Historique de la création d'un conseil intégré. Série de microcircuits. Contrôle fonctionnel des circuits intégrés et des circuits de test

Introduction

Depuis l’avènement des premiers ordinateurs, les développeurs de logiciels rêvent d’un matériel conçu pour résoudre exactement leur problème. Par conséquent, l’idée de créer des circuits intégrés spéciaux pouvant être adaptés pour effectuer efficacement une tâche spécifique est apparue depuis un certain temps. Il existe ici deux voies de développement :

• L'utilisation de circuits intégrés personnalisés dits spécialisés (ASIC - Application Specific Integrated Circuit). Comme leur nom l'indique, ces puces sont fabriquées par les fabricants matériel sur mesure pour effectuer efficacement une tâche ou une série de tâches spécifiques. Ils n'ont pas la polyvalence des microcircuits conventionnels, mais ils résolvent les tâches qui leur sont assignées plusieurs fois plus rapidement, parfois de plusieurs ordres de grandeur.
• Création de microcircuits à architecture reconfigurable. L'idée est que ces puces arrivent au développeur ou à l'utilisateur du logiciel dans un état non programmé, et qu'il peut y mettre en œuvre l'architecture qui lui convient le mieux. Examinons de plus près leur processus de formation.

Au fil du temps, un grand nombre de puces différentes à architecture reconfigurable sont apparues (Fig. 1).

Fig. 1 Variété de puces à architecture reconfigurable

Pendant assez longtemps, seuls les appareils PLD (Programmable Logic Device) existaient sur le marché. Cette classe comprend les appareils qui mettent en œuvre les fonctions nécessaires pour résoudre les problèmes assignés sous la forme d'une disjonctive parfaite forme normale(DNF parfait). Les premières à apparaître en 1970 furent les puces EEPROM, qui appartiennent spécifiquement à la classe des dispositifs PLD. Chaque circuit avait un ensemble fixe de fonctions logiques ET connectées à un ensemble programmable de fonctions logiques OU. Par exemple, considérons une PROM avec 3 entrées (a, b et c) et 3 sorties (w, x et y) (Fig. 2).

Riz. 2. Puce PROM

À l'aide d'un tableau AND prédéfini, toutes les conjonctions possibles sur les variables d'entrée sont implémentées, qui peuvent ensuite être arbitrairement combinées à l'aide d'éléments OR. Ainsi, en sortie, vous pouvez implémenter n'importe quelle fonction à trois variables sous la forme d'un DNF parfait. Par exemple, si vous programmez les éléments OR entourés en rouge dans la figure 2, alors les sorties produiront les fonctions w=a x=(a&b) ; y=(a&b)^c.

Initialement, les puces PROM étaient destinées à stocker des instructions de programme et des valeurs constantes, c'est-à-dire pour exécuter les fonctions de mémoire de l'ordinateur. Cependant, les développeurs les utilisent également pour implémenter des fonctions logiques simples. En fait, la PROM de la puce peut être utilisée pour implémenter n'importe quel bloc logique, à condition qu'il dispose d'un petit nombre d'entrées. Cette condition découle du fait que dans les microcircuits EEPROM, la matrice des éléments ET est strictement définie - toutes les conjonctions possibles à partir des entrées y sont implémentées, c'est-à-dire que le nombre d'éléments ET est égal à 2 * 2 n, où n est le nombre d'entrées. Il est clair qu’à mesure que le nombre n augmente, la taille du tableau augmente très rapidement.

Ensuite, en 1975, sont apparus les réseaux logiques programmables (PLM). Ils s'inscrivent dans la continuité de l'idée des PROM de microcircuits - les PLM sont également constitués de tableaux AND et OR, cependant, contrairement aux PROM, les deux tableaux sont programmables. Cela offre une plus grande flexibilité à ces puces, mais elles n'ont jamais été courantes car les signaux mettent beaucoup plus de temps à transiter via des connexions programmables que via leurs homologues prédéfinis.

Afin de résoudre le problème de vitesse inhérent aux PLM, une autre classe de dispositifs appelée logique matricielle programmable (PAL) est apparue à la fin des années 1970. Un autre développement de l'idée des puces PAL a été l'émergence de dispositifs GAL (Generic Array Logic) - des variétés plus complexes de PAL utilisant des transistors CMOS. L'idée utilisée ici est exactement à l'opposé de l'idée des puces PROM : un tableau programmable d'éléments ET est connecté à un tableau prédéfini d'éléments OU (Fig. 3).

Riz. 3. Appareil PAL non programmé

Cela impose une limitation de fonctionnalité, cependant, de tels dispositifs nécessitent des matrices d'une taille beaucoup plus petite que dans les puces EPROM.

Une suite logique des PLD simples a été l'émergence des PLD dits complexes, constitués de plusieurs blocs de PLD simples (généralement les appareils PAL sont utilisés comme PLD simples), unis par une matrice de commutation programmable. En plus des blocs PLD eux-mêmes, il était également possible de programmer les connexions entre eux à l'aide de cette matrice de commutation. Les premiers PLD complexes sont apparus à la fin des années 70 et au début des années 80 du 20e siècle, mais le principal développement dans ce domaine a eu lieu en 1984, lorsqu'Altera a introduit un PLD complexe basé sur une combinaison de technologies CMOS et EPROM.

L'avènement du FPGA

Au début des années 1980, dans l’environnement numérique des ASIC, un fossé s’est creusé entre les principaux types de dispositifs. D'une part, il y avait les PLD, qui peuvent être programmés pour chaque tâche spécifique et sont assez simples à fabriquer, mais ils ne peuvent pas être utilisés pour mettre en œuvre des fonctions complexes. D'un autre côté, il existe des ASIC qui peuvent mettre en œuvre des fonctions extrêmement complexes, mais qui ont une architecture rigide et sont longs et coûteux à fabriquer. Un lien intermédiaire était nécessaire, et les dispositifs FPGA (Field Programmable Gate Arrays) sont devenus un tel lien.

Les FPGA, comme les PLD, sont des dispositifs programmables. La principale différence fondamentale entre FPGA et PLD est que les fonctions du FPGA sont implémentées non pas à l'aide de DNF, mais à l'aide de tables de recherche programmables (LUT). Dans ces tableaux, les valeurs des fonctions sont spécifiées à l'aide d'une table de vérité, à partir de laquelle le résultat requis est sélectionné à l'aide d'un multiplexeur (Fig. 4) :

Riz. 4. Tableau de correspondance

Chaque dispositif FPGA est constitué de blocs logiques programmables (Configurable Logic Blocks - CLB), qui sont interconnectés par des connexions également programmables. Chacun de ces blocs est destiné à programmer une certaine fonction ou une partie de celle-ci, mais peut être utilisé à d'autres fins, par exemple comme mémoire.

Dans les premiers dispositifs FPGA, développés au milieu des années 80, le bloc logique était très simple et contenait une LUT à 3 entrées, une bascule et un petit nombre d'éléments auxiliaires. Les dispositifs FPGA modernes sont beaucoup plus complexes : chaque bloc CLB se compose de 1 à 4 « tranches », chacune contenant plusieurs tables LUT (généralement 6 entrées), plusieurs déclencheurs et un grand nombre d'éléments de service. Voici un exemple de « tranche » moderne :

Riz. 5. Le dispositif d'une « coupe » moderne

Conclusion

Étant donné que les appareils PLD ne peuvent pas implémenter de fonctions complexes, ils continuent à être utilisés pour implémenter des fonctions simples dans des appareils portables et les communications, tandis que les dispositifs FPGA allant de 1 000 tailles de portes (le premier FPGA développé en 1985) ce moment a dépassé la barre des 10 millions de portes (famille Virtex-6). Ils développent activement et remplacent déjà les puces ASIC, permettant la mise en œuvre d'une variété de fonctions extrêmement complexes sans perdre la capacité de reprogrammation.

Maintenant, encore plus ou moins avancé Téléphones portables ne peut pas se passer d'un microprocesseur, encore moins de tablettes, d'ordinateurs portables et de bureau Ordinateur personnel. Qu'est-ce qu'un microprocesseur et comment s'est développée l'histoire de sa création ? Pour le dire en clair, un microprocesseur est un circuit intégré plus complexe et multifonctionnel.

L'histoire du microcircuit (circuit intégré) commence depuis 1958, lorsqu'un employé de la société américaine Texas Instruments, Jack Kilby, a inventé un certain dispositif semi-conducteur contenant plusieurs transistors dans un seul boîtier, reliés par des conducteurs. Le premier microcircuit - l'ancêtre du microprocesseur - ne contenait que 6 transistors et était une fine plaque de germanium sur laquelle étaient appliquées des pistes en or. Le tout était situé sur un substrat de verre. A titre de comparaison, il existe aujourd'hui des unités et même des dizaines de millions d'éléments semi-conducteurs.

Vers 1970 de nombreux fabricants étaient engagés dans le développement et la création de circuits intégrés de différentes capacités et différents domaines fonctionnels. Mais cette année peut être considérée comme la date de naissance du premier microprocesseur. C'est cette année qu'Intel a créé une puce mémoire d'une capacité de seulement 1 Kbit - négligeable pour les processeurs modernes, mais incroyablement grande pour l'époque. À cette époque, c'était une énorme réussite - la puce mémoire était capable de stocker jusqu'à 128 octets d'informations - bien plus que ses homologues similaires. De plus, à peu près au même moment, le fabricant japonais de calculatrices Busicom a commandé les mêmes microcircuits Intel 12 dans divers domaines fonctionnels. Les spécialistes d'Intel ont réussi à mettre en œuvre les 12 domaines fonctionnels sur une seule puce. De plus, le microcircuit créé s'est avéré multifonctionnel, puisqu'il permettait de modifier ses fonctions par programme sans modifier la structure physique. Le microcircuit remplissait certaines fonctions en fonction des commandes envoyées à ses broches de contrôle.

Dans l'année en 1971 Intel lance le premier microprocesseur 4 bits, nommé 4004. Comparé au premier microcircuit à 6 transistors, il contenait jusqu'à 2,3 mille éléments semi-conducteurs et effectuait 60 mille opérations par seconde. À cette époque, il s’agissait d’une avancée majeure dans le domaine de la microélectronique. 4 bits signifiait que le 4004 pouvait traiter des données 4 bits à la fois. Dans deux ans encore en 1973 La société produit un processeur 8008 8 bits, qui fonctionnait déjà avec des données 8 bits. Début depuis 1976, la société commence à développer une version 16 bits du microprocesseur 8086. C'est lui qui a commencé à être utilisé dans les premiers ordinateurs personnels IBM et, en fait, a posé l'un des éléments constitutifs de ce microprocesseur.

