hjem › AV › Historien om opprettelsen av det integrerte kretskortet. serie av mikrokretser. funksjonell kontroll av ICer og testkretser

Historien om opprettelsen av det integrerte kretskortet. serie av mikrokretser. funksjonell kontroll av ICer og testkretser

Introduksjon

Siden de første datamaskinene kom, har programvareutviklere drømt om maskinvare designet for å løse deres spesielle problem. Derfor har ideen om å lage spesielle integrerte kretser som kan skjerpes for effektiv implementering av en spesifikk oppgave dukket opp for ganske lenge siden. Det er to utviklingsveier her:

Bruken av såkalte spesialiserte spesiallagde integrerte kretser (ASIC - Application Specific Integrated Circuit). Som navnet tilsier, er slike mikrokretser laget av produsenter maskinvare under rekkefølgen for effektiv gjennomføring av en bestemt oppgave eller rekke oppgaver. De har ikke universalitet, som konvensjonelle mikrokretser, men de løser oppgavene som er tildelt dem mange ganger raskere, noen ganger i størrelsesordener.
Oppretting av brikker med rekonfigurerbar arkitektur. Tanken er at slike brikker kommer til programvareutvikleren eller brukeren i uprogrammert tilstand, og han kan implementere den arkitekturen som passer ham best på dem. La oss se nærmere på utviklingsprosessen deres.

Over tid dukket det opp et stort antall forskjellige mikrokretser med rekonfigurerbar arkitektur (fig. 1).

Fig. 1 Variasjon av brikker med rekonfigurerbar arkitektur

I ganske lang tid eksisterte bare PLD-enheter (Programmable Logic Device) på markedet. Denne klassen inkluderer enheter som implementerer funksjonene som er nødvendige for å løse oppgavene i form av en perfekt disjunktiv normal form(perfekt DNF). De første som dukket opp i 1970 var PROM-mikrokretser, som tilhører klassen PLD-enheter. Hver krets hadde en fast rekke AND-logiske funksjoner koblet til et programmerbart sett med ELLER-logiske funksjoner. Tenk for eksempel på en PROM med 3 innganger (a,b og c) og 3 utganger (w,x og y) (fig. 2).

Ris. 2. PROM-brikke

Ved hjelp av en forhåndsdefinert array AND implementeres alle mulige konjunksjoner på inngangsvariablene, som deretter kan kombineres vilkårlig ved hjelp av OR-elementer. Dermed, ved utgangen, kan enhver funksjon av tre variabler implementeres som en perfekt DNF. For eksempel, hvis du programmerer de OR-elementene som er ringt inn med rødt i figur 2, vil utgangene være funksjonene w=a x=(a&b) ; y=(a&b)^c.

I utgangspunktet ble PROM-brikker designet for å lagre programinstruksjoner og konstante verdier, dvs. å utføre funksjonene til datamaskinens minne. Utviklere bruker dem imidlertid også til å implementere enkle logiske funksjoner. Faktisk kan brikkens PROM brukes til å implementere hvilken som helst logikkblokk, så lenge den har et lite antall innganger. Denne tilstanden følger av det faktum at matrisen av elementer OG er stivt definert i EPROM-mikrokretser - alle mulige konjunksjoner fra innganger er realisert i den, det vil si at antall elementer OG er lik 2 * 2 n, hvor n er antallet av innganger. Det er klart at når tallet n øker, vokser størrelsen på matrisen veldig raskt.

Deretter, i 1975, dukket de såkalte programmerbare logiske arrayene (PLM) opp. De er en fortsettelse av ideen om PROM-mikrokretser - PLA består også av AND- og OR-matriser, men i motsetning til PROM er begge matrisene programmerbare. Dette gir større fleksibilitet i slike mikrokretser, men de har aldri vært vanlige fordi signalene tar mye lengre tid å reise gjennom programmerbare forbindelser enn å reise gjennom deres forhåndsdefinerte motstykker.

For å løse hastighetsproblemet som er iboende i PLAer, dukket følgende klasse av enheter opp på slutten av 1970-tallet, kalt Programmerbar Array Logic (PAL - Programmerbar Array Logic). En videreutvikling av ideen om PAL-brikker var fremveksten av GAL-enheter (Generic Array Logic) - mer komplekse varianter av PAL som bruker CMOS-transistorer. Her brukes en idé som er nøyaktig det motsatte av ideen om PROM-mikrokretser - en programmerbar rekke AND-elementer er koblet til en forhåndsdefinert rekke OR-elementer (fig. 3).

Ris. 3. Uprogrammert PAL-enhet

Dette pålegger en begrensning på funksjonalitet, men slike enheter krever arrays med mye mindre størrelse enn i PROM-mikrokretser.

Den logiske fortsettelsen av enkle PLD-er var fremveksten av såkalte komplekse PLD-er, bestående av flere blokker med enkle PLD-er (vanligvis PAL-enheter brukes som enkle PLD-er), forent av en programmerbar svitsjematrise. I tillegg til selve PLD-blokkene var det også mulig å programmere forbindelsene mellom dem ved hjelp av denne svitsjematrisen. De første komplekse PLD-ene dukket opp på slutten av 70-tallet og begynnelsen av 80-tallet av det 20. århundre, men hovedutviklingen i denne retningen kom i 1984, da Altera introduserte en kompleks PLD basert på en kombinasjon av CMOS- og EPROM-teknologier.

