκλωμα γεννήτριας, συνδέοντας τα στοιχεία με λεπτά χρυσά σύρματα διαμέτρου 100 μικρομέτρων με συγκόλληση θερμοσυμπίεσης. Από τη μια περιοχή δημιουργήθηκε ένα μετρανζίστορ, από την άλλη μια αλυσίδα RC. Οι συναρμολογημένες τρεις γεννήτριες επιδείχθηκαν στη διοίκηση της εταιρείας. Όταν συνδέθηκε το ρεύμα, δούλευαν σε συχνότητα 1,3 MHz. Συνέβη στις 12 Σεπτεμβρίου 1958. Μια εβδομάδα αργότερα, ο Kilby έφτιαξε έναν ενισχυτή με παρόμοιο τρόπο. Αλλά αυτές δεν ήταν ακόμη ολοκληρωμένες δομές, ήταν τρισδιάστατες διατάξεις IC ημιαγωγών, που αποδεικνύουν την ιδέα της κατασκευής όλων των στοιχείων κυκλώματος από ένα υλικό - έναν ημιαγωγό.

Ρύζι. 3. Τύπος σκανδάλης 502 J. Kilby. Φωτογραφία από http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Το πρώτο πραγματικά ολοκληρωμένο κύκλωμα του Kilby, κατασκευασμένο σε ένα μόνο κομμάτι μονολιθικού γερμανίου, ήταν το πειραματικό IC σκανδάλης Type 502 (Εικ. 3). Χρησιμοποίησε τόσο τη χύδην αντίσταση του γερμανίου όσο και την χωρητικότητα της διασταύρωσης p-n. Η παρουσίασή του έγινε τον Μάρτιο του 1959. Ένας μικρός αριθμός τέτοιων IC κατασκευάστηκε στο εργαστήριο και πουλήθηκε σε στενό κύκλο στην τιμή των $450. Το IC περιείχε έξι στοιχεία: τέσσερα τρανζίστορ μέσου και δύο αντιστάσεις τοποθετημένες σε γκοφρέτα πυριτίου με διάμετρο 1 εκ. Αλλά το IC Kilby είχε ένα σοβαρό μειονέκτημα - τα τρανζίστορ μέσα, τα οποία, με τη μορφή μικροσκοπικών «ενεργών» στηλών, υψώνονταν πάνω. το υπόλοιπο, «παθητικό» μέρος του κρυστάλλου. Η σύνδεση των μεσα-στυλώνων μεταξύ τους στο Kilby IS πραγματοποιήθηκε με το βράσιμο λεπτών χρυσών συρμάτων - την «τριχωτή τεχνολογία» που όλοι μισούν. Κατέστη σαφές ότι με τέτοιες διασυνδέσεις, δεν μπορεί να κατασκευαστεί ένα μικροκύκλωμα με μεγάλο αριθμό στοιχείων - ο ιστός καλωδίων θα σπάσει ή θα κλείσει ξανά. Ναι, και το γερμάνιο εκείνη την εποχή θεωρούνταν ήδη ως υλικό που δεν υπόσχεται πολλά. Η ανακάλυψη δεν έγινε.

Μέχρι εκείνη τη στιγμή, η τεχνολογία επίπεδου πυριτίου είχε αναπτυχθεί στο Fairchild. Λαμβάνοντας υπόψη όλα αυτά, η Texas Instruments έπρεπε να αφήσει στην άκρη όλα όσα είχε κάνει ο Kilby και να προχωρήσει, χωρίς τον Kilby, στην ανάπτυξη μιας σειράς IC βασισμένων στην τεχνολογία επίπεδου πυριτίου. Τον Οκτώβριο του 1961, η εταιρεία ανακοίνωσε τη δημιουργία μιας σειράς IC τύπου SN-51 και από το 1962 ξεκίνησε η μαζική παραγωγή και η προμήθεια τους προς το συμφέρον του Υπουργείου Άμυνας των ΗΠΑ και της NASA.

IP του Robert Noyce. Σειρά IS"Μικρολογικά”

Το 1957, για διάφορους λόγους, ο W. Shockley, ο εφευρέτης του τρανζίστορ διασταύρωσης, άφησε μια ομάδα οκτώ νεαρών μηχανικών που ήθελαν να προσπαθήσουν να εφαρμόσουν τις δικές τους ιδέες. Οι «Οκτώ των Προδοτών», όπως τους αποκαλούσε ο Σόκλεϊ, με επικεφαλής τους Ρ. Νόις και Γ. Μουρ, ίδρυσαν την Fairchild Semiconductor («όμορφο παιδί»). Επικεφαλής της εταιρείας ήταν ο Robert Noyce, τότε ήταν 23 ετών.

Στα τέλη του 1958, ο φυσικός D. Horney, ο οποίος εργαζόταν στην Fairchild Semiconductor, ανέπτυξε μια επίπεδη τεχνολογία για την κατασκευή τρανζίστορ. Και ο γεννημένος στην Τσεχία φυσικός Kurt Lehovek, ο οποίος εργάστηκε στη Sprague Electric, ανέπτυξε μια τεχνική για τη χρήση μιας αντίστροφης σύνδεσης n - p για την ηλεκτρική απομόνωση εξαρτημάτων. Το 1959, ο Robert Noyce, έχοντας ακούσει για τη διάταξη IC του Kilby, αποφάσισε να προσπαθήσει να δημιουργήσει ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα συνδυάζοντας τις διαδικασίες που πρότειναν οι Horney και Lehovek. Και αντί της «τριχωτής τεχνολογίας» των διασυνδέσεων, ο Noyce πρότεινε την επιλεκτική εναπόθεση ενός λεπτού στρώματος μετάλλου πάνω από μονωμένες με διοξείδιο του πυριτίου δομές ημιαγωγών με σύνδεση με τις επαφές των στοιχείων μέσω των οπών που αφήνονται στο μονωτικό στρώμα. Αυτό κατέστησε δυνατή τη «βύθιση» ενεργών στοιχείων στο σώμα ενός ημιαγωγού, μονώνοντάς τα με οξείδιο του πυριτίου και στη συνέχεια τη σύνδεση αυτών των στοιχείων με διασκορπισμένο αλουμίνιο ή χρυσό κομμάτια, τα οποία δημιουργούνται χρησιμοποιώντας διαδικασίες φωτολιθογραφίας, επιμετάλλωσης και χάραξης στο τελευταίο στάδιο κατασκευή προϊόντων. Έτσι, αποκτήθηκε μια πραγματικά "μονολιθική" επιλογή για το συνδυασμό εξαρτημάτων σε ένα ενιαίο κύκλωμα και η νέα τεχνολογία ονομάστηκε "επίπεδη". Αλλά πρώτα, η ιδέα έπρεπε να δοκιμαστεί.

Ρύζι. 4. Πειραματική σκανδάλη R. Noyce. Φωτογραφία από http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Ρύζι. 5. Φωτογραφία του Micrologic IC στο περιοδικό Life. Φωτογραφία από http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Τον Αύγουστο του 1959, ο R. Noyce έδωσε εντολή στον Joey Last να επεξεργαστεί μια παραλλαγή του IC βασισμένη σε επίπεδη τεχνολογία. Πρώτα, όπως ο Kilby, έφτιαξαν μια διάταξη σκανδάλης σε αρκετούς κρυστάλλους πυριτίου, πάνω στους οποίους κατασκευάστηκαν 4 τρανζίστορ και 5 αντιστάσεις. Στη συνέχεια, στις 26 Μαΐου 1960, κατασκευάστηκε η πρώτη σκανδάλη ενός τσιπ. Για να απομονώσετε τα στοιχεία σε αυτό με αντιθετη πλευραΗ γκοφρέτα πυριτίου ήταν χαραγμένη με βαθιές αυλακώσεις γεμάτες με εποξική ρητίνη. Στις 27 Σεπτεμβρίου 1960, κατασκευάστηκε η τρίτη έκδοση της σκανδάλης (Εικ. 4), στην οποία τα στοιχεία απομονώθηκαν με μια διασταύρωση p - n συνδεδεμένη πίσω.

Μέχρι εκείνη την εποχή, η Fairchild Semiconductor είχε ασχοληθεί μόνο με τρανζίστορ· δεν είχε μηχανικούς κυκλωμάτων για να δημιουργήσει IC ημιαγωγών. Ως εκ τούτου, ο Robert Norman από το Sperry Gyroscope προσκλήθηκε ως σχεδιαστής των κυκλωμάτων. Ο Norman ήταν εξοικειωμένος με τη λογική αντίστασης-τρανζίστορ, την οποία η εταιρεία, μετά από πρόταση του, επέλεξε ως βάση για τη μελλοντική της σειρά Micrologic IC, η οποία βρήκε την πρώτη της εφαρμογή στον εξοπλισμό πυραύλων Minuteman. Τον Μάρτιο του 1961, ο Fairchild ανακοίνωσε το πρώτο πειραματικό IC αυτής της σειράς (ένα F-flip-flop που περιέχει έξι στοιχεία: τέσσερα διπολικά τρανζίστορ και δύο αντιστάσεις τοποθετημένα σε μια πλάκα 1 cm) με τη δημοσίευση της φωτογραφίας του (Εικ. 5) στο περιοδικό ΖΩΗ(ημερομηνία 10 Μαρτίου 1961). Άλλα 5 IC ανακοινώθηκαν τον Οκτώβριο. Και από τις αρχές του 1962, η Fairchild ξεκίνησε τη μαζική παραγωγή IC και την προμήθεια τους προς το συμφέρον του Υπουργείου Άμυνας των ΗΠΑ και της NASA.

