Az integrált tábla létrehozásának története. Mikroáramkörök sorozata. IC-k és tesztáramkörök funkcionális vezérlése

Bevezetés

Az első számítógépek megjelenése óta a szoftverfejlesztők olyan hardverről álmodoztak, amelyet pontosan a problémájuk megoldására terveztek. Ezért már jó ideje felmerült a speciális integrált áramkörök létrehozásának ötlete, amelyek egy adott feladat hatékony végrehajtására szabhatók. Itt két fejlődési út van:

• Az úgynevezett speciális egyedi integrált áramkörök (ASIC - Application Specific Integrated Circuit) alkalmazása. Ahogy a neve is sugallja, az ilyen chipeket a gyártók készítik hardver egyedi feladat egy adott feladat vagy feladatkör hatékony elvégzésére. Nem rendelkeznek a hagyományos mikroáramkörök sokoldalúságával, viszont sokszor gyorsabban, esetenként nagyságrendekkel oldják meg a rájuk bízott feladatokat.
• Újrakonfigurálható architektúrájú mikroáramkörök létrehozása. Az ötlet az, hogy az ilyen chipek programozatlan állapotban érkezzenek meg a fejlesztőhöz vagy a szoftverfelhasználóhoz, és a neki legmegfelelőbb architektúrát tudja megvalósítani rajtuk. Nézzük meg közelebbről kialakulásuk folyamatát.

Idővel nagyszámú, újrakonfigurálható architektúrájú chip jelent meg (1. ábra).

1. ábra Újrakonfigurálható architektúrájú chipek változatossága

Elég hosszú ideig csak PLD (Programmable Logic Device) eszközök léteztek a piacon. Ebbe az osztályba olyan eszközök tartoznak, amelyek a hozzárendelt problémák megoldásához szükséges funkciókat tökéletes diszjunktív formájában valósítják meg normál alakú(tökéletes DNF). Elsőként 1970-ben jelentek meg az EEPROM chipek, amelyek kifejezetten a PLD eszközök osztályába tartoznak. Mindegyik áramkörnek volt egy fix tömbje ÉS logikai függvényekből, amelyek a VAGY logikai függvények programozható készletéhez kapcsolódtak. Például vegyünk egy PROM-ot 3 bemenettel (a, b és c) és 3 kimenettel (w, x és y) (2. ábra).

Rizs. 2. PROM chip

Egy előre definiált ÉS tömb használatával a bemeneti változók feletti összes lehetséges konjunkció megvalósul, amelyeket aztán tetszőlegesen kombinálhatunk VAGY elemekkel. Így a kimeneten három változó bármely függvényét megvalósíthatja tökéletes DNF formájában. Például, ha programozza azokat a VAGY elemeket, amelyek a 2. ábrán pirossal vannak bekarikázva, akkor a kimenetek a w=a x=(a&b) függvényeket állítják elő; y=(a&b)^c.

Kezdetben a PROM chipek programutasítások és állandó értékek tárolására szolgáltak, pl. számítógép memóriafunkcióinak elvégzésére. A fejlesztők azonban egyszerű logikai függvények megvalósítására is használják őket. Valójában a chip PROM-ja bármilyen logikai blokk megvalósítására használható, feltéve, hogy kis számú bemenettel rendelkezik. Ez a feltétel abból a tényből következik, hogy az EEPROM mikroáramkörökben az ÉS elemek mátrixa szigorúan definiált - a bemenetek összes lehetséges konjunkciója megvalósul benne, vagyis az ÉS elemek száma egyenlő 2 * 2 n, ahol n a bemenetek száma. Nyilvánvaló, hogy az n szám növekedésével a tömb mérete nagyon gyorsan növekszik.

Ezután 1975-ben jelentek meg az úgynevezett programozható logikai tömbök (PLM). Ezek a mikroáramkörök PROM-jainak gondolatának folytatása - a PLM-ek ÉS és VAGY tömbökből is állnak, azonban a PROM-okkal ellentétben mindkét tömb programozható. Ez nagyobb rugalmasságot biztosít az ilyen chipek számára, de soha nem voltak elterjedtek, mert a jelek sokkal tovább haladnak a programozható kapcsolatokon, mint az előre meghatározott megfelelőiken.

A PLM-ekben rejlő sebességprobléma megoldására az 1970-es évek végén megjelent az eszközök egy további osztálya, a programozható tömblogika (PAL). A PAL chipek ötletének továbbfejlesztése a GAL (Generic Array Logic) eszközök megjelenése volt - a PAL összetettebb változatai CMOS tranzisztorokat használva. Az itt használt ötlet pontosan az ellenkezője a PROM chipek ötletének - egy programozható AND elemek tömbje csatlakozik egy előre meghatározott VAGY elemek tömbjéhez (3. ábra).

Rizs. 3. Programozatlan PAL eszköz

Ez korlátozza a funkcionalitást, azonban az ilyen eszközök lényegesen kisebb tömböket igényelnek, mint az EPROM chipeknél.

Az egyszerű PLD-k logikus folytatása volt az úgynevezett összetett PLD-k megjelenése, amelyek egyszerű PLD-k több blokkjából állnak (általában egyszerű PLD-ként használják a PAL-eszközöket), amelyeket egy programozható kapcsolómátrix egyesít. Magukon a PLD blokkokon kívül ezen kapcsolómátrix segítségével lehetett programozni a köztük lévő kapcsolatokat is. Az első komplex PLD-k a 70-es évek végén és a 20. század 80-as évek elején jelentek meg, de ezen a területen a fő fejlődés 1984-ben következett be, amikor az Altera bevezette a CMOS és EPROM technológiák kombinációján alapuló összetett PLD-t.

Az FPGA megjelenése

Az 1980-as évek elején a digitális ASIC környezetben szakadék nyílt meg az eszközök fő típusai között. Egyrészt voltak PLD-k, amelyek minden konkrét feladatra programozhatók, és meglehetősen egyszerűen legyárthatóak, de nem használhatók bonyolult funkciók megvalósítására. Másrészt vannak olyan ASIC-ek, amelyek rendkívül összetett funkciókat tudnak megvalósítani, de mereven rögzített architektúrájúak, gyártásuk időigényes és költséges. Szükség volt egy közbenső linkre, és az FPGA (Field Programmable Gate Arrays) eszközök váltak ilyen kapcsolattá.

Az FPGA-k, akárcsak a PLD-k, programozható eszközök. A fő alapvető különbség az FPGA és a PLD között az, hogy az FPGA funkcióit nem DNF, hanem programozható keresési táblák (LUT) segítségével valósítják meg. Ezekben a táblázatokban a függvényértékeket egy igazságtáblázat segítségével adjuk meg, amelyből egy multiplexer segítségével kiválasztjuk a kívánt eredményt (4. ábra):

Rizs. 4. Levelezési táblázat

Minden FPGA eszköz programozható logikai blokkokból (Configurable Logic Blocks – CLB) áll, amelyeket szintén programozható kapcsolatok kötnek össze. Minden ilyen blokk egy bizonyos funkció vagy annak egy részének programozására szolgál, de más célokra is használható, például memóriaként.

Az első FPGA-eszközökben, amelyeket a 80-as évek közepén fejlesztettek ki, a logikai blokk nagyon egyszerű volt, és egy 3 bemenetes LUT-t, egy flip-flop-ot és néhány segédelemet tartalmazott. A modern FPGA eszközök sokkal összetettebbek: minden CLB blokk 1-4 „szeletből” áll, amelyek mindegyike több LUT táblát (általában 6 bemenetes), több triggert és nagyszámú szolgáltatási elemet tartalmaz. Íme egy példa egy modern "szeletre":

Rizs. 5. A modern "vágás" eszköze

Következtetés

Mivel a PLD eszközök nem tudnak összetett funkciókat megvalósítani, továbbra is egyszerű funkciók megvalósítására használják őket hordozható készülékekés kommunikáció, míg az FPGA-eszközök 1000 kapumérettől (az első FPGA-t 1985-ben fejlesztették ki) Ebben a pillanatbanátlépte a 10 milliós kapuhatárt (Virtex-6 család). Aktívan fejlesztik és már le is cserélik az ASIC chipeket, amelyek lehetővé teszik számos rendkívül összetett funkció megvalósítását anélkül, hogy elveszítenék az újraprogramozási képességet.

Most még többé-kevésbé fejlett Mobiltelefonok nem nélkülözheti a mikroprocesszort, nem is beszélve a tabletekről, laptopokról és asztali számítógépekről személyi számítógépek. Mi az a mikroprocesszor, és hogyan alakult a létrehozásának története? Egyszerűen fogalmazva, a mikroprocesszor egy összetettebb és többfunkciós integrált áramkör.

A mikroáramkör (integrált áramkör) története kezdődik 1958 óta, amikor a Texas Instruments amerikai cég alkalmazottja, Jack Kilby feltalált egy bizonyos félvezető eszközt, amely egy tokban több tranzisztort tartalmaz, vezetékekkel összekötve. Az első mikroáramkör - a mikroprocesszor őse - mindössze 6 tranzisztort tartalmazott, és egy vékony germániumlemez volt, aranyból készült sávokkal, mindezt üveghordozón helyezték el. Összehasonlításképpen, ma egységek, sőt több tízmillió félvezető elem létezik.

1970-re meglehetősen sok gyártó foglalkozott különböző kapacitású és különböző funkcionális területű integrált áramkörök fejlesztésével és létrehozásával. De ez az év tekinthető az első mikroprocesszor születési dátumának. Ebben az évben az Intel megalkotott egy mindössze 1 Kbit kapacitású memóriachipet – ez a modern processzorok számára elhanyagolható, de akkoriban hihetetlenül nagy. Abban az időben ez óriási eredmény volt - a memóriachip akár 128 bájtnyi információt is képes tárolni - sokkal nagyobb, mint a hasonló analógok. Ezenkívül nagyjából ugyanebben az időben a japán Busicom számológépgyártó ugyanazt az Intel 12 mikroáramkört rendelte meg különböző funkcionális területeken. Az Intel specialistáinak sikerült mind a 12 funkcionális területet egyetlen chipben megvalósítaniuk. Ezenkívül a létrehozott mikroáramkör többfunkciósnak bizonyult, mivel lehetővé tette funkcióinak programozott megváltoztatását a fizikai szerkezet megváltoztatása nélkül. A mikroáramkör a vezérlőtüskéire küldött parancsoktól függően bizonyos funkciókat látott el.

Egy éven belül 1971-ben Az Intel kiadja az első 4 bites, 4004 kódnevű mikroprocesszort. Az első 6 tranzisztoros mikroáramkörhöz képest 2,3 ezer félvezető elemet tartalmazott, és 60 ezer műveletet hajtott végre másodpercenként. Ez akkoriban óriási áttörést jelentett a mikroelektronika területén. A 4 bit azt jelentette, hogy a 4004 egyszerre 4 bites adatokat tudott feldolgozni. Még két év múlva 1973-ban A cég egy 8 bites 8008 processzort gyárt, amely már 8 bites adatokkal is dolgozott. Kezdet 1976 óta, a cég elkezdi fejleszteni a 8086 mikroprocesszor 16 bites verzióját.Ő volt az, aki elkezdte használni az első IBM személyi számítógépekben, és ő fektette le az egyik építőkövét

Az analóg és digitális mikroáramkörök sorozatban készülnek. A sorozat olyan mikroáramkörök csoportja, amelyek egyetlen tervezési és technológiai kialakításúak, és közös használatra szolgálnak. Az azonos sorozatú mikroáramkörök általában azonos tápfeszültséggel rendelkeznek, és illeszkednek a bemeneti és kimeneti ellenállások, valamint a jelszintek tekintetében.

