La storia della creazione del circuito integrato. serie di microcircuiti. controllo funzionale di circuiti integrati e circuiti di test

introduzione

Dall'avvento dei primi computer, gli sviluppatori di software hanno sognato un hardware progettato per risolvere il loro particolare problema. Pertanto, l'idea di creare speciali circuiti integrati che possono essere affilati per l'efficace attuazione di un'attività specifica è apparsa molto tempo fa. Ci sono due percorsi di sviluppo qui:

• L'uso dei cosiddetti circuiti integrati specializzati su misura (ASIC - Application Specific Integrated Circuit). Come suggerisce il nome, tali microcircuiti sono realizzati dai produttori hardware sotto l'ordine per l'effettiva attuazione di alcuni specifici compiti o serie di compiti. Non hanno universalità, come i microcircuiti convenzionali, ma risolvono i compiti loro assegnati molte volte più velocemente, a volte per ordini di grandezza.
• Creazione di chip con architettura riconfigurabile. L'idea è che tali chip arrivino allo sviluppatore o all'utente del software in uno stato non programmato e che possa implementare su di essi l'architettura che gli si addice meglio. Diamo un'occhiata più da vicino al loro processo di sviluppo.

Nel tempo è apparso un gran numero di vari microcircuiti con architettura riconfigurabile (Fig. 1).

Fig. 1 Varietà di chip con architettura riconfigurabile

Per molto tempo sono esistiti sul mercato solo dispositivi PLD (Programmable Logic Device). Questa classe include dispositivi che implementano le funzioni necessarie per risolvere i compiti sotto forma di disgiuntivo perfetto forma normale(perfetto ritiro). I primi a comparire nel 1970 furono i microcircuiti PROM, che appartengono appunto alla classe dei dispositivi PLD. Ogni circuito aveva una matrice fissa di funzioni logiche AND collegate a un insieme programmabile di funzioni logiche OR. Ad esempio, si consideri una PROM con 3 ingressi (a,b e c) e 3 uscite (w,x e y) (Fig. 2).

Riso. 2. Chip PROM

Con l'aiuto di un array predefinito AND, tutte le possibili congiunzioni vengono implementate sulle variabili di input, che possono quindi essere combinate arbitrariamente utilizzando elementi OR. Pertanto, in uscita, qualsiasi funzione di tre variabili può essere implementata come un perfetto DNF. Ad esempio, se si programmano gli elementi OR cerchiati in rosso nella Figura 2, gli output saranno le funzioni w=a x=(a&b) ; y=(a&b)^c.

Inizialmente, i chip PROM erano progettati per memorizzare istruzioni di programma e valori costanti, ad es. per svolgere le funzioni della memoria del computer. Tuttavia, gli sviluppatori li utilizzano anche per implementare semplici funzioni logiche. Infatti, la PROM del chip può essere utilizzata per implementare qualsiasi blocco logico, purché abbia un numero ridotto di ingressi. Questa condizione deriva dal fatto che la matrice di elementi AND è rigidamente definita nei microcircuiti EPROM - in essa sono realizzate tutte le possibili congiunzioni dagli input, ovvero il numero di elementi AND è uguale a 2 * 2 n, dove n è il numero degli input. È chiaro che all'aumentare del numero n, la dimensione dell'array cresce molto rapidamente.

Successivamente, nel 1975, apparvero i cosiddetti array logici programmabili (PLM). Sono una continuazione dell'idea dei microcircuiti PROM: anche il PLA è costituito da array AND e OR, tuttavia, a differenza di PROM, entrambi gli array sono programmabili. Ciò consente una maggiore flessibilità in tali microcircuiti, ma non sono mai stati comuni perché i segnali impiegano molto più tempo a viaggiare attraverso connessioni programmabili che a viaggiare attraverso le loro controparti predefinite.

Per risolvere il problema della velocità insito nei PLA, alla fine degli anni '70 apparve la seguente classe di dispositivi, chiamata Programmable Array Logic (PAL - Programmable Array Logic). Un ulteriore sviluppo dell'idea dei chip PAL è stata l'emergere dei dispositivi GAL (Generic Array Logic), varietà più complesse di PAL che utilizzano transistor CMOS. Qui viene utilizzata un'idea che è esattamente l'opposto dell'idea dei microcircuiti PROM: una matrice programmabile di elementi AND è collegata a una matrice predefinita di elementi OR (Fig. 3).

Riso. 3. Dispositivo PAL non programmato

Ciò impone una limitazione alla funzionalità, tuttavia, tali dispositivi richiedono array di dimensioni molto inferiori rispetto ai microcircuiti PROM.

La logica continuazione dei PLD semplici è stata l'emergere dei cosiddetti PLD complessi, costituiti da diversi blocchi di PLD semplici (di solito i dispositivi PAL sono usati come PLD semplici), uniti da una matrice di commutazione programmabile. Oltre ai blocchi PLD stessi, è stato possibile programmare anche le connessioni tra di loro utilizzando questa matrice di commutazione. I primi PLD complessi sono apparsi alla fine degli anni '70 e all'inizio degli anni '80 del XX secolo, ma lo sviluppo principale in questa direzione è avvenuto nel 1984, quando Altera ha introdotto un PLD complesso basato su una combinazione di tecnologie CMOS ed EPROM.

L'avvento degli FPGA

All'inizio degli anni '80, c'era un divario tra i principali tipi di dispositivi nell'ambiente ASIC digitale. Da un lato, c'erano PLD che possono essere programmati per ogni compito specifico e sono abbastanza facili da produrre, ma non possono essere utilizzati per implementare funzioni complesse. D'altra parte, ci sono ASIC che possono implementare funzioni estremamente complesse, ma hanno un'architettura rigidamente fissa, mentre sono lunghi e costosi da produrre. Era necessario un collegamento intermedio e i dispositivi FPGA (Field Programmable Gate Arrays) sono diventati tale collegamento.

Gli FPGA, come i PLD, sono dispositivi programmabili. La principale differenza fondamentale tra FPGA e PLD è che le funzioni in FPGA sono implementate non con l'aiuto di DNF, ma con l'aiuto di tabelle di ricerca programmabili (tabelle LUT). In queste tabelle, i valori delle funzioni vengono specificati utilizzando una tabella di verità, dalla quale viene selezionato il risultato richiesto utilizzando un multiplexer (Fig. 4):

Riso. 4. Tabella delle corrispondenze

Ogni dispositivo FPGA è costituito da blocchi logici programmabili (Configurable Logic Blocks - CLB), che sono interconnessi da connessioni, anch'esse programmabili. Ciascuno di questi blocchi è destinato alla programmazione di alcune funzioni o parte di esse, tuttavia può essere utilizzato per altri scopi, ad esempio come memoria.

Nei primi dispositivi FPGA, sviluppati a metà degli anni '80, il blocco logico era molto semplice e conteneva una tabella LUT a 3 ingressi, un flip-flop e un piccolo numero di elementi ausiliari. I moderni dispositivi FPGA sono molto più complicati: ogni blocco CLB è costituito da 1-4 "fette" (fetta), ognuna delle quali contiene diverse tabelle LUT (di solito 6 ingressi), diversi trigger e un gran numero di elementi di servizio. Ecco un esempio di un moderno "taglio":

Riso. 5. Il dispositivo del moderno "taglio"

Conclusione

Poiché i dispositivi PLD non possono implementare funzioni complesse, continuano ad essere utilizzati per implementare funzioni semplici in dispositivi portatili e comunicazioni, mentre i dispositivi FPGA che vanno da 1000 gate (il primo FPGA, sviluppato nel 1985) a questo momento ha superato i 10 milioni di valvole (famiglia Virtex-6). Si stanno sviluppando attivamente e stanno già sostituendo i chip ASIC, consentendo di implementare una varietà di funzioni estremamente complesse, senza perdere la possibilità di riprogrammare.

Ora, ancora meno avanzato Telefono cellulare non fare a meno di un microprocessore, cosa possiamo dire di tablet, portatili e desktop computer personale. Cos'è un microprocessore e come si è sviluppata la storia della sua creazione? Parlando in parole povere, il microprocessore è un circuito integrato più complesso e multifunzionale.

Inizia la storia del microcircuito (circuito integrato). dal 1958, quando Jack Kilby, un dipendente della società americana Texas Instruments, ha inventato una sorta di dispositivo a semiconduttore contenente diversi transistor collegati da conduttori in un unico pacchetto. Il primo microcircuito - il capostipite del microprocessore - conteneva solo 6 transistor ed era una sottile lastra di germanio con applicate delle piste d'oro, il tutto posto su un substrato di vetro. Per fare un confronto, oggi il conto va a unità e persino a decine di milioni di elementi semiconduttori.

Entro il 1970 parecchi produttori erano impegnati nello sviluppo e nella creazione di circuiti integrati di varie capacità e diversi orientamenti funzionali. Ma quest'anno può essere considerato la data di nascita del primo microprocessore. È stato in quest'anno che Intel ha creato un chip di memoria con una capacità di solo 1 Kbit, trascurabile per i processori moderni, ma incredibilmente grande per quel tempo. A quel tempo, questo era un risultato enorme: un chip di memoria era in grado di memorizzare fino a 128 byte di informazioni, molto più di analoghi analoghi. Inoltre, più o meno nello stesso periodo, il produttore giapponese di calcolatrici Busicom ha ordinato gli stessi chip Intel 12 con vari orientamenti funzionali. Gli specialisti Intel sono riusciti a implementare tutte le 12 aree funzionali in un unico chip. Inoltre, il microcircuito creato si è rivelato multifunzionale, poiché ha permesso di modificarne programmaticamente le funzioni senza modificarne la struttura fisica. Il microcircuito svolgeva determinate funzioni a seconda dei comandi impartiti alle sue uscite di controllo.

Già un anno dopo nel 1971 Intel rilascia il primo microprocessore a 4 bit, nome in codice 4004. Rispetto al primo chip a 6 transistor, conteneva ben 2,3mila elementi semiconduttori ed eseguiva 60mila operazioni al secondo. A quel tempo, è stato un enorme passo avanti nel campo della microelettronica. 4 bit significava che il 4004 poteva elaborare dati a 4 bit contemporaneamente. Altri due anni dopo nel 1973 l'azienda produce un processore 8008 a 8 bit, che già funzionava con dati a 8 bit. Inizio dal 1976, l'azienda inizia a sviluppare una versione a 16 bit del microprocessore 8086. Fu lui che iniziò ad essere utilizzato nei primi personal computer IBM e, infatti, pose uno dei mattoni in

I microcircuiti analogici e digitali sono prodotti in serie. Una serie è un gruppo di microcircuiti che hanno un design unico e un design tecnologico e sono destinati all'uso congiunto. I microcircuiti della stessa serie, di norma, hanno le stesse tensioni degli alimentatori, sono abbinati in termini di resistenze di ingresso e uscita, livelli di segnale.