Les microcircuits analogiques et numériques sont produits en série. Une série est un groupe de microcircuits ayant une conception et une conception technologique uniques et destinés à une utilisation commune. En règle générale, les microcircuits de la même série ont les mêmes tensions d'alimentation et sont adaptés en termes de résistances d'entrée et de sortie et de niveaux de signal.

1. Logements

Les microcircuits sont disponibles en deux options de conception : emballés et sans boîtier.

Le boîtier du microcircuit est un système de support et une partie de la structure conçue pour protéger contre les influences extérieures et pour la connexion électrique avec des circuits externes via des broches. Les boîtiers sont standardisés pour simplifier la technologie de fabrication des produits finis.

Un microcircuit sans boîtier est un cristal semi-conducteur destiné à être installé dans un microcircuit ou un microassemblage hybride (un montage direct sur un circuit imprimé est possible).

1. Noms spécifiques

Intel a été le premier à produire une puce qui remplissait les fonctions d'un microprocesseur (microprocesseur anglais) - Intel 4004. Basé sur les microprocesseurs améliorés 8088 et 8086, IBM a lancé ses célèbres ordinateurs personnels)

Le microprocesseur constitue le cœur de l'ordinateur ; des fonctions supplémentaires, telles que la communication avec les périphériques, ont été réalisées à l'aide de chipsets (chipset) spécialement conçus. Pour les premiers ordinateurs, le nombre de microcircuits en ensembles se chiffrait en dizaines et en centaines, en systèmes modernes Il s'agit d'un ensemble d'un, deux ou trois microcircuits. Récemment, on a eu tendance à transférer progressivement les fonctions du chipset (contrôleur mémoire, contrôleur de bus PSI Express) vers le processeur.

Les microprocesseurs avec RAM et ROM intégrées, contrôleurs de mémoire et d'E/S et autres fonctions supplémentaires sont appelés microcontrôleurs.

1. Protection légale

La législation russe offre une protection juridique aux topologies de circuits intégrés. Topologie circuit intégré est la disposition spatio-géométrique de l'ensemble des éléments d'un circuit intégré et des connexions entre eux enregistrés sur un support matériel (article 1448 du Code civil de la Fédération de Russie).

Le droit exclusif sur la topologie est valable dix ans. Pendant cette période, le titulaire du droit d'auteur peut, à sa discrétion, enregistrer la topologie auprès du Service fédéral de la propriété intellectuelle, des brevets et des marques.

1. Histoire de la création

Le 7 mai 1952, l'ingénieur radio britannique Geoffrey Dummer a proposé pour la première fois l'idée d'intégrer plusieurs composants électroniques standards dans une puce semi-conductrice monolithique, et un an plus tard, Harwick Johnson a déposé la toute première demande de brevet pour un prototype de circuit intégré (IC) . La mise en œuvre de ces propositions au cours de ces années n'a pas pu avoir lieu en raison du développement insuffisant de la technologie.

À la fin de 1958 et dans la première moitié de 1959, une percée a eu lieu dans l'industrie des semi-conducteurs. Trois hommes, représentant trois sociétés privées américaines, ont résolu trois problèmes fondamentaux qui empêchaient la création de circuits intégrés. Jack Kilby de Texas Instruments a breveté le principe d'intégration, a créé les premiers prototypes imparfaits du circuit intégré et les a amenés à la production en série. Kurt Legowec de Sprague Electric Company a inventé une méthode pour isoler électriquement les composants formés sur une seule puce semi-conductrice (isolation à jonction p-n). Robert Noyce de Fairchild Semiconductor a inventé une méthode d'interconnexion électrique des composants IC (métallisation de l'aluminium) et a proposé une version améliorée de l'isolation des composants basée sur la dernière technologie planaire de Jean Erny. Le 27 septembre 1960, le groupe de Jay Last créait le premier semi-conducteur IP basée sur les idées de Noyce et Ernie. Texas Instruments, qui détenait le brevet de l'invention de Kilby, a lancé une guerre des brevets contre ses concurrents, qui s'est terminée en 1966 par un accord de règlement sur les technologies de licences croisées.

Les premiers circuits intégrés logiques de la série mentionnée étaient littéralement construits à partir de standard composants dont les tailles et les configurations ont été spécifiées par le processus technologique. Les concepteurs de circuits qui ont conçu des circuits intégrés logiques d'une famille particulière fonctionnaient avec les mêmes diodes et transistors standard. En 1961-1962, Tom Longo, principal développeur de Sylvania, a brisé le paradigme de conception en l'utilisant pour la première fois dans un seul circuit intégré. divers configurations de transistors en fonction de leurs fonctions dans le circuit. À la fin de 1962, Sylvania a lancé la première famille de logiques à transistors (TTL) développée par Longo - historiquement le premier type de logique intégrée qui a réussi à s'implanter à long terme sur le marché. Dans les circuits analogiques, une percée de ce niveau a été réalisée en 1964-1965 par le concepteur d'amplificateurs opérationnels Fairchild, Bob Widlar.

Le premier circuit intégré à semi-conducteurs d'URSS a été créé sur la base d'une technologie planaire développée au début des années 1960 au NII-35 (alors rebaptisé Pulsar Research Institute) par une équipe qui a ensuite été transférée au NIIME (Mikron). La création du premier circuit intégré national en silicium s'est concentrée sur le développement et la production avec l'acceptation militaire de la série TC-100 de circuits intégrés en silicium (37 éléments - l'équivalent de la complexité du circuit d'une bascule, un analogue du circuit intégré américain CI série SN-51 de Texas Instruments). Des échantillons prototypes et des échantillons de production de circuits intégrés en silicium destinés à la reproduction ont été obtenus aux États-Unis. Les travaux ont été réalisés au NII-35 (directeur Trutko) et à l'usine de semi-conducteurs Fryazino (directeur Kolmogorov) pour une commande de défense destinée à être utilisée dans un altimètre autonome pour un système de guidage de missile balistique. Le développement comprenait six circuits planaires intégrés standard en silicium de la série TS-100 et, avec l'organisation de la production pilote, a duré trois ans au NII-35 (de 1962 à 1965). Il a fallu encore deux ans pour développer la production en usine avec l'acceptation militaire à Fryazino (1967)

Premiers circuits intégrés

Dédié au 50e anniversaire de la date officielle

B. Malachevitch

Le 12 septembre 1958, Jack Kilby, employé de Texas Instruments (TI), a présenté à la direction trois appareils étranges : des appareils constitués de deux morceaux de silicium mesurant 11,1 x 1,6 mm collés ensemble avec de la cire d'abeille sur un substrat de verre (Fig. 1). Il s'agissait de maquettes tridimensionnelles - des prototypes d'un circuit intégré (CI) du générateur, prouvant la possibilité de fabriquer tous les éléments du circuit à partir d'un seul matériau semi-conducteur. Cette date est célébrée dans l’histoire de l’électronique comme l’anniversaire des circuits intégrés. Mais est-ce le cas ?

Riz. 1. Mise en page de la première IP par J. Kilby. Photo du site http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

À la fin des années 1950, la technologie d’assemblage d’équipements électroniques (REA) à partir d’éléments discrets avait épuisé ses capacités. Le monde était confronté à une crise aiguë de la REA ; des mesures radicales étaient nécessaires. À cette époque, les technologies intégrées pour la production de dispositifs à semi-conducteurs et de cartes de circuits imprimés en céramique à couches épaisses et à couches minces étaient déjà maîtrisées industriellement aux États-Unis et en URSS, c'est-à-dire que les conditions étaient réunies pour surmonter cette crise en créant des systèmes multi-éléments. produits standards - circuits intégrés.

Les circuits intégrés (puces, CI) comprennent des dispositifs électroniques de complexité variable, dans lesquels tous les éléments similaires sont fabriqués simultanément au cours d'un seul cycle technologique, c'est-à-dire en utilisant une technologie intégrée. Contrairement aux cartes de circuits imprimés (dans lesquelles tous les conducteurs de connexion sont fabriqués simultanément en un seul cycle en utilisant une technologie intégrée), les résistances, les condensateurs et (dans les circuits intégrés à semi-conducteurs) les diodes et les transistors sont formés de la même manière dans les circuits intégrés. De plus, de nombreux circuits intégrés sont fabriqués simultanément, de plusieurs dizaines à plusieurs milliers.

Les circuits intégrés sont développés et produits par l'industrie sous forme de séries, combinant un certain nombre de microcircuits à diverses fins fonctionnelles, destinés à être utilisés conjointement dans des équipements électroniques. Les circuits intégrés de la série ont une conception standard et un système unifié de caractéristiques électriques et autres. Les circuits intégrés sont fournis par le fabricant à divers consommateurs en tant que produits commerciaux indépendants répondant à un certain système d'exigences standardisées. Les circuits intégrés sont des produits non réparables ; lors de la réparation d’équipements électroniques, les circuits intégrés défectueux sont remplacés.

Il existe deux groupes principaux de circuits intégrés : les hybrides et les semi-conducteurs.

Dans les circuits intégrés hybrides (HIC), tous les conducteurs et éléments passifs sont formés à la surface d'un substrat de microcircuit (généralement en céramique) à l'aide d'une technologie intégrée. Les éléments actifs sous forme de diodes sans boîtier, de transistors et de cristaux IC semi-conducteurs sont installés sur le substrat individuellement, manuellement ou automatiquement.

Dans les circuits intégrés semi-conducteurs, les éléments de connexion, passifs et actifs sont formés en un seul cycle technologique à la surface d'un matériau semi-conducteur (généralement du silicium) avec invasion partielle de son volume à l'aide de méthodes de diffusion. Dans le même temps, sur une plaquette semi-conductrice, en fonction de la complexité du dispositif et de la taille de son cristal et de sa plaquette, de plusieurs dizaines à plusieurs milliers de circuits intégrés sont fabriqués. L'industrie produit des circuits intégrés semi-conducteurs dans des boîtiers standard, sous forme de puces individuelles ou sous forme de tranches non divisées.

L’introduction des circuits intégrés hybrides (SIG) et semi-conducteurs dans le monde s’est produite de différentes manières. GIS est le produit du développement évolutif des micromodules et de la technologie de montage de cartes céramiques. Par conséquent, ils sont passés inaperçus ; il n’existe pas de date de naissance généralement acceptée du SIG ni d’auteur généralement reconnu. Les circuits intégrés à semi-conducteurs étaient un résultat naturel et inévitable du développement de la technologie des semi-conducteurs, mais ils nécessitaient la génération de nouvelles idées et la création de nouvelles technologies, qui ont leurs propres dates de naissance et leurs propres auteurs. Les premiers circuits intégrés hybrides et semi-conducteurs sont apparus en URSS et aux États-Unis presque simultanément et indépendamment les uns des autres.