Fremkomsten av FPGAer

På begynnelsen av 1980-tallet var det et gap mellom hovedtypene enheter i det digitale ASIC-miljøet. På den ene siden var det PLD-er som kan programmeres for hver spesifikk oppgave og er ganske enkle å produsere, men de kan ikke brukes til å implementere komplekse funksjoner. På den annen side er det ASIC-er som kan implementere ekstremt komplekse funksjoner, men som har en stivt fast arkitektur, samtidig som de er lange og dyre å produsere. En mellomkobling var nødvendig, og FPGA-enheter (Field Programmable Gate Arrays) ble en slik kobling.

FPGA-er, som PLD-er, er programmerbare enheter. Den viktigste grunnleggende forskjellen mellom FPGA og PLD er at funksjonene i FPGA implementeres ikke ved hjelp av DNF, men ved hjelp av programmerbare oppslagstabeller (LUT-tabeller). I disse tabellene er funksjonsverdier spesifisert ved hjelp av en sannhetstabell, hvorfra det nødvendige resultatet velges ved hjelp av en multiplekser (fig. 4):

Ris. 4. Korrespondansetabell

Hver FPGA-enhet består av programmerbare logiske blokker (Configurable Logic Blocks - CLB), som er sammenkoblet med tilkoblinger, også programmerbare. Hver slik blokk er beregnet på å programmere en funksjon eller en del av den, men den kan brukes til andre formål, for eksempel som et minne.

I de første FPGA-enhetene, utviklet på midten av 80-tallet, var den logiske blokken veldig enkel og inneholdt en 3-inngang LUT-tabell, en flip-flop og et lite antall hjelpeelementer. Moderne FPGA-enheter er mye mer kompliserte: hver CLB-blokk består av 1-4 "skiver" (slice), som hver inneholder flere LUT-tabeller (vanligvis 6 innganger), flere triggere og et stort antall tjenesteelementer. Her er et eksempel på en moderne "cut":

Ris. 5. Enheten til det moderne "kuttet"

Konklusjon

Siden PLD-enheter ikke kan implementere komplekse funksjoner, fortsetter de å brukes til å implementere enkle funksjoner i mobile enheter og kommunikasjon, mens FPGA-enheter spenner fra 1000 porter (den første FPGA, utviklet i 1985) til dette øyeblikket overskredet 10 millioner ventiler (Virtex-6-familien). De utvikler aktivt og erstatter allerede ASIC-brikker, slik at du kan implementere en rekke ekstremt komplekse funksjoner, uten å miste muligheten for omprogrammering.

Nå, enda mindre avansert Mobil ikke gjør uten en mikroprosessor, hva kan vi si om nettbrett, bærbart og skrivebord personlige datamaskiner. Hva er en mikroprosessor og hvordan utviklet historien til dens opprettelse? Snakker i vanlig språk, er mikroprosessoren en mer kompleks og multifunksjonell integrert krets.

Historien til mikrokretsen (integrert krets) begynner siden 1958, da Jack Kilby, en ansatt i det amerikanske selskapet Texas Instruments, oppfant en slags halvlederenhet som inneholder flere transistorer forbundet med ledere i en pakke. Den første mikrokretsen - stamfaderen til mikroprosessoren - inneholdt bare 6 transistorer og var en tynn germaniumplate med spor laget av gull påført. Alt dette var plassert på et glasssubstrat. Til sammenligning går regningen i dag til enheter og til og med titalls millioner halvlederelementer.

Innen 1970 ganske mange produsenter var engasjert i utvikling og etablering av integrerte kretser med forskjellige kapasiteter og forskjellige funksjonelle orienteringer. Men dette året kan betraktes som fødselsdatoen til den første mikroprosessoren. Det var i år at Intel skapte en minnebrikke med en kapasitet på bare 1 Kbit – ubetydelig for moderne prosessorer, men utrolig stor for den tiden. På den tiden var dette en stor prestasjon - en minnebrikke var i stand til å lagre opptil 128 byte med informasjon - mye høyere enn tilsvarende analoger. I tillegg, omtrent samtidig, bestilte den japanske kalkulatorprodusenten Busicom de samme Intel 12-brikkene med forskjellige funksjonelle orienteringer. Intel-spesialister klarte å implementere alle de 12 funksjonsområdene i én brikke. Dessuten viste den opprettede mikrokretsen seg å være multifunksjonell, siden den gjorde det mulig å programmere endre funksjonene uten å endre den fysiske strukturen. Mikrokretsen utførte visse funksjoner avhengig av kommandoene gitt til kontrollutgangene.

Allerede et år senere i 1971 Intel slipper den første 4-bits mikroprosessoren, kodenavnet 4004. Sammenlignet med den første 6-transistorbrikken inneholdt den så mange som 2,3 tusen halvlederelementer og utførte 60 tusen operasjoner per sekund. På den tiden var det et stort gjennombrudd innen mikroelektronikk. 4-bit betydde at 4004 kunne behandle 4-bits data på en gang. To år senere i 1973 selskapet produserer en 8-bits prosessor 8008, som allerede jobbet med 8-bits data. Begynnelse siden 1976, begynner selskapet å utvikle en 16-bits versjon av mikroprosessoren 8086. Det var han som begynte å bli brukt i de første IBM personlige datamaskiner og faktisk la en av klossene i

Analoge og digitale mikrokretser produseres i serie. En serie er en gruppe mikrokretser som har en enkelt design og teknologisk design og er beregnet for felles bruk. Mikrokretser av samme serie har som regel de samme spenningene til strømforsyninger, matches når det gjelder inngangs- og utgangsmotstander, signalnivåer.

Korps

Mikrokretser produseres i to konstruktive versjoner - pakket og uemballert.