1. Corpo

I microcircuiti sono prodotti in due versioni costruttive: confezionate e non confezionate.

L'alloggiamento del microcircuito è un sistema portante e una parte della struttura progettata per la protezione da influenze esterne e per il collegamento elettrico con circuiti esterni mediante conduttori. I casi sono standardizzati per semplificare la tecnologia di produzione dei prodotti finiti.

Un microcircuito senza cornice è un cristallo semiconduttore progettato per il montaggio in un microcircuito ibrido o microassemblaggio (è possibile il montaggio diretto su un circuito stampato).

1. Titoli specifici

Intel è stata la prima a produrre un chip che svolgeva le funzioni di un microprocessore (microprocessore inglese) - Intel 4004. Sulla base dei microprocessori 8088 e 8086 migliorati, IBM ha rilasciato i suoi noti personal computer)

Il microprocessore costituisce il nucleo del computer, funzioni aggiuntive, come la comunicazione con la periferia, sono state eseguite utilizzando chipset appositamente progettati. Per i primi computer, il numero di microcircuiti nei set è stato calcolato in decine e centinaia, in sistemi moderni questo è un set di uno, due o tre gettoni. Recentemente, ci sono state tendenze al trasferimento graduale delle funzioni del chipset (controller di memoria, controller del bus PSI Express) al processore.

I microprocessori con RAM e ROM integrate, controller di memoria e I / O e altre funzioni aggiuntive sono chiamati microcontrollori.

1. Protezione legale

La legislazione russa fornisce protezione legale per le topologie dei circuiti integrati. Topologia circuito integratoè la disposizione spaziale e geometrica dell'insieme degli elementi di un circuito integrato e le connessioni tra loro fissate su un supporto materiale (articolo 1448 del codice civile della Federazione Russa).

Il diritto esclusivo sulla topologia è valido per dieci anni. Entro questo periodo il titolare del diritto può registrare la topologia presso il Servizio federale della proprietà intellettuale, dei brevetti e dei marchi.

1. Storia della creazione

Il 7 maggio 1952, l'ingegnere radiofonico britannico Geoffrey Dummer avanzò per la prima volta l'idea di integrare molti componenti elettronici standard in un cristallo semiconduttore monolitico e, un anno dopo, Harvick Johnson presentò la prima domanda di brevetto in assoluto per un prototipo di circuito integrato (IC ). L'attuazione di queste proposte in quegli anni non poteva avvenire a causa dell'insufficiente sviluppo della tecnologia.

Alla fine del 1958 e nella prima metà del 1959 si verificò una svolta nell'industria dei semiconduttori. Tre persone in rappresentanza di tre società private americane hanno risolto tre problemi fondamentali che impedivano la creazione di circuiti integrati. Jack Kilby di Texas Instruments brevettò il principio di integrazione, creò i primi, imperfetti, prototipi di circuiti integrati e li portò alla produzione di massa. Kurt Lehovec della Sprague Electric Company ha inventato un metodo per isolare elettricamente i componenti formati su un singolo chip semiconduttore (isolamento della giunzione p-n). Robert Noyce di Fairchild Semiconductor ha inventato un metodo per collegare elettricamente i componenti IC (placcatura in alluminio) e ha proposto una versione migliorata dell'isolamento dei componenti basata sull'ultima tecnologia planare di Jean Ernie. Il 27 settembre 1960, il gruppo di Jay Last creò il primo realizzabile semiconduttore IP sulle idee di Noyce ed Ernie. Texas Instruments, che deteneva il brevetto per l'invenzione di Kilby, scatenò una guerra sui brevetti contro i concorrenti, che si concluse nel 1966 con un accordo transattivo sulla licenza incrociata della tecnologia.

I primi circuiti integrati logici della serie menzionata sono stati costruiti letteralmente da standard componenti, le cui dimensioni e configurazioni sono state specificate dal processo tecnologico. Gli ingegneri di circuito che hanno progettato circuiti integrati logici di una particolare famiglia operavano con gli stessi tipici diodi e transistor. Nel 1961-1962, il paradigma del design fu infranto dallo sviluppatore principale di Sylvania, Tom Longo, utilizzando per la prima volta in un circuito integrato vari configurazione dei transistor a seconda delle loro funzioni nel circuito. Alla fine del 1962, Sylvania lanciò la prima famiglia di logica transistor-transistor (TTL) sviluppata da Longo, storicamente il primo tipo di logica integrata che riuscì a prendere piede permanentemente nel mercato. Nei circuiti analogici, una svolta di questo livello fu fatta nel 1964-1965 dallo sviluppatore degli amplificatori operazionali Fairchild, Bob Widlar.

Il primo circuito integrato a semiconduttore in URSS è stato creato sulla base di una tecnologia planare sviluppata all'inizio del 1960 al NII-35 (poi ribattezzato Pulsar Research Institute) da un team poi trasferito al NIIME (Mikron). La creazione del primo circuito integrato in silicio domestico era incentrata sullo sviluppo e la produzione con accettazione militare di una serie di circuiti integrati in silicio TC-100 (37 elementi - l'equivalente della complessità del circuito di un trigger, un analogo della serie americana IC SN-51 di Texas Instruments). Prototipi e campioni di produzione di circuiti integrati in silicio per la riproduzione sono stati ottenuti dagli Stati Uniti. Il lavoro è stato svolto presso NII-35 (direttore Trutko) e Fryazinsky Semiconductor Plant (direttore Kolmogorov) sotto un ordine di difesa per l'uso in un altimetro autonomo di un sistema di guida di missili balistici. Lo sviluppo includeva sei tipici circuiti integrati planari in silicio della serie TS-100 e, con l'organizzazione della produzione pilota, richiese tre anni al NII-35 (dal 1962 al 1965). Ci sono voluti altri due anni per padroneggiare la produzione in fabbrica con l'accettazione militare a Fryazino (1967)

Primi circuiti integrati

Dedicato al 50° anniversario della data ufficiale

B. Malashevich

Il 12 settembre 1958, un dipendente di Texas Instruments (TI) Jack Kilby dimostrò alla direzione tre strani dispositivi: dispositivi incollati con cera d'api su un substrato di vetro da due pezzi di silicio di dimensioni 11,1 × 1,6 mm (Fig. 1). Si trattava di layout tridimensionali: prototipi di un circuito integrato (IC) del generatore, che dimostravano la possibilità di fabbricare tutti gli elementi del circuito basati su un singolo materiale semiconduttore. Questa data è celebrata nella storia dell'elettronica come il compleanno dei circuiti integrati. Ma lo è?

Riso. 1. Modello della prima IS di J. Kilby. Foto da http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Alla fine degli anni '50, la tecnologia di assemblaggio di apparecchiature radioelettroniche (REA) da elementi discreti aveva esaurito le sue possibilità. Il mondo è arrivato alla crisi più acuta della REA, sono state necessarie misure radicali. A quel tempo, le tecnologie integrate per la produzione sia di dispositivi a semiconduttore che di schede ceramiche a film spesso e sottile erano già state padroneggiate industrialmente negli Stati Uniti e nell'URSS, ovvero i prerequisiti erano maturi per superare questa crisi creando multi-elemento prodotti standard - circuiti integrati.

I circuiti integrati (microcircuiti, circuiti integrati) comprendono dispositivi elettronici di varia complessità, in cui tutti gli elementi dello stesso tipo sono fabbricati contemporaneamente in un unico ciclo tecnologico, ad es. dalla tecnologia integrata. A differenza dei circuiti stampati (in cui tutti i conduttori di collegamento sono prodotti contemporaneamente in un unico ciclo utilizzando la tecnologia integrata), i resistori, i condensatori e (nei circuiti integrati a semiconduttore) i diodi e i transistor sono formati in modo simile nei circuiti integrati. Inoltre, molti circuiti integrati vengono prodotti contemporaneamente, da decine a migliaia.

I circuiti integrati sono sviluppati e prodotti dall'industria sotto forma di serie, combinando una serie di microcircuiti con vari scopi funzionali, destinati all'uso congiunto in apparecchiature elettroniche. I circuiti integrati della serie hanno un design standard e un sistema unificato di caratteristiche elettriche e di altro tipo. I circuiti integrati vengono forniti dal produttore a diversi consumatori come prodotti commerciali indipendenti che soddisfano un determinato sistema di requisiti standardizzati. I circuiti integrati sono classificati come prodotti non riparabili; durante la riparazione di apparecchiature elettroniche, i circuiti integrati guasti vengono sostituiti.

Esistono due gruppi principali di circuiti integrati: ibridi e semiconduttori.

Nei circuiti integrati ibridi (HIC), tutti i conduttori e gli elementi passivi sono formati sulla superficie di un substrato di microcircuito (solitamente realizzato in ceramica) utilizzando una tecnologia integrata. Gli elementi attivi sotto forma di diodi senza pacchetto, transistor e cristalli IC a semiconduttore vengono installati sul substrato individualmente, manualmente o automaticamente.

Nei circuiti integrati a semiconduttore, gli elementi di collegamento, passivi e attivi si formano in un unico ciclo tecnologico sulla superficie di un materiale semiconduttore (solitamente silicio) con una parziale intrusione nel suo volume mediante metodi di diffusione. Allo stesso tempo, su un wafer semiconduttore vengono prodotti da diverse decine a diverse migliaia di circuiti integrati, a seconda della complessità del dispositivo e delle dimensioni del suo cristallo e wafer. L'industria produce circuiti integrati semiconduttori in pacchetti standard, sotto forma di singoli chip o sotto forma di wafer indivisi.

Il fenomeno del mondo dei circuiti integrati ibridi (GIS) e semiconduttori si è verificato in modi diversi. GIS è un prodotto dello sviluppo evolutivo dei micromoduli e della tecnologia delle lastre ceramiche. Pertanto, sono apparsi impercettibilmente, non esiste una data di nascita generalmente accettata di GIS e un autore generalmente riconosciuto. I circuiti integrati a semiconduttore sono stati un risultato naturale e inevitabile dello sviluppo della tecnologia dei semiconduttori, ma ha richiesto la generazione di nuove idee e la creazione di nuove tecnologie che hanno le proprie date di nascita e i propri autori. I primi circuiti integrati ibridi e semiconduttori sono apparsi in URSS e negli Stati Uniti quasi contemporaneamente e indipendentemente l'uno dall'altro.

Primi circuiti integrati ibridi

I circuiti integrati ibridi includono circuiti integrati, la cui produzione combina una tecnologia integrale per la produzione di elementi passivi con una tecnologia individuale (manuale o automatizzata) per l'installazione e il montaggio di elementi attivi.