Les premiers circuits intégrés hybrides

Les circuits intégrés hybrides comprennent les circuits intégrés dont la production combine la technologie intégrale de fabrication d'éléments passifs avec une technologie individuelle (manuelle ou automatisée) d'installation et d'assemblage d'éléments actifs.

À la fin des années 1940, la société Centralab aux États-Unis a développé les principes de base pour la fabrication de circuits imprimés à couche épaisse à base de céramique, qui ont ensuite été développés par d'autres sociétés. La base était la technologie de fabrication de cartes de circuits imprimés et de condensateurs céramiques. À partir des cartes de circuits imprimés, nous avons utilisé une technologie intégrée pour former la topologie des conducteurs de connexion : la sérigraphie. Des condensateurs - le matériau du substrat (céramique, souvent sital), ainsi que les matériaux des pâtes et la technologie thermique de leur fixation sur le substrat.

Et au début des années 1950, la société RCA a inventé la technologie des couches minces : en pulvérisant sous vide divers matériaux et en les déposant à travers un masque sur des substrats spéciaux, elle a appris à produire simultanément de nombreux films miniatures connectant des conducteurs, des résistances et des condensateurs sur un seul appareil. substrat céramique.

Par rapport à la technologie des couches épaisses, la technologie des couches minces offrait la possibilité de fabriquer plus précisément des éléments topologiques de plus petite taille, mais nécessitait un équipement plus complexe et plus coûteux. Les appareils fabriqués sur des circuits imprimés en céramique utilisant la technologie des couches épaisses ou des couches minces sont appelés « circuits hybrides ». Les circuits hybrides étaient fabriqués en tant que composants de produits de leur propre production ; chaque fabricant avait sa propre conception, ses dimensions et ses objectifs fonctionnels, ils ne sont pas entrés sur le marché libre et sont donc peu connus ;

Les circuits hybrides ont également envahi les micromodules. Au début, ils utilisaient des éléments miniatures passifs et actifs discrets, unis par un câblage imprimé traditionnel. La technologie d'assemblage était complexe, avec une part énorme de travail manuel. Les micromodules étaient donc très coûteux et leur utilisation était limitée aux équipements embarqués. Ensuite, des foulards miniatures en céramique à film épais ont été utilisés. Ensuite, les résistances ont commencé à être fabriquées en utilisant la technologie des couches épaisses. Mais les diodes et transistors utilisés étaient toujours discrets, emballés individuellement.

Le micromodule est devenu un circuit intégré hybride au moment où des transistors et des diodes non emballés y étaient utilisés et où la structure était scellée dans un boîtier commun. Cela a permis d'automatiser considérablement le processus de leur assemblage, de réduire considérablement les prix et d'élargir le champ d'application. Sur la base de la méthode de formation des éléments passifs, on distingue les SIG à couches épaisses et à couches minces.

Le premier SIG en URSS

Les premiers SIG (modules de type « Kvant », plus tard désignés série IS 116) en URSS ont été développés en 1963 au NIIRE (plus tard NPO Leninets, Leningrad) et la même année, son usine pilote a commencé leur production en série. Dans ces SIG, les circuits intégrés semi-conducteurs « R12-2 », développés en 1962 par l'usine de dispositifs semi-conducteurs de Riga, ont été utilisés comme éléments actifs. En raison de l'inextricabilité des histoires de création de ces CI et de leurs caractéristiques, nous les considérerons ensemble dans la section consacrée au P12-2.

Sans aucun doute, les modules Kvant ont été les premiers au monde SIG à intégrer deux niveaux : ils utilisaient des circuits intégrés à semi-conducteurs plutôt que des transistors discrets comme éléments actifs. Il est probable qu'ils furent également les premiers au monde en matière de SIG - des produits multiéléments structurellement et fonctionnellement complets, fournis au consommateur en tant que produit commercial indépendant. Les premiers produits étrangers similaires identifiés par l'auteur sont les modules IBM Corporation SLT décrits ci-dessous, mais ils ont été annoncés l'année suivante, 1964.

Premier SIG aux USA

L'apparition du SIG à couche épaisse comme élément de base principal du nouvel ordinateur IBM System /360 a été annoncée pour la première fois par IBM en 1964. Il semble qu'il s'agisse de la première utilisation du SIG en dehors de l'URSS ; l'auteur n'a pas pu trouver d'exemples antérieurs ; .

Déjà connues à l'époque dans les milieux spécialisés, les séries de circuits intégrés à semi-conducteurs « Micrologic » de Fairchild et « SN-51 » de TI (nous en parlerons ci-dessous) étaient encore inaccessibles et d'un coût prohibitif pour des applications commerciales, telles que la construction de un gros ordinateur. Ainsi, la société IBM, prenant comme base la conception d'un micromodule plat, a développé sa série de SIG à couches épaisses, annoncée sous le nom général (par opposition aux « micromodules ») - « modules SLT » (Solid Logic Technology - solid technologie logique. Habituellement, le mot «solide» est traduit en russe par «solide», ce qui est absolument illogique. En effet, le terme «modules SLT» a été introduit par IBM en contraste avec le terme «micromodule» et devrait refléter leur différence. les deux modules sont « solides », c'est-à-dire que cette traduction ne l'est pas. Le mot « solide » a également d'autres significations – « solide », « entier », qui soulignent avec succès la différence entre « modules SLT » et « micromodules » - modules SLT. sont indivisibles, non réparables, c'est-à-dire « tout ». Nous n'avons pas utilisé la traduction généralement acceptée en russe : Solid Logic Technology - technologie de logique solide).

Le module SLT était une microplaque carrée en céramique à film épais d’un demi-pouce avec des broches verticales enfoncées. Des conducteurs de connexion et des résistances ont été appliqués sur sa surface par sérigraphie (selon le schéma du dispositif mis en œuvre) et des transistors non emballés ont été installés. Des condensateurs, si nécessaire, ont été installés à côté du module SLT sur la carte de l'appareil. Bien qu'extérieurement presque identiques (les micromodules sont légèrement plus hauts, Fig. 2.), les modules SLT se distinguaient des micromodules plats par leur densité d'éléments plus élevée, leur faible consommation d'énergie, leurs hautes performances et leur haute fiabilité. De plus, la technologie SLT était assez facile à automatiser et pouvait donc être produite en grandes quantités à un coût suffisamment bas pour être utilisée dans des équipements commerciaux. C'est exactement ce dont IBM avait besoin. L'entreprise a construit une usine automatisée à East Fishkill, près de New York, pour la production de modules SLT, qui les a produits à des millions d'exemplaires.

Riz. 2. Micromodule URSS et module SLT f. IBM. Photo STL du site http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

À la suite d'IBM, d'autres sociétés ont commencé à produire des SIG, pour lesquels les SIG sont devenus un produit commercial. La conception standard des micromodules plats et des modules SLT d'IBM est devenue l'une des normes pour les circuits intégrés hybrides.

Les premiers circuits intégrés à semi-conducteurs

À la fin des années 1950, l’industrie avait toutes les possibilités de produire des éléments d’équipement électronique bon marché. Mais si les transistors ou les diodes étaient constitués de germanium et de silicium, alors les résistances et les condensateurs étaient constitués d'autres matériaux. Beaucoup pensaient alors que lors de la création de circuits hybrides, l'assemblage de ces éléments, fabriqués séparément, ne poserait aucun problème. Et s'il est possible de produire tous les éléments de taille et de forme standard et ainsi d'automatiser le processus d'assemblage, le coût de l'équipement sera alors considérablement réduit. Sur la base d'un tel raisonnement, les partisans de la technologie hybride la considéraient comme l'orientation générale du développement de la microélectronique.

Mais tout le monde ne partageait pas cette opinion. Le fait est que les transistors mesa, et en particulier les transistors planaires, déjà créés à cette époque, étaient adaptés au traitement de groupe, dans lequel un certain nombre d'opérations de fabrication de plusieurs transistors sur une plaque de substrat étaient effectuées simultanément. Autrement dit, de nombreux transistors ont été fabriqués à la fois sur une seule plaquette semi-conductrice. Ensuite, la plaque a été découpée en transistors individuels, placés dans des boîtiers individuels. Et puis l'équipementier a regroupé les transistors sur un seul circuit imprimé. Il y avait des gens qui pensaient que cette approche était ridicule : pourquoi séparer les transistors puis les reconnecter ? Est-il possible de les combiner immédiatement sur une plaquette semi-conductrice ? Débarrassez-vous par la même occasion de plusieurs opérations complexes et coûteuses ! Ces personnes ont inventé les circuits intégrés à semi-conducteurs.

L’idée est extrêmement simple et tout à fait évidente. Mais, comme cela arrive souvent, seulement après que quelqu'un l'ait annoncé et prouvé. Il a prouvé que le simple fait de l’annoncer n’est souvent pas suffisant, comme dans ce cas-ci. L'idée d'un circuit intégré a été annoncée en 1952, avant l'avènement des méthodes de groupe pour la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs. Sur conférence annuelle sur les composants électroniques, tenu à Washington, un employé du British Royal Radar Office à Malvern, Jeffrey Dummer, a présenté un rapport sur la fiabilité des composants des équipements radar. Dans le rapport, il fait une déclaration prophétique : « Avec l'avènement du transistor et les travaux dans le domaine de la technologie des semi-conducteurs, il est généralement possible d'imaginer un équipement électronique sous la forme d'un bloc massif ne contenant aucun fil de connexion. Le bloc peut être constitué de couches de matériaux isolants, conducteurs, rectifiants et de renforcement dans lesquelles certaines zones sont découpées afin de pouvoir remplir directement des fonctions électriques.. Mais cette prévision est passée inaperçue auprès des experts. Ils ne s'en sont souvenus qu'après l'apparition des premiers circuits intégrés à semi-conducteurs, c'est-à-dire après la preuve pratique d'une idée longtemps médiatisée. Quelqu'un devait être le premier à réinventer et à mettre en œuvre l'idée des circuits intégrés à semi-conducteurs.

Comme dans le cas du transistor, les créateurs généralement reconnus de circuits intégrés à semi-conducteurs ont eu des prédécesseurs plus ou moins réussis. Dammer lui-même a tenté de concrétiser son idée en 1956, mais a échoué. En 1953, Harvick Johnson de RCA a reçu un brevet pour un oscillateur monopuce et, en 1958, avec Torkel Wallmark, a annoncé le concept d'un « dispositif intégré à semi-conducteurs ». En 1956, Ross, employé des Bell Labs, a produit un circuit de compteur binaire basé sur base n-p-n-p structures dans un seul monocristal. En 1957, Yasuro Taru de la société japonaise MITI a reçu un brevet pour combiner divers transistors dans un seul cristal. Mais tous ces développements et d’autres similaires étaient de nature privée, n’ont pas été mis en production et ne sont pas devenus la base du développement de l’électronique intégrée. Seuls trois projets ont contribué au développement de la propriété intellectuelle dans la production industrielle.