Mikrokretshuset er et bæresystem og en del av strukturen designet for beskyttelse mot ytre påvirkninger og for elektrisk forbindelse med eksterne kretser ved hjelp av ledninger. Kofferter er standardisert for å forenkle produksjonsteknologien til ferdige produkter.

En rammeløs mikrokrets er en halvlederkrystall designet for montering i en hybrid mikrokrets eller mikroenhet (direkte montering på et trykt kretskort er mulig).

Spesifikke titler

Intel var den første som produserte en brikke som utførte funksjonene til en mikroprosessor (engelsk mikroprosessor) - Intel 4004. På grunnlag av forbedrede 8088 og 8086 mikroprosessorer ga IBM ut sine velkjente personlige datamaskiner)

Mikroprosessoren utgjør kjernen i datamaskinen, tilleggsfunksjoner, som kommunikasjon med periferien, ble utført ved hjelp av spesialdesignede brikkesett. For de første datamaskinene ble antallet mikrokretser i settene beregnet i titalls og hundrevis, i moderne systemer dette er et sett med en, to eller tre sjetonger. Nylig har det vært trender med gradvis overføring av brikkesettfunksjoner (minnekontroller, PSI Express busskontroller) til prosessoren.

Mikroprosessorer med innebygd RAM og ROM, minne og I/O-kontrollere og andre tilleggsfunksjoner kalles mikrokontrollere.

Rettsvern

Russisk lovgivning gir juridisk beskyttelse for topologier til integrerte kretser. Topologi integrert krets er det romlige og geometriske arrangementet av settet med elementer i en integrert krets og forbindelsene mellom dem festet på en materialbærer (artikkel 1448 i den russiske føderasjonens sivilkode).

Eneretten til topologi er gyldig i ti år. Rettighetshaveren kan registrere topologien hos Federal Service for Intellectual Property, Patents and Trademarks innen denne perioden.

skapelseshistorie

Den 7. mai 1952 fremmet den britiske radioingeniøren Geoffrey Dummer først ideen om å integrere mange standard elektroniske komponenter i en monolitisk halvlederkrystall, og et år senere sendte Harvick Johnson inn den første patentsøknaden noensinne for en prototype integrert krets (IC). ). Gjennomføringen av disse forslagene i disse årene kunne ikke finne sted på grunn av utilstrekkelig utvikling av teknologi.

På slutten av 1958 og i første halvdel av 1959 skjedde et gjennombrudd i halvlederindustrien. Tre personer som representerte tre private amerikanske selskaper løste tre grunnleggende problemer som forhindret opprettelsen av integrerte kretsløp. Jack Kilby fra Texas Instruments patenterte integrasjonsprinsippet, skapte de første, ufullkomne IC-prototypene og brakte dem til masseproduksjon. Kurt Lehovec fra Sprague Electric Company oppfant en metode for elektrisk isolering av komponenter dannet på en enkelt halvlederbrikke (p-n junction isolation). Robert Noyce fra Fairchild Semiconductor oppfant en metode for elektrisk tilkobling av IC-komponenter (aluminiumsplettering) og foreslo en forbedret versjon av komponentisolering basert på Jean Ernies nyeste planteknologi. Den 27. september 1960 opprettet Jay Lasts gruppe den første brukbare halvleder IP på ideene til Noyce og Ernie. Texas Instruments, som eide patentet for Kilbys oppfinnelse, utløste en patentkrig mot konkurrenter, som endte i 1966 med en forliksavtale om teknologikrysslisensiering.

De tidlige logiske IC-ene i nevnte serie ble bygget bokstavelig talt fra standard komponenter, hvis dimensjoner og konfigurasjoner ble spesifisert av den teknologiske prosessen. Kretsingeniører som designet logiske IC-er fra en bestemt familie opererte med de samme typiske diodene og transistorene. I 1961-1962 ble designparadigmet brutt av hovedutvikleren til Sylvania, Tom Longo, for første gang ved å bruke i én IC diverse konfigurasjon av transistorer avhengig av deres funksjoner i kretsen. På slutten av 1962 lanserte Sylvania den første familien av transistor-transistor-logikk (TTL) utviklet av Longo – historisk sett den første typen integrert logikk som klarte å få et permanent fotfeste i markedet. I analoge kretser ble et gjennombrudd av dette nivået gjort i 1964-1965 av utvikleren av Fairchild operasjonsforsterkere, Bob Widlar.

Den første integrerte halvlederkretsen i USSR ble opprettet på grunnlag av en planteknologi utviklet i begynnelsen av 1960 ved NII-35 (den gang omdøpt til Pulsar Research Institute) av et team som senere ble overført til NIIME (Mikron). Opprettelsen av den første innenlandske integrerte silisiumkretsen var fokusert på utvikling og produksjon med militær aksept av en serie integrerte silisiumkretser TC-100 (37 elementer - tilsvarende kretskompleksiteten til en trigger, en analog av den amerikanske IC-serien SN-51 fra Texas Instruments). Prototyper og produksjonsprøver av integrerte silisiumkretser for reproduksjon ble hentet fra USA. Arbeidet ble utført ved NII-35 (direktør Trutko) og Fryazinsky Semiconductor Plant (direktør Kolmogorov) under en forsvarsordre for bruk i en autonom høydemåler til et ballistisk missilstyringssystem. Utviklingen inkluderte seks typiske integrerte silisiumplankretser i TS-100-serien, og med organisering av pilotproduksjon tok tre år ved NII-35 (fra 1962 til 1965). Det tok ytterligere to år å mestre fabrikkproduksjon med militær aksept i Fryazino (1967)

Første integrerte kretser

Dedikert til 50-årsjubileet for den offisielle datoen

B. Malasjevitsj

Den 12. september 1958 demonstrerte en ansatt i Texas Instruments (TI) Jack Kilby for ledelsen tre merkelige enheter - enheter limt med bivoks på et glasssubstrat fra to silisiumstykker på 11,1 × 1,6 mm (fig. 1). Dette var tredimensjonale oppsett - prototyper av en integrert krets (IC) av generatoren, som beviser muligheten for å produsere alle kretselementer basert på et enkelt halvledermateriale. Denne datoen feires i elektronikkens historie som fødselsdagen til integrerte kretser. Men er det det?