Ο Kilby και ο Noyce έπρεπε να ακούσουν πολλή κριτική για τις καινοτομίες τους. Θεωρήθηκε ότι η πρακτική απόδοση των κατάλληλων ολοκληρωμένων κυκλωμάτων θα ήταν πολύ χαμηλή. Είναι σαφές ότι θα πρέπει να είναι χαμηλότερο από αυτό των τρανζίστορ (επειδή περιέχει πολλά τρανζίστορ), για τα οποία τότε δεν ήταν υψηλότερο από 15%. Δεύτερον, πολλοί πίστευαν ότι τα ολοκληρωμένα κυκλώματα χρησιμοποιούσαν ακατάλληλα υλικά, καθώς οι αντιστάσεις και οι πυκνωτές δεν κατασκευάζονταν από ημιαγωγούς εκείνη την εποχή. Τρίτον, πολλοί δεν μπορούσαν να δεχτούν την ιδέα της μη επισκευής της IP. Τους φαινόταν βλάσφημο να πετάξουν ένα προϊόν στο οποίο μόνο ένα από τα πολλά στοιχεία απέτυχε. Όλες οι αμφιβολίες παραμερίστηκαν σταδιακά όταν τα ολοκληρωμένα κυκλώματα χρησιμοποιήθηκαν επιτυχώς στα στρατιωτικά και διαστημικά προγράμματα των ΗΠΑ.

Ένας από τους ιδρυτές της Fairchild Semiconductor, ο G. Moore, διατύπωσε τον βασικό νόμο για την ανάπτυξη της μικροηλεκτρονικής πυριτίου, σύμφωνα με τον οποίο ο αριθμός των τρανζίστορ σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα τσιπ διπλασιαζόταν κάθε χρόνο. Αυτός ο νόμος, που ονομάζεται «νόμος του Μουρ», λειτούργησε αρκετά καλά για τα πρώτα 15 χρόνια (αρχίζοντας το 1959), και στη συνέχεια αυτός ο διπλασιασμός έλαβε χώρα σε περίπου ενάμιση χρόνο.

Επιπλέον, η βιομηχανία ΔΙ στις Ηνωμένες Πολιτείες άρχισε να αναπτύσσεται με γρήγορους ρυθμούς. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, ξεκίνησε μια διαδικασία που μοιάζει με χιονοστιβάδα για την εμφάνιση επιχειρήσεων που προσανατολίζονται αποκλειστικά «κάτω από το επίπεδο», φτάνοντας μερικές φορές στο σημείο να εγγράφονται μια ντουζίνα επιχειρήσεις την εβδομάδα. Στην καταδίωξη βετεράνων (οι εταιρείες των W. Shockley και R. Noyce), καθώς και χάρη στα φορολογικά κίνητρα και την υπηρεσία που παρέχει το Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, οι «νεοφερμένοι» συγκεντρώθηκαν κυρίως στην κοιλάδα Santa Clara (Καλιφόρνια). Επομένως, δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι το 1971, με το ελαφρύ χέρι του δημοσιογράφου που εκλαϊκεύει τις τεχνικές καινοτομίες, τον Ντον Χόφλερ, κυκλοφόρησε η ρομαντική-τεχνογενής εικόνα της «Silicon Valley», η οποία έγινε για πάντα συνώνυμη με τη Μέκκα των τεχνολογικών ημιαγωγών. επανάσταση. Παρεμπιπτόντως, σε εκείνη την περιοχή υπάρχει πραγματικά μια κοιλάδα, προηγουμένως διάσημη για τους πολυάριθμους οπωρώνες με βερίκοκα, κερασιές και δαμάσκηνα, που είχε ένα διαφορετικό, πιο ευχάριστο όνομα πριν εμφανιστεί σε αυτήν ο Σόκλεϊ - η Κοιλάδα της Χαράς της Καρδιάς, τώρα, δυστυχώς, σχεδόν ξεχασμένος.

Το 1962, ξεκίνησε η μαζική παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων στις Ηνωμένες Πολιτείες, αν και ο όγκος των παραδόσεων τους στους πελάτες ανερχόταν μόνο σε μερικές χιλιάδες. Το ισχυρότερο κίνητρο για την ανάπτυξη της βιομηχανίας οργάνων και ηλεκτρονικών βιομηχανιών σε νέα βάση ήταν η πυραυλική και η διαστημική τεχνολογία. Οι Ηνωμένες Πολιτείες δεν είχαν τότε τους ίδιους ισχυρούς διηπειρωτικούς βαλλιστικούς πυραύλους με τους σοβιετικούς και για να αυξήσουν το φορτίο, αναγκάστηκαν να προχωρήσουν στη μέγιστη μείωση της μάζας του αερομεταφορέα, συμπεριλαμβανομένων των συστημάτων ελέγχου, μέσω της εισαγωγής του τις τελευταίες εξελίξεις στην ηλεκτρονική τεχνολογία. Οι εταιρείες Texas Instrument και Fairchild Semiconductor έχουν υπογράψει μεγάλα συμβόλαια για την ανάπτυξη και την κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων με το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ και με τη NASA.

Τα πρώτα IC ημιαγωγών στην ΕΣΣΔ

Μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1950, η σοβιετική βιομηχανία χρειαζόταν τόσο πολύ διόδους και τρανζίστορ ημιαγωγών που απαιτήθηκαν δραστικά μέτρα. Το 1959 ιδρύθηκαν εργοστάσια συσκευών ημιαγωγών στο Aleksandrov, στο Bryansk, στο Voronezh, στη Ρίγα κ.λπ. που προέβλεπε την κατασκευή εργοστασίων και ερευνητικών ινστιτούτων στο Κίεβο, το Μινσκ, το Ερεβάν, το Ναλτσίκ και άλλες πόλεις.

Θα μας ενδιαφέρει ένα από τα νέα εργοστάσια - το προαναφερθέν εργοστάσιο ημιαγωγών της Ρίγας (RZPP, άλλαξε το όνομά του αρκετές φορές, για απλότητα, χρησιμοποιούμε το πιο διάσημο, λειτουργικό και τώρα). Ως εξέδρα εκτόξευσης στο νέο εργοστάσιο δόθηκε το κτίριο της υπό κατασκευή συνεταιριστικής τεχνικής σχολής εμβαδού 5300 m 2 και παράλληλα ξεκίνησε η κατασκευή ειδικού κτιρίου. Μέχρι τον Φεβρουάριο του 1960, 32 υπηρεσίες, 11 εργαστήρια και πιλοτική παραγωγή είχαν ήδη δημιουργηθεί στο εργοστάσιο, το οποίο ξεκίνησε τον Απρίλιο για να προετοιμαστεί για την παραγωγή των πρώτων οργάνων. Το εργοστάσιο απασχολούσε ήδη 350 άτομα, 260 από τα οποία στάλθηκαν για σπουδές στο Ερευνητικό Ινστιτούτο της Μόσχας-35 (αργότερα Ερευνητικό Ινστιτούτο Pulsar) και στο εργοστάσιο του Λένινγκραντ Σβετλάνα κατά τη διάρκεια του έτους. Και μέχρι το τέλος του 1960, ο αριθμός των εργαζομένων έφτασε τα 1900 άτομα. Αρχικά, οι τεχνολογικές γραμμές βρίσκονταν στην ανακατασκευασμένη αθλητική αίθουσα του κτιρίου της συνεταιριστικής τεχνικής σχολής και τα εργαστήρια του πειραματικού γραφείου μελετών στις πρώην αίθουσες διδασκαλίας. Οι πρώτες συσκευές (τρανζίστορ γερμανίου κράματος διάχυσης και μετατροπής P-401, P-403, P-601 και P-602 που αναπτύχθηκαν από την NII-35) κατασκευάστηκαν από το εργοστάσιο 9 μήνες μετά την υπογραφή της παραγγελίας για τη δημιουργία του, Μάρτιος 1960. Και μέχρι τα τέλη Ιουλίου, παρήγαγε τα πρώτα χίλια τρανζίστορ P-401. Στη συνέχεια κατέκτησε πολλά άλλα τρανζίστορ και διόδους στην παραγωγή. Τον Ιούνιο του 1961 ολοκληρώθηκε η κατασκευή ενός ειδικού κτιρίου, στο οποίο ξεκίνησε η μαζική παραγωγή συσκευών ημιαγωγών.

Από το 1961, το εργοστάσιο ξεκίνησε ανεξάρτητες τεχνολογικές και αναπτυξιακές εργασίες, συμπεριλαμβανομένης της μηχανοποίησης και της αυτοματοποίησης της παραγωγής τρανζίστορ με βάση τη φωτολιθογραφία. Για αυτό, αναπτύχθηκε ο πρώτος εγχώριος επαναλήπτης φωτογραφιών (photostamp) - μια εγκατάσταση για συνδυασμό και εκτύπωση φωτογραφιών επαφής (αναπτύχθηκε από τον A.S. Gotman). Οι επιχειρήσεις του Υπουργείου Ραδιοβιομηχανίας, συμπεριλαμβανομένων των KB-1 (αργότερα NPO Almaz, Μόσχα) και NIIRE, παρείχαν μεγάλη βοήθεια στη χρηματοδότηση και την κατασκευή μοναδικού εξοπλισμού. Στη συνέχεια, οι πιο ενεργοί προγραμματιστές μικρού μεγέθους ραδιοεξοπλισμού, που δεν είχαν τη δική τους τεχνολογική βάση ημιαγωγών, αναζητούσαν τρόπους δημιουργικής αλληλεπίδρασης με τα πρόσφατα δημιουργημένα εργοστάσια ημιαγωγών.