Les plus chanceux étaient Jack Kilby de Texas Instruments (TI), Robert Noyce de Fairchild (tous deux des États-Unis) et Yuri Valentinovich Osokin du bureau d'études de l'usine de dispositifs semi-conducteurs de Riga (URSS). Les Américains ont créé des échantillons expérimentaux de circuits intégrés : J. Kilby - un prototype de générateur IC (1958), puis un déclencheur sur transistors mesa (1961), R. Noyce - un déclencheur utilisant la technologie planaire (1961) et Yu. Osokin – le circuit intégré logique « 2NOT-OR » est immédiatement entré en production de masse en Allemagne (1962). Ces sociétés ont commencé la production en série d’IP presque simultanément, en 1962.

Premiers circuits intégrés à semi-conducteurs aux États-Unis

Propriété intellectuelle de Jack Kilby. Série IS SN-51”

En 1958, J. Kilby (pionnier dans l'utilisation des transistors dans prothèses auditives) a déménagé chez Texas Instruments. Le nouveau venu Kilby, en tant que concepteur de circuits, a été « lancé » dans l'amélioration du remplissage micromodulaire des fusées en créant une alternative aux micromodules. L'option d'assembler des blocs à partir de pièces a été envisagée forme standard, similaire à l'assemblage de modèles de jouets à partir de figurines LEGO. Cependant, Kilby était fasciné par autre chose. Le rôle décisif a été joué par l'effet d'un « regard neuf » : d'une part, il a immédiatement déclaré que les micromodules sont une impasse, et d'autre part, après avoir admiré les structures mesa, il est venu à l'idée que le circuit devrait (et peut) être mis en œuvre à partir d'un seul matériau - un semi-conducteur. Kilby connaissait l'idée de Dummer et sa tentative infructueuse de la mettre en œuvre en 1956. Après analyse, il comprit la raison de l'échec et trouva un moyen de le surmonter. " Mon mérite est d’avoir pris cette idée et de l’avoir transformée en réalité.», a déclaré J. Kilby plus tard dans son discours Nobel.

N'ayant pas encore obtenu le droit de partir, il a travaillé dans le laboratoire sans interférence pendant que tout le monde se reposait. Le 24 juillet 1958, Kilby a formulé un concept dans un journal de laboratoire appelé Monolithic Idea. Son essence était la suivante : « . ..les éléments de circuit tels que les résistances, les condensateurs, les condensateurs distribués et les transistors peuvent être intégrés dans une seule puce - à condition qu'ils soient constitués du même matériau... Dans la conception d'un circuit bascule, tous les éléments doivent être en silicium, les résistances utilisant la résistance volumique du silicium et les condensateurs - la capacité des jonctions p-n". L'« idée du monolithe » a suscité une attitude condescendante et ironique de la part de la direction de Texas Instruments, qui a exigé la preuve de la possibilité de fabriquer des transistors, des résistances et des condensateurs à partir d'un semi-conducteur et de l'opérabilité d'un circuit assemblé à partir de tels éléments.

En septembre 1958, Kilby réalisa son idée : il fabriqua un générateur à partir de deux morceaux de germanium mesurant 11,1 x 1,6 mm, collés ensemble avec de la cire d'abeille sur un substrat de verre, contenant deux types de régions de diffusion (Fig. 1). Il a utilisé ces zones et les contacts existants pour créer un circuit générateur, reliant les éléments avec de fins fils d'or d'un diamètre de 100 microns par soudage par thermocompression. Un mésatransistor a été créé à partir d’une zone et un circuit RC à partir de l’autre. Les trois générateurs assemblés ont été présentés à la direction de l'entreprise. Une fois l'alimentation connectée, ils ont commencé à fonctionner à une fréquence de 1,3 MHz. Cela s'est produit le 12 septembre 1958. Une semaine plus tard, Kilby fabriquait un amplificateur de la même manière. Mais il ne s'agissait pas encore de structures intégrées, il s'agissait de maquettes tridimensionnelles de circuits intégrés à semi-conducteurs, prouvant l'idée de fabriquer tous les éléments de circuit à partir d'un seul matériau - un semi-conducteur.

Riz. 3. Détente Type 502 J. Kilby. Photo du site http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Le premier circuit véritablement intégré de Kilby, réalisé dans une seule pièce de germanium monolithique, était le circuit intégré déclencheur expérimental de type 502 (Fig. 3). Il utilisait à la fois la résistance volumique du germanium et la capacité de la jonction p-n. Sa présentation a eu lieu en mars 1959. Un petit nombre de ces circuits intégrés ont été fabriqués en laboratoire et vendus à un petit cercle pour 450 dollars. Le circuit intégré contenait six éléments : quatre transistors mesa et deux résistances, placés sur une plaquette de silicium d'un diamètre de 1 cm. Mais le circuit intégré de Kilby présentait un sérieux inconvénient : les transistors mesa, qui, sous la forme de colonnes « actives » microscopiques, dominaient les autres. , partie « passive » du cristal. La connexion des colonnes mesa entre elles dans le Kilby IS a été réalisée au moyen de fins fils d'or bouillants - la « technologie poilue » détestée de tous. Il est devenu clair qu'avec de telles interconnexions, un microcircuit comportant un grand nombre d'éléments ne peut pas être réalisé - la bande métallique se brisera ou se reconnectera. Et le germanium, à cette époque, était déjà considéré comme un matériau peu prometteur. Il n’y a eu aucune percée.

À cette époque, Fairchild avait développé la technologie du silicium planaire. Compte tenu de tout cela, Texas Instruments a dû mettre de côté tout ce que Kilby avait fait et commencer, sans Kilby, à développer une série de circuits intégrés basés sur la technologie du silicium planaire. En octobre 1961, la société a annoncé la création d'une série de circuits intégrés de type SN-51 et, en 1962, elle a commencé leur production et leurs livraisons en série dans l'intérêt du département américain de la Défense et de la NASA.

Propriété intellectuelle de Robert Noyce. Série ISMicrologique”

En 1957, pour plusieurs raisons, W. Shockley, l'inventeur du transistor planaire, quitte un groupe de huit jeunes ingénieurs qui souhaitent tenter de mettre en œuvre leurs propres idées. « Les Huit Traîtres », comme les appelait Shockley, dont les dirigeants étaient R. Noyce et G. Moore, fondèrent la société Fairchild Semiconductor (« bel enfant »). L'entreprise était dirigée par Robert Noyce, il avait alors 23 ans.

Fin 1958, le physicien D. Horney, qui travaillait chez Fairchild Semiconductor, développa la technologie planaire pour la fabrication de transistors. Et le physicien d'origine tchèque Kurt Lehovec, qui a travaillé chez Sprague Electric, a développé une technique permettant d'utiliser une jonction NP connectée en inverse pour isoler électriquement les composants. En 1959, Robert Noyce, ayant entendu parler de la conception des circuits intégrés de Kilby, décida d'essayer de créer un circuit intégré en combinant les processus proposés par Horney et Lehovec. Et au lieu d'une « technologie poilue » d'interconnexions, Noyce a proposé le dépôt sélectif d'une fine couche de métal sur des structures semi-conductrices isolées par du dioxyde de silicium avec une connexion aux contacts des éléments à travers des trous laissés dans la couche isolante. Cela a permis de « plonger » les éléments actifs dans le corps du semi-conducteur, en les isolant avec de l'oxyde de silicium, puis de relier ces éléments avec des pistes pulvérisées en aluminium ou en or, qui sont créées à l'aide des procédés de photolithographie, de métallisation et de gravure à la dernière étape de la fabrication du produit. Ainsi, une version véritablement « monolithique » de combinaison de composants en un seul circuit a été obtenue, et la nouvelle technologie a été appelée « planaire ». Mais il fallait d’abord tester l’idée.

Riz. 4. Déclencheur expérimental par R. Noyce. Photo du site http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Riz. 5. Photo de Micrologic IC dans le magazine Life. Photo du site http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

En août 1959, R. Noyce chargea Joy Last de développer une version du circuit intégré basée sur la technologie planaire. Tout d'abord, comme Kilby, ils ont réalisé un prototype de déclencheur sur plusieurs cristaux de silicium, sur lequel ont été réalisés 4 transistors et 5 résistances. Puis, le 26 mai 1960, le premier déclencheur monopuce était fabriqué. Pour isoler les éléments qu'il contient avec verso La plaquette de silicium a été gravée de rainures profondes remplies de résine époxy. Le 27 septembre 1960, une troisième version du déclencheur a été fabriquée (Fig. 4), dans laquelle les éléments étaient isolés par une jonction p-n connectée en inverse.

Jusque-là, Fairchild Semiconductor n'était impliquée que dans les transistors ; elle ne disposait pas de concepteurs de circuits pour créer des circuits intégrés à semi-conducteurs. C'est pourquoi Robert Norman de Sperry Gyroscope a été invité en tant que concepteur de circuits. Norman connaissait la logique résistance-transistor, que la société, à sa suggestion, a choisie comme base pour sa future série de circuits intégrés « Micrologic », qui a trouvé sa première application dans l'équipement de la fusée Minuteman. En mars 1961, Fairchild annonçait le premier circuit intégré expérimental de cette série (flip-flop contenant six éléments : quatre transistors bipolaires et deux résistances placés sur une plaque d'un diamètre de 1 cm) avec la publication de sa photographie (Fig. 5 ) dans le magazine Vie(daté du 10 mars 1961). Cinq autres IP ont été annoncées en octobre. Et dès le début de 1962, Fairchild a lancé la production en série de circuits intégrés et leur fourniture, également dans l'intérêt du département américain de la Défense et de la NASA.

Kilby et Noyce ont dû écouter de nombreuses critiques concernant leurs innovations. On pensait que le rendement pratique de circuits intégrés appropriés serait très faible. Il est clair qu'elle devrait être inférieure à celle des transistors (puisqu'elle contient plusieurs transistors), pour lesquels elle n'était alors pas supérieure à 15 %. Deuxièmement, beaucoup pensaient que des matériaux inappropriés étaient utilisés dans les circuits intégrés, car à cette époque, les résistances et les condensateurs n'étaient pas fabriqués à partir de semi-conducteurs. Troisièmement, beaucoup ne pouvaient pas accepter l’idée de la non-réparabilité de la propriété intellectuelle. Il leur semblait blasphématoire de jeter un produit dont un seul des nombreux éléments était défaillant. Tous les doutes ont été progressivement dissipés lorsque les circuits intégrés ont été utilisés avec succès dans les programmes militaires et spatiaux américains.