Ris. 1. Modell av den første IS av J. Kilby. Foto fra http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

På slutten av 1950-tallet hadde teknologien for å sette sammen radio-elektronisk utstyr (REA) fra diskrete elementer brukt sine muligheter. Verden kom til REAs mest akutte krise, det var nødvendig med radikale tiltak. På den tiden var integrerte teknologier for produksjon av både halvlederenheter og tykkfilm- og tynnfilmkeramiske plater allerede blitt industrielt mestret i USA og USSR, det vil si at forutsetningene var modne for å overvinne denne krisen ved å lage multielement standard produkter - integrerte kretser.

Integrerte kretser (mikrokretser, IC-er) inkluderer elektroniske enheter av varierende kompleksitet, der alle elementer av samme type produseres samtidig i en enkelt teknologisk syklus, dvs. med integrert teknologi. I motsetning til trykte kretskort (der alle koblingsledere er produsert samtidig i en enkelt syklus ved bruk av integrert teknologi), er motstander, kondensatorer og (i halvleder-IC-er) dioder og transistorer på samme måte dannet i IC-er. I tillegg produseres mange IC-er samtidig, fra titalls til tusenvis.

IC-er utvikles og produseres av industrien i form av serier, som kombinerer en rekke mikrokretser med ulike funksjonelle formål, beregnet for felles bruk i elektronisk utstyr. Serien IC-er har en standard design og et enhetlig system av elektriske og andre egenskaper. IC-er leveres av produsenten til forskjellige forbrukere som uavhengige kommersielle produkter som oppfyller et visst system med standardiserte krav. IC-er er klassifisert som ikke-reparerbare produkter; ved reparasjon av elektronisk utstyr erstattes mislykkede IC-er.

Det er to hovedgrupper av integrerte kretser: hybrid og halvleder.

I hybride IC-er (HIC-er) er alle ledere og passive elementer dannet på overflaten av et mikrokretssubstrat (vanligvis laget av keramikk) ved hjelp av integrert teknologi. Aktive elementer i form av pakkeløse dioder, transistorer og halvleder-IC-krystaller installeres på underlaget individuelt, manuelt eller automatisk.

I halvleder-IC-er dannes koblende, passive og aktive elementer i en enkelt teknologisk syklus på overflaten av et halvledermateriale (vanligvis silisium) med en delvis inntrengning i volumet ved diffusjonsmetoder. Samtidig produseres fra flere titalls til flere tusen IC-er på en halvlederskive, avhengig av kompleksiteten til enheten og størrelsen på dens krystall og wafer. Industrien produserer halvleder-ICer i standardpakker, i form av individuelle brikker eller i form av udelte wafere.

Fenomenet med en verden av hybride (GIS) og halvledere ICer skjedde på forskjellige måter. GIS er et produkt av den evolusjonære utviklingen av mikromoduler og keramisk plateteknologi. Derfor dukket de opp umerkelig, det er ingen generelt akseptert fødselsdato for GIS og en generelt anerkjent forfatter. Halvleder-ICer var et naturlig og uunngåelig resultat av utviklingen av halvlederteknologi, men det krevde generering av nye ideer og etablering av nye teknologier som har sine egne fødselsdatoer og sine egne forfattere. De første hybrid- og halvleder-IC-ene dukket opp i USSR og USA nesten samtidig og uavhengig av hverandre.

Første hybrid IC-er

Hybride IC-er inkluderer IC-er, hvis produksjon kombinerer en integrert teknologi for fremstilling av passive elementer med en individuell (manuell eller automatisert) teknologi for installasjon og montering av aktive elementer.

Tilbake på slutten av 1940-tallet utviklet Centralab-firmaet i USA de grunnleggende prinsippene for produksjon av tykkfilm-keramikkbaserte trykte kretskort, som deretter ble utviklet av andre firmaer. Den var basert på produksjonsteknologier for trykte kretskort og keramiske kondensatorer. Fra trykte kretskort tok de en integrert teknologi for dannelsen av topologien til forbindelsesledere - silketrykk. Fra kondensatorer - substratmaterialet (keramikk, oftere sital), samt pastamaterialer og den termiske teknologien for deres feste på substratet.

Og på begynnelsen av 1950-tallet oppfant RCA tynnfilmteknologi: ved å spraye forskjellige materialer i et vakuum og deponere dem gjennom en maske på spesielle underlag, lærte de hvordan man samtidig produserer mange miniatyrfilmforbindelsesledere, motstander og kondensatorer på et enkelt keramisk underlag.

Sammenlignet med tykkfilmteknologi ga tynnfilmteknologi muligheten for mer nøyaktig produksjon av mindre topologielementer, men krevde mer komplekst og kostbart utstyr. Enheter produsert på keramiske plater ved bruk av tykkfilm- eller tynnfilmteknologi kalles "hybridkretser". Hybridkretser ble produsert som komponenter av egen produksjon, deres design, dimensjoner og funksjonelle formål var forskjellige for hver produsent, de kom ikke inn på det frie markedet, og er derfor lite kjent.