Στην RZPP, πραγματοποιήθηκαν ενεργές εργασίες για την αυτοματοποίηση της παραγωγής τρανζίστορ γερμανίου των τύπων P401 και P403 με βάση τη γραμμή παραγωγής Ausma που δημιουργήθηκε από το εργοστάσιο. Ο επικεφαλής σχεδιαστής του (GK) A.S. Ο Γκότμαν πρότεινε να κατασκευαστούν τροχιές μεταφοράς ρεύματος στην επιφάνεια του γερμανίου από τα ηλεκτρόδια του τρανζίστορ μέχρι την περιφέρεια του κρυστάλλου, προκειμένου να συγκολληθούν πιο εύκολα τα καλώδια του τρανζίστορ στη θήκη. Αλλά το πιο σημαντικό, αυτά τα κομμάτια θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως εξωτερικοί ακροδέκτες του τρανζίστορ όταν συναρμολογούνταν χωρίς συσκευασία σε πλακέτες (που περιέχουν συνδετικά και παθητικά στοιχεία), συγκολλώντας τα απευθείας στα αντίστοιχα μαξιλαράκια επαφής (στην πραγματικότητα, η τεχνολογία για τη δημιουργία υβριδικών IC προτάθηκε). Η προτεινόμενη μέθοδος, στην οποία οι διαδρομές μεταφοράς ρεύματος του κρυστάλλου, όπως ήταν, φιλούν τα μαξιλάρια επαφής της σανίδας, έλαβε το αρχικό όνομα - "τεχνολογία φιλιού". Αλλά λόγω ορισμένων τεχνολογικών προβλημάτων που αποδείχθηκαν αδιάλυτα εκείνη την εποχή, που σχετίζονται κυρίως με τα προβλήματα της ακρίβειας της απόκτησης επαφών σε μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος, δεν ήταν δυνατή η πρακτική εφαρμογή της «τεχνολογίας φιλιού». Λίγα χρόνια αργότερα, μια παρόμοια ιδέα εφαρμόστηκε στις ΗΠΑ και την ΕΣΣΔ και βρήκε ευρεία εφαρμογή στα λεγόμενα «ball leads» και στην τεχνολογία «chip-on-board».

Ωστόσο, εταιρείες υλικού που συνεργάζονται με την RZPP, συμπεριλαμβανομένης της NIIRE, ήλπιζαν στην «τεχνολογία φιλιού» και σχεδίαζαν να τη χρησιμοποιήσουν. Την άνοιξη του 1962, όταν έγινε σαφές ότι η εφαρμογή του αναβλήθηκε επ' αόριστον, ο Αρχιμηχανικός του NIIRE V.I. Ο Smirnov ρώτησε τον διευθυντή της RZPP S.A. Bergman να βρει έναν άλλο τρόπο υλοποίησης ενός κυκλώματος πολλαπλών στοιχείων τύπου 2NOT-OR, καθολικό για την κατασκευή ψηφιακών συσκευών.

Ρύζι. 7. Ισοδύναμο κύκλωμα IS R12-2 (1LB021). Αντλώντας από το ενημερωτικό δελτίο IP από το 1965

Το πρώτο IS και GIS από τον Yuri Osokin. συμπαγές κύκλωμα R12-2(Σειρά IC 102 Και 116 )

Ο διευθυντής του RZPP εμπιστεύτηκε αυτό το έργο σε έναν νεαρό μηχανικό, τον Γιούρι Βαλεντίνοβιτς Όσοκιν. Οργανώσαμε τμήμα αποτελούμενο από τεχνολογικό εργαστήριο, εργαστήριο ανάπτυξης και κατασκευής φωτομάσκας, εργαστήριο μετρήσεων και πιλοτική γραμμή παραγωγής. Εκείνη την εποχή, η τεχνολογία για την κατασκευή διόδων και τρανζίστορ γερμανίου παραδόθηκε στην RZPP και ελήφθη ως βάση για μια νέα εξέλιξη. Και ήδη το φθινόπωρο του 1962, αποκτήθηκαν τα πρώτα πρωτότυπα του στερεού κυκλώματος γερμανίου 2NE-OR (καθώς ο όρος IP δεν υπήρχε τότε, από σεβασμό για τις υποθέσεις εκείνων των ημερών, θα διατηρήσουμε το όνομα "στερεό κύκλωμα" - TS), το οποίο έλαβε την εργοστασιακή ονομασία "P12-2". Έχει διατηρηθεί ένα διαφημιστικό φυλλάδιο του 1965 στο P12-2 (Εικ. 6), πληροφορίες και απεικονίσεις από τις οποίες θα χρησιμοποιήσουμε. Το TS R12-2 περιείχε δύο τρανζίστορ γερμανίου p - n - p (τροποποιημένα τρανζίστορ των τύπων P401 και P403) με συνολικό φορτίο με τη μορφή κατανεμημένης αντίστασης γερμανίου τύπου p (Εικ. 7).

Ρύζι. 8. Δομή του IS R12-2. Αντλώντας από το ενημερωτικό δελτίο IP από το 1965

Ρύζι. 9. Σχέδιο διαστάσεων του οχήματος R12-2. Αντλώντας από το ενημερωτικό δελτίο IP από το 1965

Οι εξωτερικοί αγωγοί σχηματίζονται με συγκόλληση θερμοσυμπίεσης μεταξύ των περιοχών γερμανίου της δομής TC και του χρυσού των συρμάτων μολύβδου. Αυτό εξασφαλίζει σταθερή λειτουργία των κυκλωμάτων υπό εξωτερικές επιρροές στις συνθήκες των τροπικών και της θαλάσσιας ομίχλης, κάτι που είναι ιδιαίτερα σημαντικό για την εργασία σε ναυτικά οιονεί ηλεκτρονικά αυτόματα τηλεφωνικά κέντρα που κατασκευάζονται από το εργοστάσιο VEF Riga, το οποίο ενδιαφέρεται επίσης για αυτή την εξέλιξη.

Δομικά, το TS R12-2 (και το επόμενο R12-5) κατασκευάστηκαν με τη μορφή «ταμπλέτας» (Εικ. 9) από ένα στρογγυλό μεταλλικό κύπελλο με διάμετρο 3 mm και ύψος 0,8 mm. Σε αυτό τοποθετήθηκε ένας κρύσταλλος TS και γέμισε μια ένωση πολυμερούς, από την οποία έβγαιναν κοντά εξωτερικά άκρα από σύρματα από μαλακό χρυσό σύρμα διαμέτρου 50 μm, συγκολλημένα στον κρύσταλλο. Το βάρος του P12-2 δεν ξεπερνούσε τα 25 mg. Σε αυτό το σχέδιο, τα RH ήταν ανθεκτικά σε 80% σχετική υγρασία σε θερμοκρασία περιβάλλοντος 40°C και σε κύκλους θερμοκρασίας από -60° έως 60°C.

Μέχρι το τέλος του 1962, η πιλοτική παραγωγή του RZPP παρήγαγε περίπου 5 χιλιάδες οχήματα R12-2 και το 1963 κατασκευάστηκαν αρκετές δεκάδες χιλιάδες από αυτά. Έτσι, το 1962 ήταν η χρονιά γέννησης της μικροηλεκτρονικής βιομηχανίας στις ΗΠΑ και την ΕΣΣΔ.

Ρύζι. 10. Ομάδες TC R12-2


Ρύζι. 11. Κύρια ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του R12-2

Η τεχνολογία των ημιαγωγών ήταν τότε στα σπάργανα και δεν εξασφάλιζε ακόμη την αυστηρή επαναληψιμότητα των παραμέτρων. Επομένως, οι λειτουργικές συσκευές ταξινομήθηκαν σε ομάδες παραμέτρων (αυτό γίνεται συχνά στην εποχή μας). Το ίδιο έκαναν και οι κάτοικοι της Ρίγας, εγκαθιστώντας 8 τύπους TS R12-2 (Εικ. 10). Όλα τα άλλα ηλεκτρικά και άλλα χαρακτηριστικά είναι τα ίδια για όλες τις ονομασίες (Εικ. 11).

Η παραγωγή του TS R12-2 ξεκίνησε ταυτόχρονα με το R&D "Hardness", το οποίο τελείωσε το 1964 (GK Yu.V. Osokin). Στο πλαίσιο αυτής της εργασίας, αναπτύχθηκε μια βελτιωμένη ομαδική τεχνολογία για τη σειριακή παραγωγή TC γερμανίου με βάση τη φωτολιθογραφία και τη γαλβανική εναπόθεση κραμάτων μέσω μιας φωτομάσκας. Οι κύριες τεχνικές λύσεις του έχουν καταχωρηθεί ως εφεύρεση του Osokin Yu.V. και Mikhalovich D.L. (Α.Σ. Αρ. 36845). Αρκετά άρθρα του Yu.V. Ο Osokina σε συνεργασία με τους ειδικούς του KB-1 I.V. Τίποτα, Γ.Γ. Smolko και Yu.E. Naumov με περιγραφή του σχεδιασμού και των χαρακτηριστικών του οχήματος R12-2 (και του επόμενου οχήματος R12-5).

Ο σχεδιασμός του P12-2 ήταν καλός για όλους, εκτός από ένα πράγμα - οι καταναλωτές δεν ήξεραν πώς να χρησιμοποιούν τόσο μικρά προϊόντα με τα πιο λεπτά συμπεράσματα. Οι εταιρείες υλικού, κατά κανόνα, δεν είχαν ούτε την τεχνολογία ούτε τον εξοπλισμό για αυτό. Καθ' όλη τη διάρκεια της κυκλοφορίας των R12-2 και R12-5, η χρήση τους κατακτήθηκε από τη NIIRE, το Zhiguli Radio Plant του Υπουργείου Ραδιοβιομηχανίας, VEF, NIIP (από το 1978 NPO Radiopribor) και μερικές άλλες επιχειρήσεις. Κατανοώντας το πρόβλημα, οι προγραμματιστές του TS, μαζί με το NIIRE, σκέφτηκαν αμέσως το δεύτερο επίπεδο σχεδιασμού, το οποίο ταυτόχρονα αύξησε την πυκνότητα της διάταξης του εξοπλισμού.