1. Házak

A mikroáramkörök két kiviteli változatban állnak rendelkezésre – csomagolt és burkolat nélküli.

A mikroáramkör háza egy tartórendszer és a szerkezet része, amely a külső hatások elleni védelemre és a külső áramkörökkel való érintkezőkön keresztül történő elektromos csatlakoztatására szolgál. A késztermékek gyártási technológiájának egyszerűsítése érdekében a tokok szabványosítva vannak.

A csomag nélküli mikroáramkör egy félvezető kristály, amelyet hibrid mikroáramkörökbe vagy mikroegységekbe való beépítésre terveztek (nyomtatott áramköri lapra történő közvetlen rögzítés lehetséges).

1. Konkrét nevek

Az Intel elsőként gyártott mikroprocesszor (angol mikroprocesszor) funkcióit ellátó chipet - Intel 4004. A továbbfejlesztett 8088 és 8086 mikroprocesszorok alapján az IBM kiadta híres személyi számítógépeit.

A mikroprocesszor képezi a számítógép magját, a további funkciókat, például a perifériákkal való kommunikációt speciálisan kialakított lapkakészletek (chipset) segítségével hajtották végre. Az első számítógépeknél a készletekben lévő mikroáramkörök száma tízes és százas volt modern rendszerek Ez egy, két vagy három mikroáramkörből álló készlet. Az utóbbi időben tendencia volt a chipkészlet-funkciók (memóriavezérlő, PSI Express buszvezérlő) fokozatos átvitele a processzorra.

A beépített RAM-mal és ROM-mal, memória- és I/O-vezérlőkkel, valamint egyéb kiegészítő funkciókkal rendelkező mikroprocesszorokat mikrokontrollereknek nevezzük.

1. Jogi védelem

Az orosz jogszabályok jogi védelmet biztosítanak az integrált áramköri topológiáknak. Topológia integrált áramkör az integrált áramkör elemkészletének térgeometriai elrendezése és a köztük lévő kapcsolatok anyagi adathordozón rögzítve (Az Orosz Föderáció Polgári Törvénykönyvének 1448. cikke).

A topológia kizárólagos joga tíz évig érvényes. Ezen időszak alatt a szerzői jog tulajdonosa saját belátása szerint regisztrálhatja a topológiát a Szövetségi Szellemi Tulajdon-, Szabadalmi- és Védjegyszolgálatnál.

1. A teremtés története

1952. május 7-én Geoffrey Dummer brit rádiómérnök vetette fel először azt az ötletet, hogy több szabványos elektronikus komponenst integráljanak egy monolitikus félvezető chipbe, majd egy évvel később Harwick Johnson benyújtotta az első szabadalmi kérelmet egy prototípus integrált áramkörre (IC). . Ezen javaslatok megvalósítása azokban az években a technológia elégtelen fejlettsége miatt nem valósulhatott meg.

1958 végén és 1959 első felében áttörés következett be a félvezetőiparban. Három férfi három amerikai magánvállalat képviseletében három alapvető problémát oldott meg, amelyek akadályozták az integrált áramkörök létrehozását. Jack Kilby, a Texas Instruments szabadalmaztatta az integráció elvét, megalkotta az IC első, tökéletlen prototípusait, és tömeggyártásba vitte őket. Kurt Legowec, a Sprague Electric Company feltalált egy módszert egyetlen félvezető chipen kialakított alkatrészek elektromos szigetelésére (p-n csatlakozási szigetelés). Robert Noyce, a Fairchild Semiconductor cég feltalált egy módszert az IC alkatrészek elektromos összekapcsolására (alumínium fémezés), és javasolta az alkatrészek szigetelésének továbbfejlesztett változatát, amely Jean Erny legújabb síktechnológiáján alapul. 1960. szeptember 27-én Jay Last csoportja elkészítette az első működőképes anyagot félvezető IP Noyce és Ernie ötletei alapján. A Kilby találmányának szabadalmát birtokló Texas Instruments szabadalmi háborút indított versenytársai ellen, amely 1966-ban a keresztlicenc technológiákról szóló egyezséggel zárult.

Az említett sorozat korai logikai IC-jei szó szerint abból épültek alapértelmezett alkatrészek, amelyek méretét és konfigurációját a technológiai folyamat határozta meg. Azok az áramkör-tervezők, akik egy adott családba tartozó logikai IC-ket terveztek, ugyanazokkal a szabványos diódákkal és tranzisztorokkal működtek. 1961-1962-ben a vezető Sylvania fejlesztő, Tom Longo megtörte a tervezési paradigmát, és először használta egyetlen IC-ben. különféle tranzisztorok konfigurációi az áramkörben betöltött funkcióiktól függően. 1962 végén a Sylvania kiadta a Longo által kifejlesztett tranzisztor-tranzisztor logika (TTL) első családját – történelmileg ez az első típusú integrált logika, amelynek sikerült hosszú távon megvetni a lábát a piacon. Az analóg áramkörökben a Fairchild műveleti erősítő tervezője, Bob Widlar 1964-1965-ben egy ilyen szintű áttörést ért el.

A Szovjetunió első félvezető integrált áramkörét az 1960 elején a NII-35-ben (akkor átnevezték Pulsar Research Institute-ban) egy olyan csapat hozta létre, amelyet később a NIIME-hez (Mikron) fejlesztettek ki. Az első hazai szilícium integrált áramkör létrehozása a TC-100 sorozatú integrált szilícium áramkörök fejlesztésére és gyártására összpontosult (37 elem - egy flip-flop, az amerikai analóg áramköri összetettségével egyenértékű). SN-51 sorozatú IC-k a Texas Instruments-től). A reprodukálandó szilícium integrált áramkörök prototípusmintáit és gyártási mintáit az USA-ból szereztük be. A munkát az NII-35-ben (Trutko igazgató) és a Fryazino Semiconductor Plant-ban (Kolmogorov igazgató) végezték el egy ballisztikus rakéta-irányító rendszer autonóm magasságmérőjében történő felhasználásra vonatkozó védelmi parancs érdekében. A fejlesztés hat szabványos integrált szilícium síkáramkört tartalmazott a TS-100 sorozatból, és a kísérleti gyártás megszervezésével három évig tartott az NII-35-nél (1962-től 1965-ig). További két évbe telt a katonailag elfogadott gyári gyártás fejlesztése Fryazinóban (1967)

Az első integrált áramkörök

A hivatalos dátum 50. évfordulójának szentelték

B. Malaševics

1958. szeptember 12-én a Texas Instruments (TI) alkalmazottja, Jack Kilby három furcsa eszközt mutatott be a vezetőségnek – két darab, 11,1 x 1,6 mm-es szilíciumdarabból készült eszközöket, amelyeket méhviasszal ragasztottak össze üveghordozóra (1. ábra). Ezek háromdimenziós makettek voltak - a generátor integrált áramkörének (IC) prototípusai, amelyek bizonyítják az összes áramköri elem egyetlen félvezető anyagból történő gyártásának lehetőségét. Ezt a dátumot az elektronika története az integrált áramkörök születésnapjaként ünnepli. De vajon az?

Rizs. 1. Az első IP elrendezése, J. Kilby. Fotó a http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html webhelyről

Az 1950-es évek végére az elektronikus berendezések (REA) diszkrét elemekből történő összeszerelésének technológiája kimerítette képességeit. A világ a REA akut válságához érkezett, radikális intézkedésekre volt szükség. Ekkorra az USA-ban és a Szovjetunióban már iparilag elsajátították mind a félvezető eszközök, mind a vastag- és vékonyréteg-kerámia áramköri lapok gyártásának integrált technológiáit, vagyis megvoltak az előfeltételek a válság leküzdésére a többelemes kialakítással. szabványos termékek - integrált áramkörök.

Az integrált áramkörök (chipek, IC-k) különböző komplexitású elektronikus eszközöket foglalnak magukban, amelyekben az összes hasonló elemet egyidejűleg, egyetlen technológiai ciklusban gyártják, pl. integrált technológia segítségével. Ellentétben a nyomtatott áramköri kártyákkal (amelyekben az összes csatlakozó vezetéket egyidejűleg, egyetlen ciklusban gyártják integrált technológiával), az ellenállások, kondenzátorok és (a félvezető IC-kben) diódák és tranzisztorok hasonló módon vannak kialakítva az IC-kben. Ezenkívül sok IC-t gyártanak egyszerre, tíztől több ezerig.

Az IC-ket az ipar fejleszti és gyártja sorozatok formájában, amelyek számos mikroáramkört kombinálnak különféle funkcionális célokra, és amelyeket elektronikus berendezésekben való közös használatra szánnak. A sorozat IC-k szabványos kialakításúak, és egységes rendszerrel rendelkeznek az elektromos és egyéb jellemzőkben. Az IC-ket a gyártó független kereskedelmi termékként szállítja különböző fogyasztóknak, amelyek megfelelnek egy bizonyos szabványos követelményrendszernek. Az IC-k nem javítható termékek, az elektronikai berendezések javítása során a meghibásodott IC-ket kicserélik.

Az IC-knek két fő csoportja van: hibrid és félvezető.

A hibrid IC-kben (HIC) minden vezetőt és passzív elemet egy mikroáramköri hordozó (általában kerámia) felületén alakítanak ki integrált technológia segítségével. Az aktív elemek csomag nélküli diódák, tranzisztorok és félvezető IC kristályok formájában egyedileg, manuálisan vagy automatikusan kerülnek a hordozóra.

A félvezető IC-kben az összekötő, a passzív és az aktív elemek egyetlen technológiai ciklusban jönnek létre egy félvezető anyag (általában szilícium) felületén, annak térfogatának részleges behatolásával diffúziós módszerekkel. Ugyanakkor egy félvezető lapkán az eszköz összetettségétől, kristályának és ostyájának méretétől függően több tíztől több ezer IC-t gyártanak. Az iparág félvezető IC-ket gyárt szabványos kiszerelésben, egyedi chipek vagy osztatlan lapkák formájában.

A hibrid (GIS) és a félvezető IC-k világviszonylatban való bevezetése különböző módon történt. A GIS a mikromodulok és a kerámialap-szerelési technológia evolúciós fejlesztésének terméke. Ezért észrevétlenül jelentek meg, nincs általánosan elfogadott GIS születési dátum és nincs általánosan elismert szerző. A félvezető IC-k a félvezető technológia fejlődésének természetes és elkerülhetetlen következményei voltak, de új ötletek generálására és új technológia megalkotására volt szükség, amelyeknek saját születési dátuma és szerzője van. Az első hibrid és félvezető IC-k szinte egyszerre, egymástól függetlenül jelentek meg a Szovjetunióban és az USA-ban.