Hybridkretser invaderte også mikromoduler. Til å begynne med brukte de diskrete passive og aktive miniatyrelementer, kombinert med tradisjonelle trykte ledninger. Monteringsteknologien var kompleks, med en stor andel manuelt arbeid. Derfor var mikromoduler veldig dyre, bruken var begrenset til utstyr om bord. Deretter ble det brukt tykkfilms keramiske skjerf i miniatyr. Videre begynte tykkfilmteknologi å produsere motstander. Men dioder og transistorer ble fortsatt brukt diskrete, individuelt pakket.

Mikromodulen ble en hybrid integrert krets i det øyeblikket da pakkeløse transistorer og dioder ble brukt i den og strukturen ble forseglet i et felles hus. Dette gjorde det mulig å automatisere monteringsprosessen betydelig, redusere prisene kraftig og utvide anvendelsesområdet. I henhold til metoden for dannelse av passive elementer, skilles tykkfilm og tynnfilm GIS.

Den første GIS i USSR

De første GIS (moduler av typen "Kvant", senere betegnet IS-serien 116) i USSR ble utviklet i 1963 ved NIIRE (senere NPO Leninets, Leningrad) og samme år begynte pilotanlegget deres masseproduksjon. I disse GIS ble halvleder-IC-er "R12-2", utviklet i 1962 av Riga-anlegget for halvlederenheter, brukt som aktive elementer. På grunn av uatskilleligheten til historiene om opprettelsen av disse IC-ene og deres egenskaper, vil vi vurdere dem sammen i delen om P12-2.

Kvant-modulene var utvilsomt de første i GIS-verdenen med to-nivå integrasjon - som aktive elementer brukte de ikke diskrete rammeløse transistorer, men halvleder-ICer. Det er sannsynlig at de var det første GIS i verden - strukturelt og funksjonelt komplette multi-element produkter levert til forbrukeren som uavhengige kommersielle produkter. De tidligste utenlandske lignende produktene identifisert av forfatteren er IBM SLT-modulene beskrevet nedenfor, men de ble annonsert året etter, 1964.

Første GIS i USA

Utseendet til tykkfilm-GIS som hovedelementbasen til den nye IBM System /360-datamaskinen ble først annonsert av IBM i 1964. Det ser ut til at dette var den første anvendelsen av GIS utenfor USSR, forfatteren kunne ikke finne tidligere eksempler.

Halvleder-IC-er fra "Micrologic"-serien av Fairchild og "SN-51" av TI (vi vil snakke om dem nedenfor) som allerede var kjent på den tiden i spesialister, var fortsatt utilgjengelig sjeldne og uoverkommelig dyre for kommersiell bruk, som var konstruksjon av en stormaskin. Derfor utviklet IBM Corporation, med utformingen av en flat mikromodul som grunnlag, sin egen serie med tykkfilm-GIS, annonsert under det generelle navnet (i motsetning til "mikromoduler") - "SLT-moduler" (Solid Logic Technology - solid logisk teknologi. Vanligvis er ordet "solid" oversatt til russisk som "solid", noe som er helt ulogisk. Begrepet "SLT-moduler" ble faktisk introdusert av IBM som en opposisjon til begrepet "mikromodul" og burde gjenspeile forskjellen deres . Men begge modulene er "solid", dvs. denne oversettelsen er ikke Ordet "solid" har andre betydninger - "solid", "hele", som med hell understreker forskjellen mellom "SLT-moduler" og "mikromoduler" - SLT-moduler er udelelige, ikke-reparerbare, dvs. "hele". Derfor brukte vi en ikke-standard oversettelse til russisk: Solid Logic Technology - solid logic technology).

SLT-modulen var en halvtommers kvadratisk keramisk mikroplate med tykkfilm med innpressede vertikale pinner. Koblingsledere og motstander ble påført overflaten ved silketrykk (i henhold til skjemaet til den implementerte enheten), og pakkeløse transistorer ble installert. Kondensatorer, om nødvendig, ble installert ved siden av SLT-modulen på enhetskortet. Med ytre nesten identiske (mikromoduler er noe høyere, fig. 2.), skiller SLT-moduler seg fra flate mikromoduler ved høyere tetthet av elementer, lavt strømforbruk, høy hastighet og høy pålitelighet. I tillegg var SLT-teknologien ganske enkel å automatisere, slik at de kunne produseres i store mengder til en kostnad som var lav nok til å brukes i kommersielt utstyr. Dette er akkurat det IBM trengte. Firmaet bygde en automatisert fabrikk i East Fishkill nær New York for å produsere SLT-moduler, som produserte dem i millioner av eksemplarer.

Ris. 2. USSR mikromodul og SLT-modul f. IBM. STL-bilde fra http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

Etter IBM begynte GIS å bli produsert av andre selskaper som GIS ble et kommersielt produkt for. Den typiske utformingen av flate mikromoduler og SLT-moduler fra IBM Corporation har blitt en av standardene for hybride ICer.

Første halvleder-ICer

På slutten av 1950-tallet var industrien godt posisjonert for å produsere billige elektroniske komponenter. Men hvis transistorer eller dioder ble laget av germanium og silisium, ble motstander og kondensatorer laget av andre materialer. Mange trodde da at når man lager hybridkretser, ville det ikke være noen problemer med å sette sammen disse elementene, laget separat. Og hvis det er mulig å produsere alle elementer av standard størrelse og form og dermed automatisere monteringsprosessen, vil kostnadene for utstyret bli betydelig redusert. På grunnlag av slike resonnement betraktet tilhengerne av hybridteknologi det som en generell retning i utviklingen av mikroelektronikk.