Alla fine degli anni '40, la ditta Centralab negli Stati Uniti sviluppò i principi di base per la produzione di circuiti stampati a base ceramica a film spesso, che furono poi sviluppati da altre ditte. Si basava sulle tecnologie di produzione di circuiti stampati e condensatori ceramici. Dai circuiti stampati, hanno preso una tecnologia integrale per la formazione della topologia dei conduttori di collegamento: la serigrafia. Dai condensatori - il materiale del substrato (ceramica, più spesso sital), così come i materiali in pasta e la tecnologia termica del loro fissaggio sul substrato.

E nei primi anni Cinquanta RCA inventò la tecnologia del film sottile: spruzzando vari materiali sotto vuoto e depositandoli attraverso una maschera su speciali substrati, imparò a produrre contemporaneamente tanti film in miniatura collegando conduttori, resistori e condensatori su un unico substrato ceramico.

Rispetto alla tecnologia a film spesso, la tecnologia a film sottile ha fornito la possibilità di una produzione più accurata di elementi di topologia più piccoli, ma richiede attrezzature più complesse e costose. I dispositivi fabbricati su lastre di ceramica utilizzando la tecnologia a film spesso oa film sottile sono chiamati "circuiti ibridi". I circuiti ibridi sono stati prodotti come componenti di propria produzione, il loro design, le dimensioni e lo scopo funzionale erano diversi per ogni produttore, non sono entrati nel mercato libero e quindi sono poco conosciuti.

Anche i circuiti ibridi hanno invaso i micromoduli. Inizialmente, hanno utilizzato elementi in miniatura passivi e attivi discreti, combinati con il tradizionale cablaggio stampato. La tecnologia di assemblaggio era complessa, con un'enorme quota di lavoro manuale. Pertanto, i micromoduli erano molto costosi, il loro utilizzo era limitato alle apparecchiature di bordo. Quindi sono state utilizzate sciarpe in ceramica in miniatura a film spesso. Successivamente, la tecnologia a film spesso iniziò a produrre resistori. Ma diodi e transistor erano ancora usati discreti, confezionati singolarmente.

Il micromodulo è diventato un circuito integrato ibrido nel momento in cui sono stati utilizzati transistor e diodi senza pacchetto e la struttura è stata sigillata in un alloggiamento comune. Ciò ha permesso di automatizzare in modo significativo il processo di assemblaggio, ridurre drasticamente i prezzi ed espandere l'ambito di applicazione. Secondo il metodo di formazione degli elementi passivi, si distinguono i GIS a film spesso e quelli a film sottile.

Il primo GIS in URSS

I primi GIS (moduli del tipo “Kvant”, successivamente denominati IS serie 116) in URSS furono sviluppati nel 1963 presso NIIRE (poi NPO Leninets, Leningrado) e nello stesso anno il suo impianto pilota iniziò la produzione in serie. In questi GIS, i circuiti integrati a semiconduttore "R12-2", sviluppati nel 1962 dall'impianto di dispositivi a semiconduttore di Riga, sono stati utilizzati come elementi attivi. A causa dell'inseparabilità delle storie della creazione di questi circuiti integrati e delle loro caratteristiche, li considereremo insieme nella sezione su P12-2.

Indubbiamente, i moduli Kvant sono stati i primi nel mondo del GIS con integrazione a due livelli: come elementi attivi, non utilizzavano transistor frameless discreti, ma circuiti integrati semiconduttori. È probabile che fossero i primi GIS al mondo: prodotti multielemento strutturalmente e funzionalmente completi forniti al consumatore come prodotti commerciali indipendenti. I primi prodotti stranieri simili identificati dall'autore sono i moduli IBM SLT descritti di seguito, ma furono annunciati l'anno successivo, 1964.

Primo GIS negli Stati Uniti

L'aspetto del GIS a film spesso come base dell'elemento principale del nuovo computer IBM System /360 fu annunciato per la prima volta da IBM nel 1964. Sembra che questa sia stata la prima applicazione del GIS al di fuori dell'URSS, l'autore non è riuscito a trovare esempi precedenti.

I circuiti integrati a semiconduttore della serie "Micrologic" di Fairchild e "SN-51" di TI (ne parleremo di seguito) già conosciuti a quel tempo nei circoli degli specialisti erano ancora inaccessibilmente rari e proibitivi per uso commerciale, che era il costruzione di un computer mainframe. Pertanto, IBM Corporation, prendendo come base la progettazione di un micromodulo piatto, ha sviluppato la propria serie di GIS a film spesso, annunciata con il nome generale (al contrario di "micromoduli") - "SLT-modules" (Solid Logic Technology - tecnologia logica solida. Di solito la parola "solido" viene tradotta in russo come "solido", il che è assolutamente illogico. In effetti, il termine "moduli SLT" è stato introdotto da IBM come opposizione al termine "micromodulo" e dovrebbe riflettere la loro differenza Ma entrambi i moduli sono "solidi", ad es. questa traduzione non lo è La parola "solido" ha altri significati: "solido", "intero", che sottolineano con successo la differenza tra "moduli SLT" e "micromoduli" - moduli SLT sono indivisibili, non riparabili, cioè "interi". Pertanto abbiamo utilizzato una traduzione non standard in russo: tecnologia logica solida - tecnologia logica solida).

Il modulo SLT era una micropiastra ceramica a film spesso quadrato da mezzo pollice con perni verticali inseriti a pressione. Conduttori e resistori di collegamento sono stati applicati alla sua superficie mediante serigrafia (secondo lo schema del dispositivo implementato) e sono stati installati transistor senza pacchetto. I condensatori, se necessario, sono stati installati accanto al modulo SLT sulla scheda del dispositivo. Con esterni quasi identici (i micromoduli sono leggermente più alti, Fig. 2.), i moduli SLT differiscono dai micromoduli piatti in una maggiore densità di elementi, basso consumo energetico, alta velocità e alta affidabilità. Inoltre, la tecnologia SLT era abbastanza facile da automatizzare, quindi potevano essere prodotte in grandi quantità a un costo sufficientemente basso da poter essere utilizzate in apparecchiature commerciali. Questo è esattamente ciò di cui IBM aveva bisogno. L'azienda ha costruito una fabbrica automatizzata a East Fishkill vicino a New York per la produzione di moduli SLT, che li ha prodotti in milioni di copie.

Riso. 2. Micromodulo URSS e modulo SLT f. IBM. Foto STL da http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

Dopo IBM, il GIS iniziò ad essere prodotto da altre società per le quali il GIS divenne un prodotto commerciale. Il design tipico dei micromoduli piatti e dei moduli SLT di IBM Corporation è diventato uno degli standard per i circuiti integrati ibridi.

Primi circuiti integrati a semiconduttore

Alla fine degli anni '50, l'industria era ben posizionata per produrre componenti elettronici economici. Ma se i transistor oi diodi erano fatti di germanio e silicio, i resistori e i condensatori erano fatti di altri materiali. Molti poi credevano che durante la creazione di circuiti ibridi non ci sarebbero stati problemi nell'assemblare questi elementi, realizzati separatamente. E se è possibile produrre tutti gli elementi di dimensioni e forma standard e quindi automatizzare il processo di assemblaggio, il costo dell'attrezzatura sarà notevolmente ridotto. Sulla base di tale ragionamento, i sostenitori della tecnologia ibrida la consideravano una direzione generale nello sviluppo della microelettronica.

Ma non tutti condividevano questa opinione. Il fatto è che i transistor mesa, e in particolare i transistor planari, già creati in quel periodo, furono adattati per l'elaborazione batch, in cui venivano eseguite contemporaneamente una serie di operazioni per la fabbricazione di molti transistor su una piastra di substrato. Cioè, molti transistor sono stati fabbricati contemporaneamente su un wafer semiconduttore. Quindi la piastra è stata tagliata in singoli transistor, che sono stati posizionati in singoli casi. E poi il produttore dell'hardware ha combinato i transistor su uno scheda a circuito stampato. C'erano persone che trovavano ridicolo questo approccio: perché scollegare i transistor e poi combinarli di nuovo. È possibile combinarli immediatamente su un wafer semiconduttore? Allo stesso tempo, sbarazzati di diverse operazioni complesse e costose! Queste persone hanno inventato i circuiti integrati a semiconduttore.

L'idea è estremamente semplice e completamente ovvia. Ma, come spesso accade, solo dopo che qualcuno lo ha prima annunciato e dimostrato. Ha dimostrato che spesso non basta semplicemente annunciare, come in questo caso. L'idea di IC fu annunciata già nel 1952, prima dell'avvento dei metodi batch per la fabbricazione di dispositivi a semiconduttore. SU conferenza annuale on Electronic Components, tenutasi a Washington DC, dal British Royal Radar Office di Malvern, Geoffrey Dummer, ha presentato una relazione sull'affidabilità dei componenti delle apparecchiature radar. Nel rapporto, ha fatto una dichiarazione profetica: “ Con l'avvento del transistor e il lavoro nel campo della tecnologia dei semiconduttori, si può generalmente immaginare un'apparecchiatura elettronica sotto forma di un blocco solido che non contiene fili di collegamento. Il blocco può essere costituito da strati di materiali isolanti, conduttivi, rettificanti e rinforzanti, nei quali vengono ritagliate determinate zone in modo che possano svolgere direttamente funzioni elettriche”. Ma questa previsione è passata inosservata agli specialisti. Se ne sono ricordati solo dopo la comparsa dei primi circuiti integrati a semiconduttore, cioè dopo la prova pratica di un'idea annunciata da tempo. Qualcuno doveva essere il primo a riformulare e implementare l'idea di un circuito integrato a semiconduttore.

Come nel caso del transistor, i costruttori di circuiti integrati a semiconduttore generalmente accettati avevano predecessori più o meno riusciti. Un tentativo di attuare la sua idea nel 1956 fu fatto dallo stesso Dammer, ma fallì. Nel 1953, Harvick Johnson della RCA ricevette un brevetto per un oscillatore a chip singolo e nel 1958, insieme a Thorkel Wallmark, annunciò il concetto di "dispositivo integrato a semiconduttore". Nel 1956, Ross, un dipendente dei Bell Labs, realizzò un circuito contatore binario utilizzando base n-p-n-p strutture in un unico cristallo. Nel 1957, Yasuro Taru dell'azienda giapponese MITI ricevette un brevetto per la combinazione di diversi transistor in un singolo chip. Ma tutti questi e altri sviluppi simili erano di natura privata, non furono portati in produzione e non divennero la base per lo sviluppo dell'elettronica integrata. Solo tre progetti hanno contribuito allo sviluppo della PI nella produzione industriale.