Az első hibrid IC-k

A hibrid IC-k közé tartoznak az IC-k, amelyek gyártása a passzív elemek gyártásának integrált technológiáját ötvözi az aktív elemek beépítésének és összeszerelésének egyedi (kézi vagy automatizált) technológiájával.

Még az 1940-es évek végén az USA-ban működő Centralab cég kidolgozta a vastagréteg-kerámia alapú nyomtatott áramköri lapok gyártásának alapelveit, amelyeket aztán más cégek fejlesztettek ki. Az alap a nyomtatott áramköri lapok és kerámia kondenzátorok gyártási technológiája volt. A nyomtatott áramköri lapokból integrált technológiát vettünk a csatlakozó vezetékek topológiájának kialakítására - a szitanyomást. Kondenzátorokból - az aljzat anyaga (kerámia, gyakran szitál), valamint a paszták anyagai és az aljzatra való rögzítésük termikus technológiája.

Az 1950-es évek elején pedig az RCA cég feltalálta a vékonyfilmes technológiát: különféle anyagok vákuumban történő permetezésével és maszkon keresztül speciális hordozókra történő felhordásával megtanulták, hogyan lehet egyidejűleg több miniatűr filmet, amelyek összekötő vezetéket, ellenállást és kondenzátort kötnek össze egyetlen felületen. kerámia hordozó.

A vékonyréteg-technológia a vastagfilmes technológiához képest kisebb méretű topológiai elemek pontosabb gyártását biztosította, de bonyolultabb és költségesebb berendezéseket igényelt. A kerámia áramköri lapokon vastagfilmes vagy vékonyréteg-technológiával gyártott eszközöket „hibrid áramkörnek” nevezik. A hibrid áramköröket saját gyártású termékek alkatrészeiként gyártották, minden gyártónak megvolt a maga kialakítása, mérete és funkcionális célja, nem léptek be a szabad piacra, ezért kevéssé ismertek.

A hibrid áramkörök a mikromodulokat is megszállták. Eleinte diszkrét passzív és aktív miniatűr elemeket használtak, amelyeket hagyományos nyomtatott huzalozás egyesített. Az összeszerelési technológia összetett volt, nagy részben kézi munkával. Ezért a mikromodulok nagyon drágák voltak, és felhasználásuk a fedélzeti berendezésekre korlátozódott. Ezután vastag filmes miniatűr kerámia sálakat használtak. Ezután elkezdték az ellenállásokat vastagfilmes technológiával gyártani. De a használt diódák és tranzisztorok továbbra is diszkrétek voltak, egyedi csomagolásban.

A mikromodul abban a pillanatban vált hibrid integrált áramkörré, amikor csomagolatlan tranzisztorokat és diódákat használtak benne, és a szerkezetet közös házba zárták. Ez lehetővé tette az összeszerelési folyamat jelentős automatizálását, az árak éles csökkentését és az alkalmazási kör kiterjesztését. A passzív elemek kialakításának módja alapján megkülönböztetünk vastag- és vékonyrétegű térinformatikai rendszert.

Az első GIS a Szovjetunióban

A Szovjetunióban az első térinformatikai rendszert (Kvant típusú modulok, később IS sorozat 116) 1963-ban fejlesztették ki a NIIRE-ben (későbbi NPO Leninets, Leningrád), és ugyanebben az évben megkezdte a kísérleti üzem sorozatgyártását. Ezekben a GIS-ekben a Riga Semiconductor Devices Plant által 1962-ben kifejlesztett „R12-2” félvezető IC-ket használtak aktív elemként. Ezen IC-k létrejöttének történetének és jellemzőinek elválaszthatatlansága miatt a P12-2-nek szentelt részben együtt fogjuk őket megvizsgálni.

Kétségtelen, hogy a Kvant modulok voltak az elsők a térinformatika világában kétszintű integrációval - aktív elemként inkább félvezető IC-ket használtak, nem pedig diszkrét csomagolt tranzisztorokat. Valószínűleg ők voltak az elsők a térinformatika világában is - szerkezetileg és funkcionálisan komplett többelemes termékek, amelyeket önálló kereskedelmi termékként szállítottak a fogyasztóhoz. A szerző által legkorábban azonosított külföldi hasonló termékek az IBM Corporation alább ismertetett SLT moduljai, de a következő évben, 1964-ben jelentették be.

Az első GIS az USA-ban

A vastagfilmes térinformatika megjelenését az új IBM System /360 számítógép fő elemalapjaként az IBM először 1964-ben jelentette be. Úgy tűnik, ez volt az első térinformatikai alkalmazás a Szovjetunión kívül, erre a szerző nem talált korábbi példákat. .

A szakértői körökben már akkoriban ismert „Micrologic” félvezető IC sorozat a Fairchildtől és az „SN-51” a TI-től (a továbbiakban róluk lesz szó) még mindig elérhetetlenül ritka volt, és megfizethetetlenül drága volt kereskedelmi alkalmazásokhoz, mint például a gyártáshoz. egy nagy számítógép. Ezért az IBM vállalat a lapos mikromodul tervezését alapul véve kifejlesztette vastagfilmes térinformatikai sorozatát, amelyet általános néven hirdettek meg (szemben a „mikromodulokkal”) - „SLT modules” (Solid Logic Technology - solid). logikai technológia. Általában a „szilárd” szót oroszul „szilárd”-nak fordítják, ami teljesen logikátlan. Valójában az „SLT modulok” kifejezést az IBM vezette be a „mikromodul” kifejezéssel szemben, és ennek a különbséget kell tükröznie. De mindkettő a modulok „szilárd”, vagyis ez a fordítás nem a „szilárd” szónak más jelentése is van – „szilárd”, „egész”, amelyek sikeresen hangsúlyozzák az „SLT-modulok” és a „mikromodulok” közötti különbséget - az SLT-modulok oszthatatlanok, nem javítható, azaz „egész”. Nem az általánosan elfogadott orosz fordítást használtuk: Solid Logic Technology - a szilárd logika technológiája).

Az SLT modul egy fél hüvelykes négyzet alakú kerámia vastagfilm mikrolemez volt, benyomott függőleges csapokkal. Felületére szitanyomással (a kivitelezés alatt álló eszköz rajza szerint) csatlakozó vezetékeket, ellenállásokat hordtunk fel, és csomagolatlan tranzisztorokat szereltünk fel. A kondenzátorokat, ha szükséges, az SLT modul mellé telepítették a készülék kártyájára. Míg külsőleg szinte azonosak (a mikromodulok valamivel magasabbak, 2. ábra), az SLT modulok nagyobb elemsűrűségükben, alacsony fogyasztásukban, nagy teljesítményükben és nagy megbízhatóságukban különböztek a lapos mikromoduloktól. Ráadásul az SLT technológia meglehetősen könnyen automatizálható volt, így hatalmas mennyiségben, kellően alacsony költséggel tudták előállítani őket a kereskedelmi berendezésekben való felhasználáshoz. Pontosan erre volt szüksége az IBM-nek. A cég a New York melletti East Fishkillben automatizált üzemet épített az SLT-modulok gyártására, amelyekből milliós példányszámban készültek.

Rizs. 2. Szovjetunió mikromodul és SLT modul f. IBM. Fotó STL a http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm webhelyről

Az IBM-et követően más cégek kezdtek el térinformatikai rendszereket gyártani, amelyek számára a GIS kereskedelmi termékké vált. Az IBM lapos mikromoduljai és SLT-moduljai szabványos kialakítása a hibrid IC-k egyik szabványává vált.

Az első félvezető IC-k

Az 1950-es évek végére az iparnak minden lehetősége megvolt az elektronikus berendezések olcsó elemeinek előállítására. De ha a tranzisztorok vagy diódák germániumból és szilíciumból készültek, akkor az ellenállások és a kondenzátorok más anyagokból készültek. Sokan akkor azt hitték, hogy a hibrid áramkörök létrehozásakor nem lesz probléma ezeknek a külön gyártott elemeknek az összeszerelésével. És ha lehetséges az összes szabványos méretű és alakú elemet előállítani, és ezáltal automatizálni az összeszerelési folyamatot, akkor a berendezés költsége jelentősen csökken. Ilyen érvelés alapján a hibrid technológia hívei ezt tekintették a mikroelektronika fejlődésének általános irányának.

De nem mindenki osztotta ezt a véleményt. A helyzet az, hogy a mesa tranzisztorokat, és különösen a sík tranzisztorokat, amelyeket már abban az időszakban készítettek, csoportos feldolgozásra adaptálták, amelyben egyidejűleg számos műveletet hajtottak végre sok tranzisztor gyártására egy hordozólemezen. Vagyis egyszerre sok tranzisztort gyártottak egy félvezető lapkán. Ezután a lemezt egyedi tranzisztorokra vágták, amelyeket egyedi esetekben helyeztek el. Aztán a berendezésgyártó egyesítette a tranzisztorokat egyben nyomtatott áramkör. Voltak, akik ezt a megközelítést nevetségesnek tartották – miért kell szétválasztani a tranzisztorokat, majd újra csatlakoztatni. Lehetséges-e azonnal kombinálni őket egy félvezető ostyán? Ugyanakkor szabaduljon meg több bonyolult és költséges művelettől! Ezek az emberek félvezető IC-ket találtak ki.

Az ötlet rendkívül egyszerű és teljesen nyilvánvaló. De, mint ez gyakran megesik, csak miután valaki először bejelentette és bebizonyította. Bebizonyította, hogy sokszor – mint ebben az esetben is – nem elég pusztán ennek bejelentése. Az IC ötletét 1952-ben jelentették be, még a félvezető eszközök gyártására szolgáló csoportos módszerek megjelenése előtt. Tovább éves konferencia Az elektronikai alkatrészekről Washingtonban tartottak, Jeffrey Dummer, a Malvern-i Brit Királyi Radariroda munkatársa jelentést terjesztett elő a radarberendezések alkatrészeinek megbízhatóságáról. A jelentésben prófétai kijelentést tett: „ A tranzisztor megjelenésével és a félvezetőtechnika területén végzett munkával általában elképzelhető az elektronikus berendezés szilárd blokk formájában, amely nem tartalmaz összekötő vezetékeket. A blokk szigetelő, vezető, egyenirányító és erősítő anyagok rétegeiből állhat, amelyekből bizonyos területek ki vannak vágva, hogy közvetlenül elektromos funkciókat tudjanak ellátni.. De ezt az előrejelzést a szakértők nem vették észre. Csak az első félvezető IC-k megjelenése után emlékeztek rá, vagyis egy régóta nyilvánosságra hozott ötlet gyakorlati bizonyítása után. Valakinek először újra fel kellett találnia és megvalósítania a félvezető IC ötletet.

A tranzisztorokhoz hasonlóan a félvezető IC-k általánosan elismert alkotóinak voltak többé-kevésbé sikeres elődei. Dammer maga is kísérletet tett ötletének megvalósítására 1956-ban, de kudarcot vallott. 1953-ban Harvick Johnson, az RCA szabadalmat kapott egy egylapkás oszcillátorra, és 1958-ban a Torkel Wallmarkkal közösen bejelentette a „félvezető integrált eszköz” koncepcióját. 1956-ban a Bell Labs alkalmazottja, Ross készített egy bináris számlálóáramkört az alapján n-p-n-p alapon szerkezetek egyetlen kristályban. 1957-ben Yasuro Taru a japán MITI cégtől szabadalmat kapott a különféle tranzisztorok egy kristályban való kombinálására. De mindezek és más hasonló fejlesztések magánjellegűek voltak, nem kerültek gyártásba, és nem váltak az integrált elektronika fejlesztésének alapjává. Mindössze három projekt járult hozzá az IP fejlesztéséhez az ipari termelésben.