Men ikke alle delte denne oppfatningen. Faktum er at mesa-transistorer, og spesielt plane transistorer, allerede opprettet i den perioden, ble tilpasset for batchbehandling, der en rekke operasjoner for fremstilling av mange transistorer på en substratplate ble utført samtidig. Det vil si at mange transistorer ble produsert på en gang på en halvlederskive. Deretter ble platen kuttet i individuelle transistorer, som ble plassert i individuelle tilfeller. Og så kombinerte maskinvareprodusenten transistorene på én kretskort. Det var folk som syntes denne tilnærmingen var latterlig - hvorfor koble fra transistorene og deretter kombinere dem igjen. Er det mulig å kombinere dem umiddelbart på en halvlederwafer? Bli kvitt flere komplekse og dyre operasjoner samtidig! Disse menneskene oppfant halvleder-ICer.

Ideen er ekstremt enkel og helt åpenbar. Men, som ofte skjer, først etter at noen først annonserte det og beviste det. Det viste seg at det ofte ikke er nok å bare kunngjøre, som i dette tilfellet. Ideen om IC ble kunngjort så tidlig som i 1952, før bruken av batchmetoder for produksjon av halvlederenheter. På årlig konferanse on Electronic Components, holdt i Washington DC, fra British Royal Radar Office i Malvern, Geoffrey Dummer, presenterte en rapport om påliteligheten til radarutstyrskomponenter. I rapporten kom han med en profetisk uttalelse: " Med fremkomsten av transistoren og arbeid innen halvlederteknologi, kan man generelt forestille seg elektronisk utstyr i form av en solid blokk som ikke inneholder forbindelsesledninger. Blokken kan bestå av lag av isolerende, ledende, likeretter og forsterkende materialer, hvor visse områder er kuttet ut slik at de direkte kan utføre elektriske funksjoner.. Men denne spådommen gikk ubemerket av spesialister. De husket det først etter utseendet til de første halvleder-IC-ene, det vil si etter det praktiske beviset på en lenge annonsert idé. Noen måtte være den første til å omformulere og implementere ideen om en halvleder-IC.

Som i tilfellet med transistoren, hadde de generelt aksepterte halvleder-IC-byggerne mer eller mindre vellykkede forgjengere. Et forsøk på å implementere ideen hans i 1956 ble gjort av Dammer selv, men mislyktes. I 1953 mottok Harvick Johnson fra RCA patent på en enkeltbrikkeoscillator, og i 1958 kunngjorde han, sammen med Thorkel Wallmark, konseptet med en «halvlederintegrert enhet». I 1956 laget Ross, en ansatt i Bell Labs, en binær tellerkrets ved hjelp av basis n-p-n-p strukturer i en enkelt krystall. I 1957 fikk Yasuro Taru fra det japanske firmaet MITI patent på å kombinere forskjellige transistorer i en enkelt brikke. Men alle disse og andre lignende utviklinger var av privat karakter, ble ikke brakt til produksjon og ble ikke grunnlaget for utviklingen av integrert elektronikk. Kun tre prosjekter bidro til utviklingen av IP i industriell produksjon.

Den allerede nevnte Jack Kilby fra Texas Instruments (TI), Robert Noyce fra Fairchild (begge fra USA) og Yuri Valentinovich Osokin fra Design Bureau of the Riga Semiconductor Devices Plant (USSR) viste seg å være heldige. Amerikanerne skapte eksperimentelle modeller av integrerte kretser: J. Kilby - en modell av generatoren IC (1958), og deretter en mesa-transistor trigger (1961), R. Noyce - en plan teknologi trigger (1961), og Yu. Osokin - den logiske IC "2NOT-OR" i Tyskland som umiddelbart gikk i serieproduksjon (1962). Disse firmaene begynte serieproduksjon av IC-er nesten samtidig, i 1962.

Første halvleder-IC-er i USA

IP Jack Kilby. IS-serien " SN-51"

I 1958 ble J. Kilby (en pioner innen bruk av transistorer i Høreapparat) flyttet til Texas Instruments. Nykommeren Kilby, som kretsingeniør, ble "kastet" for å forbedre mikromodulstoppingen av raketter ved å lage et alternativ til mikromoduler. Muligheten for å sette sammen blokker fra deler ble vurdert standard skjema, som ligner på å sette sammen leketøysmodeller fra LEGO-figurer. Men Kilby var fascinert av noe annet. Effekten "fresh look" spilte en avgjørende rolle: for det første uttalte han umiddelbart at mikromoduler er en blindvei, og for det andre, etter å ha beundret mesa-strukturene, kom han til den konklusjon at kretsen burde (og kan) implementeres fra ett materiale - en halvleder. Kilby var klar over Dummers idé og hans unnlatelse av å implementere den i 1956. Etter å ha analysert, forsto han årsaken til feilen og fant en måte å overvinne den. " Min fortjeneste er at ved å ta denne ideen, gjorde jeg den til virkelighet.”, sa J. Kilby senere i sin Nobeltale.