Ρύζι. 12. Ενότητα 4 οχημάτων R12-2

Το 1963, στο πλαίσιο του R&D "Kvant" (GK A.N. Pelipenko, με τη συμμετοχή του E.M. Lyakhovich), ο σχεδιασμός της μονάδας αναπτύχθηκε στο NIIRE, στο οποίο συνδυάστηκαν τέσσερα TS R12-2 (Εικ. 12). Από δύο έως τέσσερα R12-2 TS (σε μια θήκη) τοποθετήθηκαν σε μια μικροσανίδα από λεπτό υαλοβάμβακα, τα οποία μαζί εφαρμόζουν ένα συγκεκριμένο λειτουργικός κόμβος. Έως και 17 καλώδια πιέστηκαν στην πλακέτα (ο αριθμός διέφερε για μια συγκεκριμένη μονάδα) μήκους 4 mm. Η μικροπλάκα τοποθετήθηκε σε ένα σφραγισμένο μεταλλικό κύπελλο διαστάσεων 21,6 x 10. 6,6 mm και βάθος 3,1 mm και γεμισμένο με πολυμερή ένωση. Το αποτέλεσμα είναι ένα υβριδικό ολοκληρωμένο κύκλωμα (GIS) με διπλά σφραγισμένα στοιχεία. Και, όπως είπαμε, ήταν το πρώτο GIS στον κόσμο με ενοποίηση δύο επιπέδων και, ίσως, το πρώτο GIS γενικότερα. Αναπτύχθηκαν οκτώ τύποι μονάδων με την κοινή ονομασία "Quantum", τα οποία εκτελούσαν διάφορες λογικές λειτουργίες. Ως μέρος τέτοιων μονάδων, τα οχήματα R12-2 παρέμειναν λειτουργικά υπό την επίδραση σταθερών επιταχύνσεων έως 150 g και φορτίων δόνησης στην περιοχή συχνοτήτων 5–2000 Hz με επιτάχυνση έως 15 g.

Οι μονάδες Kvant κατασκευάστηκαν αρχικά από την πειραματική παραγωγή του NIIRE και στη συνέχεια μεταφέρθηκαν στο εργοστάσιο ραδιοφώνου Zhiguli του Υπουργείου Ραδιοβιομηχανίας της ΕΣΣΔ, το οποίο τα προμήθευε σε διάφορους καταναλωτές, συμπεριλαμβανομένου του εργοστασίου VEF.

Οι μονάδες TS R12-2 και Kvant που βασίζονται σε αυτές έχουν αποδειχθεί καλά και έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως. Το 1968 κυκλοφόρησε ένα πρότυπο που καθιέρωσε ένα ενιαίο σύστημα ονομασιών για ολοκληρωμένα κυκλώματα στη χώρα και το 1969 - Γενικές προδιαγραφές για ημιαγωγούς (NP0.073.004TU) και υβριδικά (NP0.073.003TU) IC με ενιαίο σύστημααπαιτήσεις. Σύμφωνα με αυτές τις απαιτήσεις, το Κεντρικό Γραφείο για την Εφαρμογή Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων (TsBPIMS, αργότερα το Κεντρικό Γραφείο Σχεδιασμού του Dayton, Zelenograd) στις 6 Φεβρουαρίου 1969 ενέκρινε νέους τεχνικούς όρους για το TS ShT3.369.001-1TU. Ταυτόχρονα, ο όρος "ολοκληρωμένο κύκλωμα" της σειράς 102 εμφανίστηκε για πρώτη φορά στην ονομασία του προϊόντος. Στην πραγματικότητα, ήταν ένα IC, ταξινομημένο σε τέσσερις ομάδες με βάση την τάση εξόδου και την χωρητικότητα φορτίου.

Ρύζι. 13. Σειρά IC 116 και 117

Και στις 19 Σεπτεμβρίου 1970, οι τεχνικές προδιαγραφές AB0.308.014TU για τις μονάδες Kvant, οι οποίες έλαβαν την ονομασία IS της σειράς 116, εγκρίθηκαν στο TsBPIMS (Εικ. 13). Η σειρά περιελάμβανε εννέα IC: 1KhL161, 1KhL162 και 1KhL163 - πολυλειτουργικά ψηφιακά κυκλώματα. 1LE161 και 1LE162 - δύο και τέσσερα λογικά στοιχεία 2NOT-OR; 1TP161 και 1TP1162 - μία και δύο σκανδάλες. 1UP161 - ενισχυτής ισχύος, καθώς και 1LP161 - λογικό στοιχείο"απαγόρευση" για 4 εισόδους και 4 εξόδους. Κάθε ένα από αυτά τα IC είχε από τέσσερις έως επτά εκδόσεις, που διέφεραν ως προς την τάση του σήματος εξόδου και την χωρητικότητα φορτίου, συνολικά υπήρχαν 58 ονομασίες IC. Οι εκτελέσεις σημειώθηκαν με ένα γράμμα μετά το ψηφιακό μέρος του χαρακτηρισμού IS, για παράδειγμα, 1ХЛ161Ж. Στο μέλλον, η γκάμα των μονάδων επεκτάθηκε. Τα IC της σειράς 116 ήταν στην πραγματικότητα υβριδικά, αλλά κατόπιν αιτήματος της RZPP επισημάνθηκαν ως ημιαγωγοί (το πρώτο ψηφίο στον χαρακτηρισμό είναι "1", τα υβρίδια θα πρέπει να έχουν "2").

Το 1972, με κοινή απόφαση του Υπουργείου Ηλεκτρονικής Βιομηχανίας και του Υπουργείου Ραδιοβιομηχανίας, η παραγωγή δομοστοιχείων μεταφέρθηκε από το εργοστάσιο ραδιοφώνου Zhiguli στο RZPP. Αυτό εξάλειψε την ανάγκη μεταφοράς των IC της σειράς 102 σε μεγάλες αποστάσεις, επομένως δεν υπήρχε ανάγκη να εγκλωβιστεί η μήτρα κάθε IC. Ως αποτέλεσμα, ο σχεδιασμός των IC της 102ης και της 116ης σειράς απλοποιήθηκε: δεν χρειαζόταν να συσκευάζονται IC της σειράς 102 σε μεταλλικό κύπελλο γεμάτο με ένωση. Τα μη συσκευασμένα IC της σειράς 102 σε τεχνολογικό δοχείο παραδόθηκαν σε γειτονικό κατάστημα για συναρμολόγηση των IC της σειράς 116, τοποθετήθηκαν απευθείας στη μικροπλακέτα τους και σφραγίστηκαν στη θήκη της μονάδας.

Στα μέσα της δεκαετίας του 1970, κυκλοφόρησε ένα νέο πρότυπο για το σύστημα σημειογραφίας IP. Μετά από αυτό, για παράδειγμα, το IS 1LB021V έλαβε την ονομασία 102LB1V.

Το δεύτερο IS και GIS του Yuri Osokin. συμπαγές κύκλωμα R12-5(Σειρά IC 103 Και 117 )

Στις αρχές του 1963, ως αποτέλεσμα σοβαρών εργασιών για την ανάπτυξη τρανζίστορ υψηλής συχνότητας n - p - n, η ομάδα του Yu.V. Η Osokina συγκέντρωσε μεγάλη εμπειρία με τα p-layers στην αρχική γκοφρέτα n-germanium. Αυτό και η διαθεσιμότητα όλων των απαραίτητων τεχνολογικών εξαρτημάτων επέτρεψαν στον Osokin το 1963 να αρχίσει να αναπτύσσει μια νέα τεχνολογία και σχεδιασμό για μια ταχύτερη έκδοση του TS. Το 1964, με εντολή του NIIRE, ολοκληρώθηκε η ανάπτυξη του R12-5 TS και των μονάδων που βασίστηκαν σε αυτό. Σύμφωνα με τα αποτελέσματά του, το 1965 άνοιξε το Palanga R&D (GK Yu.V. Osokin, αναπληρωτής του - D.L. Mikhalovich, ολοκληρώθηκε το 1966). Οι ενότητες που βασίζονται στο P12-5 αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο του ίδιου R&D "Kvant" όπως οι ενότητες που βασίζονται στο P12-2. Ταυτόχρονα με τις τεχνικές προδιαγραφές για τις σειρές 102 και 116, οι τεχνικές προδιαγραφές ShT3.369.002-2TU για τα IC της σειράς 103 (R12-5) και AV0.308.016TU για τα IC της σειράς 117 (ενότητες βασισμένες στις IC της σειράς 103) ήταν IC της σειράς 103) εγκρίθηκε. Η ονοματολογία των τύπων και των τυπικών χαρακτηρισμών του TS R12-2, των μονάδων σε αυτά και των σειρών IS 102 και 116 ήταν πανομοιότυπη με την ονοματολογία των TS R12-5 και IS σειρών 103 και 117, αντίστοιχα. Διέφεραν μόνο στην ταχύτητα και την τεχνολογία κατασκευής του τσιπ IC. Ο τυπικός χρόνος καθυστέρησης διάδοσης της σειράς 117 ήταν 55 ns έναντι 200 ​​ns για τη σειρά 116.