A szerencsések a már említett Jack Kilby a Texas Instruments-től (TI), Robert Noyce a Fairchildtől (mindketten az USA-ból) és Jurij Valentinovics Osokin a Rigai Semiconductor Device Plant (USSR) tervezőirodájából voltak. Az amerikaiak kísérleti mintákat készítettek integrált áramkörökből: J. Kilby - egy IC-generátor prototípusa (1958), majd egy trigger a mesa tranzisztorokon (1961), R. Noyce - egy síktechnológiát használó trigger (1961) és Yu. Osokin – a logikai „2NOT-OR” IC azonnal tömeggyártásba került Németországban (1962). Ezek a vállalatok szinte egyidejűleg, 1962-ben kezdték meg az IP sorozatgyártását.

Az első félvezető IC-k az Egyesült Államokban

IP cím: Jack Kilby. IS sorozat SN - 51”

1958-ban J. Kilby (a tranzisztorok használatának úttörője volt hallókészülék) a Texas Instrumentshez költözött. Az újonc Kilbyt, mint áramkörtervezőt, „bedobták” a rakéták mikromoduláris töltésének javításába a mikromodulok alternatívájának megteremtésével. Megfontolták a blokkok alkatrészekből történő összeszerelésének lehetőségét alapforma, hasonlóan a játékmodellek összeállításához LEGO figurákból. Kilbyt azonban valami más is lenyűgözte. A döntő szerepet a „friss megjelenés” hatása játszotta: egyrészt rögtön kijelentette, hogy a mikromodulok zsákutcát jelentenek, másrészt a mesa-struktúrákat megcsodálva arra a gondolatra jutott, hogy az áramkört kell (és lehet) egy anyagból - egy félvezetőből - valósítják meg. Kilby tudott Dummer ötletéről és az 1956-os sikertelen megvalósítási kísérletéről. Elemzése után megértette a kudarc okát, és megtalálta a módját annak leküzdésére. " Az én érdemem, hogy megfogadtam ezt az ötletet és valóra váltottam.” – mondta később Nobel-beszédében J. Kilby.

Mivel még nem érdemelte ki a szabadságjogot, zavartalanul dolgozott a laboratóriumban, miközben mindenki pihent. 1958. július 24-én Kilby egy koncepciót fogalmazott meg a Monolithic Idea nevű laboratóriumi folyóiratban. A lényege az volt, hogy „. ..áramköri elemek, mint ellenállások, kondenzátorok, elosztott kondenzátorok és tranzisztorok egyetlen chipbe integrálhatók - feltéve, hogy ugyanabból az anyagból készülnek... Flip-flop áramköri kialakításnál minden elemnek szilíciumból kell készülnie, az ellenállások a szilícium térfogati ellenállását használják, a kondenzátorok pedig a p-n átmenetek kapacitását". A „monolit ötlet” a Texas Instruments vezetőségének leereszkedő és ironikus hozzáállásával találkozott, amely a tranzisztorok, ellenállások és kondenzátorok félvezetőből történő előállításának lehetőségének és az ilyen elemekből összeállított áramkör működőképességének bizonyítását követelte.

Kilby 1958 szeptemberében megvalósította ötletét - generátort készített két darab 11,1 x 1,6 mm méretű germániumból, amelyeket méhviasszal ragasztottak össze üveg hordozóra, és kétféle diffúziós tartományt tartalmazott (1. ábra). Ezeket a területeket és a meglévő érintkezőket használta fel egy generátoráramkör létrehozására, amely hőkompressziós hegesztéssel 100 mikron átmérőjű vékony aranyhuzalokkal kötötte össze az elemeket. Az egyik területről egy mezatranzisztort, a másikról egy RC áramkört hoztak létre. Az összeszerelt három generátort bemutatták a cégvezetésnek. A tápfeszültség bekötésekor 1,3 MHz-es frekvencián kezdtek dolgozni. Ez 1958. szeptember 12-én történt. Egy héttel később Kilby hasonló módon készített egy erősítőt. De ezek még nem voltak integrált szerkezetek, ezek a félvezető IC-k háromdimenziós makettjei voltak, bizonyítva azt az elképzelést, hogy az összes áramköri elemet egyetlen anyagból - egy félvezetőből - gyártják.

Rizs. 3. Kioldó típusa 502 J. Kilby. Fotó a http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html webhelyről

Kilby első valóban integrált áramköre, amely egyetlen darab monolit germániumból készült, a kísérleti 502-es típusú trigger IC volt (3. ábra). A germánium térfogati ellenállását és a p-n átmenet kapacitását egyaránt felhasználta. Bemutatójára 1959 márciusában került sor. Néhány ilyen IC-t laboratóriumi körülmények között gyártottak, és 450 dollárért adtak el egy szűk körnek. Az IC hat elemet tartalmazott: négy mesa tranzisztort és két ellenállást, amelyeket egy 1 cm átmérőjű szilícium lapkára helyeztek. De a Kilby IC-nek volt egy komoly hátránya - mesa tranzisztorok, amelyek mikroszkopikus „aktív” oszlopok formájában magasodtak a pihenés, a kristály „passzív” része. A mesa oszlopok összekapcsolását a Kilby IS-ben vékony aranyhuzalok forralásával végezték - a mindenki által utált „szőrös technológiát”. Világossá vált, hogy ilyen összekapcsolásokkal nem lehet nagyszámú elemet tartalmazó mikroáramkört létrehozni - a huzalszövet elszakad vagy újracsatlakozik. A germánium pedig akkoriban már nem ígéretes anyagnak számított. Nem volt áttörés.

Ekkorra a Fairchild kifejlesztette a sík szilícium technológiát. Mindezek ismeretében a Texas Instrumentsnek félre kellett tennie mindent, amit Kilby tett, és Kilby nélkül neki kellett kezdenie egy sor IC-nek, amely a sík szilícium technológián alapul. 1961 októberében a cég bejelentette az SN-51 típusú IC sorozat létrehozását, majd 1962-ben megkezdte tömeggyártását és szállítását az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma és a NASA érdekében.

IP szerző: Robert Noyce. IS sorozatMicrologic”

1957-ben számos okból kifolyólag W. Shockley, a sík tranzisztor feltalálója kilépett egy nyolc fiatal mérnökből álló csoportból, akik saját elképzeléseiket akarták megvalósítani. „The Eight Traitors”, ahogy Shockley nevezte őket, akiknek a vezetői R. Noyce és G. Moore voltak, megalapították a Fairchild Semiconductor („szép gyerek”) céget. A cég élén Robert Noyce állt, ő akkor 23 éves volt.

1958 végén D. Horney fizikus, aki a Fairchild Semiconductornál dolgozott, síktechnológiát fejlesztett ki tranzisztorok gyártására. A cseh származású fizikus, Kurt Lehovec pedig, aki a Sprague Electric-nél dolgozott, kifejlesztett egy technikát a fordítottan kapcsolt n-p átmenet használatára az alkatrészek elektromos leválasztására. 1959-ben Robert Noyce, miután hallott Kilby IC tervezéséről, úgy döntött, hogy megpróbál egy integrált áramkört létrehozni a Horney és Lehovec által javasolt eljárások kombinálásával. És az összekapcsolások „szőrös technológiája” helyett Noyce egy vékony fémréteg szelektív felhordását javasolta a szilícium-dioxiddal szigetelt félvezető szerkezetek tetején, és a szigetelőrétegben hagyott lyukakon keresztül csatlakozik az elemek érintkezőihez. Ez lehetővé tette az aktív elemek „bemerítését” a félvezető testébe, szilícium-oxiddal szigetelve, majd ezeket az elemeket porlasztott alumínium vagy arany sávokkal összekapcsolva, amelyeket fotolitográfiai, fémezési és maratási eljárásokkal hoznak létre. a termékgyártás utolsó szakasza. Így a komponensek egyetlen áramkörbe való kombinálásának valóban „monolit” változata született, és az új technológiát „sík”-nak nevezték. De először ki kellett próbálni az ötletet.

Rizs. 4. R. Noyce kísérleti indítója. Fotó a http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html webhelyről

Rizs. 5. A Micrologic IC fotója a Life magazinban. Fotó a http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html webhelyről

1959 augusztusában R. Noyce megbízta a Joy Lastt az IC síktechnológián alapuló változatának kifejlesztésével. Először Kilbyhez hasonlóan több szilíciumkristályon is elkészítették a trigger prototípusát, amelyen 4 tranzisztor és 5 ellenállás készült. Aztán 1960. május 26-án legyártották az első egylapkás triggert. A benne lévő elemek elkülönítésére azzal hátoldal A szilícium ostyát epoxigyantával töltött mély hornyokkal maratták. 1960. szeptember 27-én elkészült a trigger harmadik változata (4. ábra), amelyben az elemeket fordítottan kapcsolt p-n átmenettel izolálták.

Addig a Fairchild Semiconductor csak tranzisztorokkal foglalkozott, nem voltak áramkör-tervezői a félvezető IC-k létrehozásához. Ezért a Sperry Gyroscope-tól Robert Normant meghívták áramkör tervezőnek. Norman ismerte az ellenállás-tranzisztor logikát, amelyet a cég az ő javaslatára választott a jövőbeni „Micrologic” IC-sorozatának alapjául, amely első alkalmazását a Minuteman rakéta felszerelésében találta meg. 1961 márciusában Fairchild fényképének közzétételével bejelentette ennek a sorozatnak az első kísérleti IC-jét (F-flip-flop, amely hat elemet tartalmaz: négy bipoláris tranzisztort és két ellenállást egy 1 cm átmérőjű lemezre helyezve) (5. ábra). ) a magazinban Élet(1961. március 10-i dátum). Októberben újabb 5 IP-t jelentettek be. 1962 elejétől pedig a Fairchild az amerikai védelmi minisztérium és a NASA érdekében is elindította az IC-k tömeggyártását és azok ellátását.

Kilbynek és Noyce-nak sok kritikát kellett meghallgatnia újításaikkal kapcsolatban. Úgy gondolták, hogy a megfelelő integrált áramkörök gyakorlati hozama nagyon alacsony lesz. Nyilvánvaló, hogy alacsonyabbnak kell lennie, mint a tranzisztoroké (mivel több tranzisztort tartalmaz), amelyeknél akkor nem volt magasabb, mint 15%. Másodszor, sokan úgy vélték, hogy nem megfelelő anyagokat használtak az integrált áramkörökben, mivel az ellenállásokat és a kondenzátorokat akkoriban nem félvezetőből készítettek. Harmadszor, sokan nem tudták elfogadni az IP nem javíthatóságának gondolatát. Káromlásnak tűnt számukra egy olyan terméket kidobni, amelyben a sok elem közül csak egy hibásodott meg. Fokozatosan minden kétség eloszlott, amikor az integrált áramköröket sikeresen alkalmazták az Egyesült Államok katonai és űrprogramjaiban.