L'un des fondateurs de Fairchild Semiconductor, G. Moore, a formulé la loi fondamentale du développement de la microélectronique sur silicium, selon laquelle le nombre de transistors dans un cristal de circuit intégré doublait chaque année. Cette loi, appelée « loi de Moore », a fonctionné très clairement pendant les 15 premières années (à partir de 1959), puis ce doublement s'est produit en un an et demi environ.

En outre, le secteur de la propriété intellectuelle aux États-Unis a commencé à se développer à un rythme rapide. Aux États-Unis, un processus semblable à une avalanche d'émergence d'entreprises orientées exclusivement « pour le plan » a commencé, atteignant parfois le point qu'une douzaine d'entreprises étaient enregistrées par semaine. A la recherche d'anciens combattants (les cabinets W. Shockley et R. Noyce), ainsi que grâce aux incitations fiscales et aux services fournis par l'Université de Stanford, les « nouveaux arrivants » se sont concentrés principalement dans la vallée de Santa Clara (Californie). Il n’est donc pas surprenant qu’en 1971, avec la main légère du journaliste et vulgarisateur des innovations techniques Don Hofler, l’image romantique et technologique de la « Silicon Valley » soit apparue, devenant à jamais synonyme de la Mecque de la révolution technologique des semi-conducteurs. À propos, dans cette région, il y a vraiment une vallée qui était autrefois célèbre pour ses nombreux vergers d'abricotiers, de cerisiers et de pruniers, qui avant l'apparition de la société Shockley avait un autre nom plus agréable - la Vallée des Délices du Coeur, maintenant, malheureusement , presque oublié.

En 1962, la production de masse de circuits intégrés a commencé aux États-Unis, même si leur volume de livraisons aux clients ne s'élevait qu'à quelques milliers. L'incitation la plus forte au développement de l'industrie de la fabrication d'instruments et de l'électronique sur de nouvelles bases était la technologie des fusées et de l'espace. Les États-Unis ne disposaient pas alors des mêmes puissants missiles balistiques intercontinentaux que les Soviétiques et, pour augmenter la charge, ils furent contraints de minimiser la masse du porteur, y compris les systèmes de contrôle, grâce à l'introduction des dernières avancées en matière de technologie électronique. . Texas Instrument et Fairchild Semiconductor ont conclu d'importants contrats pour la conception et la fabrication de circuits intégrés avec le département américain de la Défense et la NASA.

Les premiers circuits intégrés semi-conducteurs en URSS

À la fin des années 1950, l’industrie soviétique avait tellement besoin de diodes semi-conductrices et de transistors que des mesures radicales étaient nécessaires. En 1959, des usines de fabrication de semi-conducteurs ont été fondées à Alexandrov, Briansk, Voronej, Riga, etc. En janvier 1961, le Comité central du PCUS et le Conseil des ministres de l'URSS ont adopté une autre résolution « Sur le développement de l'industrie des semi-conducteurs », qui prévoyait la construction d'usines et d'instituts de recherche à Kiev, Minsk, Erevan, Nalchik et dans d'autres villes.

Nous serons intéressés par l'une des nouvelles usines - l'usine de dispositifs semi-conducteurs de Riga mentionnée ci-dessus (RZPP, elle a changé de nom à plusieurs reprises, pour plus de simplicité, nous utilisons la plus célèbre, qui est toujours en activité aujourd'hui). Le bâtiment de l'école technique coopérative en construction, d'une superficie de 5 300 m2, a été désigné comme rampe de lancement pour la nouvelle usine et, en même temps, la construction d'un bâtiment spécial a commencé. En février 1960, l'usine avait déjà créé 32 services, 11 laboratoires et une production pilote, qui commença en avril pour préparer la production des premiers appareils. L'usine employait déjà 350 personnes, dont 260 ont été envoyées étudier à l'Institut de recherche de Moscou-35 (plus tard l'Institut de recherche Pulsar) et à l'usine de Leningrad Svetlana au cours de l'année. Et à la fin des années 1960, le nombre d'employés atteignait 1 900 personnes. Initialement, les lignes technologiques étaient situées dans la salle de sport reconstruite du bâtiment de l'école technique coopérative, et les laboratoires OKB étaient situés dans les anciennes salles de classe. L'usine a produit les premiers dispositifs (transistors en germanium de diffusion et de conversion en alliage P-401, P-403, P-601 et P-602 développés par NII-35) 9 mois après la signature de la commande pour sa création, en mars 1960. Et fin juillet, il avait fabriqué les mille premiers transistors P-401. Puis il maîtrise la production de nombreux autres transistors et diodes. En juin 1961, la construction d'un bâtiment spécial a été achevée, dans laquelle la production en série de dispositifs semi-conducteurs a commencé.

Depuis 1961, l'usine a commencé des travaux technologiques et de développement indépendants, notamment la mécanisation et l'automatisation de la production de transistors basés sur la photolithographie. À cette fin, le premier répéteur photo domestique (tampon photo) a été développé - une installation de combinaison et d'impression photo par contact (développée par A.S. Gotman). Une grande aide dans le financement et la fabrication d'équipements uniques a été fournie par des entreprises du ministère de l'Industrie radiophonique, notamment KB-1 (plus tard NPO Almaz, Moscou) et NIIRE. À cette époque, les développeurs les plus actifs d'équipements radio de petite taille, ne disposant pas de leur propre base technologique de semi-conducteurs, cherchaient des moyens d'interagir de manière créative avec les usines de semi-conducteurs nouvellement créées.

Au RZPP, des travaux actifs ont été menés pour automatiser la production de transistors au germanium des types P401 et P403 sur la base de la ligne de production Ausma créée par l'usine. Son concepteur en chef (GC) A.S. Gottman a proposé de créer des chemins de courant à la surface du germanium depuis les électrodes du transistor jusqu'à la périphérie du cristal pour faciliter le soudage des conducteurs du transistor dans le boîtier. Mais surtout, ces pistes pouvaient être utilisées comme bornes externes du transistor lorsqu'elles étaient assemblées en cartes (contenant des éléments de connexion et passifs) sans emballage, en les soudant directement aux plages de contact correspondantes (en fait, la technologie de création de circuits intégrés hybrides était proposé). La méthode proposée, dans laquelle les chemins de courant du cristal semblent embrasser les plages de contact de la carte, a reçu le nom original - « technologie du baiser ». Mais en raison d'un certain nombre de problèmes technologiques qui se sont révélés insolubles à cette époque, principalement liés à des problèmes de précision d'obtention de contacts sur un circuit imprimé, il n'a pas été possible de mettre en œuvre pratiquement la « technologie du baiser ». Quelques années plus tard, une idée similaire a été mise en œuvre aux États-Unis et en URSS et a trouvé une large application dans la technologie dite des « câbles à billes » et dans la technologie « chip-to-board ».

Cependant, les sociétés de matériel informatique coopérant avec le RZPP, notamment le NIIRE, espéraient une « technologie du baiser » et planifiaient son utilisation. Au printemps 1962, lorsqu'il devint évident que sa mise en œuvre était reportée sine die, l'ingénieur en chef du NIIRE V.I. Smirnov a demandé au directeur de RZPP S.A. Bergman pour trouver une autre façon de mettre en œuvre un circuit 2NOR multi-éléments, universel pour la construction d'appareils numériques.

Riz. 7. Circuit équivalent de IC R12-2 (1LB021). Tiré du prospectus IP de 1965.

Le premier SI et SIG par Yuri Osokin. Schéma solide R12-2(série IS 102 Et 116 )

Le directeur du RZPP a confié cette tâche au jeune ingénieur Yuri Valentinovich Osokin. Nous avons organisé un département composé d'un laboratoire technologique, d'un laboratoire de développement et de production de masques photo, d'un laboratoire de mesure et d'une ligne de production pilote. À cette époque, la technologie de fabrication des diodes et des transistors au germanium a été fournie à RZPP et a servi de base au nouveau développement. Et déjà à l'automne 1962, les premiers prototypes du circuit solide en germanium 2NOT-OR furent obtenus (puisque le terme IS n'existait pas alors, par respect pour les affaires de l'époque, on retiendra le nom de « circuit dur » - TS), qui a reçu la désignation d'usine « P12-2 ». Un livret publicitaire de 1965 sur P12-2 a survécu (Fig. 6), informations et illustrations dont nous utiliserons. Le TS R12-2 contenait deux transistors p-n-p en germanium (transistors modifiés de type P401 et P403) avec une charge commune sous la forme d'une résistance distribuée de type p en germanium (Fig. 7).

Riz. 8. Structure du CI R12-2. Tiré du prospectus IP de 1965.

Riz. 9. Dessin dimensionnel du véhicule R12-2. Tiré du prospectus IP de 1965.

Les conducteurs externes sont formés par soudage par thermocompression entre les régions en germanium de la structure TC et l'or des conducteurs de plomb. Cela garantit un fonctionnement stable des circuits sous influences extérieures dans des conditions tropicales et de brouillard marin, ce qui est particulièrement important pour le fonctionnement des centraux téléphoniques automatiques quasi électroniques navals produits par l'usine de Riga VEF, qui s'est également intéressée à ce développement.

Structurellement, le R12-2 TS (et le R12-5 ultérieur) ont été réalisés sous la forme d'une « tablette » (Fig. 9) à partir d'une coupelle métallique ronde d'un diamètre de 3 mm et d'une hauteur de 0,8 mm. Le cristal TC y était placé et rempli d'un composé polymère, d'où sortaient les extrémités extérieures courtes des fils en fil d'or doux d'un diamètre de 50 microns, soudés au cristal. La masse de P12-2 ne dépassait pas 25 mg. Dans cette conception, les véhicules résistaient à une humidité relative de 80 % à une température ambiante de 40 °C et aux changements de température cycliques de -60 ° à 60 °C.

À la fin de 1962, la production pilote du RZPP produisait environ 5 000 véhicules R12-2 et, en 1963, plusieurs dizaines de milliers d'entre eux étaient fabriqués. Ainsi, 1962 est devenue l’année de naissance de l’industrie microélectronique aux États-Unis et en URSS.

Riz. 10. Groupes TS R12-2

Riz. 11. Caractéristiques électriques de base du R12-2

La technologie des semi-conducteurs en était alors à ses balbutiements et ne garantissait pas encore une stricte répétabilité des paramètres. Par conséquent, les appareils utilisables ont été triés en groupes de paramètres (cela se fait souvent à notre époque). Les habitants de Riga ont fait de même en installant 8 classifications standards du véhicule R12-2 (Fig. 10). Toutes les autres caractéristiques électriques et autres sont les mêmes pour toutes les valeurs standard (Fig. 11).