Il già citato Jack Kilby di Texas Instruments (TI), Robert Noyce di Fairchild (entrambi statunitensi) e Yuri Valentinovich Osokin del Design Bureau della Riga Semiconductor Devices Plant (URSS) si sono rivelati fortunati. Gli americani hanno creato modelli sperimentali di circuiti integrati: J. Kilby - un modello del generatore IC (1958), quindi un trigger mesa-transistor (1961), R. Noyce - un trigger tecnologico planare (1961) e Yu. Osokin - l'IC logico "2NOT-OR" in Germania che entrò subito in produzione in serie (1962). Queste aziende iniziarono la produzione in serie di circuiti integrati quasi contemporaneamente, nel 1962.

Primi circuiti integrati a semiconduttore negli Stati Uniti

IPJack Kilby. Serie IS” SN-51”

Nel 1958, J. Kilby (un pioniere nell'uso dei transistor in apparecchi acustici) è passato a Texas Instruments. Il nuovo arrivato Kilby, in qualità di ingegnere di circuiti, è stato "lanciato" per migliorare il riempimento dei micromoduli dei razzi creando un'alternativa ai micromoduli. È stata presa in considerazione l'opzione di assemblare blocchi da parti modulo standard, simile all'assemblaggio di modelli giocattolo da figure LEGO. Ma Kilby era affascinato da qualcos'altro. L'effetto "new look" ha giocato un ruolo decisivo: in primo luogo, ha subito affermato che i micromoduli sono un vicolo cieco, e in secondo luogo, dopo aver ammirato le strutture della mesa, è giunto alla conclusione che il circuito dovrebbe (e può) essere implementato da un materiale - un semiconduttore. Kilby era a conoscenza dell'idea di Dummer e del suo fallimento nel realizzarla nel 1956. Dopo aver analizzato, capì il motivo del fallimento e trovò un modo per superarlo. “ Il mio merito è che prendendo questa idea, l'ho trasformata in realtà.”, ha detto J. Kilby più tardi nel suo discorso per il Nobel.

Non avendo ancora guadagnato il diritto di partire, ha lavorato senza interferenze in laboratorio mentre tutti riposavano. Il 24 luglio 1958, Kilby formulò un concetto in un diario di laboratorio chiamato Monolithic Idea. La sua essenza era quella". .. elementi del circuito come resistori, condensatori, condensatori distribuiti e transistor possono essere integrati in un chip, a condizione che siano realizzati con lo stesso materiale ... Nella progettazione di un circuito flip-flop, tutti gli elementi devono essere realizzati in silicio, e i resistori utilizzeranno la resistenza del volume del silicio e i condensatori - capacità delle giunzioni p-n” . "L'idea di un monolite" ha incontrato un atteggiamento condiscendentemente ironico da parte della direzione di Texas Instruments, che ha chiesto la prova della possibilità di fabbricare transistor, resistori e condensatori da un semiconduttore e l'operatività di un circuito assemblato da tali elementi.

Nel settembre 1958, Kilby realizzò la sua idea: realizzò un generatore da due pezzi di germanio di dimensioni 11,1 x 1,6 mm, incollati con cera d'api su un substrato di vetro, contenente due tipi di regioni di diffusione (Fig. 1). Ha utilizzato queste aree ei contatti disponibili per creare un circuito generatore, collegando gli elementi con sottili fili d'oro del diametro di 100 micron mediante saldatura a termocompressione. Da un'area è stato creato un metransistor, dall'altro una catena RC. I tre generatori assemblati sono stati dimostrati alla direzione dell'azienda. Quando l'alimentazione è stata collegata, hanno funzionato a una frequenza di 1,3 MHz. È successo il 12 settembre 1958. Una settimana dopo, Kilby realizzò un amplificatore in modo simile. Ma queste non erano ancora strutture integrate, erano layout tridimensionali di circuiti integrati a semiconduttore, a dimostrazione dell'idea di fabbricare tutti gli elementi del circuito da un materiale: un semiconduttore.

Riso. 3. Trigger di tipo 502 J. Kilby. Foto da http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Il primo circuito veramente integrato di Kilby, realizzato in un unico pezzo di germanio monolitico, è stato l'IC trigger sperimentale Type 502 (Fig. 3). Ha utilizzato sia la resistenza di massa del germanio che la capacità della giunzione p-n. La sua presentazione ebbe luogo nel marzo 1959. Un piccolo numero di tali circuiti integrati è stato realizzato in laboratorio e venduto in una cerchia ristretta al prezzo di $ 450. L'IC conteneva sei elementi: quattro transistor mesa e due resistori posti su un wafer di silicio con un diametro di 1 cm, ma il Kilby IC aveva un grave inconveniente: i transistor mesa, che, sotto forma di microscopiche colonne "attive", torreggiavano sopra il resto, parte “passiva” del cristallo. Il collegamento tra i pilastri della mesa nel Kilby IS è stato effettuato bollendo sottili fili d'oro - la "tecnologia pelosa" odiata da tutti. È diventato chiaro che con tali interconnessioni non è possibile realizzare un microcircuito con un gran numero di elementi: la rete metallica si romperà o si richiuderà. Sì, e il germanio a quel tempo era già considerato un materiale non promettente. La svolta non è avvenuta.

A questo punto, la tecnologia del silicio planare era stata sviluppata presso Fairchild. Alla luce di tutto ciò, Texas Instruments ha dovuto mettere da parte tutto ciò che Kilby aveva fatto e procedere, senza Kilby, allo sviluppo di una serie di circuiti integrati basati sulla tecnologia del silicio planare. Nell'ottobre 1961, la società annunciò la creazione di una serie di circuiti integrati del tipo SN-51 e dal 1962 iniziò la produzione e la fornitura in serie nell'interesse del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti e della NASA.

PI di Robert Noyce. Serie IS”Micrologico”

Nel 1957, per una serie di motivi, W. Shockley, l'inventore del transistor a giunzione, lasciò un gruppo di otto giovani ingegneri che volevano provare a realizzare le proprie idee. Gli "Otto dei traditori", come li chiamava Shockley, guidati da R. Noyce e G. Moore, fondarono Fairchild Semiconductor ("bel bambino"). L'azienda era guidata da Robert Noyce, che allora aveva 23 anni.

Alla fine del 1958, il fisico D. Horney, che lavorava alla Fairchild Semiconductor, sviluppò una tecnologia planare per la produzione di transistor. E il fisico di origine ceca Kurt Lehovek, che ha lavorato alla Sprague Electric, ha sviluppato una tecnica per utilizzare una giunzione n - p invertita per isolare elettricamente i componenti. Nel 1959, Robert Noyce, avendo sentito parlare del layout IC di Kilby, decise di provare a costruire un circuito integrato combinando i processi proposti da Horney e Lehovek. E invece della “tecnologia pelosa” delle interconnessioni, Noyce ha proposto la deposizione selettiva di un sottile strato di metallo su strutture semiconduttrici isolate con biossido di silicio con connessione ai contatti degli elementi attraverso i fori lasciati nello strato isolante. Ciò ha permesso di "immergere" elementi attivi nel corpo di un semiconduttore, isolandoli con ossido di silicio, e quindi collegare questi elementi con tracce di alluminio o oro sputterate, che vengono create utilizzando processi di fotolitografia, metallizzazione e incisione nell'ultima fase di fabbricazione del prodotto. Pertanto, è stata ottenuta un'opzione veramente "monolitica" per combinare i componenti in un unico circuito e la nuova tecnologia è stata chiamata "planare". Ma prima, l'idea doveva essere testata.

Riso. 4. Trigger sperimentale R. Noyce. Foto da http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Riso. 5. Foto di Micrologic IC sulla rivista Life. Foto da http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Nell'agosto 1959, R. Noyce incaricò Joey Last di elaborare una variante dell'IC basata sulla tecnologia planare. In primo luogo, come Kilby, hanno realizzato un layout di trigger su diversi cristalli di silicio, sui quali sono stati realizzati 4 transistor e 5 resistori. Quindi, il 26 maggio 1960, fu prodotto il primo grilletto a chip singolo. Per isolare gli elementi in esso con rovescio wafer di silicio è stato inciso con profonde scanalature riempite con resina epossidica. Il 27 settembre 1960 fu realizzata la terza versione del grilletto (Fig. 4), in cui gli elementi erano isolati da una giunzione p - n collegata all'indietro.

Fino a quel momento, Fairchild Semiconductor si era occupata solo di transistor; non aveva ingegneri di circuito per creare circuiti integrati a semiconduttore. Pertanto, Robert Norman di Sperry Gyroscope è stato invitato come progettista dei circuiti. Norman conosceva la logica resistore-transistor, che l'azienda, su suo suggerimento, scelse come base per la sua futura serie Micrologic IC, che trovò la sua prima applicazione nell'equipaggiamento missilistico Minuteman. Nel marzo 1961, Fairchild annunciò il primo circuito integrato sperimentale di questa serie (un flip-flop F contenente sei elementi: quattro transistor bipolari e due resistori posti su una piastra di 1 cm) con la pubblicazione della sua fotografia (Fig. 5) nel rivista vita(datato 10 marzo 1961). Altri 5 circuiti integrati sono stati annunciati in ottobre. E dall'inizio di 1962, Fairchild ha lanciato la produzione in serie di circuiti integrati e la loro fornitura anche nell'interesse del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti e della NASA.

Kilby e Noyce hanno dovuto ascoltare molte critiche sulle loro innovazioni. Si riteneva che la resa pratica di opportuni circuiti integrati sarebbe stata molto bassa. È chiaro che dovrebbe essere inferiore a quello dei transistor (perché contiene diversi transistor), per i quali allora non era superiore al 15%. In secondo luogo, molti credevano che i circuiti integrati utilizzassero materiali inappropriati, poiché all'epoca resistori e condensatori non erano realizzati con semiconduttori. In terzo luogo, molti non potevano accettare l'idea della non riparabilità dell'IP. Sembrava loro blasfemo buttare via un prodotto in cui solo uno dei tanti elementi falliva. Tutti i dubbi sono stati gradualmente messi da parte quando i circuiti integrati sono stati utilizzati con successo nei programmi militari e spaziali statunitensi.

Uno dei fondatori di Fairchild Semiconductor, G. Moore, ha formulato la legge fondamentale per lo sviluppo della microelettronica al silicio, secondo la quale il numero di transistor in un chip di circuito integrato raddoppiava ogni anno. Questa legge, chiamata "legge di Moore", ha funzionato abbastanza bene per i primi 15 anni (a partire dal 1959), poi questo raddoppio è avvenuto in circa un anno e mezzo.