Δομικά, το R12-5 TS ήταν μια δομή ημιαγωγού τεσσάρων στρωμάτων (Εικ. 14), όπου το υπόστρωμα τύπου n και οι εκπομποί τύπου p + συνδέονταν σε έναν κοινό δίαυλο γείωσης. Οι κύριες τεχνικές λύσεις για την κατασκευή του R12-5 TS έχουν καταχωρηθεί ως εφεύρεση των Osokin Yu.V., Mikhalovich D.L. Kaidalova Zh.A. και Akmensa Ya.P. (Α.Σ. Αρ. 248847). Στην κατασκευή της δομής τεσσάρων στρώσεων του TS R12-5, σημαντική τεχνογνωσία ήταν ο σχηματισμός ενός στρώματος p τύπου n στην αρχική πλάκα γερμανίου. Αυτό επιτεύχθηκε με διάχυση ψευδαργύρου σε μια σφραγισμένη αμπούλα χαλαζία, όπου οι πλάκες βρίσκονται σε θερμοκρασία περίπου 900 ° C και ο ψευδάργυρος βρίσκεται στο άλλο άκρο της αμπούλας σε θερμοκρασία περίπου 500 ° C. Περαιτέρω Ο σχηματισμός της δομής TS στο δημιουργημένο στρώμα p είναι παρόμοιος με το TS P12-2. Η νέα τεχνολογία κατέστησε δυνατή την απομάκρυνση από το περίπλοκο σχήμα του κρυστάλλου TS. Οι γκοφρέτες με P12-5 αλέστηκαν επίσης από την πίσω πλευρά σε πάχος περίπου 150 μm με τη διατήρηση μέρους της αρχικής γκοφρέτας και στη συνέχεια χαράχτηκαν σε ξεχωριστά ορθογώνια τσιπ IC.

Ρύζι. 14. Κρυσταλλική δομή TS P12-5 από AS Νο 248847. 1 και 2 - γείωση, 3 και 4 - είσοδοι, 5 - έξοδος, 6 - ισχύς

Μετά την πρώτη θετικά αποτελέσματαπαραγωγή πειραματικών οχημάτων R12-5, με παραγγελία του KB-1, άνοιξε το Mezon-2 R & D, με στόχο τη δημιουργία οχημάτων με τέσσερα R12-5. Το 1965, ελήφθησαν δείγματα λειτουργίας σε μια επίπεδη κεραμική-μεταλλική θήκη. Αλλά το P12-5 αποδείχθηκε ότι ήταν δύσκολο να κατασκευαστεί, κυρίως λόγω της δυσκολίας σχηματισμού ενός στρώματος p με πρόσμειξη ψευδαργύρου στην αρχική γκοφρέτα n-Ge. Ο κρύσταλλος αποδείχθηκε ότι ήταν εντάσεως εργασίας στην κατασκευή, το ποσοστό απόδοσης είναι χαμηλό και το κόστος του TS είναι υψηλό. Για τους ίδιους λόγους, το R12-5 TS κατασκευάστηκε σε μικρούς όγκους και δεν μπορούσε να εκτοπίσει το πιο αργό, αλλά τεχνολογικά προηγμένο R12-2. Και η Ε&Α "Mezon-2" δεν συνεχίστηκε καθόλου, μεταξύ άλλων λόγω προβλημάτων διασύνδεσης.

Μέχρι εκείνη την εποχή, το Pulsar Research Institute και το NIIME εργάζονταν ήδη σε ένα ευρύ μέτωπο για την ανάπτυξη τεχνολογίας επίπεδου πυριτίου, η οποία έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με το γερμάνιο, το κυριότερο από τα οποία είναι το υψηλότερο εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας (+150°C για το πυρίτιο και + 70°С για το πυρίτιο).γερμάνιο) και το πυρίτιο έχει φυσικό προστατευτική μεμβράνη SiO2. Και η εξειδίκευση του RZPP επαναπροσανατολίστηκε στη δημιουργία αναλογικών IC. Ως εκ τούτου, οι ειδικοί της RZPP θεώρησαν ακατάλληλη την ανάπτυξη τεχνολογίας γερμανίου για την παραγωγή IC. Ωστόσο, στην παραγωγή τρανζίστορ και διόδων, το γερμάνιο δεν εγκατέλειψε τις θέσεις του για κάποιο χρονικό διάστημα. Στο τμήμα του Yu.V. Ο Osokin, ήδη μετά το 1966, η RZPP ανέπτυξε και παρήγαγε επίπεδα τρανζίστορ μικροκυμάτων χαμηλού θορύβου γερμανίου GT329, GT341, GT 383 κ.λπ. Η δημιουργία τους τιμήθηκε με το Κρατικό Βραβείο της Λετονικής ΕΣΣΔ.

Εφαρμογή

Ρύζι. 15. Αριθμητική μονάδα σε μονάδες στερεού κυκλώματος. Φωτογραφία από φυλλάδιο TS με ημερομηνία 1965

Ρύζι. 16. Συγκριτικές διαστάσεις της συσκευής αυτόματου ελέγχου τηλεφωνικού κέντρου, κατασκευασμένη σε ρελέ και όχημα. Φωτογραφία από φυλλάδιο TS με ημερομηνία 1965

Οι πελάτες και οι πρώτοι καταναλωτές του R12-2 TS και των μονάδων ήταν οι δημιουργοί συγκεκριμένων συστημάτων: ο υπολογιστής Gnom (Εικ. 15) για το σύστημα αεροσκαφών Kupol (NIIRE, GK Lyakhovich E.M.) και τα ναυτικά και πολιτικά αυτόματα τηλεφωνικά κέντρα (εργοστάσιο VEF, GK Misulovin L.Ya.). Συμμετείχε ενεργά σε όλα τα στάδια της δημιουργίας των οχημάτων R12-2, R12-5 και των μονάδων σε αυτά και του KB-1, ο κύριος επιμελητής αυτής της συνεργασίας από την KB-1 ήταν ο N.A. Μπαρκάνοφ. Βοήθησαν με τη χρηματοδότηση, την κατασκευή εξοπλισμού, την έρευνα TS και δομοστοιχείων σε διάφορους τρόπους και συνθήκες λειτουργίας.

Το TS R12-2 και οι μονάδες "Quantum" που βασίστηκαν σε αυτό ήταν τα πρώτα μικροκυκλώματα στη χώρα. Ναι, και στον κόσμο ήταν από τους πρώτους - μόνο στις ΗΠΑ άρχισαν να παράγουν τα πρώτα τους IC ημιαγωγών από την Texas Instruments και την Fairchild Semiconductor και το 1964 η IBM άρχισε να παράγει υβριδικά IC παχύ φιλμ για τους υπολογιστές της. Σε άλλες χώρες, το IP δεν έχει ακόμη σκεφτεί. Ως εκ τούτου, τα ολοκληρωμένα κυκλώματα ήταν μια περιέργεια για το κοινό, η αποτελεσματικότητα της εφαρμογής τους έκανε εντυπωσιακή εντύπωση και διαδραματίστηκε στη διαφήμιση. Στο σωζόμενο φυλλάδιο για το όχημα R12-2 από το 1965 (με βάση ήδη πραγματικές εφαρμογές) λέει: Η χρήση στερεών κυκλωμάτων R12-2 σε ενσωματωμένες υπολογιστικές συσκευές καθιστά δυνατή τη μείωση του βάρους και των διαστάσεων αυτών των συσκευών κατά 10–20, τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και την αύξηση της λειτουργικής αξιοπιστίας. Η χρήση στερεών κυκλωμάτων R12-2 σε συστήματα ελέγχου και μεταγωγής των διαδρομών μετάδοσης πληροφοριών των αυτόματων τηλεφωνικών κέντρων καθιστά δυνατή τη μείωση του όγκου των συσκευών ελέγχου κατά περίπου 300 φορές, καθώς και τη σημαντική μείωση της κατανάλωσης ενέργειας (κατά 30- 50 φορές)”. Αυτές οι δηλώσεις απεικονίστηκαν με φωτογραφίες της αριθμητικής συσκευής του υπολογιστή Gnom (Εικ. 15) και μια σύγκριση του rack ATS που κατασκευάστηκε εκείνη την εποχή από το εργοστάσιο VEF με βάση ένα ρελέ με ένα μικρό μπλοκ στην παλάμη του κοριτσιού (Εικ. 16 ). Υπήρχαν και άλλες πολυάριθμες εφαρμογές των πρώτων IC της Ρίγας.

Παραγωγή

Τώρα είναι δύσκολο να αποκατασταθεί μια πλήρης εικόνα των όγκων παραγωγής των IC της σειράς 102 και 103 όλα αυτά τα χρόνια (σήμερα η RZPP έχει μετατραπεί από μια μεγάλη μονάδα σε μια μικρή παραγωγή και πολλά αρχεία έχουν χαθεί). Αλλά σύμφωνα με τα απομνημονεύματα του Yu.V. Osokin, στο δεύτερο μισό της δεκαετίας του 1960, η παραγωγή ανερχόταν σε πολλές εκατοντάδες χιλιάδες ετησίως, τη δεκαετία του 1970 - εκατομμύρια. Σύμφωνα με τα προσωπικά του αρχεία, το 1985 εκδόθηκαν IC της σειράς 102 - 4.100.000 τεμάχια, μονάδες της σειράς 116 - 1.025.000 τεμάχια, IC της σειράς 103 - 700.000 τεμάχια, μονάδες της σειράς 117, 175 τεμάχια.

Στα τέλη του 1989 ο Yu.V. Ο Osokin, τότε γενικός διευθυντής του λογισμικού Alpha, στράφηκε στην ηγεσία της Στρατιωτικής-Βιομηχανικής Επιτροπής υπό το Συμβούλιο Υπουργών της ΕΣΣΔ (VPK) με αίτημα να αφαιρεθούν οι σειρές 102, 103, 116 και 117 από την παραγωγή λόγω της απαρχαιότητάς τους και υψηλή ένταση εργασίας (εδώ και 25 χρόνια, η μικροηλεκτρονική απέχει πολύ από το να έχει προχωρήσει), αλλά έλαβε κατηγορηματική άρνηση. Ο Αντιπρόεδρος του Στρατιωτικού Βιομηχανικού Συγκροτήματος Β.Λ. Ο Κόμπλοφ του είπε ότι τα αεροπλάνα πετούσαν αξιόπιστα και ότι δεν υπήρχε θέμα αντικατάστασης. Μετά την κατάρρευση της ΕΣΣΔ, τα IC των σειρών 102, 103, 116 και 117 παρήχθησαν ακόμη και πριν από τα μέσα της δεκαετίας του 1990, δηλαδή για περισσότερα από 30 χρόνια. Οι υπολογιστές "Gnome" βρίσκονται ακόμα στο πιλοτήριο πλοήγησης του "Il-76" και κάποιων άλλων αεροσκαφών. «Αυτός είναι ένας υπερυπολογιστής», οι πιλότοι μας δεν χάνονται όταν οι ξένοι συνάδελφοί τους εκπλήσσονται που ενδιαφέρονται για μια μονάδα που δεν έχει ξαναδεί.