La production du TS R12-2 a commencé simultanément avec la R&D « Dureté », qui s'est terminée en 1964 (GK Yu.V. Osokin). Dans le cadre de ces travaux, une technologie de groupe améliorée pour la production en série de véhicules en germanium a été développée, basée sur la photolithographie et le dépôt galvanique d'alliages à travers un photomasque. Ses principales solutions techniques sont enregistrées comme invention par Yu.V. et Mikhalovitch D.L. (A.S. n° 36845). Plusieurs articles de Yu.V. ont été publiés dans la revue classifiée Spetsradioelectronics. Osokina en collaboration avec les spécialistes KB-1 I.V. Rien, G.G. Smolko et Yu.E. Naumov avec une description de la conception et des caractéristiques du véhicule R12-2 (et du véhicule R12-5 ultérieur).

La conception du P12-2 était bonne en tout, sauf sur une chose : les consommateurs ne savaient pas comment utiliser des produits aussi petits avec les câbles les plus fins. En règle générale, les fabricants de matériel informatique ne disposaient ni de la technologie ni de l'équipement nécessaires. Pendant toute la période de production du R12-2 et du R12-5, leur utilisation a été maîtrisée par le NIIRE, l'usine radio Zhigulevsky du ministère de l'Industrie radiophonique, VEF, NIIP (depuis 1978 NPO Radiopribor) et quelques autres entreprises. Comprenant le problème, les développeurs de TS, en collaboration avec le NIIRE, ont immédiatement pensé à un deuxième niveau de conception, qui en même temps augmentait la densité de la disposition des équipements.

Riz. 12. Module de 4 véhicules R12-2

En 1963, au NIIRE, dans le cadre des travaux de conception et de développement de Kvant (GK A.N. Pelipenko, avec la participation de E.M. Lyakhovich), une conception de module a été développée combinant quatre véhicules R12-2 (Fig. 12). De deux à quatre TC R12-2 (dans un boîtier) ont été placés sur une microcarte en fibre de verre fine, qui implémentait collectivement un certain unité fonctionnelle. Jusqu'à 17 broches (le nombre variait pour un module spécifique) d'une longueur de 4 mm ont été pressées sur la carte. Le microboard a été placé dans une coupelle en métal estampé mesurant 21,6 ? 6,6 mm et 3,1 mm de profondeur et rempli d'un composé polymère. Le résultat est un circuit intégré hybride (HIC) avec double étanchéité des éléments. Et, comme nous l'avons déjà dit, il s'agissait du premier SIG au monde à intégration à deux niveaux et, peut-être, du premier SIG en général. Huit types de modules ont été développés sous le nom général « Quantum », qui remplissaient diverses fonctions logiques. Dans le cadre de ces modules, les véhicules R12-2 sont restés opérationnels lorsqu'ils ont été exposés à des accélérations constantes allant jusqu'à 150 g et à des charges vibratoires dans la plage de fréquences de 5 à 2 000 Hz avec une accélération allant jusqu'à 15 g.

Les modules Kvant ont d'abord été produits par la production pilote du NIIRE, puis transférés à l'usine radio Zhigulevsky du ministère de l'Industrie radiophonique de l'URSS, qui les a fournis à divers consommateurs, y compris l'usine VEF.

Les modules TS R12-2 et « Kvant » basés sur ceux-ci ont fait leurs preuves et sont largement utilisés. En 1968, une norme a été publiée établissant un système de désignation unifié pour les circuits intégrés dans le pays, et en 1969 - Spécifications techniques générales pour les circuits intégrés semi-conducteurs (NP0.073.004TU) et hybrides (NP0.073.003TU) avec système unifié exigences. Conformément à ces exigences, le Bureau central pour l'application des circuits intégrés (TsBPIMS, plus tard CDB Dayton, Zelenograd) a approuvé le 6 février 1969 de nouvelles spécifications techniques ShT3.369.001-1TU pour le véhicule. Dans le même temps, le terme « circuit intégré » de la série 102 est apparu pour la première fois dans la désignation du produit TS R12-2 a commencé à s'appeler IS : 1LB021V, 1LB021G, 1LB021Zh, 1LB021I. En fait, il s'agissait d'un seul circuit intégré, classé en quatre groupes en fonction de la tension de sortie et de la capacité de charge.

Riz. 13. CI séries 116 et 117

Et le 19 septembre 1970, le TsBPIMS a approuvé les spécifications techniques AB0.308.014TU pour les modules Kvant, désignés IS série 116 (Fig. 13). La série comprenait neuf circuits intégrés : 1ХЛ161, 1ХЛ162 et 1ХЛ163 – circuits numériques multifonctionnels ; 1LE161 et 1LE162 – deux et quatre éléments logiques 2NOR ; 1TP161 et 1TP1162 – un et deux déclencheurs ; 1UP161 – amplificateur de puissance, ainsi que 1LP161 – élément logique"interdiction" sur 4 entrées et 4 sorties. Chacun de ces circuits intégrés présentait quatre à sept options de conception, différant par la tension du signal de sortie et la capacité de charge, pour un total de 58 types de circuits intégrés. Les dessins étaient marqués d'une lettre après la partie numérique de la désignation IS, par exemple 1ХЛ161ж. Par la suite, la gamme de modules s'est élargie. Les circuits intégrés de la série 116 étaient en réalité hybrides, mais à la demande du RZPP, ils ont été étiquetés comme semi-conducteurs (le premier chiffre de la désignation est « 1 », les hybrides devraient avoir « 2 »).

En 1972, par décision conjointe du ministère de l'Industrie électronique et du ministère de l'Industrie radiophonique, la production de modules a été transférée de l'usine radio Zhigulevsky à RZPP. Cela a éliminé la possibilité de transporter les circuits intégrés de la série 102 sur de longues distances, et ils ont donc abandonné la nécessité de sceller la puce de chaque circuit intégré. En conséquence, la conception des circuits intégrés des séries 102 et 116 a été simplifiée : il n'était pas nécessaire de conditionner les circuits intégrés de la série 102 dans une coupelle métallique remplie de composé. Les CI non emballés de la série 102 dans des conteneurs technologiques ont été livrés à un atelier voisin pour l'assemblage des CI de la série 116, montés directement sur leur microcarte et scellés dans le boîtier du module.

Au milieu des années 1970, une nouvelle norme pour le système de notation IP a été publiée. Après cela, par exemple, IS 1LB021V a reçu la désignation 102LB1V.

Deuxième SI et SIG par Yuri Osokin. Schéma solide R12-5(série IS 103 Et 117 )

Au début de 1963, à la suite de travaux sérieux sur le développement de transistors n-p-n haute fréquence, l'équipe de Yu.V. Osokina a accumulé une vaste expérience en travaillant avec les couches P sur la plaquette de n-germanium originale. Ceci et la présence de tous les composants technologiques nécessaires ont permis à Osokin de commencer en 1963 à développer de nouvelles technologies et à concevoir une version plus rapide du véhicule. En 1964, sur ordre du NIIRE, le développement du véhicule R12-5 et des modules basés sur celui-ci a été achevé. Sur la base de ses résultats, le R&D de Palanga a été ouvert en 1965 (GK Yu.V. Osokin, son adjoint - D.L. Mikhalovich, a achevé ses travaux en 1966). Les modules basés sur le R12-5 ont été développés au sein du même projet R&D « Kvant » que les modules basés sur le R12-2. Simultanément aux spécifications techniques des séries 102 et 116, les spécifications techniques ShT3.369.002-2TU pour le circuit intégré de la série 103 (R12-5) et AV0.308.016TU pour le circuit intégré de la série 117 (modules basés sur le circuit intégré de la série 103) ont été approuvé. La nomenclature des types et des valeurs standard du TS R12-2, des modules qui les composent et des séries IS 102 et 116 était identique à la nomenclature des séries TS R12-5 et IS 103 et 117, respectivement. Ils ne différaient que par la vitesse et la technologie de fabrication du cristal IC. Le temps de propagation typique de la série 117 était de 55 ns contre 200 ns pour la série 116.

Structurellement, le R12-5 TS était une structure semi-conductrice à quatre couches (Fig. 14), dans laquelle le substrat de type n et les émetteurs de type p + étaient connectés à un bus de masse commun. Les principales solutions techniques pour la construction du véhicule R12-5 sont enregistrées comme une invention de Yu.V. Osokin, D.L. Mikhalovich. Kaydalova Zh.A et Akmensa Ya.P. (A.S. n° 248847). Lors de la fabrication de la structure à quatre couches du TC R12-5, un savoir-faire important a été la formation d'une couche P de type N dans la plaque de germanium d'origine. Ceci a été réalisé par diffusion de zinc dans une ampoule de quartz scellée, où les plaques sont situées à une température d'environ 900°C, et le zinc est situé à l'autre extrémité de l'ampoule à une température d'environ 500°C. La structure TS dans la couche P créée est similaire à celle du TS P12-2. Les nouvelles technologies ont permis d'éviter la forme complexe du cristal TS. Les tranches avec P12-5 ont également été meulées depuis l'arrière jusqu'à une épaisseur d'environ 150 microns, préservant une partie de la tranche d'origine, puis elles ont été gravées dans des puces IC rectangulaires individuelles.

Riz. 14. Structure du cristal TS R12-5 du numéro AS 248847. 1 et 2 – masse, 3 et 4 – entrées, 5 – sortie, 6 – alimentation

Après le premier résultats positifs production de véhicules expérimentaux R12-5, sur ordre de KB-1, le projet de recherche Mezon-2 a été ouvert, visant à créer un véhicule avec quatre R12-5. En 1965, des échantillons de travail dans un boîtier plat en métal-céramique ont été obtenus. Mais le P12-5 s'est avéré difficile à fabriquer, principalement en raison de la difficulté de former une couche P dopée au zinc sur la plaquette de n-Ge d'origine. La production du cristal s'est avérée laborieuse, le pourcentage de rendement est faible et le coût du véhicule est élevé. Pour les mêmes raisons, le R12-5 TC a été produit en petits volumes et ne pouvait pas remplacer le R12-2, plus lent mais plus avancé technologiquement. Et le projet de recherche Mezon-2 n'a pas été poursuivi du tout, notamment en raison de problèmes d'interconnexion.

À cette époque, l'Institut de recherche Pulsar et le NIIME menaient déjà des travaux approfondis sur le développement de la technologie du silicium planaire, qui présente de nombreux avantages par rapport à la technologie du germanium, dont le principal est une plage de températures de fonctionnement plus élevée (+150°C). pour le silicium et +70°C pour le germanium) et la présence de silicium naturel film protecteur SiO2. Et la spécialisation du RZPP a été réorientée vers la création de circuits intégrés analogiques. Par conséquent, les spécialistes du RZPP ont jugé inapproprié le développement de la technologie du germanium pour la production de circuits intégrés. Cependant, dans la production de transistors et de diodes, le germanium n'a pas perdu sa place depuis un certain temps. Dans le département de Yu.V. Osokin, après 1966, les transistors micro-ondes planaires à faible bruit en germanium RZPP GT329, GT341, GT 383, etc. ont été développés et produits. Leur création a reçu le prix d'État de l'URSS lettone.