Inoltre, l'industria della proprietà intellettuale negli Stati Uniti ha iniziato a svilupparsi rapidamente. Negli Stati Uniti è iniziato un processo simile a una valanga di nascita di imprese orientate esclusivamente "sotto il planare", raggiungendo talvolta la registrazione di una dozzina di imprese a settimana. All'inseguimento dei veterani (gli studi di W. Shockley e R. Noyce), oltre che grazie agli incentivi fiscali e al servizio fornito dalla Stanford University, i “nuovi arrivati” si sono concentrati soprattutto nella Santa Clara Valley (California). Non stupisce quindi che nel 1971, con la mano leggera del giornalista divulgatore di novità tecniche, Don Hofler, sia entrata in circolazione l'immagine romantico-tecnogenica della “Silicon Valley”, diventata per sempre sinonimo della Mecca della tecnologia dei semiconduttori rivoluzione. A proposito, in quella zona c'è davvero una valle, precedentemente famosa per i suoi numerosi frutteti di albicocche, ciliegie e prugne, che aveva un nome diverso e più piacevole prima che vi apparisse Shockley: la Valle del piacere del cuore, ora, purtroppo, quasi dimenticato.

Nel 1962 iniziò la produzione in serie di circuiti integrati negli Stati Uniti, sebbene il loro volume di consegne ai clienti ammontasse a poche migliaia. Lo stimolo più forte per lo sviluppo su nuove basi dell'industria degli strumenti e dell'elettronica è stata la tecnologia missilistica e spaziale. Gli Stati Uniti non avevano allora gli stessi potenti missili balistici intercontinentali di quelli sovietici e, per aumentare la carica, furono costretti a puntare alla massima riduzione della massa della portaerei, compresi i sistemi di controllo, attraverso l'introduzione di gli ultimi progressi della tecnologia elettronica. Le aziende Texas Instrument e Fairchild Semiconductor hanno firmato grossi contratti per lo sviluppo e la produzione di circuiti integrati con il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti e con la NASA.

I primi circuiti integrati a semiconduttore in URSS

Alla fine degli anni '50, l'industria sovietica aveva così tanto bisogno di diodi e transistor a semiconduttore che furono necessarie misure drastiche. Nel 1959 furono fondate fabbriche di dispositivi a semiconduttore ad Aleksandrov, Bryansk, Voronezh, Riga, ecc. Nel gennaio 1961, il Comitato centrale del PCUS e il Consiglio dei ministri dell'URSS adottarono un altro decreto "Sullo sviluppo dell'industria dei semiconduttori", che prevedeva la costruzione di fabbriche e istituti di ricerca a Kiev, Minsk, Yerevan, Nalchik e in altre città.

Saremo interessati a uno dei nuovi impianti: il già citato Riga Semiconductor Plant (RZPP, ha cambiato nome più volte, per semplicità usiamo il più famoso, operativo e ora). Come trampolino di lancio, al nuovo stabilimento è stato dato l'edificio della scuola tecnica cooperativa in costruzione con una superficie di 5300 m2, e contemporaneamente è iniziata la costruzione di un apposito edificio. Nel febbraio 1960 nello stabilimento erano già stati creati 32 servizi, 11 laboratori e produzione pilota, che iniziò ad aprile per preparare la produzione dei primi strumenti. Lo stabilimento impiegava già 350 persone, 260 delle quali sono state inviate a studiare presso l'Istituto di ricerca di Mosca-35 (in seguito Istituto di ricerca Pulsar) e presso lo stabilimento Svetlana di Leningrado durante l'anno. E alla fine del 1960, il numero dei dipendenti raggiunse le 1900 persone. Inizialmente le linee tecnologiche erano ubicate nel ricostruito palazzetto dello sport dell'edificio dell'istituto tecnico cooperativo, mentre nelle ex aule si trovavano i laboratori dell'ufficio di progettazione sperimentale. I primi dispositivi (transistor al germanio di diffusione e conversione in lega P-401, P-403, P-601 e P-602 sviluppati da NII-35) sono stati prodotti dall'impianto 9 mesi dopo la firma dell'ordine alla sua creazione, in marzo 1960. E alla fine di luglio ha prodotto i primi mille transistor P-401. Poi ha imparato molti altri transistor e diodi in produzione. Nel giugno 1961 fu completata la costruzione di un edificio speciale, in cui iniziò la produzione in serie di dispositivi a semiconduttore.

Dal 1961, lo stabilimento ha avviato lavori tecnologici e di sviluppo indipendenti, compresa la meccanizzazione e l'automazione della produzione di transistor basati sulla fotolitografia. Per questo, è stato sviluppato il primo ripetitore fotografico domestico (photostamp), un'installazione per la combinazione e la stampa di foto a contatto (sviluppata da A.S. Gotman). Le imprese del Ministero dell'industria radiofonica, tra cui KB-1 (in seguito NPO Almaz, Mosca) e NIIRE, hanno fornito grande assistenza nel finanziamento e nella produzione di apparecchiature uniche. Quindi gli sviluppatori più attivi di apparecchiature radio di piccole dimensioni, non avendo una propria base tecnologica di semiconduttori, cercavano modi di interazione creativa con le fabbriche di semiconduttori di nuova creazione.

In RZPP è stato svolto un lavoro attivo per automatizzare la produzione di transistor al germanio dei tipi P401 e P403 basati sulla linea di produzione Ausma creata dall'impianto. Il suo capo progettista (GK) A.S. Gotman ha proposto di realizzare tracce che trasportano corrente sulla superficie del germanio dagli elettrodi del transistor alla periferia del cristallo, al fine di saldare più facilmente i conduttori del transistor nella custodia. Ma soprattutto, queste tracce potrebbero essere utilizzate come terminali esterni del transistor quando sono state assemblate senza un pacchetto su schede (contenenti elementi di connessione e passivi), saldandole direttamente alle corrispondenti piazzole di contatto (infatti, la tecnologia per la creazione di circuiti integrati ibridi è stato proposto). Il metodo proposto, in cui i percorsi di corrente del cristallo, per così dire, baciano i cuscinetti di contatto della scheda, ha ricevuto il nome originale: "tecnologia del bacio". Ma a causa di una serie di problemi tecnologici all'epoca rivelatisi insolubili, legati principalmente ai problemi di accuratezza nell'ottenere i contatti su un circuito stampato, non è stato possibile implementare praticamente la "tecnologia del bacio". Pochi anni dopo, un'idea simile è stata implementata negli Stati Uniti e nell'URSS e ha trovato ampia applicazione nelle cosiddette "piombi a sfera" e nella tecnologia "chip-on-board".

Tuttavia, le aziende di hardware che collaborano con RZPP, inclusa NIIRE, speravano nella "tecnologia del bacio" e pianificavano di utilizzarla. Nella primavera del 1962, quando divenne chiaro che la sua attuazione sarebbe stata rinviata a tempo indeterminato, l'ingegnere capo della NIIRE V.I. Smirnov ha chiesto al direttore della RZPP S.A. Bergman per trovare un altro modo per implementare un circuito a più elementi del tipo 2NOT-OR, universale per la costruzione di dispositivi digitali.

Riso. 7. Circuito equivalente di IS R12-2 (1LB021). Disegno dal prospetto IP del 1965

Il primo IS e GIS di Yuri Osokin. circuito solido R12-2(serie IC 102 E 116 )

Il direttore della RZPP ha affidato questo compito a un giovane ingegnere, Yuri Valentinovich Osokin. Abbiamo organizzato un reparto composto da un laboratorio tecnologico, un laboratorio per lo sviluppo e la produzione di fotomaschere, un laboratorio di misura e una linea di produzione pilota. A quel tempo, la tecnologia per la produzione di diodi e transistor al germanio fu consegnata a RZPP e fu presa come base per un nuovo sviluppo. E già nell'autunno del 1962 furono ottenuti i primi prototipi del circuito solido al germanio 2NE-OR (poiché il termine IP non esisteva allora, per rispetto degli affari di quei giorni, manterremo il nome "circuito solido" - TS), che ha ricevuto la designazione di fabbrica "P12-2". È stato conservato un opuscolo pubblicitario del 1965 su P12-2 (Fig. 6), informazioni e illustrazioni da cui utilizzeremo. TS R12-2 conteneva due transistor al germanio p - n - p (transistor modificati dei tipi P401 e P403) con un carico totale sotto forma di un resistore al germanio di tipo p distribuito (Fig. 7).

Riso. 8. Struttura dell'IS R12-2. Disegno dal prospetto IP del 1965

Riso. 9. Disegno dimensionale del veicolo R12-2. Disegno dal prospetto IP del 1965

I conduttori esterni sono formati mediante saldatura a termocompressione tra le regioni di germanio della struttura TC e l'oro dei fili conduttori. Ciò garantisce un funzionamento stabile dei circuiti sotto influenze esterne nelle condizioni dei tropici e della nebbia marina, che è particolarmente importante per lavorare nelle centrali telefoniche automatiche quasi elettroniche navali prodotte dallo stabilimento VEF di Riga, anch'esso interessato a questo sviluppo.

Strutturalmente, TS R12-2 (e successive R12-5) sono state realizzate sotto forma di una "tavoletta" (Fig. 9) da una tazza metallica rotonda con un diametro di 3 mm e un'altezza di 0,8 mm. Al suo interno è stato inserito un cristallo TS e riempito con un composto polimerico, dal quale sono uscite corte estremità esterne di conduttori in filo d'oro tenero con un diametro di 50 μm, saldati al cristallo. Il peso di P12-2 non superava i 25 mg. In questo progetto, le RH erano resistenti all'80% di umidità relativa a una temperatura ambiente di 40°C e ai cicli di temperatura da -60° a 60°C.

Alla fine del 1962, la produzione pilota di RZPP produsse circa 5mila veicoli R12-2 e nel 1963 ne furono prodotte diverse decine di migliaia. Pertanto, il 1962 è stato l'anno di nascita dell'industria microelettronica negli Stati Uniti e nell'URSS.

Riso. 10. Gruppi TC R12-2

Riso. 11. Principali caratteristiche elettriche di R12-2

La tecnologia dei semiconduttori era allora agli inizi e non garantiva ancora una rigida ripetibilità dei parametri. Pertanto, i dispositivi utilizzabili sono stati ordinati in gruppi di parametri (questo viene spesso fatto ai nostri tempi). Gli abitanti di Riga hanno fatto lo stesso, installando 8 tipi di TS R12-2 (Fig. 10). Tutte le altre caratteristiche elettriche e di altro tipo sono le stesse per tutte le taglie (Fig. 11).

La produzione di TS R12-2 iniziò contemporaneamente alla ricerca e sviluppo "Hardness", che terminò nel 1964 (GK Yu.V. Osokin). Nell'ambito di questo lavoro, è stata sviluppata una tecnologia di gruppo migliorata per la produzione in serie di TC al germanio basata sulla fotolitografia e sulla deposizione galvanica di leghe attraverso una fotomaschera. Le sue principali soluzioni tecniche sono registrate come un'invenzione di Osokin Yu.V. e Mikhalovich D.L. (A.S. n. 36845). Diversi articoli di Yu.V. Osokina in collaborazione con gli specialisti KB-1 I.V. Niente, G.G. Smolko e Yu.E. Naumov con una descrizione del progetto e delle caratteristiche del veicolo R12-2 (e del successivo veicolo R12-5).