A Fairchild Semiconductor egyik alapítója, G. Moore megfogalmazta a szilícium mikroelektronika fejlődésének alaptörvényét, mely szerint egy integrált áramköri kristályban a tranzisztorok száma évről évre megkétszereződött. Ez a „Moore-törvény”-nek nevezett törvény az első 15 évben (1959-től kezdődően) meglehetősen egyértelműen működött, majd ez a megduplázódás körülbelül másfél év alatt következett be.

Ezenkívül az Egyesült Államokban az IP-ipar gyors ütemben fejlődött. Az Egyesült Államokban a kizárólag „síkra” orientált vállalkozások megjelenésének lavinaszerű folyamata indult meg, olykor odáig, hogy hetente egy tucat céget jegyeztek be. A veteránokra törekedve (W. Shockley és R. Noyce cégei), valamint a Stanford Egyetem adókedvezményeinek és szolgáltatásainak köszönhetően az „újoncok” főként a Santa Clara-völgyben (Kalifornia) tömörültek. Ezért nem meglepő, hogy 1971-ben Don Hofler újságíró és a technikai újítások népszerűsítőjének könnyű kezével megjelent a „Szilícium-völgy” romantikus-technológiai képe, amely örökre a félvezető technológiai forradalom Mekkájának szinonimájává vált. Egyébként azon a területen valóban van egy korábban számos kajszi-, cseresznye- és szilvaültetvényéről híres völgy, amely a Shockley cég megjelenése előtt más, kellemesebb nevet viselt - a Szív Örömének Völgye, most sajnos. , szinte elfelejtve.

1962-ben megkezdődött az integrált áramkörök tömeggyártása az Egyesült Államokban, bár a vevőknek szállított mennyiségük mindössze néhány ezret tett ki. A műszergyártás és az elektronikai ipar új alapokon történő fejlődésének legerősebb ösztönzője a rakéta- és űrtechnológia volt. Az Egyesült Államoknak akkoriban nem voltak olyan erős interkontinentális ballisztikus rakétái, mint a szovjetek, és a töltet növelése érdekében kénytelenek voltak minimalizálni a hordozó tömegét, beleértve a vezérlőrendszereket is, az elektronikus technológia legújabb fejlesztéseinek bevezetésével. . A Texas Instrument és a Fairchild Semiconductor nagy szerződéseket kötött integrált áramkörök tervezésére és gyártására az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumával és a NASA-val.

Az első félvezető IC-k a Szovjetunióban

Az 1950-es évek végére a szovjet ipar annyira vágyott a félvezető diódákra és tranzisztorokra, hogy radikális intézkedésekre volt szükség. 1959-ben félvezetőeszköz-gyárakat alapítottak Alekszandrovban, Brjanszkban, Voronyezsben, Rigában stb. 1961 januárjában az SZKP Központi Bizottsága és a Szovjetunió Minisztertanácsa újabb határozatot fogadott el „A félvezetőipar fejlesztéséről”, amely a gyárak és kutatóintézetek építése Kijevben, Minszkben, Jerevánban, Nalcsikban és más városokban.

Érdekelni fog minket az egyik új gyár - a fent említett Riga Semiconductor Devices Plant (RZPP, többször változtatta a nevét, az egyszerűség kedvéért a leghíresebbet használjuk, amely ma is működik). Az épülő szövetkezeti technikum 5300 m2 alapterületű épületét az új üzem indítóállásaként jelölték ki, és ezzel egy időben megkezdődött egy speciális épület építése is. Az üzem 1960 februárjára már 32 szolgáltatást, 11 laboratóriumot és kísérleti gyártást hozott létre, amely áprilisban kezdődött az első készülékek gyártásának előkészítése érdekében. Az üzemben már 350 ember dolgozott, közülük 260 főt az év folyamán a Moszkvai Tudományos Kutatóintézet-35 (később a Pulsar Tudományos Kutatóintézet) és a Leningrádi Svetlana üzembe küldtek tanulni. 1960 végére pedig az alkalmazottak száma elérte az 1900 főt. Kezdetben a technológiai sorok a szövetkezeti technikum épületének átépített tornatermében, az OKB laboratóriumai pedig a volt tantermekben kaptak helyet. Az üzem az első eszközöket (P-401, P-403, P-601 és P-602 ötvözet-diffúziós és konverziós germánium tranzisztorok, amelyeket a NII-35 fejlesztett) 9 hónappal a létrehozási megbízás aláírása után, 1960 márciusában gyártották. Július végére pedig legyártatta az első ezer P-401 tranzisztort. Aztán elsajátította sok más tranzisztor és dióda gyártását. 1961 júniusában befejeződött egy speciális épület építése, amelyben megkezdődött a félvezető eszközök tömeggyártása.

1961 óta az üzem önálló technológiai és fejlesztési munkát kezdett, beleértve a tranzisztorok gyártásának gépesítését és automatizálását fotolitográfián alapulóan. Erre a célra fejlesztették ki az első hazai fotóismétlőt (fotóbélyegzőt) - egy installációt kombináló és érintkező fotónyomtatáshoz (A.S. Gotman fejlesztette). Az egyedi berendezések finanszírozásához és gyártásához nagy segítséget nyújtottak a Rádióipari Minisztérium vállalatai, köztük a KB-1 (későbbi NPO Almaz, Moszkva) és a NIIRE. Abban az időben a kis méretű rádióberendezések legaktívabb fejlesztői, akik nem rendelkeztek saját technológiai félvezető bázissal, keresték a lehetőségeket az újonnan létrehozott félvezetőgyárakkal való kreatív interakcióra.

Az RZPP-nél aktív munka folyt a P401 és P403 típusú germánium tranzisztorok gyártásának automatizálására az üzem által létrehozott Ausma gyártósoron alapulva. Főtervezője (GC) A.S. Gottman javasolta, hogy a germánium felületén áramvezető utakat készítsenek a tranzisztor elektródáitól a kristály perifériájáig, hogy megkönnyítsék a tranzisztor vezetékeinek hegesztését a házban. De ami a legfontosabb, ezek a sávok a tranzisztor külső kapcsaiként használhatók, amikor csomagolás nélkül (összekötő és passzív elemeket tartalmazó) táblákba szerelték össze őket, közvetlenül a megfelelő érintkezőbetétekre forrasztva (valójában a hibrid IC-k létrehozásának technológiája volt javasolt). A javasolt módszer, amelyben a kristály áramvezető pályái úgy tűnik, hogy megcsókolják a tábla érintkező párnáit, az eredeti nevet kapta - „csókos technológia”. De számos olyan technológiai probléma miatt, amelyek akkoriban megoldhatatlannak bizonyultak, elsősorban a nyomtatott áramköri lapon lévő érintkezők megszerzésének pontosságával kapcsolatos problémák miatt, nem lehetett gyakorlatilag megvalósítani a „csók technológiát”. Néhány évvel később az Egyesült Államokban és a Szovjetunióban egy hasonló ötletet valósítottak meg, és széles körben alkalmazták az úgynevezett „labdavezetésekben” és a „chip-to-board” technológiában.

Az RZPP-vel együttműködő hardvercégek, köztük a NIIRE azonban reménykedtek a „csóktechnológiában”, és tervezték annak használatát. 1962 tavaszán, amikor kiderült, hogy a megvalósítást határozatlan időre elhalasztották, a NIIRE V.I. főmérnöke. Smirnov megkérdezte az RZPP S.A. igazgatóját. Bergmannak más módot találnia egy többelemes 2NOR áramkör megvalósítására, amely univerzális digitális eszközök építéséhez.

Rizs. 7. Az IC R12-2 (1LB021) egyenértékű áramköre. Rajz az 1965. évi szellemi tulajdoni tájékoztatóból.

Jurij Osokin első IS és GIS. Szilárd séma R12-2(IS sorozat 102 És 116 )

Az RZPP igazgatója ezt a feladatot Jurij Valentinovics Osokin fiatal mérnökre bízta. Megszerveztük a technológiai laboratóriumból, a fotómaszkok fejlesztésére és gyártására szolgáló laboratóriumból, egy mérőlaboratóriumból és egy kísérleti gyártósorból álló osztályt. Abban az időben a germánium diódák és tranzisztorok gyártásának technológiáját az RZPP szállította, és ezt vették alapul az új fejlesztéshez. És már 1962 őszén megszerezték a 2NOT-OR germánium szilárd áramkör első prototípusait (mivel az IS kifejezés akkor még nem létezett, az akkori ügyek iránti tiszteletből megtartjuk a „kemény áramkör” nevet. - TS), amely a „P12-2” gyári jelölést kapta. Fennmaradt egy 1965-ös reklámfüzet a P12-2-ről (6. kép), amelyből információkat és illusztrációkat fogunk felhasználni. A TS R12-2 két germánium p - n - p -tranzisztort (módosított P401 és P403 típusú tranzisztorokat) tartalmazott, közös terheléssel, elosztott germánium p-típusú ellenállás formájában (7. ábra).

Rizs. 8. Az IC R12-2 felépítése. Rajz az 1965. évi szellemi tulajdoni tájékoztatóból.

Rizs. 9. Az R12-2 jármű méretrajza. Rajz az 1965. évi szellemi tulajdoni tájékoztatóból.

A külső vezetékek hőkompressziós hegesztéssel jönnek létre a TC szerkezet germánium régiói és az ólomvezetők aranya között. Ez biztosítja az áramkörök stabil működését külső behatások hatására trópusi és tengeri köd körülmények között, ami különösen fontos az ebben a fejlesztésben is érdekelt rigai VEF üzem által gyártott haditengerészeti kvázielektronikus automata telefonközpontokban.

Szerkezetileg az R12-2 TS (és az azt követő R12-5) 3 mm átmérőjű és 0,8 mm magas kerek fémpohárból készült „tabletta” (9. ábra) formájában. A TC kristályt belehelyezték és polimer keverékkel megtöltötték, amiből jöttek a kristályra hegesztett, 50 mikron átmérőjű puha aranyhuzalból készült vezetékek rövid külső végei. A P12-2 tömege nem haladta meg a 25 mg-ot. Ebben a kialakításban a járművek ellenálltak a 80%-os relatív páratartalomnak 40 °C-os környezeti hőmérsékleten és a -60 °C és 60 °C közötti ciklikus hőmérséklet-változásoknak.

1962 végére az RZPP kísérleti gyártása mintegy 5 ezer R12-2 járművet gyártott, 1963-ban pedig több tízezer darab készült belőle. Így 1962 lett az USA és a Szovjetunió mikroelektronikai iparának születési éve.

Rizs. 10. TS R12-2 csoportok

Rizs. 11. Az R12-2 alapvető elektromos jellemzői

A félvezető technológia akkor még gyerekcipőben járt, és még nem garantálta a paraméterek szigorú megismételhetőségét. Ezért a működő eszközöket paramétercsoportokba rendezték (ezt korunkban gyakran meg is teszik). A rigaiak is ezt tették, az R12-2 jármű 8 szabványos besorolását telepítették (10. ábra). Az összes többi elektromos és egyéb jellemző minden szabványos névleges értéknél azonos (11. ábra).