Etter å ennå ikke ha opptjent rett til permisjon, jobbet han uten innblanding i laboratoriet mens alle hvilte. Den 24. juli 1958 formulerte Kilby et konsept i et laboratorietidsskrift kalt Monolithic Idea. Essensen var at ". .. kretselementer som motstander, kondensatorer, distribuerte kondensatorer og transistorer kan integreres i én brikke - forutsatt at de er laget av samme materiale ... I utformingen av en flip-flop-krets må alle elementene være laget av silisium, og motstandene vil bruke silisiumvolummotstand, og kondensatorer - kapasitanser til p-n-kryss". "Ideen om en monolitt" møtte en nedlatende ironisk holdning fra ledelsen til Texas Instruments, som krevde bevis på muligheten for å produsere transistorer, motstander og kondensatorer fra en halvleder og operabiliteten til en krets satt sammen av slike elementer.

I september 1958 realiserte Kilby ideen sin - han laget en generator av to stykker germanium på 11,1 x 1,6 mm, limt med bivoks på et glasssubstrat, inneholdende to typer diffusjonsområder (fig. 1). Han brukte disse områdene og de tilgjengelige kontaktene til å lage en generatorkrets, og koblet elementene med tynne gulltråder med en diameter på 100 mikron ved termokompresjonssveising. Fra det ene området ble det opprettet en mesttransistor, fra det andre en RC-kjede. De sammensatte tre generatorene ble demonstrert for selskapets ledelse. Når strømmen var tilkoblet, arbeidet de med en frekvens på 1,3 MHz. Det skjedde 12. september 1958. En uke senere laget Kilby en forsterker på lignende måte. Men disse var ikke integrerte strukturer ennå, de var tredimensjonale oppsett av halvleder-ICer, som beviser ideen om å produsere alle kretselementer fra ett materiale - en halvleder.

Ris. 3. Type 502 trigger J. Kilby. Foto fra http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Kilbys første virkelig integrerte krets, laget i et enkelt stykke monolitisk germanium, var Type 502 eksperimentell trigger IC (fig. 3). Den brukte både bulkmotstanden til germanium og kapasitansen til p-n-krysset. Presentasjonen fant sted i mars 1959. Et lite antall slike IC-er ble laget i laboratoriet og solgt i en smal sirkel til en pris av $450. IC-en inneholdt seks elementer: fire mesa-transistorer og to motstander plassert på en silisiumplate med en diameter på 1 cm. Men Kilby IC hadde en alvorlig ulempe - mesa-transistorer, som i form av mikroskopiske "aktive" kolonner ruvet over resten, "passive" del av krystallen. Koblingen av mesa-søylene til hverandre i Kilby IS ble utført ved å koke tynne gulltråder - den "hårete teknologien" som alle hatet. Det ble klart at med slike sammenkoblinger kan en mikrokrets med et stort antall elementer ikke lages - trådnettet vil bryte eller lukkes igjen. Ja, og germanium på den tiden ble allerede ansett som et materiale som ikke var lovende. Gjennombruddet skjedde ikke.

På dette tidspunktet var plan silisiumteknologi utviklet hos Fairchild. Gitt alt dette, måtte Texas Instruments legge alt Kilby hadde gjort til side og fortsette, uten Kilby, til utviklingen av en serie IC-er basert på plan silisiumteknologi. I oktober 1961 kunngjorde selskapet opprettelsen av en serie IC-er av typen SN-51, og siden 1962 begynte deres masseproduksjon og forsyning i interessene til det amerikanske forsvarsdepartementet og NASA.

IP av Robert Noyce. IS-serien "Mikrologikk”

I 1957, av en rekke grunner, forlot W. Shockley, oppfinneren av koblingstransistoren, en gruppe på åtte unge ingeniører som ønsket å prøve å implementere sine egne ideer. «The Eight of Traitors», som Shockley kalte dem, ledet av R. Noyce og G. Moore, grunnla Fairchild Semiconductor («vakkert barn»). Selskapet ble ledet av Robert Noyce, han var da 23 år gammel.

På slutten av 1958 utviklet fysiker D. Horney, som jobbet ved Fairchild Semiconductor, en planteknologi for produksjon av transistorer. Og den tsjekkiskfødte fysikeren Kurt Lehovek, som jobbet hos Sprague Electric, utviklet en teknikk for å bruke et omvendt n-p-kryss for å isolere komponenter elektrisk. I 1959 bestemte Robert Noyce, etter å ha hørt om Kilbys IC-oppsett, å prøve å bygge en integrert krets ved å kombinere prosessene foreslått av Horney og Lehovek. Og i stedet for den "hårete teknologien" av sammenkoblinger, foreslo Noyce selektiv avsetning av et tynt lag av metall over silisiumdioksydisolerte halvlederstrukturer med forbindelse til kontaktene til elementene gjennom hullene igjen i det isolerende laget. Dette gjorde det mulig å "senke" aktive elementer i kroppen til en halvleder, isolere dem med silisiumoksid, og deretter koble disse elementene med sputterte aluminium- eller gullspor, som lages ved hjelp av fotolitografi, metallisering og etseprosesser i siste fase av produktproduksjon. Dermed ble et virkelig "monolitisk" alternativ for å kombinere komponenter i en enkelt krets oppnådd, og den nye teknologien ble kalt "plan". Men først måtte ideen testes.

Ris. 4. Eksperimentell utløser R. Noyce. Foto fra http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Ris. 5. Bilde av Micrologic IC i magasinet Life. Foto fra http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

I august 1959 instruerte R. Noyce Joey Last om å utarbeide en variant av IC basert på planteknologi. Først, i likhet med Kilby, laget de en trigger-layout på flere silisiumkrystaller, som 4 transistorer og 5 motstander ble laget på. Så, 26. mai 1960, ble den første enkeltbrikke-utløseren produsert. For å isolere elementene i den med motsatt side silisium wafer ble etset med dype riller fylt med epoksyharpiks. Den 27. september 1960 ble den tredje versjonen av utløseren laget (fig. 4), der elementene ble isolert av et baktilkoblet p - n-kryss.