Il design del P12-2 andava bene per tutti, tranne che per una cosa: i consumatori non sapevano come utilizzare prodotti così piccoli con le conclusioni più sottili. Le aziende di hardware, di regola, non avevano né la tecnologia né le attrezzature per questo. Per tutto il tempo del rilascio di R12-2 e R12-5, il loro utilizzo è stato controllato da NIIRE, Zhiguli Radio Plant del Ministero dell'industria radiofonica, VEF, NIIP (dal 1978 NPO Radiopribor) e alcune altre imprese. Comprendendo il problema, gli sviluppatori del TS, insieme a NIIRE, hanno subito pensato al secondo livello di progettazione, che allo stesso tempo ha aumentato la densità del layout dell'attrezzatura.

Riso. 12. Modulo di 4 veicoli R12-2

Nel 1963, nell'ambito della ricerca e sviluppo "Kvant" (GK A.N. Pelipenko, con la partecipazione di E.M. Lyakhovich), il progetto del modulo è stato sviluppato in NIIRE, in cui sono stati combinati quattro TS R12-2 (Fig. 12). Da due a quattro R12-2 TS (in una custodia) sono stati posizionati su un microboard in fibra di vetro sottile, che insieme implementano un certo nodo funzionale. Sulla scheda sono stati premuti fino a 17 cavi (il numero variava per un modulo specifico) lunghi 4 mm. La micropiastra è stata collocata in una tazza di metallo stampato di dimensioni 21,6 × 10. 6,6 mm e una profondità di 3,1 mm e riempito con un composto polimerico. Il risultato è un circuito integrato ibrido (GIS) con elementi a doppia tenuta. E, come dicevamo, è stato il primo GIS al mondo con integrazione a due livelli e, forse, il primo GIS in generale. Sono stati sviluppati otto tipi di moduli con il nome comune "Quantum", che svolgevano varie funzioni logiche. Come parte di tali moduli, i veicoli R12-2 sono rimasti operativi sotto l'influenza di accelerazioni costanti fino a 150 ge carichi di vibrazione nella gamma di frequenza di 5-2000 Hz con accelerazione fino a 15 g.

I moduli Kvant sono stati prima prodotti dalla produzione sperimentale di NIIRE, quindi sono stati trasferiti allo stabilimento radiofonico di Zhiguli del Ministero dell'industria radiofonica dell'URSS, che li ha forniti a vari consumatori, tra cui l'impianto VEF.

I moduli TS R12-2 e Kvant basati su di essi si sono dimostrati validi e sono stati ampiamente utilizzati. Nel 1968 fu rilasciato uno standard che stabiliva un sistema unificato di designazioni per i circuiti integrati nel paese e nel 1969 - Specifiche generali per circuiti integrati a semiconduttore (NP0.073.004TU) e ibridi (NP0.073.003TU) con sistema unificato requisiti. In conformità con questi requisiti, il 6 febbraio 1969 l'Ufficio centrale per l'applicazione dei circuiti integrati (TsBPIMS, in seguito Dayton Central Design Bureau, Zelenograd) ha approvato nuove condizioni tecniche per il TS ShT3.369.001-1TU. Allo stesso tempo, il termine "circuito integrato" della serie 102 è apparso per la prima volta nella designazione del prodotto. In effetti, era un circuito integrato, suddiviso in quattro gruppi in base alla tensione di uscita e alla capacità di carico.

Riso. 13. IC serie 116 e 117

E il 19 settembre 1970, le specifiche tecniche AB0.308.014TU per i moduli Kvant, che hanno ricevuto la designazione IS della serie 116, sono state approvate presso TsBPIMS (Fig. 13). La serie comprendeva nove circuiti integrati: 1KhL161, 1KhL162 e 1KhL163 - circuiti digitali multifunzionali; 1LE161 e 1LE162 - due e quattro elementi logici 2NOT-OR; 1TP161 e 1TP1162 - uno e due trigger; 1UP161 - amplificatore di potenza, nonché 1LP161 - elemento logico"divieto" per 4 ingressi e 4 uscite. Ciascuno di questi circuiti integrati aveva da quattro a sette versioni, diverse per tensione del segnale di uscita e capacità di carico, in totale c'erano 58 classificazioni IC. Le esecuzioni sono state contrassegnate con una lettera dopo la parte digitale della designazione IS, ad esempio 1ХЛ161Ж. In futuro, la gamma di moduli è stata ampliata. I circuiti integrati della serie 116 erano in realtà ibridi, ma su richiesta di RZPP sono stati etichettati come semiconduttori (la prima cifra nella designazione è "1", gli ibridi dovrebbero avere "2").

Nel 1972, con decisione congiunta del Ministero dell'industria elettronica e del Ministero dell'industria radiofonica, la produzione di moduli è stata trasferita dallo stabilimento radiofonico di Zhiguli a RZPP. Ciò ha eliminato la necessità di trasportare i circuiti integrati della serie 102 su lunghe distanze, quindi non è stato necessario incapsulare il die di ciascun circuito integrato. Di conseguenza, la progettazione dei circuiti integrati della serie 102 e 116 è stata semplificata: non è stato necessario confezionare i circuiti integrati della serie 102 in una tazza di metallo riempita di composto. I circuiti integrati non imballati della serie 102 in un contenitore tecnologico sono stati consegnati a un negozio vicino per l'assemblaggio dei circuiti integrati della serie 116, montati direttamente sulla loro microscheda e sigillati nella custodia del modulo.

A metà degli anni '70 fu rilasciato un nuovo standard per il sistema di notazione IP. Successivamente, ad esempio, IS 1LB021V ha ricevuto la designazione 102LB1V.

Il secondo IS e GIS di Yuri Osokin. circuito solido R12-5(serie IC 103 E 117 )

All'inizio del 1963, a seguito di un serio lavoro sullo sviluppo di transistor n - p - n ad alta frequenza, il team di Yu.V. Osokina ha accumulato molta esperienza con gli strati p sull'originale wafer di n-germanio. Questo e la disponibilità di tutti i componenti tecnologici necessari permisero a Osokin nel 1963 di iniziare a sviluppare una nuova tecnologia e design per una versione più veloce della ST. Nel 1964, per ordine di NIIRE, fu completato lo sviluppo dell'R12-5 TS e dei moduli basati su di esso. Secondo i suoi risultati, nel 1965 fu aperta la ricerca e sviluppo di Palanga (GK Yu.V. Osokin, suo vice - D.L. Mikhalovich, completato nel 1966). I moduli basati su P12-5 sono stati sviluppati nell'ambito della stessa ricerca e sviluppo "Kvant" dei moduli basati su P12-2. Contemporaneamente alle specifiche tecniche per le serie 102 e 116, sono state introdotte le specifiche tecniche ShT3.369.002-2TU per i circuiti integrati della serie 103 (R12-5) e AV0.308.016TU per i circuiti integrati della serie 117 (moduli basati sui circuiti integrati della serie 103). approvato. La nomenclatura dei tipi e delle classificazioni standard di TS R12-2, dei moduli su di essi e delle serie IS 102 e 116 era identica alla nomenclatura di TS R12-5 e IS serie 103 e 117, rispettivamente. Differivano solo per la velocità e la tecnologia di produzione del chip IC. Il tempo di ritardo di propagazione tipico della serie 117 era di 55 ns rispetto ai 200 ns della serie 116.

Strutturalmente, l'R12-5 TS era una struttura a semiconduttore a quattro strati (Fig. 14), in cui il substrato di tipo n e gli emettitori di tipo p + erano collegati a un bus di terra comune. Le principali soluzioni tecniche per la costruzione dell'R12-5 TS sono registrate come invenzione di Osokin Yu.V., Mikhalovich D.L. Kaidalova Zh.A. e Akmensa Ya.P. (A.S. n. 248847). Nella produzione della struttura a quattro strati di TS R12-5, un importante know-how è stata la formazione di uno strato p di tipo n nella piastra di germanio originale. Ciò è stato ottenuto mediante diffusione dello zinco in un'ampolla di quarzo sigillata, dove le piastre si trovano a una temperatura di circa 900 ° C e lo zinco si trova all'altra estremità dell'ampolla a una temperatura di circa 500 ° C. Inoltre la formazione della struttura TS nello strato p creato è simile a TS P12-2. La nuova tecnologia ha permesso di allontanarsi dalla forma complessa del cristallo TS. Anche i wafer con P12-5 sono stati macinati dal lato posteriore a uno spessore di circa 150 μm con la conservazione di parte del wafer originale, quindi sono stati scarabocchiati in chip IC rettangolari separati.

Riso. 14. Struttura cristallina di TS P12-5 da AS n. 248847. 1 e 2 - terra, 3 e 4 - ingressi, 5 - uscita, 6 - alimentazione

Dopo il primo risultati positivi produzione di veicoli sperimentali R12-5, per ordine di KB-1, è stata aperta la ricerca e sviluppo Mezon-2, finalizzata alla creazione di veicoli con quattro R12-5. Nel 1965 furono ottenuti campioni operativi in ​​​​una custodia piatta in ceramica-metallo. Ma P12-5 si è rivelato difficile da produrre, principalmente a causa della difficoltà di formare uno strato p drogato con zinco sul wafer n-Ge originale. La produzione del cristallo si è rivelata laboriosa, la percentuale di rendimento è bassa e il costo del TS è elevato. Per gli stessi motivi, la R12-5 TS è stata prodotta in piccoli volumi e non ha potuto sostituire la più lenta, ma tecnologicamente avanzata R12-2. E la ricerca e sviluppo "Mezon-2" non è proseguita affatto, anche a causa di problemi di interconnessione.

A quel tempo, il Pulsar Research Institute e il NIIME stavano già lavorando su un ampio fronte per sviluppare la tecnologia del silicio planare, che presenta una serie di vantaggi rispetto al germanio, il principale dei quali è un intervallo di temperatura operativa più elevato (+150°С per il silicio e + 70°С per silicio, germanio) e il silicio ha un naturale pellicola protettiva SiO2. E la specializzazione di RZPP è stata riorientata alla creazione di circuiti integrati analogici. Pertanto, gli specialisti RZPP hanno ritenuto inappropriato lo sviluppo della tecnologia al germanio per la produzione di circuiti integrati. Tuttavia, nella produzione di transistor e diodi, il germanio non ha rinunciato per qualche tempo alle sue posizioni. Nel dipartimento di Yu.V. Osokin, già dopo il 1966, RZPP sviluppò e produsse transistor a microonde planari a basso rumore al germanio GT329, GT341, GT 383, ecc. La loro creazione ricevette il Premio di Stato dell'URSS lettone.