Application

Riz. 15. Dispositif arithmétique sur modules à circuits solides. Photo du livret TS daté de 1965.

Riz. 16. Dimensions comparatives du dispositif de commande automatique du central téléphonique, réalisé sur un relais et un véhicule. Photo du livret TS daté de 1965.

Les clients et premiers consommateurs du R12-2 TS et des modules ont été les créateurs de systèmes spécifiques : l'ordinateur Gnome (Fig. 15) pour le système embarqué Kupol (NIIRE, GK Lyakhovich E.M.) et les centraux téléphoniques automatiques navals et civils (usine VEF, GK Misulovin L.Ya.). A participé activement à toutes les étapes de la création des véhicules et modules R12-2, R12-5 sur ceux-ci et KB-1, le principal conservateur de cette coopération de KB-1 était N.A. Barkanov. Ils ont contribué au financement, à la fabrication d'équipements, à la recherche de véhicules et de modules dans différents modes et conditions d'exploitation.

Les modules TS R12-2 et « Kvant » basés sur celui-ci ont été les premiers microcircuits du pays. Et au monde, ils ont été parmi les premiers - ce n'est qu'aux États-Unis que Texas Instruments et Fairchild Semiconductor ont commencé à produire leurs premiers circuits intégrés à semi-conducteurs, et en 1964, IBM Corporation a commencé à produire des circuits intégrés hybrides à couche épaisse pour ses ordinateurs. Dans d’autres pays, la propriété intellectuelle n’a pas encore été envisagée. Les circuits intégrés constituaient donc une curiosité pour le public ; l'efficacité de leur utilisation produisait une impression frappante et était mise en avant dans la publicité. Le livret survivant sur le véhicule R12-2 de 1965 (basé sur des applications réelles) dit : « L'utilisation de circuits à semi-conducteurs P12-2 dans les appareils informatiques embarqués permet de réduire de 10 à 20 fois le poids et les dimensions de ces appareils, de réduire la consommation d'énergie et d'augmenter la fiabilité opérationnelle. ... L'utilisation de circuits solides P12-2 dans les systèmes de contrôle et la commutation des chemins de transmission d'informations des centraux téléphoniques automatiques permet de réduire le volume des dispositifs de contrôle d'environ 300 fois, ainsi que de réduire considérablement la consommation électrique (30-50 fois)" . Ces déclarations ont été illustrées par des photographies du dispositif arithmétique de l'ordinateur Gnome (Fig. 15) et une comparaison du rack ATS à relais produit par l'usine VEF à cette époque avec un petit bloc sur la paume de la fille (Fig. 16) . Il existe de nombreuses autres applications des premiers circuits intégrés de Riga.

Production

Il est désormais difficile de restituer une image complète des volumes de production des séries IC 102 et 103 par année (aujourd'hui, RZPP est passée d'une grande usine à une petite production et de nombreuses archives ont été perdues). Mais selon les mémoires de Yu.V. Osokin, dans la seconde moitié des années 1960, la production s'élevait à plusieurs centaines de milliers par an, dans les années 1970, à des millions. Selon ses notes personnelles survivantes, en 1985, les circuits intégrés de la série 102 ont été produits - 4 100 000 pièces, les modules de la série 116 - 1 025 000 pièces, les circuits intégrés de la série 103 - 700 000 pièces, les modules de la série 117 - 175 000 pièces. .

Fin 1989, Yu.V. Osokin, alors directeur général de l'Alpha Production Association, s'est tourné vers la direction de la Commission militaro-industrielle du Conseil des ministres de l'URSS (MIC) pour lui demander de retirer les séries 102, 103, 116 et 117 de la production en raison de leur obsolescence et une forte intensité de travail (en 25 ans, la microélectronique est loin d'avoir progressé), mais a reçu un refus catégorique. Vice-président du complexe militaro-industriel V.L. Koblov lui a dit que les avions volaient de manière fiable et que le remplacement était exclu. Après l'effondrement de l'URSS, les séries IC 102, 103, 116 et 117 ont été produites jusqu'au milieu des années 1990, soit pendant plus de 30 ans. Les ordinateurs Gnome sont toujours installés dans la cabine de navigation de l'Il-76 et de certains autres avions. "C'est un supercalculateur", nos pilotes ne sont pas désemparés lorsque leurs collègues étrangers sont surpris par leur intérêt pour cet appareil inédit.

À propos des priorités

Malgré le fait que J. Kilby et R. Noyce aient eu des prédécesseurs, ils sont reconnus par la communauté mondiale comme les inventeurs du circuit intégré.

R. Kilby et J. Noyce, par l'intermédiaire de leurs sociétés, ont déposé des demandes de brevet pour l'invention d'un circuit intégré. Texas Instruments a déposé une demande de brevet plus tôt, en février 1959, et Fairchild ne l'a fait qu'en juillet de la même année. Mais le brevet numéro 2981877 a été délivré en avril 1961 à R. Noyce. J. Kilby a intenté une action en justice et n'a reçu son brevet numéro 3138743 qu'en juin 1964. Il y a ensuite eu une guerre de priorités de dix ans, à la suite de laquelle (dans de rares cas) « l'amitié a gagné ». En fin de compte, la Cour d'appel a confirmé la prétention de Noyce à la primauté technologique, mais a statué que J. Kilby devait être crédité de la création du premier microcircuit fonctionnel. Et Texas Instruments et Fairchild Semiconductor ont signé un accord sur les technologies de licences croisées.

En URSS, le brevetage des inventions ne procurait aux auteurs que des tracas, un paiement unique insignifiant et une satisfaction morale, de sorte que de nombreuses inventions n'étaient pas enregistrées du tout. Et Osokin n'était pas non plus pressé. Mais pour les entreprises, le nombre d’inventions était l’un des indicateurs, elles devaient donc encore être enregistrées. Par conséquent, Yu. Osokina et D. Mikhalovich n'ont reçu le certificat d'auteur de l'URSS n° 36845 pour l'invention du véhicule R12-2 que le 28 juin 1966.

Et J. Kilby est devenu en 2000 l'un des lauréats du prix Nobel pour l'invention de la propriété intellectuelle. R. Noyce n'a pas reçu de reconnaissance mondiale ; il est décédé en 1990 et, selon le règlement, le prix Nobel n'est pas décerné à titre posthume. Ce qui, dans ce cas, n'est pas tout à fait juste, puisque toute la microélectronique a suivi la voie amorcée par R. Noyce. L'autorité de Noyce parmi les spécialistes était si élevée qu'il reçut même le surnom de « maire de la Silicon Valley », car il était alors le plus populaire des scientifiques travaillant dans cette partie de la Californie, qui reçut le nom officieux de Silicon Valley (V. Shockley s'appelait « Moïse de la Silicon Valley »). Mais le chemin de J. Kilby (germanium « poilu ») s'est avéré être une impasse et n'a pas été mis en œuvre même dans son entreprise. Mais la vie n'est pas toujours juste.

Le prix Nobel a été décerné à trois scientifiques. La moitié a été reçue par Jack Kilby, 77 ans, et l'autre moitié a été partagée entre l'académicien de l'Académie russe des sciences Zhores Alferov et le professeur de l'Université de Californie à Santa Barbara, l'américain allemand Herbert Kremer, pour « le développement d’hétérostructures semi-conductrices utilisées en optoélectronique à grande vitesse.

En évaluant ces travaux, les experts ont noté que «les circuits intégrés sont, bien entendu, la découverte du siècle, qui a eu un profond impact sur la société et l'économie mondiale». Pour l’oublié J. Kilby, le prix Nobel a été une surprise. Dans une interview avec le magazine Actualités Europhysique Il admit: " À cette époque, je ne pensais qu’à ce qui serait important d’un point de vue économique pour le développement de l’électronique. Mais je ne comprenais pas alors que la réduction du coût des produits électroniques provoquerait une avalanche de croissance dans les technologies électroniques.».

Et les travaux de Yu. Osokin ne sont pas seulement appréciés par le Comité Nobel. Ils sont également oubliés dans notre pays ; la priorité du pays dans la création de la microélectronique n’est pas protégée. Et il l’était sans aucun doute.

Dans les années 1950, la base matérielle a été créée pour la formation de produits multi-éléments - des circuits intégrés - dans un cristal monolithique ou sur un substrat céramique. Il n’est donc pas surprenant que presque simultanément l’idée de propriété intellectuelle soit apparue indépendamment dans l’esprit de nombreux spécialistes. Et la rapidité de mise en œuvre d'une nouvelle idée dépendait des capacités technologiques de l'auteur et de l'intérêt du fabricant, c'est-à-dire de la présence du premier consommateur. À cet égard, Yu. Osokin se trouvait dans une meilleure position que ses collègues américains. Kilby était nouveau chez TI, il devait même prouver à la direction de l'entreprise la possibilité fondamentale de mettre en œuvre un circuit monolithique en réalisant son tracé. En fait, le rôle de J. Kilby dans la création de l'IP revient à rééduquer la direction de TI et à inciter R. Noyce à agir activement avec sa mise en page. L'invention de Kilby n'a pas été produite en série. R. Noyce, dans sa jeune et pas encore entreprise solide, est allé créer une nouvelle technologie planaire, qui est effectivement devenue la base de la microélectronique ultérieure, mais n'a pas immédiatement cédé à l'auteur. En relation avec ce qui précède, eux et leurs entreprises ont dû consacrer beaucoup d'efforts et de temps pour mettre en pratique leurs idées sur la construction de circuits intégrés produits en série. Leurs premiers échantillons sont restés expérimentaux, mais d'autres microcircuits, qu'ils n'ont même pas développés, ont été produits en série. Contrairement à Kilby et Noyce, qui étaient loin de la production, le propriétaire de l'usine, Yu Osokin, s'est appuyé sur les technologies de semi-conducteurs RZPP développées industriellement, et il a garanti aux consommateurs les premiers véhicules sous la forme de l'initiateur du développement du NIIRE et de l'usine voisine VEF, qui a aidé dans ce travail. Pour ces raisons, la première version de son véhicule est immédiatement passée en production expérimentale, qui a ensuite évolué en douceur vers une production de masse, qui s'est poursuivie sans interruption pendant plus de 30 ans. Ainsi, ayant commencé à développer le TS plus tard que Kilby et Noyce, Yu Osokin (ne connaissant pas cette compétition) les rattrapa rapidement. De plus, les travaux de Yu. Osokin n'ont aucun lien avec les travaux des Américains, comme en témoigne la dissemblance absolue de son véhicule et des solutions mises en œuvre à partir des microcircuits Kilby et Noyce. Texas Instruments (et non l'invention de Kilby), Fairchild et RZPP ont commencé la production de leurs circuits intégrés presque simultanément, en 1962. Cela donne tout à fait le droit de considérer Yu. Osokin comme l'un des inventeurs du circuit intégré au même titre que R. Noyce et plus que J. Kilby, et il serait juste de partager une partie du prix Nobel pour J. Kilby avec Yu. Osokin. Quant à l’invention du premier SIG à intégration à deux niveaux (et éventuellement du SIG en général), ici la priorité A. Pelipenko du NIIRE est absolument incontestable.