Σχετικά με τις προτεραιότητες

Παρά το γεγονός ότι ο J. Kilby και ο R. Noyce είχαν προκατόχους, αναγνωρίζονται από την παγκόσμια κοινότητα ως οι εφευρέτες του ολοκληρωμένου κυκλώματος.

Οι R. Kilby και J. Noyce, μέσω των εταιρειών τους, υπέβαλαν αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την εφεύρεση του ολοκληρωμένου κυκλώματος. Η Texas Instruments υπέβαλε αίτηση για το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας νωρίτερα, τον Φεβρουάριο του 1959, ενώ η Fairchild το έκανε μόλις τον Ιούλιο του ίδιου έτους. Αλλά ο αριθμός διπλώματος ευρεσιτεχνίας 2981877 εκδόθηκε τον Απρίλιο του 1961 στον R. Noyce. Ο J. Kilby μήνυσε και μόλις τον Ιούνιο του 1964 έλαβε το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας του με αριθμό 3138743. Στη συνέχεια έγινε ένας δεκαετής πόλεμος προτεραιοτήτων, με αποτέλεσμα (σπάνια) να «κερδίσει η φιλία». Τελικά, το Εφετείο επικύρωσε τον ισχυρισμό του R. Noyce για πρωτοκαθεδρία στην τεχνολογία, αλλά έκρινε ότι ο J. Kilby ήταν ο δημιουργός του πρώτου μικροτσίπ που λειτουργεί. Και η Texas Instruments και η Fairchild Semiconductor υπέγραψαν συμφωνία αδειοδότησης τεχνολογίας.

Στην ΕΣΣΔ, η κατοχύρωση ευρεσιτεχνιών για εφευρέσεις για συγγραφείς δεν έδωσε τίποτα παρά μόνο κόπο, μια ασήμαντη εφάπαξ πληρωμή και ηθική ικανοποίηση, τόσο πολλές εφευρέσεις δεν επισημοποιήθηκαν καθόλου. Και ο Osokin δεν βιαζόταν ούτε. Αλλά για τις επιχειρήσεις, ο αριθμός των εφευρέσεων ήταν ένας από τους δείκτες, επομένως έπρεπε ακόμα να καταχωρηθούν. Ως εκ τούτου, ο Yu. Osokina και ο D. Mikhalovich έλαβαν το πιστοποιητικό συγγραφέα της ΕΣΣΔ Νο. 36845 για την εφεύρεση του TS R12-2 μόνο στις 28 Ιουνίου 1966.

Και ο J. Kilby το 2000 έγινε ένας από τους νικητές του βραβείου Νόμπελ για την εφεύρεση της IP. Ο Ρ. Νόις δεν περίμενε την παγκόσμια αναγνώριση, πέθανε το 1990, και σύμφωνα με την κατάσταση, το βραβείο Νόμπελ δεν απονέμεται μετά θάνατον. Κάτι που, εν προκειμένω, δεν είναι απολύτως δίκαιο, αφού όλα τα μικροηλεκτρονικά ακολούθησαν τον δρόμο που ξεκίνησε ο R. Noyce. Η εξουσία του Noyce μεταξύ των ειδικών ήταν τόσο υψηλή που έλαβε ακόμη και το παρατσούκλι "δήμαρχος της Silicon Valley", επειδή τότε ήταν ο πιο δημοφιλής από τους επιστήμονες που εργάζονταν σε εκείνο το τμήμα της Καλιφόρνια, το οποίο έλαβε το ανεπίσημο όνομα Silicon Valley (W. Shockley ήταν ονομάζεται "Moses of Silicon Valley"). Και το μονοπάτι του J. Kilby («τριχωτό» γερμάνιο) αποδείχθηκε αδιέξοδο και δεν εφαρμόστηκε ούτε στην εταιρεία του. Όμως η ζωή δεν είναι πάντα δίκαιη.

Το βραβείο Νόμπελ απονεμήθηκε σε τρεις επιστήμονες. Το μισό παρέλαβε ο 77χρονος Τζακ Κίλμπι και το άλλο μισό μοιράστηκε μεταξύ του Ακαδημαϊκού της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών Ζόρες Αλφέροφ και του καθηγητή του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα, Αμερικανού γερμανικής καταγωγής Χέρμπερτ Κρέμερ, για " την ανάπτυξη ετεροδομών ημιαγωγών που χρησιμοποιούνται στην οπτοηλεκτρονική υψηλής ταχύτητας».

Αξιολογώντας αυτά τα έργα, οι ειδικοί σημείωσαν ότι «τα ολοκληρωμένα κυκλώματα είναι, φυσικά, η ανακάλυψη του αιώνα, η οποία είχε ισχυρό αντίκτυπο στην κοινωνία και την παγκόσμια οικονομία». Για τον ξεχασμένο J. Kilby, το βραβείο Νόμπελ ήταν μια έκπληξη. Σε συνέντευξή του σε περιοδικό Europhysics NewsΠαραδέχτηκε: « Τότε σκεφτόμουν μόνο τι θα ήταν σημαντικό για την ανάπτυξη των ηλεκτρονικών από οικονομική άποψη. Αλλά δεν κατάλαβα τότε ότι η μείωση του κόστους των ηλεκτρονικών προϊόντων θα προκαλέσει μια χιονοστιβάδα αύξηση των ηλεκτρονικών τεχνολογιών»..

Και το έργο του Yu. Osokin δεν αξιολογήθηκε όχι μόνο από την Επιτροπή Νόμπελ. Είναι ξεχασμένα και στη χώρα μας, δεν προστατεύεται η προτεραιότητα της χώρας στη δημιουργία μικροηλεκτρονικών. Και σίγουρα ήταν.

Στη δεκαετία του 1950 δημιουργήθηκε μια υλική βάση για τον σχηματισμό προϊόντων πολλαπλών στοιχείων - ολοκληρωμένων κυκλωμάτων - σε ένα μονολιθικό κρύσταλλο ή σε ένα κεραμικό υπόστρωμα. Ως εκ τούτου, δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι σχεδόν ταυτόχρονα η ιδέα της IP αναδύθηκε ανεξάρτητα στο μυαλό πολλών ειδικών. Και η ταχύτητα εισαγωγής μιας νέας ιδέας εξαρτιόταν από τις τεχνολογικές δυνατότητες του συγγραφέα και το ενδιαφέρον του κατασκευαστή, δηλαδή από την παρουσία του πρώτου καταναλωτή. Από αυτή την άποψη, ο Yu. Osokin ήταν σε καλύτερη θέση από τους Αμερικανούς συναδέλφους του. Ο Kilby ήταν νέος στην TI, έπρεπε μάλιστα να αποδείξει στη διοίκηση της εταιρείας τη θεμελιώδη δυνατότητα υλοποίησης ενός μονολιθικού κυκλώματος κάνοντας τη διάταξή του. Στην πραγματικότητα, ο ρόλος του J. Kilby στη δημιουργία του IS έγκειται στην επανεκπαίδευση της ηγεσίας του TI και στην πρόκληση του R. Noyce με τη διάταξή του να αναλάβει δράση. Η εφεύρεση του Kilby δεν μπήκε σε σειριακή παραγωγή. Ο R. Noyce, στη νεαρή και όχι ακόμα δυνατή παρέα του, πήγε στη δημιουργία μιας νέας επίπεδης τεχνολογίας, η οποία έγινε πραγματικά η βάση της μετέπειτα μικροηλεκτρονικής, αλλά ο συγγραφέας δεν υπέκυψε αμέσως. Σε σχέση με τα προαναφερθέντα, τόσο αυτοί όσο και οι εταιρείες τους χρειάστηκε να ξοδέψουν πολύ προσπάθεια και χρόνο για την πρακτική εφαρμογή των ιδεών τους για την κατασκευή σειριακά ικανών IC. Τα πρώτα τους δείγματα παρέμειναν πειραματικά και άλλα μικροκυκλώματα, που δεν είχαν καν αναπτυχθεί από αυτούς, μπήκαν σε μαζική παραγωγή. Σε αντίθεση με τους Kilby και Noyce, που απείχαν πολύ από την παραγωγή, ο εργάτης του εργοστασίου Yu. Osokin βασιζόταν στις βιομηχανικά αναπτυγμένες τεχνολογίες ημιαγωγών της RZPP και είχε εγγυηθεί στους καταναλωτές του πρώτου TS με τη μορφή του εμπνευστή της ανάπτυξης του NIIRE και του κοντινού VEF φυτό, το οποίο βοήθησε σε αυτό το έργο. Για αυτούς τους λόγους, η πρώτη έκδοση του οχήματός του μπήκε αμέσως σε πειραματικό στάδιο, μεταφέρθηκε ομαλά στη μαζική παραγωγή, η οποία συνεχίστηκε συνεχώς για περισσότερα από 30 χρόνια. Έτσι, ξεκινώντας την ανάπτυξη του TS αργότερα από τον Kilby και τον Noyce, ο Yu. Osokin (μη γνωρίζοντας για αυτόν τον διαγωνισμό) τους πρόλαβε γρήγορα. Επιπλέον, το έργο του Yu. Osokin δεν συνδέεται σε καμία περίπτωση με το έργο των Αμερικανών, απόδειξη αυτού είναι η απόλυτη ανομοιότητα του TS του και των λύσεων που εφαρμόζονται σε αυτό με τα μικροκυκλώματα Kilby και Noyce. Η Texas Instruments (όχι εφεύρεση του Kilby), η Fairchild και η RZPP ξεκίνησαν την παραγωγή των IC τους σχεδόν ταυτόχρονα, το 1962. Αυτό δίνει το πλήρες δικαίωμα να θεωρήσουμε τον Yu. Osokin ως έναν από τους εφευρέτες του ολοκληρωμένου κυκλώματος στο ίδιο επίπεδο με τον R. Noyce και περισσότερο από τον J. Kilby, και θα ήταν δίκαιο να μοιραστούμε μέρος του βραβείου Νόμπελ του J. Kilby με τον Yu. Osokin. Όσον αφορά την εφεύρεση του πρώτου GIS με ολοκλήρωση δύο επιπέδων (και πιθανώς GIS γενικά), εδώ η προτεραιότητα είναι το Α. Το Pelipenko από το NIIRE είναι απολύτως αδιαμφισβήτητο.