A TS R12-2 gyártása a K+F „Keménységgel” egyidőben kezdődött, amely 1964-ben fejeződött be (GK Yu.V. Osokin). Ennek a munkának a részeként egy továbbfejlesztett csoporttechnológiát fejlesztettek ki germánium járművek sorozatgyártására, amely az ötvözetek fotolitográfiáján és fotomaszkon keresztül történő galvanikus leválasztásán alapul. Fő műszaki megoldásait Yu.V. Osokin találmányként regisztrálta. és Mikhalovich D.L. (A.S. No. 36845). Yu.V. számos cikke megjelent a Spetsradioelectronics minősített folyóiratban. Osokina a KB-1 szakembereivel együttműködve I.V. Semmi, G.G. Smolko és Yu.E. Naumov az R12-2 jármű (és az azt követő R12-5 jármű) kialakításának és jellemzőinek leírásával.

A P12-2 kialakítása mindenben jó volt, kivéve egy dolgot - a fogyasztók nem tudták, hogyan kell ilyen kis termékeket használni a legvékonyabb vezetékekkel. A hardvergyártó cégek általában nem rendelkeztek ehhez sem a technológiával, sem a felszereléssel. Az R12-2 és R12-5 gyártási ideje alatt használatukat a NIIRE, a Rádióipari Minisztérium Zhigulevsky Rádiógyára, a VEF, az NIIP (1978 óta az NPO Radiopribor) és néhány más vállalkozás sajátította el. A problémát megértve a TS fejlesztői a NIIRE-vel együtt azonnal a tervezés második szintjére gondoltak, ami egyúttal növelte a berendezés elrendezésének sűrűségét.

Rizs. 12. 4 járműből álló modul R12-2

1963-ban a NIIRE-nél a Kvant tervezési és fejlesztési munkája (GK A.N. Pelipenko, E.M. Lyakhovich közreműködésével) keretében négy R12-2 járművet kombináló modultervet dolgoztak ki (12. ábra). Kettő-négy R12-2 TC (házban) került egy vékony üvegszálból készült mikrolapra, amely együttesen megvalósított egy bizonyos funkcionális egység. Legfeljebb 17, 4 mm hosszú tűt (a szám egy adott modulonként változott) nyomtak a táblára. A mikrotáblát egy 21,6 ? 6,6 mm és 3,1 mm mélyek és polimer keverékkel töltve. Az eredmény egy hibrid integrált áramkör (HIC) az elemek kettős tömítésével. És ahogy már mondtuk, ez volt a világon az első kétszintű integrációval rendelkező GIS, és talán az első GIS általában. Nyolc típusú modult fejlesztettek ki „Quantum” általános néven, amelyek különféle logikai funkciókat láttak el. Az ilyen modulok részeként az R12-2 járművek működőképesek maradtak akár 150 g-ig terjedő állandó gyorsulásoknak és 5-2000 Hz-es rezgésterhelésnek kitéve 15 g-ig terjedő gyorsulás mellett.

A Kvant modulokat először a NIIRE kísérleti gyártása során gyártották, majd a Szovjetunió Rádióipari Minisztériumának Zsigulevszkij Rádiógyárába szállították őket, amely különféle fogyasztókhoz, köztük a VEF-hez is eljuttatta őket.

A TS R12-2 és az ezekre épülő „Kvant” modulok jól beváltak és széles körben használatosak. 1968-ban szabványt adtak ki az integrált áramkörök egységes jelölési rendszerének létrehozásáról az országban, 1969-ben pedig - Általános műszaki előírások a félvezető (NP0.073.004TU) és hibrid (NP0.073.003TU) IC-kre. egységes rendszer követelményeknek. E követelményeknek megfelelően a Központi Integrált Áramkörök Alkalmazási Iroda (TsBPIMS, később CDB Dayton, Zelenograd) 1969. február 6-án jóváhagyta a jármű új ShT3.369.001-1TU műszaki specifikációit. Ezzel egyidejűleg a 102-es sorozat „integrált áramköre” kifejezés is először jelent meg a termék megnevezésében.A TS R12-2 IS nevet kapta: 1LB021V, 1LB021G, 1LB021Zh, 1LB021I. Valójában egy IC volt, négy csoportba sorolva a kimeneti feszültség és a terhelhetőség szerint.

Rizs. 13. 116 és 117 sorozatú IC-k

1970. szeptember 19-én pedig a TsBPIMS jóváhagyta az AB0.308.014TU műszaki specifikációt az IS 116-os sorozatú Kvant modulokhoz (13. ábra). A sorozat kilenc IC-t tartalmazott: 1ХЛ161, 1ХЛ162 és 1ХЛ163 – többfunkciós digitális áramkörök; 1LE161 és 1LE162 – két és négy logikai elem 2NOR; 1TP161 és 1TP1162 – egy és két trigger; 1UP161 – teljesítményerősítő, valamint 1LP161 – logikai elem"tiltás" 4 bemeneten és 4 kimeneten. Mindegyik IC négy-hét tervezési opcióval rendelkezett, amelyek a kimeneti jel feszültségében és terhelhetőségében különböztek, összesen 58 IC típusra. A terveket az IS jelölés digitális része után betűvel jelölték, például 1ХЛ161ж. Ezt követően a modulok köre bővült. A 116-os sorozat IC-i valójában hibridek voltak, de az RZPP kérésére félvezetőnek jelölték őket (a jelölés első számjegye „1”, a hibrideknél „2”).

1972-ben az Elektronikai Ipari Minisztérium és a Rádióipari Minisztérium közös döntésével a modulok gyártását a Zhigulevsky Radio Plant-ból az RZPP-hez helyezték át. Ezzel kiküszöbölték a 102-es sorozatú IC-k nagy távolságra történő szállításának lehetőségét, így elhagyták az egyes IC-k tömítésének szükségességét. Ennek eredményeként a 102-es és a 116-os sorozatú IC-k tervezése is leegyszerűsödött: nem kellett a 102-es sorozatú IC-ket vegyülettel töltött fémpohárba csomagolni. A 102-es sorozatú technológiai konténerekben lévő csomagolatlan IC-ket a szomszédos műhelybe szállították a 116-os sorozatú IC-k összeszereléséhez, közvetlenül a mikrolapjukra szerelve és a modulházba zárva.

Az 1970-es évek közepén új szabványt adtak ki az IP-megjelölési rendszerhez. Ezt követően például az IS 1LB021V megkapta a 102LB1V jelölést.

Jurij Osokin második IS és GIS. Szilárd séma R12-5(IS sorozat 103 És 117 )

1963 elejére a nagyfrekvenciás n - p - n tranzisztorok fejlesztésén végzett komoly munka eredményeként a Yu.V. Osokina kiterjedt tapasztalatot halmozott fel az eredeti n-germánium ostya p-rétegeivel való munka során. Ez és az összes szükséges technológiai alkatrész jelenléte lehetővé tette Osokin számára 1963-ban, hogy új technológia fejlesztését és a jármű gyorsabb változatának tervezését kezdje meg. 1964-ben a NIIRE megrendelésére befejeződött az R12-5 jármű és az arra épülő modulok fejlesztése. Eredményei alapján 1965-ben nyitották meg a palangai K+F-et (GK Yu.V. Osokin, helyettese - D.L. Mikhalovics, 1966-ban fejezték be). Az R12-5 alapú modulokat ugyanabban a Kvant K+F projektben fejlesztették ki, mint az R12-2 alapú modulokat. A 102-es és 116-os sorozat műszaki előírásaival egyidejűleg a 103-as sorozatú IC-hez (R12-5) az ShT3.369.002-2TU, a 117-es sorozatú IC-hez (a 103-as sorozatú IC-n alapuló modulok) pedig az AV0.308.016TU. jóváhagyott. A TS R12-2, a rajtuk lévő modulok és az IS 102-es és 116-os sorozatának típusainak és szabványos besorolásainak nómenklatúrája megegyezett a TS R12-5, illetve IS 103-as és 117-es sorozatának nómenklatúrájával. Csak az IC kristály sebességében és gyártási technológiájában különböztek egymástól. A 117-es sorozat jellemző terjedési késleltetési ideje 55 ns volt, szemben a 116-os sorozat 200 ns-ával.

Szerkezetileg az R12-5 TS egy négyrétegű félvezető szerkezet volt (14. ábra), ahol az n-típusú szubsztrát és a p + -típusú emitterek egy közös földbuszra voltak kötve. Az R12-5 jármű megépítésének fő műszaki megoldásait Yu.V. Osokin, D.L. Mikhalovich találmányaként tartják nyilván. Kaydalova Zh.A és Akmensa Ya.P. (A.S. No. 248847). A TC R12-5 négyrétegű szerkezetének gyártása során fontos know-how volt az n-típusú p-réteg kialakítása az eredeti germánium lemezben. Ezt a cink diffúziójával értük el egy lezárt kvarc ampullában, ahol a lemezek körülbelül 900 ° C hőmérsékleten, a cink pedig az ampulla másik végén található körülbelül 500 ° C hőmérsékleten. A további képződés A létrehozott p-réteg TS szerkezete hasonló a P12-2 TS-hez. Az új technológia lehetővé tette a TS kristály összetett alakjának elkerülését. A P12-5-ös ostyákat szintén hátulról köszörültük kb. 150 mikron vastagságra, megőrizve az eredeti ostya egy részét, majd egyedi téglalap alakú IC chipekre írták őket.

Rizs. 14. A TS R12-5 kristály szerkezete az AS No. 248847-ből. 1 és 2 – föld, 3 és 4 – bemenetek, 5 – kimenet, 6 – teljesítmény

Az első után pozitív eredményeket kísérleti R12-5 járművek gyártása, a KB-1 megrendelésére megnyílt a Mezon-2 kutatási projekt, melynek célja egy négy R12-5-ös jármű létrehozása. 1965-ben lapos fémkerámia tokban munkamintákat szereztek. A P12-5-öt azonban nehéznek bizonyult előállítani, főleg amiatt, hogy nehéz volt cinkkel adalékolt p-réteget képezni az eredeti n-Ge lapkán. A kristály előállítása munkaigényesnek bizonyult, alacsony a hozam, és magas a jármű költsége. Ugyanezen okok miatt az R12-5 TC-t kis mennyiségben gyártották, és nem tudta kiszorítani a lassabb, de technológiailag fejlettebb R12-2-t. A Mezon-2 kutatási projektet pedig egyáltalán nem folytatták, többek között az összekapcsolási problémák miatt.

Ekkor a Pulsar Kutatóintézet és a NIIME már kiterjedt munkát végzett a sík szilícium technológia fejlesztésén, amely számos előnnyel rendelkezik a germánium technológiával szemben, amelyek közül a legfontosabb a magasabb üzemi hőmérséklet tartomány (+150°C). szilícium és +70°C germánium esetében) és természetes szilícium jelenléte védőréteg SiO2. Az RZPP specializációja pedig az analóg IC-k létrehozására irányult. Ezért az RZPP szakemberei nem tartották megfelelőnek a germánium technológia fejlesztését az IC-k előállításához. A tranzisztorok és diódák gyártásában azonban a germánium egy ideig nem veszítette el pozícióját. A Yu.V. osztályon Osokin 1966 után fejlesztették ki és gyártották az RZPP germánium sík alacsony zajszintű mikrohullámú tranzisztorokat GT329, GT341, GT 383 stb.. Alkotmányukat a Lett Szovjetunió Állami Díjjal jutalmazták.