Applicazione

Riso. 15. Unità aritmetica su moduli circuitali solidi. Foto dal libretto TS datato 1965

Riso. 16. Dimensioni comparative del dispositivo di controllo del centralino telefonico automatico, realizzato su un relè e un veicolo. Foto dal libretto TS datato 1965

I clienti e primi consumatori dell'R12-2 TS e dei moduli sono stati i creatori di sistemi specifici: il computer Gnom (Fig. 15) per il sistema di bordo aereo Kupol (NIIRE, GK Lyakhovich E.M.) e centrali telefoniche automatiche navali e civili (impianto VEF, GK Misulovin L.Ya.). Ha partecipato attivamente a tutte le fasi della creazione dei veicoli e dei moduli R12-2, R12-5 su di essi e KB-1, il principale curatore di questa collaborazione da KB-1 è stato N.A. Barkanov. Hanno aiutato con il finanziamento, la produzione di apparecchiature, la ricerca di TS e moduli in varie modalità e condizioni operative.

TS R12-2 e moduli "Quantum" basati su di esso sono stati i primi microcircuiti nel paese. Sì, e nel mondo sono stati tra i primi: solo negli Stati Uniti hanno iniziato a produrre i loro primi circuiti integrati a semiconduttore da Texas Instruments e Fairchild Semiconductor, e nel 1964 IBM ha iniziato a produrre circuiti integrati ibridi a film spesso per i suoi computer. In altri paesi, l'IP non è stato ancora pensato. Pertanto, i circuiti integrati erano una curiosità per il pubblico, l'efficacia della loro applicazione ha fatto un'impressione impressionante ed è stata giocata nella pubblicità. Nel libretto sopravvissuto sul veicolo R12-2 del 1965 (basato su applicazioni già reali) si legge: “ L'uso di circuiti solidi R12-2 nei dispositivi informatici di bordo consente di ridurre il peso e le dimensioni di questi dispositivi di un fattore 10-20, ridurre il consumo energetico e aumentare l'affidabilità operativa. ... L'uso di circuiti solidi R12-2 nei sistemi di controllo e commutazione dei percorsi di trasmissione delle informazioni delle centrali telefoniche automatiche consente di ridurre il volume dei dispositivi di controllo di circa 300 volte, nonché di ridurre significativamente il consumo energetico (di 30- 50 volte)” . Queste affermazioni sono state illustrate da fotografie del dispositivo aritmetico del computer Gnom (Fig. 15) e da un confronto del rack ATS prodotto in quel momento dallo stabilimento VEF basato su un relè con un piccolo blocco nel palmo della ragazza (Fig. 16 ). C'erano altre numerose applicazioni dei primi circuiti integrati di Riga.

Produzione

Ora è difficile restituire un quadro completo dei volumi di produzione dei circuiti integrati serie 102 e 103 nel corso degli anni (oggi RZPP si è trasformata da grande impianto in piccola produzione e molti archivi sono andati perduti). Ma secondo le memorie di Yu.V. Osokin, nella seconda metà degli anni '60, la produzione ammontava a molte centinaia di migliaia all'anno, negli anni '70 a milioni. Secondo i suoi registri personali, nel 1985 sono stati emessi circuiti integrati della serie 102 - 4.100.000 pezzi, moduli della serie 116 - 1.025.000 pezzi, circuiti integrati della serie 103 - 700.000 pezzi, moduli della serie 117 - 175.000 pezzi.

Alla fine del 1989 Yu.V. Osokin, allora direttore generale del software Alpha, si rivolse alla guida della Commissione militare-industriale sotto il Consiglio dei ministri dell'URSS (VPK) con una richiesta di rimuovere dalla produzione le serie 102, 103, 116 e 117 a causa della loro obsolescenza e alta intensità di lavoro (per 25 anni la microelettronica è tutt'altro che andata avanti), ma ha ricevuto un rifiuto categorico. Vicepresidente del complesso industriale militare V.L. Koblov gli disse che gli aerei volavano in modo affidabile e che un sostituto era fuori questione. Dopo il crollo dell'URSS, i circuiti integrati delle serie 102, 103, 116 e 117 furono prodotti anche prima della metà degli anni '90, cioè per più di 30 anni. I computer "Gnome" sono ancora nella cabina di pilotaggio di navigazione dell '"Il-76" e di alcuni altri velivoli. "Questo è un supercomputer", i nostri piloti non si perdono quando i loro colleghi stranieri sono sorpresi di essere interessati a un'unità mai vista prima.

A proposito di priorità

Nonostante J. Kilby e R. Noyce avessero dei predecessori, sono riconosciuti dalla comunità mondiale come gli inventori del circuito integrato.

R. Kilby e J. Noyce, attraverso le loro ditte, depositarono domanda di brevetto per l'invenzione del circuito integrato. Texas Instruments fece domanda per il brevetto in precedenza, nel febbraio 1959, mentre Fairchild lo fece solo nel luglio dello stesso anno. Ma il brevetto numero 2981877 fu rilasciato nell'aprile 1961 a R. Noyce. J. Kilby fece causa e solo nel giugno 1964 ricevette il suo numero di brevetto 3138743. Poi ci fu una guerra di priorità decennale, a seguito della quale (rara) "vinse l'amicizia". Alla fine, la Corte d'appello ha confermato la pretesa di R. Noyce al primato nella tecnologia, ma ha stabilito che J. Kilby è stato il creatore del primo microchip funzionante. E Texas Instruments e Fairchild Semiconductor hanno firmato un accordo di licenza incrociata tecnologica.

In URSS, brevettare invenzioni per autori non dava altro che guai, un insignificante pagamento una tantum e soddisfazione morale, così tante invenzioni non erano affatto formalizzate. E neanche Osokin aveva fretta. Ma per le imprese, il numero di invenzioni era uno degli indicatori, quindi dovevano ancora essere registrate. Pertanto, Yu Osokina e D. Mikhalovich hanno ricevuto il certificato d'autore dell'URSS n. 36845 per l'invenzione del TS R12-2 solo il 28 giugno 1966.

E J. Kilby nel 2000 è diventato uno dei vincitori del premio Nobel per l'invenzione dell'IP. R. Noyce non ha aspettato il riconoscimento mondiale, è morto nel 1990 e, secondo la situazione, il Premio Nobel non viene assegnato postumo. Il che, in questo caso, non è del tutto giusto, visto che tutta la microelettronica ha seguito il percorso iniziato da R. Noyce. L'autorità di Noyce tra gli specialisti era così alta che ricevette persino il soprannome di "sindaco della Silicon Valley", perché allora era il più popolare degli scienziati che lavoravano in quella parte della California, che ricevette il nome non ufficiale di Silicon Valley (W. Shockley era chiamato "Mosè della Silicon Valley"). E il percorso di J. Kilby (germanio "peloso") si è rivelato un vicolo cieco, e non è stato implementato nemmeno nella sua compagnia. Ma la vita non è sempre giusta.

Il premio Nobel è stato assegnato a tre scienziati. La metà è stata ricevuta dal 77enne Jack Kilby, e l'altra metà è stata divisa tra l'accademico dell'Accademia delle scienze russa Zhores Alferov e il professore dell'Università della California a Santa Barbara, americano di origine tedesca Herbert Kremer, per " lo sviluppo di eterostrutture di semiconduttori utilizzate nell'optoelettronica ad alta velocità."

Valutando questi lavori, gli esperti hanno osservato che "i circuiti integrati sono, ovviamente, la scoperta del secolo, che ha avuto un forte impatto sulla società e sull'economia mondiale". Per il dimenticato J. Kilby, il Premio Nobel è stata una sorpresa. In un'intervista a una rivista Notizie Eurofisica Ha ammesso: " A quel tempo pensavo solo a cosa sarebbe stato importante per lo sviluppo dell'elettronica da un punto di vista economico. Ma allora non capivo che la diminuzione del costo dei prodotti elettronici provocherà una crescita a valanga delle tecnologie elettroniche”.

E il lavoro di Yu Osokin non è stato valutato non solo dal Comitato per il Nobel. Sono anche dimenticati nel nostro Paese, la priorità del Paese nella creazione della microelettronica non è tutelata. E certamente lo era.

Negli anni '50 è stata creata una base materiale per la formazione di prodotti multielemento - circuiti integrati - in un cristallo monolitico o su un substrato ceramico. Pertanto, non sorprende che quasi contemporaneamente l'idea di IP sia emersa in modo indipendente nella mente di molti specialisti. E la velocità di introduzione di una nuova idea dipendeva dalle capacità tecnologiche dell'autore e dall'interesse del produttore, cioè dalla presenza del primo consumatore. A questo proposito, Yu Osokin era in una posizione migliore rispetto ai suoi colleghi americani. Kilby era nuovo in TI, doveva persino dimostrare al management dell'azienda la fondamentale possibilità di implementare un circuito monolitico realizzandone il layout. In realtà, il ruolo di J. Kilby nella creazione di IS si riduce a rieducare la leadership di TI e provocare R. Noyce con il suo layout ad agire. L'invenzione di Kilby non è andata in produzione in serie. R. Noyce, nella sua azienda giovane e non ancora forte, è andato alla creazione di una nuova tecnologia planare, che è diventata davvero la base della successiva microelettronica, ma l'autore non ha subito ceduto. In relazione a quanto sopra, sia loro che le loro aziende hanno dovuto dedicare molto tempo e impegno all'implementazione pratica delle loro idee per la costruzione di circuiti integrati seriali. I loro primi campioni sono rimasti sperimentali e altri microcircuiti, nemmeno sviluppati da loro, sono entrati nella produzione di massa. A differenza di Kilby e Noyce, che erano lontani dalla produzione, l'operaio Yu Osokin faceva affidamento sulle tecnologie dei semiconduttori sviluppate industrialmente di RZPP, e aveva garantito i consumatori della prima ST sotto forma dell'iniziatore dello sviluppo di NIIRE e della vicina VEF impianto, che ha aiutato in questo lavoro. Per questi motivi, la prima versione del suo veicolo entrò subito in fase sperimentale, trasferita senza problemi alla produzione di massa, che continuò ininterrottamente per più di 30 anni. Così, iniziando lo sviluppo della ST più tardi di Kilby e Noyce, Yu Osokin (non sapendo di questa competizione) li raggiunse rapidamente. Inoltre, il lavoro di Yu Osokin non è in alcun modo collegato al lavoro degli americani, prova di ciò è l'assoluta dissomiglianza del suo TS e delle soluzioni in esso implementate ai microcircuiti Kilby e Noyce. Texas Instruments (non un'invenzione di Kilby), Fairchild e RZPP iniziarono la produzione dei loro circuiti integrati quasi contemporaneamente, nel 1962. Ciò dà pieno diritto di considerare Yu.Osokin come uno degli inventori del circuito integrato al pari di R. Noyce e più di J. Kilby, e sarebbe giusto condividere parte del Premio Nobel di J. Kilby con Yu.Osokin. Per quanto riguarda l'invenzione del primo GIS con integrazione a due livelli (e possibilmente GIS in generale), qui la priorità è A. Pelipenko di NIIRE è assolutamente indiscutibile.