Δυστυχώς, δεν κατέστη δυνατό να βρεθούν δείγματα ΤΣ και συσκευών που βασίζονται σε αυτά, απαραίτητα για τα μουσεία. Ο συγγραφέας θα είναι πολύ ευγνώμων για τέτοια δείγματα ή τις φωτογραφίες τους.

Ολοκληρωμένο (μικρο) κύκλωμα (IC, IC, m/s, αγγλικό ολοκληρωμένο κύκλωμα, IC, μικροκύκλωμα), τσιπ, μικροτσίπ (αγγλικό μικροτσίπ, τσιπ πυριτίου, τσιπ - μια λεπτή πλάκα - ο όρος αρχικά αναφερόταν σε κρυστάλλινη πλάκα μικροκυκλώματος) - μικροηλεκτρονική συσκευή - ηλεκτρονικό κύκλωμααυθαίρετης πολυπλοκότητας (κρύσταλλο), κατασκευασμένο σε υπόστρωμα ημιαγωγού (πλάκα ή φιλμ) και τοποθετημένο σε μη διαχωρίσιμη θήκη ή χωρίς αυτό, εάν περιλαμβάνεται στο μικροσυγκρότημα.

Η μικροηλεκτρονική είναι το σημαντικότερο και, όπως πολλοί πιστεύουν, το σημαντικότερο επιστημονικό και τεχνολογικό επίτευγμα της εποχής μας. Μπορεί να συγκριθεί με τέτοια σημεία καμπής στην ιστορία της τεχνολογίας όπως η εφεύρεση της εκτύπωσης τον 16ο αιώνα, η δημιουργία της ατμομηχανής τον 18ο αιώνα και η ανάπτυξη της ηλεκτρικής μηχανικής τον 19ο. Και όταν πρόκειται σήμερα για την επιστημονική και τεχνολογική επανάσταση, εννοείται πρωτίστως η μικροηλεκτρονική. Όπως κανένα άλλο τεχνικό επίτευγμα των ημερών μας, διαπερνά όλες τις σφαίρες της ζωής και κάνει πραγματικότητα αυτό που ήταν απλά αδύνατο να φανταστεί κανείς χθες. Για να πειστούμε γι' αυτό, αρκεί να σκεφτούμε τις αριθμομηχανές τσέπης, τα μικροσκοπικά ραδιόφωνα, τα ηλεκτρονικά χειριστήρια σε οικιακές συσκευές, τα ρολόγια, τους υπολογιστές και τους προγραμματιζόμενους υπολογιστές. Και αυτό είναι μόνο ένα μικρό μέρος του πεδίου εφαρμογής του!

Η μικροηλεκτρονική οφείλει την προέλευση και την ίδια της την ύπαρξη στη δημιουργία ενός νέου υπομινιατού ηλεκτρονικού στοιχείου - ενός ολοκληρωμένου μικροκυκλώματος. Η εμφάνιση αυτών των κυκλωμάτων, στην πραγματικότητα, δεν ήταν κάποιο είδος θεμελιωδώς νέας εφεύρεσης - προήλθε άμεσα από τη λογική της ανάπτυξης συσκευών ημιαγωγών. Αρχικά, όταν τα στοιχεία ημιαγωγών μόλις εισέρχονταν στη ζωή, κάθε τρανζίστορ, αντίσταση ή δίοδος χρησιμοποιήθηκε ξεχωριστά, δηλαδή περικλείστηκε στη δική του θήκη και συμπεριλήφθηκε στο κύκλωμα χρησιμοποιώντας τις μεμονωμένες επαφές του. Αυτό έγινε ακόμη και σε εκείνες τις περιπτώσεις που ήταν απαραίτητο να συναρμολογηθούν πολλά παρόμοια κυκλώματα από τα ίδια στοιχεία.

Σταδιακά, έγινε κατανοητό ότι ήταν πιο λογικό να μην συναρμολογούνται τέτοιες συσκευές από ξεχωριστά στοιχεία, αλλά να κατασκευάζονται αμέσως σε ένα κοινό τσιπ, ειδικά επειδή τα ηλεκτρονικά ημιαγωγών δημιούργησαν όλες τις προϋποθέσεις για αυτό. Στην πραγματικότητα, όλα τα στοιχεία ημιαγωγών είναι πολύ παρόμοια στη δομή τους μεταξύ τους, έχουν την ίδια αρχή λειτουργίας και διαφέρουν μόνο στην αμοιβαία διάταξη των περιοχών p-n.

Αυτά τα p-n περιοχές, όπως θυμόμαστε, δημιουργούνται με την εισαγωγή του ίδιου τύπου ακαθαρσιών στο επιφανειακό στρώμα ενός κρυστάλλου ημιαγωγού. Επιπλέον, η αξιόπιστη και από όλες τις απόψεις ικανοποιητική λειτουργία της συντριπτικής πλειονότητας των ημιαγωγικών στοιχείων παρέχεται με πάχος του επιφανειακού στρώματος εργασίας χιλιοστών. Τα μικρότερα τρανζίστορ συνήθως χρησιμοποιούν μόνο το ανώτερο στρώμα ενός κρυστάλλου ημιαγωγού, το οποίο είναι μόνο το 1% του πάχους του. Το υπόλοιπο 99% λειτουργεί ως φορέας ή υπόστρωμα, αφού χωρίς υπόστρωμα, το τρανζίστορ θα μπορούσε απλά να καταρρεύσει με το παραμικρό άγγιγμα. Επομένως, χρησιμοποιώντας την τεχνολογία που χρησιμοποιείται για την κατασκευή μεμονωμένων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, είναι δυνατό να δημιουργηθεί αμέσως ένα πλήρες κύκλωμα από πολλές δεκάδες, εκατοντάδες, ακόμη και χιλιάδες τέτοια εξαρτήματα σε ένα μόνο τσιπ.

Το όφελος από αυτό θα είναι τεράστιο. Πρώτον, το κόστος θα μειωθεί αμέσως (το κόστος ενός μικροκυκλώματος είναι συνήθως εκατοντάδες φορές μικρότερο από το συνολικό κόστος όλων των ηλεκτρονικών στοιχείων των εξαρτημάτων του). Δεύτερον, μια τέτοια συσκευή θα είναι πολύ πιο αξιόπιστη (όπως δείχνει η εμπειρία, χιλιάδες και δεκάδες χιλιάδες φορές) και αυτό έχει τεράστια σημασία, καθώς η αντιμετώπιση προβλημάτων σε ένα κύκλωμα δεκάδων ή εκατοντάδων χιλιάδων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων γίνεται ένα εξαιρετικά δύσκολο πρόβλημα . Τρίτον, λόγω του γεγονότος ότι όλα τα ηλεκτρονικά στοιχεία ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος είναι εκατοντάδες και χιλιάδες φορές μικρότερα από τα αντίστοιχα σε ένα συμβατικό συνδυασμένο κύκλωμα, η κατανάλωση ενέργειας είναι πολύ μικρότερη και η ταχύτητά τους είναι πολύ μεγαλύτερη.

Το βασικό γεγονός που προανήγγειλε την άφιξη της ολοκλήρωσης στα ηλεκτρονικά ήταν η πρόταση του Αμερικανού μηχανικού J. Kilby από την Texas Instruments να αποκτήσει ισοδύναμα στοιχεία για ολόκληρο το κύκλωμα, όπως καταχωρητές, πυκνωτές, τρανζίστορ και διόδους σε ένα μονολιθικό κομμάτι καθαρού πυριτίου. Ο Kilby δημιούργησε το πρώτο ολοκληρωμένο κύκλωμα ημιαγωγών το καλοκαίρι του 1958. Και ήδη το 1961, η Fairchild Semiconductor Corporation παρήγαγε τα πρώτα σειριακά μικροκυκλώματα για υπολογιστές: ένα κύκλωμα σύμπτωσης, έναν καταχωρητή ημι-μετατόπισης και ένα flip-flop. Την ίδια χρονιά, ενσωματώθηκε η παραγωγή ημιαγωγών λογικά κυκλώματαιδιοκτησία του Τέξας.

Το επόμενο έτος, εμφανίστηκαν ολοκληρωμένα κυκλώματα από άλλες εταιρείες. ΣΕ για λίγοσε ολοκληρωμένο σχέδιο δημιουργήθηκαν Διάφοροι τύποιενισχυτές. Το 1962, η RCA ανέπτυξε ολοκληρωμένα κυκλώματα συστοιχίας μνήμης για συσκευές αποθήκευσης υπολογιστών. Σταδιακά, καθιερώθηκε η παραγωγή μικροκυκλωμάτων σε όλες τις χώρες - ξεκίνησε η εποχή της μικροηλεκτρονικής.