Alkalmazás

Rizs. 15. Aritmetikai eszköz szilárd áramkörű modulokon. Fotó a TS 1965-ös füzetéből.

Rizs. 16. Relé és járművön készült automata telefonközpont vezérlő berendezés összehasonlító méretei. Fotó a TS 1965-ös füzetéből.

Az R12-2 TS és modulok vásárlói és első fogyasztói konkrét rendszerek megalkotói voltak: a Gnome számítógép (15. ábra) a Kupol fedélzeti repülőgép-rendszerhez (NIIRE, GK Lyakhovich E.M.), valamint a haditengerészeti és polgári automata telefonközpontok. (VEF üzem, GK Misulovin L.Ya.). Aktívan részt vett az R12-2, R12-5 járművek és a rajtuk lévő modulok, valamint a KB-1 létrehozásának minden szakaszában, a KB-1 együttműködésének fő kurátora N.A. Barkanov. Segítettek a finanszírozásban, berendezésgyártásban, járművek és modulok kutatásában különböző üzemmódokban és üzemállapotokban.

A TS R12-2 és az erre épülő „Kvant” modulok voltak az első mikroáramkörök az országban. És a világon az elsők között voltak – csak az Egyesült Államokban kezdte el a Texas Instruments és a Fairchild Semiconductor gyártani első félvezető IC-jét, és 1964-ben az IBM Corporation elkezdett vastagfilm hibrid IC-ket gyártani számítógépeihez. Más országokban még nem gondoltak az IP-re. Ezért az integrált áramkörök érdekesek voltak a közvélemény számára, használatuk hatékonysága feltűnő benyomást keltett, és a reklámokban is bejátszott. Az R12-2 járműről fennmaradt füzet 1965-ből (a tényleges alkalmazások alapján) ezt írja: „ A félvezető P12-2 áramkörök fedélzeti számítástechnikai eszközökben történő alkalmazása lehetővé teszi ezen eszközök tömegének és méreteinek 10-20-szoros csökkentését, az energiafogyasztás csökkentését és a működési megbízhatóság növelését. ... A szilárd P12-2 áramkörök alkalmazása a vezérlőrendszerekben és az automatikus telefonközpontok információátviteli útvonalainak kapcsolása lehetővé teszi a vezérlőberendezések hangerejének körülbelül 300-szoros csökkentését, valamint a villamosenergia-fogyasztás jelentős csökkentését (30-50 alkalommal)". Ezeket az állításokat a Gnome számítógép aritmetikai eszközéről készült fényképek (15. ábra), valamint a VEF üzemben akkoriban gyártott relé alapú ATS rack összehasonlítása illusztrálták a lány tenyerén lévő kis tömbbel (16. ábra). . Az első Riga IC-knek számos más alkalmazása is volt.

Termelés

Most nehéz teljes képet visszaállítani a 102-es és 103-as sorozatú IC-sorozat gyártási volumenéről évről-évre (ma az RZPP nagyüzemből kis gyártássá vált, és sok archívum elveszett). De Yu.V emlékiratai szerint Osokin, az 1960-as évek második felében a termelés évi sok százezer, a hetvenes években milliós volt. Fennmaradt személyes feljegyzései szerint 1985-ben 102-es sorozatú IC-k készültek - 4 100 000 db, a 116-os sorozat moduljai - 1 025 000 db, a 103-as sorozatú IC-k - 700 000 db, a 01717-es sorozatú modulok -01717 .

1989 végén Yu.V. Osokin, az Alpha Produkciós Egyesület akkori vezérigazgatója a Szovjetunió Minisztertanácsa (VPK) Katonai-Ipari Bizottságának (VPK) vezetéséhez fordult azzal a kéréssel, hogy a 102-es, 103-as, 116-os és 117-es sorozatokat vonják ki a gyártásból, mert elavultságuk és magas munkaintenzitásuk (25 év alatt a mikroelektronika messze nem ment előre), de kategorikus elutasítást kapott. A Katonai-Ipari Komplexum elnökhelyettese V.L. Koblov azt mondta neki, hogy a gépek megbízhatóan repülnek, a csere kizárt. A Szovjetunió összeomlása után a 102-es, 103-as, 116-os és 117-es IC sorozatokat az 1990-es évek közepéig, azaz több mint 30 évig gyártották. A Gnome számítógépek még mindig az Il-76 és néhány más repülőgép navigációs kabinjában vannak. „Ez egy szuperszámítógép” – pilótáink nem értetlenkednek, amikor külföldi kollégáik meglepődnek e példátlan készülék iránti érdeklődésükön.

A prioritásokról

Annak ellenére, hogy J. Kilbynek és R. Noyce-nak voltak elődei, a világ közössége elismeri őket az integrált áramkör feltalálóiként.

R. Kilby és J. Noyce cégeiken keresztül szabadalmi kérelmet nyújtottak be egy integrált áramkör feltalálására. A Texas Instruments korábban, 1959 februárjában nyújtott be szabadalmat, és Fairchild csak az év júliusában tette meg ezt. A 2981877 számú szabadalmat azonban 1961 áprilisában adták ki R. Noyce számára. J. Kilby pert indított, és csak 1964 júniusában kapta meg a 3138743-as szabadalmát. Ezután tíz évig tartó háború dúlt a prioritásokról, aminek eredményeként (ritkán) „győzött a barátság”. Végül a Fellebbviteli Bíróság helyt adott Noyce technológiai elsőbbségi igényének, de úgy döntött, hogy J. Kilby nevéhez fűződik az első működő mikroáramkör létrehozása. A Texas Instruments és a Fairchild Semiconductor pedig megállapodást írt alá a keresztlicenc technológiákról.

A Szovjetunióban a találmányok szabadalmaztatása nem okozott a szerzőknek mást, mint gondot, jelentéktelen egyszeri fizetést és erkölcsi elégtételt, ezért sok találmányt egyáltalán nem jegyeztek be. És Osokin sem sietett. Ám a vállalkozásoknál a találmányok száma volt az egyik mutató, így továbbra is regisztrálni kellett őket. Ezért Yu. Osokina és D. Mikhalovich csak 1966. június 28-án kapta meg a Szovjetunió 36845 számú szerzői bizonyítványát az R12-2 jármű feltalálására.

J. Kilby pedig 2000-ben az IP feltalálásáért az egyik Nobel-díjas lett. R. Noyce nem kapott világhírt, 1990-ben hunyt el, és az előírások szerint a Nobel-díjat nem posztumusz adják át. Ami ebben az esetben nem teljesen igazságos, mivel az összes mikroelektronika azt az utat követte, amelyet R. Noyce elkezdett. Noyce tekintélye a szakemberek körében olyan magas volt, hogy még a „Szilícium-völgy polgármestere” becenevet is kapta, mivel akkoriban ő volt a legnépszerűbb Kalifornia azon részén dolgozó tudósok közül, amely a nem hivatalos Szilícium-völgy nevet kapta (V. Shockleyt úgy hívták). „Szilícium-völgyi Mózes”). J. Kilby („szőrös” germánium) útja azonban zsákutcának bizonyult, és még az ő társaságában sem valósult meg. De az élet nem mindig igazságos.

A Nobel-díjat három tudós kapott. A felét a 77 éves Jack Kilby kapta meg, a másik felét pedig Zhores Alferov, az Orosz Tudományos Akadémia akadémikusa és a Santa Barbarai Kaliforniai Egyetem professzora, a német-amerikai Herbert Kremer osztotta meg, mert „a a nagy sebességű optoelektronikában használt félvezető heterostruktúrák fejlesztése.”

Ezeket a munkákat értékelve a szakértők megjegyezték, hogy „az integrált áramkörök természetesen az évszázad felfedezései, amelyek mély hatást gyakoroltak a társadalomra és a világgazdaságra”. Az elfeledett J. Kilby számára a Nobel-díj meglepetés volt. A magazinnak adott interjúban Eurofizikai hírek Bevallotta: " Akkor még csak azon gondolkodtam, hogy mi lesz az elektronika fejlődése szempontjából gazdasági szempontból fontos. De akkor még nem értettem, hogy az elektronikai termékek árának csökkenése az elektronikai technológiák növekedési lavináját okozza.”.

Yu. Osokin munkáit pedig nemcsak a Nobel-bizottság nem értékeli. Nálunk is feledésbe merülnek, nincs védve az ország prioritása a mikroelektronika megteremtésében. És kétségtelenül az volt.

Az 1950-es években megteremtették az anyagi bázist a többelemes termékek - integrált áramkörök - egy monolit kristályban vagy egy kerámia hordozón történő kialakításához. Ezért nem meglepő, hogy szinte egyidejűleg az IP ötlete önállóan felmerült sok szakember fejében. És egy új ötlet megvalósításának sebessége a szerző technológiai képességeitől és a gyártó érdeklődésétől, azaz az első fogyasztó jelenlététől függött. Ebben a tekintetben Yu. Osokin jobb helyzetben találta magát, mint amerikai kollégái. Kilby új volt a TI-ben, még a monolit áramkör megvalósításának alapvető lehetőségét is be kellett bizonyítania a cég vezetése előtt annak elrendezésével. Valójában J. Kilby szerepe az IP létrehozásában a TI vezetésének átképzésében és R. Noyce aktív cselekvésre késztetésében rejlik az elrendezésével. Kilby találmánya nem került tömeggyártásba. R. Noyce fiatal és még nem erős társaságában egy új síktechnológiát készített, amely valóban a későbbi mikroelektronika alapja lett, de nem engedett azonnal a szerzőnek. A fentiekkel kapcsolatban mindkettejüknek és cégeiknek sok erőfeszítést és időt kellett fordítaniuk arra, hogy a sorozatgyártású IC-k építésére vonatkozó elképzeléseiket a gyakorlatban is megvalósítsák. Első mintáik kísérleti jellegűek maradtak, de más, még csak nem is általuk fejlesztett mikroáramkörök tömeggyártásba kerültek. A gyártástól távol álló Kilby-től és Noyce-tól eltérően Yu. Osokin gyártulajdonos az RZPP iparilag kifejlesztett félvezető technológiáira támaszkodott, és a NIIRE és a közeli VEF-gyár fejlesztésének kezdeményezőjeként garantálta az első járművek fogyasztóit. , ami segített ebben a munkában. Ezen okok miatt járművének első változata azonnal kísérleti gyártásba került, amely simán átállt a sorozatgyártásba, amely több mint 30 évig folyamatosan folytatódott. Így, miután Kilbynél és Noyce-nál később kezdte el fejleszteni a TS-t, Yu. Osokin (nem tudva erről a versenyről) gyorsan utolérte őket. Ráadásul Yu. Osokin munkái semmiképpen nem kapcsolódnak az amerikaiak munkáihoz, ennek bizonyítéka az ő járművének és a benne megvalósított megoldásoknak a Kilby és Noyce mikroáramkörökből való abszolút eltérése. A Texas Instruments (nem Kilby találmánya), a Fairchild és az RZPP szinte egyszerre, 1962-ben kezdte meg az IC-k gyártását. Ez minden jogot biztosít arra, hogy Yu. Osokint az integrált áramkör egyik feltalálójának tekintsük, egyenrangúnak R. Noyce-szal, és több, mint J. Kilbyvel, és igazságos lenne a J. Kilby-nek járó Nobel-díj egy részét Yu-val megosztani. Osokin. Ami az első kétszintű integrációval rendelkező GIS feltalálását illeti (és esetleg általában a GIS-t), itt az A prioritás. Pelipenko a NIIRE-től teljesen vitathatatlan.