Sfortunatamente, non è stato possibile trovare campioni di TS e dispositivi basati su di essi, necessari per i musei. L'autore sarà molto grato per tali campioni o le loro fotografie.

Circuito (micro) integrato (IC, IC, m / s, circuito integrato inglese, IC, microcircuito), chip, microchip (microchip inglese, chip di silicio, chip - una lastra sottile - il termine originariamente si riferiva a una lastra di cristallo del microcircuito) - dispositivo microelettronico - circuito elettronico di complessità arbitraria (cristallo), realizzato su un substrato semiconduttore (lastra o film) e posto in un contenitore non separabile, o senza di esso, se incluso nel microassieme.

La microelettronica è la più significativa e, come molti credono, la più importante conquista scientifica e tecnologica del nostro tempo. Può essere paragonato a punti di svolta nella storia della tecnologia come l'invenzione della stampa nel XVI secolo, la creazione della macchina a vapore nel XVIII secolo e lo sviluppo dell'ingegneria elettrica nel XIX. E quando oggi si parla di rivoluzione scientifica e tecnologica, si intende principalmente la microelettronica. Come nessun'altra conquista tecnica dei nostri giorni, permea tutte le sfere della vita e rende realtà ciò che ieri era semplicemente impossibile da immaginare. Per convincersene basta pensare alle calcolatrici tascabili, alle radio in miniatura, ai comandi elettronici degli elettrodomestici, agli orologi, ai computer e ai computer programmabili. E questa è solo una piccola parte del suo scopo!

La microelettronica deve la sua origine e la sua stessa esistenza alla creazione di un nuovo elemento elettronico subminiaturizzato: un microcircuito integrato. L'aspetto di questi circuiti, infatti, non era una sorta di invenzione fondamentalmente nuova: derivava direttamente dalla logica dello sviluppo dei dispositivi a semiconduttore. All'inizio, quando gli elementi semiconduttori stavano appena entrando nella vita, ogni transistor, resistore o diodo veniva usato separatamente, cioè era racchiuso nella sua custodia individuale e incluso nel circuito usando i suoi singoli contatti. Ciò è stato fatto anche in quei casi in cui era necessario assemblare molti circuiti simili dagli stessi elementi.

A poco a poco, si è capito che era più razionale non assemblare tali dispositivi da elementi separati, ma fabbricarli immediatamente su un chip comune, soprattutto perché l'elettronica dei semiconduttori creava tutti i prerequisiti per questo. Infatti, tutti gli elementi semiconduttori sono molto simili nella loro struttura tra loro, hanno lo stesso principio di funzionamento e differiscono solo per la disposizione reciproca delle regioni p-n.

Questi aree p-n, come ricordiamo, vengono creati introducendo lo stesso tipo di impurità nello strato superficiale di un cristallo semiconduttore. Inoltre, un funzionamento affidabile e sotto tutti i punti di vista soddisfacente della stragrande maggioranza degli elementi semiconduttori è fornito con uno spessore dello strato superficiale di lavoro di millesimi di millimetro. I transistor più piccoli di solito usano solo lo strato superiore di un cristallo semiconduttore, che è solo l'1% del suo spessore. Il restante 99% funge da supporto o substrato, poiché senza un substrato, il transistor potrebbe semplicemente collassare al minimo tocco. Pertanto, utilizzando la tecnologia utilizzata per fabbricare i singoli componenti elettronici, è possibile creare immediatamente un circuito completo da diverse decine, centinaia e persino migliaia di tali componenti su un singolo chip.

Il vantaggio di questo sarà enorme. In primo luogo, i costi diminuiranno immediatamente (il costo di un microcircuito è solitamente centinaia di volte inferiore al costo totale di tutti gli elementi elettronici dei suoi componenti). In secondo luogo, un dispositivo del genere sarà molto più affidabile (come dimostra l'esperienza, migliaia e decine di migliaia di volte), e questo è di enorme importanza, poiché la risoluzione dei problemi in un circuito di decine o centinaia di migliaia di componenti elettronici diventa un problema estremamente difficile . In terzo luogo, poiché tutti gli elementi elettronici di un circuito integrato sono centinaia e migliaia di volte più piccoli delle loro controparti in un circuito combinato convenzionale, il loro consumo energetico è molto inferiore e la loro velocità è molto più elevata.

L'evento chiave che ha preannunciato l'arrivo dell'integrazione nell'elettronica è stata la proposta dell'ingegnere americano J. Kilby della Texas Instruments di ottenere elementi equivalenti per l'intero circuito, come registri, condensatori, transistor e diodi in un pezzo monolitico di silicio puro. Kilby creò il primo circuito semiconduttore integrato nell'estate del 1958. E già nel 1961, la Fairchild Semiconductor Corporation produceva i primi microcircuiti seriali per computer: un circuito di coincidenza, un semi-shift register e un flip-flop. Nello stesso anno, la produzione di semiconduttori integrati circuiti logici di proprietà del Texas.

L'anno successivo apparvero circuiti integrati di altre aziende. IN poco tempo nel design integrale sono stati creati Vari tipi amplificatori. Nel 1962, RCA ha sviluppato circuiti integrati di array di memoria per dispositivi di archiviazione di computer. A poco a poco, la produzione di microcircuiti è stata stabilita in tutti i paesi: è iniziata l'era della microelettronica.

Il materiale di partenza per un circuito integrato è solitamente un wafer di silicio grezzo. Ha una dimensione relativamente grande, poiché su di esso vengono prodotte contemporaneamente diverse centinaia dello stesso tipo di microcircuiti. La prima operazione è che sotto l'influenza dell'ossigeno a una temperatura di 1000 gradi, sulla superficie di questa piastra si forma uno strato di biossido di silicio. L'ossido di silicio è caratterizzato da un'elevata resistenza chimica e meccanica e ha le proprietà di un eccellente dielettrico, fornendo un isolamento affidabile al silicio situato sotto di esso.

Il passo successivo è l'introduzione di impurità per creare zone di conduzione p o n. Per fare ciò, il film di ossido viene rimosso da quei punti sulla piastra che corrispondono ai singoli componenti elettronici. La selezione delle aree desiderate avviene mediante un processo chiamato fotolitografia. Innanzitutto, l'intero strato di ossido è ricoperto da un composto fotosensibile (fotoresist), che svolge il ruolo di una pellicola fotografica: può essere illuminato e sviluppato. Successivamente, attraverso una speciale fotomaschera contenente un motivo superficiale di un cristallo semiconduttore, la lastra viene illuminata con raggi ultravioletti.

Sotto l'influenza della luce, sullo strato di ossido si forma un motivo piatto, con le aree non illuminate che rimangono chiare e tutto il resto viene oscurato. Nel punto in cui la fotoresistenza è stata esposta alla luce, si formano zone insolubili del film resistenti all'acido. Il wafer viene quindi trattato con un solvente che rimuove il fotoresist dalle aree esposte. Dai luoghi aperti (e solo da essi), lo strato di ossido di silicio viene inciso con acido.

Di conseguenza, l'ossido di silicio si dissolve nei punti giusti e si aprono "finestre" di silicio puro, pronte per l'introduzione di impurità (legatura). Per fare ciò, la superficie del substrato a una temperatura di 900-1200 gradi viene esposta all'impurità desiderata, ad esempio fosforo o arsenico, per ottenere conduttività di tipo n. Gli atomi di impurità penetrano in profondità nel silicio puro, ma sono respinti dal suo ossido. Dopo aver elaborato la lastra con un tipo di impurità, viene preparata per la legatura con un altro tipo: la superficie della lastra viene nuovamente ricoperta da uno strato di ossido, vengono eseguite una nuova fotolitografia e incisione, a seguito delle quali nuove "finestre" di silicio aperto.

Segue una nuova legatura, ad esempio con boro, per ottenere conducibilità di tipo p. Pertanto, le regioni p e n si formano nei punti giusti sull'intera superficie del cristallo. L'isolamento tra i singoli elementi può essere creato in diversi modi: uno strato di ossido di silicio può fungere da tale isolamento, oppure è possibile creare anche giunzioni p-n bloccanti nei punti giusti.

La fase successiva dell'elaborazione è associata all'applicazione di collegamenti conduttivi (linee conduttive) tra gli elementi del circuito integrato, nonché tra questi elementi e contatti per il collegamento di circuiti esterni. Per fare ciò, sul substrato viene depositato un sottile strato di alluminio, che viene depositato sotto forma di un film molto sottile. Viene sottoposto a trattamento fotolitografico e incisione, simili a quelli sopra descritti. Di conseguenza, dall'intero strato di metallo rimangono solo sottili linee conduttive e piazzole.

Infine, l'intera superficie del cristallo semiconduttore è ricoperta da uno strato protettivo (il più delle volte vetro silicato), che viene poi rimosso dai pad. Tutti i microcircuiti prodotti sono sottoposti ai più severi controlli sul banco di controllo e di prova. I circuiti difettosi sono contrassegnati da un punto rosso. Infine, il cristallo viene tagliato in piastre di microcircuito separate, ognuna delle quali è racchiusa in una robusta custodia con cavi per il collegamento a circuiti esterni.

La complessità di un circuito integrato è caratterizzata da un indicatore chiamato grado di integrazione. I circuiti integrati con più di 100 elementi sono chiamati microcircuiti a basso grado di integrazione; circuiti contenenti fino a 1000 elementi - circuiti integrati con un grado medio di integrazione; circuiti contenenti fino a decine di migliaia di elementi - grandi circuiti integrati. Sono già in fase di realizzazione circuiti contenenti fino a un milione di elementi (sono chiamati super-grandi). Il progressivo aumento dell'integrazione ha portato al fatto che ogni anno i circuiti diventano sempre più piccoli e, di conseguenza, sempre più complessi.

Grande quantità dispositivi elettronici, che prima aveva grandi dimensioni, ora sta su un minuscolo wafer di silicio. Un evento estremamente importante lungo questo percorso fu la creazione nel 1971 da parte dell'azienda americana Intel di un unico circuito integrato per l'esecuzione di operazioni aritmetiche e logiche: il microprocessore. Ciò ha portato a una grandiosa svolta della microelettronica nel campo della tecnologia informatica.

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