Το αρχικό υλικό για ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα είναι συνήθως μια γκοφρέτα ακατέργαστης πυριτίου. Έχει σχετικά μεγάλο μέγεθος, αφού πολλές εκατοντάδες μικροκυκλωμάτων του ίδιου τύπου κατασκευάζονται ταυτόχρονα σε αυτό. Η πρώτη λειτουργία είναι ότι υπό την επίδραση οξυγόνου σε θερμοκρασία 1000 βαθμών, σχηματίζεται ένα στρώμα διοξειδίου του πυριτίου στην επιφάνεια αυτής της πλάκας. Το οξείδιο του πυριτίου χαρακτηρίζεται από υψηλή χημική και μηχανική αντοχή και έχει τις ιδιότητες ενός εξαιρετικού διηλεκτρικού, παρέχοντας αξιόπιστη μόνωση στο πυρίτιο που βρίσκεται κάτω από αυτό.

Το επόμενο βήμα είναι η εισαγωγή ακαθαρσιών για τη δημιουργία p ή n ζωνών αγωγής. Για να γίνει αυτό, το φιλμ οξειδίου αφαιρείται από εκείνα τα σημεία της πλάκας που αντιστοιχούν σε μεμονωμένα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Η επιλογή των επιθυμητών περιοχών γίνεται χρησιμοποιώντας μια διαδικασία που ονομάζεται φωτολιθογραφία. Πρώτον, ολόκληρο το στρώμα οξειδίου καλύπτεται με μια φωτοευαίσθητη ένωση (φωτοανθεκτικό), η οποία παίζει το ρόλο ενός φωτογραφικού φιλμ - μπορεί να φωτιστεί και να αναπτυχθεί. Μετά από αυτό, μέσω μιας ειδικής φωτομάσκας που περιέχει ένα σχέδιο επιφάνειας ενός κρυστάλλου ημιαγωγού, η πλάκα φωτίζεται με υπεριώδεις ακτίνες.

Υπό την επίδραση του φωτός, σχηματίζεται ένα επίπεδο σχέδιο στο στρώμα του οξειδίου, με τις μη φωτισμένες περιοχές να παραμένουν ανοιχτές και όλες τις υπόλοιπες - σκοτεινές. Στο σημείο όπου η φωτοαντίσταση έχει εκτεθεί στο φως, σχηματίζονται αδιάλυτες περιοχές της μεμβράνης που είναι ανθεκτικές στο οξύ. Στη συνέχεια, η γκοφρέτα επεξεργάζεται με έναν διαλύτη που αφαιρεί το φωτοανθεκτικό από τις εκτεθειμένες περιοχές. Από τα ανοιχτά μέρη (και μόνο από αυτά), το στρώμα του οξειδίου του πυριτίου είναι χαραγμένο με οξύ.

Ως αποτέλεσμα, το οξείδιο του πυριτίου διαλύεται στις σωστές θέσεις και ανοίγουν «παράθυρα» καθαρού πυριτίου, έτοιμα για την εισαγωγή ακαθαρσιών (λίνωση). Για να γίνει αυτό, η επιφάνεια του υποστρώματος σε θερμοκρασία 900-1200 μοίρες εκτίθεται στην επιθυμητή ακαθαρσία, για παράδειγμα, φώσφορο ή αρσενικό, για να ληφθεί αγωγιμότητα τύπου n. Τα άτομα ακαθαρσίας διεισδύουν βαθιά στο καθαρό πυρίτιο, αλλά απωθούνται από το οξείδιό του. Έχοντας επεξεργαστεί την πλάκα με έναν τύπο ακαθαρσίας, προετοιμάζεται για απολίνωση με έναν άλλο τύπο - η επιφάνεια της πλάκας καλύπτεται και πάλι με ένα στρώμα οξειδίου, πραγματοποιείται νέα φωτολιθογραφία και χάραξη, με αποτέλεσμα νέα "παράθυρα" από πυρίτιο ανοιχτό.

Ακολουθεί νέα σύνδεση, για παράδειγμα με βόριο, για να ληφθεί αγωγιμότητα τύπου p. Έτσι, οι περιοχές p και n σχηματίζονται στις σωστές θέσεις σε ολόκληρη την επιφάνεια του κρυστάλλου. Η μόνωση μεταξύ μεμονωμένων στοιχείων μπορεί να δημιουργηθεί με διάφορους τρόπους: ένα στρώμα οξειδίου του πυριτίου μπορεί να χρησιμεύσει ως τέτοια μόνωση ή μπορούν επίσης να δημιουργηθούν μπλοκαρίσματα p-n στα σωστά σημεία.

Το επόμενο στάδιο επεξεργασίας σχετίζεται με την εφαρμογή αγώγιμων συνδέσεων (αγώγιμων γραμμών) μεταξύ των στοιχείων του ολοκληρωμένου κυκλώματος, καθώς και μεταξύ αυτών των στοιχείων και των επαφών για τη σύνδεση εξωτερικών κυκλωμάτων. Για να γίνει αυτό, ένα λεπτό στρώμα αλουμινίου εναποτίθεται στο υπόστρωμα, το οποίο εναποτίθεται με τη μορφή πολύ λεπτής μεμβράνης. Υποβάλλεται σε φωτολιθογραφική επεξεργασία και χάραξη, παρόμοια με αυτές που περιγράφονται παραπάνω. Ως αποτέλεσμα, μόνο λεπτές αγώγιμες γραμμές και επιθέματα παραμένουν από ολόκληρο το μεταλλικό στρώμα.

Τέλος, ολόκληρη η επιφάνεια του κρυστάλλου ημιαγωγού καλύπτεται με ένα προστατευτικό στρώμα (τις περισσότερες φορές, πυριτικό γυαλί), το οποίο στη συνέχεια αφαιρείται από τα τακάκια. Όλα τα κατασκευασμένα μικροκυκλώματα υποβάλλονται στους αυστηρότερους ελέγχους στο σταντ ελέγχου και δοκιμής. Τα ελαττωματικά κυκλώματα επισημαίνονται με μια κόκκινη κουκκίδα. Τέλος, ο κρύσταλλος κόβεται σε ξεχωριστές πλάκες μικροκυκλώματος, καθεμία από τις οποίες περικλείεται σε μια στιβαρή θήκη με καλώδια για σύνδεση με εξωτερικά κυκλώματα.

Η πολυπλοκότητα ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος χαρακτηρίζεται από έναν δείκτη που ονομάζεται βαθμός ολοκλήρωσης. Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα με περισσότερα από 100 στοιχεία ονομάζονται μικροκυκλώματα με χαμηλό βαθμό ολοκλήρωσης. κυκλώματα που περιέχουν έως και 1000 στοιχεία - ολοκληρωμένα κυκλώματα με μέσο βαθμό ολοκλήρωσης. κυκλώματα που περιέχουν έως και δεκάδες χιλιάδες στοιχεία - μεγάλα ολοκληρωμένα κυκλώματα. Ήδη κατασκευάζονται κυκλώματα που περιέχουν έως και ένα εκατομμύριο στοιχεία (ονομάζονται super-large). Η σταδιακή αύξηση της ολοκλήρωσης έχει οδηγήσει στο γεγονός ότι κάθε χρόνο τα κυκλώματα γίνονται όλο και πιο μικροσκοπικά και, κατά συνέπεια, όλο και πιο περίπλοκα.

Μεγάλο ποσό ηλεκτρονικές συσκευές, που παλιά είχε μεγάλες διαστάσεις, τώρα χωράει σε μια μικροσκοπική γκοφρέτα σιλικόνης. Ένα εξαιρετικά σημαντικό γεγονός σε αυτό το μονοπάτι ήταν η δημιουργία το 1971 από την αμερικανική εταιρεία Intel ενός ενιαίου ολοκληρωμένου κυκλώματος για την εκτέλεση αριθμητικών και λογικών πράξεων - του μικροεπεξεργαστή. Αυτό οδήγησε σε μια μεγαλειώδη ανακάλυψη της μικροηλεκτρονικής στον τομέα της τεχνολογίας υπολογιστών.

Διάβασε και γράψεχρήσιμος



Δημοφιλή στην κατηγορία:
Acoustic Energy AE1 MkIII: πρότυπα αναφοράς για συνολικά ηχεία Η διαδρομή προς τον εαυτό σας
Acoustic Energy AE1 MkIII: πρότυπα αναφοράς για συνολικά ηχεία...
ανάγνωση
Πώς να εγκαταστήσετε το CryptoPro - πώς να εγκαταστήσετε ένα προσωπικό πιστοποιητικό στο CryptoPro από μια μονάδα flash;
Πώς να εγκαταστήσετε το CryptoPro - πώς να εγκαταστήσετε ένα προσωπικό πιστοποιητικό σε ...
ανάγνωση
Υλικολογισμικό για Alcatel van touch pixie
Υλικολογισμικό για Alcatel van touch pixie
ανάγνωση
Κινούμενη επιφάνεια εργασίας φόντου
Κινούμενη επιφάνεια εργασίας φόντου
ανάγνωση

πρόσφατα άρθρα
SIRI: τι είναι και πώς να το χρησιμοποιήσετε
ανάγνωση
Κάρτα ήχου ως γεννήτρια
ανάγνωση
Τι να κάνετε εάν το "πεδίο αντικειμένου δεν βρέθηκε"
ανάγνωση
Απαιτήσεις συστήματος Windows 7 Ultimate
ανάγνωση
Samsung Galaxy Grand Prime: κριτική, τεχνική...
ανάγνωση
Το Huawei HiSuite είναι ένα πρόγραμμα για συγχρονισμό με...
ανάγνωση
Πώς να εκκινήσετε αυτόματα μια εφαρμογή όταν...
ανάγνωση
Πώς να καθαρίσετε έναν δίσκο από τα σκουπίδια
ανάγνωση
Μπλουζα