Malheureusement, il n'a pas été possible de trouver des échantillons de véhicules et d'appareils basés sur ceux-ci, nécessaires aux musées. L’auteur serait très reconnaissant pour de tels échantillons ou photographies d’eux.

Circuit intégré (IC, microcircuit), puce, micropuce (anglais microchip, puce de silicium, puce - plaque mince - à l'origine le terme désignait une plaque d'un cristal de microcircuit) - dispositif microélectronique - circuit électrique de complexité arbitraire (cristal), fabriqué sur un substrat semi-conducteur (plaquette ou film) et placé dans un boîtier non séparable, ou sans boîtier, s'il est inclus dans un micro-assemblage.

La microélectronique est la réalisation scientifique et technique la plus significative et, comme beaucoup le pensent, la plus importante de notre époque. Elle peut être comparée à des tournants de l'histoire de la technologie tels que l'invention de l'imprimerie au XVIe siècle, la création de la machine à vapeur au XVIIIe siècle et le développement de l'électrotechnique au XIXe siècle. Et quand on parle aujourd’hui de révolution scientifique et technologique, on pense avant tout à la microélectronique. Comme aucune autre réalisation technique de nos jours, elle imprègne toutes les sphères de la vie et rend réalité ce qui était tout simplement inimaginable hier. Pour s'en convaincre, il suffit de rappeler les calculatrices de poche, les radios miniatures, les appareils de commande électroniques des appareils électroménagers, les montres, les ordinateurs et les ordinateurs programmables. Et ce n’est qu’une petite partie de son domaine d’application !

La microélectronique doit son émergence et son existence même à la création d'un nouvel élément électronique subminiature : un circuit intégré. L'apparition de ces circuits, en fait, n'était pas une sorte d'invention fondamentalement nouvelle - elle découlait directement de la logique du développement des dispositifs à semi-conducteurs. Au début, lorsque les éléments semi-conducteurs commençaient tout juste à être utilisés, chaque transistor, résistance ou diode était utilisé séparément, c'est-à-dire qu'il était enfermé dans son propre boîtier individuel et inclus dans le circuit à l'aide de ses contacts individuels. Cela a été fait même dans les cas où il était nécessaire d'assembler de nombreux circuits similaires à partir des mêmes éléments.

Peu à peu, on a compris qu'il était plus rationnel de ne pas assembler de tels dispositifs à partir d'éléments individuels, mais de les fabriquer immédiatement sur un cristal commun, d'autant plus que l'électronique à semi-conducteurs créait toutes les conditions préalables pour cela. En fait, tous les éléments semi-conducteurs sont très similaires dans leur structure, ont le même principe de fonctionnement et ne diffèrent que par la position relative des régions p-n.

Ces zones p-n, on s'en souvient, sont créés en introduisant des impuretés du même type dans la couche superficielle d'un cristal semi-conducteur. De plus, un fonctionnement fiable et à tous points de vue satisfaisant de la grande majorité des éléments semi-conducteurs est assuré avec une épaisseur de couche de travail superficielle de quelques millièmes de millimètre. Les plus petits transistors n'utilisent généralement que la couche supérieure de la puce semi-conductrice, qui ne représente que 1 % de son épaisseur. Les 99 % restants font office de support ou de substrat, car sans substrat, le transistor pourrait tout simplement s'effondrer au moindre contact. Ainsi, grâce à la technologie utilisée pour la fabrication de composants électroniques individuels, il est possible de créer immédiatement un circuit complet de plusieurs dizaines, centaines, voire milliers de tels composants sur une seule puce.

Les avantages qui en découleront seront énormes. Premièrement, les coûts diminueront immédiatement (le coût d'un microcircuit est généralement des centaines de fois inférieur au coût total de tous les éléments électroniques de ses composants). Deuxièmement, un tel dispositif sera beaucoup plus fiable (comme le montre l'expérience, des milliers et des dizaines de milliers de fois), et cela est d'une importance capitale, car trouver un défaut dans un circuit composé de dizaines ou de centaines de milliers de composants électroniques se transforme en un problème extrêmement complexe. Troisièmement, du fait que tous les éléments électroniques d'un circuit intégré sont des centaines et des milliers de fois plus petits que leurs homologues d'un circuit conventionnel, leur consommation d'énergie est bien inférieure et leurs performances sont bien supérieures.

L'événement clé qui a annoncé l'arrivée de l'intégration en électronique a été la proposition de l'ingénieur américain J. Kilby de Texas Instruments d'obtenir des éléments équivalents pour l'ensemble du circuit, tels que des registres, des condensateurs, des transistors et des diodes, dans une pièce monolithique de silicium pur. . Kilby a créé le premier circuit intégré à semi-conducteurs au cours de l'été 1958. Et déjà en 1961, Fairchild Semiconductor Corporation a lancé les premières puces série pour ordinateurs : un circuit de coïncidence, un registre à demi-décalage et un déclencheur. La même année, la production de semi-conducteurs intégrés circuits logiques masterisé par la société texane.

L'année suivante, des circuits intégrés d'autres sociétés apparaissent. DANS un bref délais en conception intégrale ont été créés Divers types amplificateurs. En 1962, RCA a développé des puces matricielles mémoire intégrées pour les périphériques de stockage informatique. Peu à peu, la production de microcircuits s'est établie dans tous les pays - l'ère de la microélectronique a commencé.

Le matériau de départ d’un circuit intégré est généralement une plaquette brute de silicium pur. Il a une taille relativement importante, puisque plusieurs centaines de microcircuits du même type y sont fabriqués simultanément. La première opération est que sous l'influence de l'oxygène à une température de 1000 degrés, une couche de dioxyde de silicium se forme à la surface de cette plaque. L'oxyde de silicium se caractérise par une grande résistance chimique et mécanique et possède les propriétés d'un excellent diélectrique, offrant une isolation fiable au silicium situé en dessous.

L'étape suivante consiste à introduire des impuretés pour créer des bandes de conduction p ou n. Pour ce faire, le film d'oxyde est retiré des endroits de la plaque qui correspondent aux composants électroniques individuels. La sélection des zones souhaitées s'effectue à l'aide d'un procédé appelé photolithographie. Premièrement, toute la couche d'oxyde est recouverte d'un composé photosensible (photorésist), qui joue le rôle d'un film photographique - il peut être exposé et développé. Après cela, à travers un photomasque spécial contenant un motif de la surface du cristal semi-conducteur, la plaque est éclairée par des rayons ultraviolets.

Sous l'influence de la lumière, un motif plat se forme sur la couche d'oxyde, les zones non exposées restant claires et toutes les autres sombres. À l'endroit où la photorésistance est exposée à la lumière, se forment des zones insolubles du film résistantes aux acides. La tranche est ensuite traitée avec un solvant qui élimine la résine photosensible des zones exposées. À partir des zones exposées (et uniquement à partir d'elles), la couche d'oxyde de silicium est éliminée à l'acide.

En conséquence, l’oxyde de silicium se dissout aux bons endroits et des « fenêtres » de silicium pur s’ouvrent, prêtes à l’introduction d’impuretés (ligature). Pour ce faire, la surface du substrat à une température de 900 à 1 200 degrés est exposée à l'impureté souhaitée, par exemple du phosphore ou de l'arsenic, pour obtenir une conductivité de type N. Les atomes d'impuretés pénètrent profondément dans le silicium pur, mais sont repoussés par son oxyde. Après avoir traité la tranche avec un type d'impureté, elle est préparée pour la ligature avec un autre type - la surface de la tranche est à nouveau recouverte d'une couche d'oxyde, une nouvelle photolithographie et une nouvelle gravure sont effectuées, à la suite de quoi de nouvelles « fenêtres » de silicium sont ouverts.

S'ensuit une nouvelle ligation, par exemple avec du bore, pour obtenir une conductivité de type p. Ainsi, les régions p et n se forment sur toute la surface du cristal aux bons endroits. L'isolation entre les éléments individuels peut être créée de plusieurs manières : une couche d'oxyde de silicium peut servir d'isolation, ou des jonctions p-n bloquantes peuvent également être créées aux bons endroits.

L'étape suivante du traitement est associée à l'application de connexions conductrices (lignes conductrices) entre les éléments du circuit intégré, ainsi qu'entre ces éléments et les contacts pour connecter des circuits externes. Pour ce faire, une fine couche d'aluminium est pulvérisée sur le substrat, qui se dépose sous la forme d'un film mince. Il est soumis à un traitement photolithographique et à une gravure similaires à ceux décrits ci-dessus. En conséquence, seules de fines lignes conductrices et des plages de contact subsistent de toute la couche métallique.

Enfin, toute la surface de la puce semi-conductrice est recouverte d'une couche protectrice (le plus souvent du verre silicaté), qui est ensuite retirée des plages de contact. Tous les microcircuits fabriqués sont soumis aux tests les plus stricts sur un banc de contrôle et d'essai. Les circuits défectueux sont marqués d'un point rouge. Enfin, le cristal est découpé en plaques de puces individuelles, chacune étant enfermée dans un boîtier durable avec des câbles pour la connexion aux circuits externes.

La complexité d'un circuit intégré est caractérisée par un indicateur appelé degré d'intégration. Les circuits intégrés comportant plus de 100 éléments sont appelés circuits à faible intégration ; circuits contenant jusqu'à 1000 éléments - circuits intégrés avec un degré d'intégration moyen ; les circuits contenant jusqu'à des dizaines de milliers d'éléments sont appelés grands circuits intégrés. Des circuits contenant jusqu'à un million d'éléments sont déjà en cours de fabrication (on les appelle ultra-grands). L'augmentation progressive de l'intégration a conduit au fait que chaque année, les projets deviennent de plus en plus miniatures et, par conséquent, de plus en plus complexes.

Grande quantité appareils électroniques, qui avait auparavant de grandes dimensions, tient désormais sur une minuscule plaquette de silicium. Un événement extrêmement important sur cette voie a été la création en 1971 par la société américaine Intel d'un circuit intégré unique pour effectuer des opérations arithmétiques et logiques - un microprocesseur. Cela impliquait une percée grandiose de la microélectronique dans le domaine de la technologie informatique.

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