Sajnos a múzeumok számára szükséges járműmintákat és ezek alapján készült eszközöket nem sikerült találni. A szerző nagyon hálás lenne az ilyen mintákért vagy fényképekért.

Integrált áramkör (IC, mikroáramkör), chip, mikrochip (angol mikrochip, szilícium chip, chip - vékony lemez - eredetileg mikroáramkör kristály lemezére utalt) - mikroelektronikai eszköz - elektronikus áramkör tetszőleges összetettségű (kristály), amelyet félvezető hordozóra (ostya vagy film) gyártanak és nem szétválasztható házban helyeznek el, vagy anélkül, ha mikroszerelvényben szerepel.

A mikroelektronika korunk legjelentősebb és sokak szerint legfontosabb tudományos és műszaki vívmánya. Olyan technikatörténeti fordulópontokhoz hasonlítható, mint a 16. századi nyomdászat feltalálása, a 18. századi gőzgép megalkotása, a 19. századi elektrotechnika fejlődése. És amikor ma tudományos és technológiai forradalomról beszélünk, akkor elsősorban mikroelektronikára gondolunk. Napjaink egyetlen technikai vívmányához hasonlóan áthatja az élet minden területét, és valósággá teszi azt, ami tegnap még egyszerűen elképzelhetetlen volt. Ahhoz, hogy erről meggyőződjünk, elég emlékezni a zsebszámológépekre, miniatűr rádiókra, a háztartási gépekben lévő elektronikus vezérlőeszközökre, órákra, számítógépekre és programozható számítógépekre. És ez csak egy kis része az alkalmazási területnek!

A mikroelektronika megjelenését és létezését egy új szubminiatűr elektronikus elem - egy integrált áramkör - létrehozásának köszönheti. Ezeknek az áramköröknek a megjelenése valójában nem valamiféle alapvetően új találmány volt – ez közvetlenül a félvezető eszközök fejlesztési logikájából következett. Eleinte a félvezető elemek használatba vételekor minden tranzisztort, ellenállást vagy diódát külön-külön használtak, azaz a saját egyedi tokjába zárták és az egyes érintkezőivel beépítették az áramkörbe. Ez még olyan esetekben is megtörtént, amikor sok hasonló áramkört kellett összeállítani ugyanazokból az elemekből.

Fokozatosan jött az a felismerés, hogy racionálisabb az ilyen eszközöket nem az egyes elemekből összeállítani, hanem azonnal egy közös kristályra gyártani, főleg, hogy a félvezető elektronika megteremtette ennek minden előfeltételét. Valójában minden félvezető elem szerkezetében nagyon hasonlít egymásra, működési elve megegyezik, és csak a p-n régiók egymáshoz viszonyított helyzetében térnek el egymástól.

Ezek p-n régiók, mint emlékszünk, úgy jönnek létre, hogy azonos típusú szennyeződéseket viszünk be egy félvezető kristály felületi rétegébe. Ezenkívül a félvezető elemek túlnyomó többségének megbízható és minden szempontból kielégítő működése ezredmilliméteres felületi munkaréteg vastagsága biztosított. A legkisebb tranzisztorok jellemzően csak a félvezető chip legfelső rétegét használják, ami a vastagságának mindössze 1%-a. A fennmaradó 99% hordozóként vagy szubsztrátumként működik, mivel hordozó nélkül a tranzisztor a legkisebb érintésre egyszerűen összeomolhat. Következésképpen az egyes elektronikai alkatrészek gyártásához használt technológiával azonnal létre lehet hozni egy teljes áramkört több tíz, száz vagy akár több ezer ilyen alkatrészből egyetlen chipen.

Ennek előnyei óriásiak lesznek. Először is, a költségek azonnal csökkennek (a mikroáramkör költsége általában több százszor kevesebb, mint az összetevői összes elektronikus elemének összköltsége). Másodszor, egy ilyen eszköz sokkal megbízhatóbb lesz (a tapasztalatok szerint ezerszer és tízezerszer), és ennek óriási jelentősége van, mivel a több tíz- vagy százezer elektronikus komponensből álló áramkörben hibakeresés rendkívül összetett probléma. Harmadrészt abból a tényből adódóan, hogy az integrált áramkör összes elektronikus eleme százszor és ezerszer kisebb, mint a hagyományos áramkörben lévő társaik, energiafogyasztásuk jóval alacsonyabb, teljesítményük pedig sokkal nagyobb.

A kulcsfontosságú esemény, amely beharangozta az integráció megérkezését az elektronikában, J. Kilby amerikai mérnök javaslata volt a Texas Instruments-től, hogy a teljes áramkörhöz egyenértékű elemeket, például regisztereket, kondenzátorokat, tranzisztorokat és diódákat állítsanak elő egy monolit tiszta szilíciumdarabban. . Kilby megalkotta az első integrált félvezető áramkört 1958 nyarán. És már 1961-ben a Fairchild Semiconductor Corporation kiadta az első soros chipeket a számítógépekhez: egy koincidencia áramkört, egy féleltolásos regisztert és egy triggert. Ugyanebben az évben a félvezető gyártás integrált logikai áramkörök elsajátította a texasi cég.

A következő évben más cégek integrált áramkörei jelentek meg. BAN BEN egy kis idő integrált tervezésben jöttek létre Különféle típusok erősítők. 1962-ben az RCA integrált memóriamátrix chipeket fejlesztett ki számítógépes tárolóeszközökhöz. Fokozatosan minden országban létrejött a mikroáramkörök gyártása - megkezdődött a mikroelektronika korszaka.

Az integrált áramkör kiindulási anyaga általában tiszta szilícium nyers lapka. Viszonylag nagy méretű, mivel egyszerre több száz azonos típusú mikroáramkört gyártanak rajta. Az első művelet az, hogy 1000 fokos hőmérsékletű oxigén hatására ennek a lemeznek a felületén szilícium-dioxid réteg képződik. A szilícium-oxidot nagy kémiai és mechanikai ellenállás jellemzi, és kiváló dielektrikum tulajdonságokkal rendelkezik, megbízható szigetelést biztosítva az alatta található szilíciumnak.

A következő lépés a szennyeződések bevezetése p vagy n vezetési sáv létrehozásához. Ehhez az oxidfilmet eltávolítják a lemez azon helyeiről, amelyek megfelelnek az egyes elektronikus alkatrészeknek. A kívánt területek kiválasztása a fotolitográfiának nevezett eljárással történik. Először a teljes oxidréteget fényérzékeny vegyülettel (fotoreziszt) vonják be, amely a fényképészeti film szerepét tölti be - exponálható és előhívható. Ezt követően a félvezető kristály felületének mintáját tartalmazó speciális fotomaszkon keresztül a lemezt ultraibolya sugárzással világítják meg.

A fény hatására az oxidrétegen lapos mintázat képződik, a nem megvilágított területek világosak maradnak, a többi pedig elsötétül. Azon a helyen, ahol a fotoellenállást fény éri, a film oldhatatlan részei képződnek, amelyek ellenállnak a savnak. Az ostyát ezután oldószerrel kezelik, amely eltávolítja a fényrezisztet a kitett területekről. A kitett területekről (és csak róluk) a szilícium-oxid réteget sav segítségével marják le.

Ennek eredményeként a szilícium-oxid a megfelelő helyeken feloldódik és a tiszta szilícium „ablakai” megnyílnak, készen állnak a szennyeződések bejuttatására (ligálás). Ehhez a hordozó felületét 900-1200 fokos hőmérsékleten a kívánt szennyeződésnek, például foszfornak vagy arzénnek tesszük ki, hogy n-típusú vezetőképességet kapjunk. A szennyező atomok mélyen behatolnak a tiszta szilíciumba, de az oxidja taszítja őket. Miután az ostyát egyfajta szennyeződéssel kezelték, előkészítik egy másik típusú ligálásra - az ostya felületét ismét oxidréteg borítja, új fotolitográfiát és maratást végeznek, aminek eredményeként új „ablakok” keletkeznek. szilíciumból vannak kinyitva.

Ezt egy új ligálás követi, például bórral a p-típusú vezetőképesség elérése érdekében. Tehát a kristály teljes felületén a megfelelő helyeken p és n régiók alakulnak ki. Az egyes elemek közötti szigetelés többféleképpen is kialakítható: ilyen szigetelésként szolgálhat szilícium-oxid réteg, vagy a megfelelő helyeken blokkoló p-n csomópontok is kialakíthatók.

A feldolgozás következő szakasza az integrált áramkör elemei, valamint ezen elemek és a külső áramkörök csatlakoztatására szolgáló érintkezők közötti vezetőképes kapcsolatok (vezető vonalak) alkalmazásához kapcsolódik. Ehhez vékony alumíniumréteget permeteznek az aljzatra, amely vékony film formájában leülepszik. A fent leírtakhoz hasonló fotolitográfiai feldolgozásnak és maratásnak vetik alá. Ennek eredményeként a teljes fémrétegből csak vékony vezetővonalak és érintkezőbetétek maradnak meg.

Végül a félvezető chip teljes felületét védőréteggel (leggyakrabban szilikátüveggel) borítják, amelyet ezután eltávolítanak az érintkezőbetétekről. Minden gyártott mikroáramkört a legszigorúbb tesztelésnek vetnek alá egy ellenőrző és próbapadon. A hibás áramkörök piros ponttal vannak jelölve. Végül a kristályt egyedi forgácslapokra vágják, amelyek mindegyike tartós házba van zárva, vezetékekkel a külső áramkörökhöz való csatlakoztatáshoz.

Az integrált áramkör összetettségét az integráltsági foknak nevezett mutató jellemzi. A 100-nál több elemet tartalmazó integrált áramköröket alacsony integrációs áramköröknek nevezzük; legfeljebb 1000 elemet tartalmazó áramkörök - közepes integrációs fokú integrált áramkörök; az akár több tízezer elemet tartalmazó áramköröket nagy integrált áramköröknek nevezzük. Már készülnek akár egymillió elemet tartalmazó áramkörök (ezeket nevezik ultranagynak). Az integráció fokozatos növekedése oda vezetett, hogy évről évre a tervek egyre miniatűrebbek és ennek megfelelően egyre összetettebbek.

Nagy mennyiség elektronikus eszközök, amely korábban nagy méretű volt, most egy apró szilícium ostyára fér el. Ezen az úton rendkívül fontos esemény volt, hogy az amerikai Intel 1971-ben egyetlen integrált áramkört hozott létre az aritmetikai és logikai műveletek végrehajtására - egy mikroprocesszort. Ez a mikroelektronika grandiózus áttörését jelentette a számítástechnika területén.

Olvass és írj hasznos