Frem til den tiden hadde Fairchild Semiconductor bare handlet med transistorer; den hadde ingen kretsingeniører til å lage halvleder-ICer. Derfor ble Robert Norman fra Sperry Gyroscope invitert som designer av kretsene. Norman var kjent med motstand-transistor-logikk, som selskapet, etter hans forslag, valgte som grunnlag for sin fremtidige Micrologic IC-serie, som fant sin første anvendelse i Minuteman-rakettutstyret. I mars 1961 kunngjorde Fairchild den første eksperimentelle IC i denne serien (en F-flip-flop som inneholder seks elementer: fire bipolare transistorer og to motstander plassert på en 1 cm plate) med publisering av fotografiet (fig. 5) i Blad liv(datert 10. mars 1961). Ytterligere 5 IC-er ble annonsert i oktober. Og fra begynnelsen av 1962 lanserte Fairchild masseproduksjon av IC-er og deres forsyning også i interessen til det amerikanske forsvarsdepartementet og NASA.

Kilby og Noyce måtte lytte til mye kritikk om innovasjonene deres. Det ble antatt at det praktiske utbyttet av passende integrerte kretser ville være svært lavt. Det er klart at det bør være lavere enn transistorer (fordi det inneholder flere transistorer), som da ikke var høyere enn 15%. For det andre mente mange at integrerte kretser brukte upassende materialer, siden motstander og kondensatorer ikke var laget av halvledere på den tiden. For det tredje kunne mange ikke akseptere ideen om ikke-reparerbarhet av IP. Det virket blasfemisk for dem å kaste et produkt der bare ett av de mange elementene sviktet. All tvil ble gradvis kastet til side da integrerte kretser ble vellykket brukt i det amerikanske militæret og romfartsprogrammer.

En av grunnleggerne av Fairchild Semiconductor, G. Moore, formulerte grunnloven for utvikling av silisiummikroelektronikk, ifølge hvilken antall transistorer i en integrert kretsbrikke dobles hvert år. Denne loven, kalt "Moores lov", fungerte ganske bra de første 15 årene (begynner i 1959), og deretter fant denne doblingen sted på omtrent halvannet år.

Videre begynte IP-industrien i USA å utvikle seg i et raskt tempo. I USA begynte en skredlignende prosess med fremveksten av bedrifter orientert utelukkende "under planen", noen ganger nådde det punktet at et dusin firmaer ble registrert per uke. I jakten på veteraner (firmaene W. Shockley og R. Noyce), så vel som takket være skatteinsentiver og tjenesten levert av Stanford University, samlet «nykommere» seg hovedsakelig i Santa Clara Valley (California). Derfor er det ikke overraskende at i 1971, med den lette hånden til journalisten som populariserer tekniske nyvinninger, Don Hofler, kom det romantisk-teknogene bildet av "Silicon Valley" i sirkulasjon, som for alltid ble synonymt med Mekkaet til halvlederteknologien. revolusjon. Forresten, i det området er det virkelig en dal, tidligere kjent for sine tallrike aprikos-, kirsebær- og plommehager, som hadde et annet, mer behagelig navn før Shockley dukket opp i den - Valley of Heart's Delight, nå, dessverre, nesten glemt.

I 1962 begynte masseproduksjonen av integrerte kretser i USA, selv om volumet av leveranser til kunder utgjorde bare noen få tusen. Den sterkeste stimulansen for utviklingen av instrumentfremstillings- og elektronisk industri på et nytt grunnlag var rakett- og romteknologi. USA hadde da ikke de samme kraftige interkontinentale ballistiske missilene som de sovjetiske, og for å øke ladningen ble de tvunget til å gå for maksimal reduksjon i massen til transportøren, inkludert kontrollsystemer, gjennom innføring av de siste fremskrittene innen elektronisk teknologi. Firmaene Texas Instrument og Fairchild Semiconductor har signert store kontrakter for utvikling og produksjon av integrerte kretser med det amerikanske forsvarsdepartementet og med NASA.

De første halvleder-IC-ene i USSR

På slutten av 1950-tallet trengte den sovjetiske industrien halvlederdioder og transistorer så mye at det var nødvendig med drastiske tiltak. I 1959 ble halvlederenhetsfabrikker grunnlagt i Aleksandrov, Bryansk, Voronezh, Riga, etc. I januar 1961 vedtok sentralkomiteen til CPSU og Ministerrådet for USSR et annet dekret "Om utviklingen av halvlederindustrien", som sørget for bygging av fabrikker og forskningsinstitutter i Kiev, Minsk, Jerevan, Nalchik og andre byer.

Vi vil være interessert i et av de nye anleggene - det ovenfor nevnte Riga Semiconductor Plant (RZPP, det skiftet navn flere ganger, for enkelhets skyld bruker vi den mest kjente, drift og nå). Som utskytningsrampe ble det nye anlegget gitt bygningen av den kooperative tekniske skolen under bygging med et areal på 5300 m 2, og samtidig startet byggingen av et spesielt bygg. I februar 1960 var 32 tjenester, 11 laboratorier og pilotproduksjon allerede opprettet ved anlegget, som begynte i april for å forberede produksjonen av de første instrumentene. Anlegget sysselsatte allerede 350 personer, hvorav 260 ble sendt for å studere ved Moskva Research Institute-35 (senere Pulsar Research Institute) og ved Leningrad Svetlana-anlegget i løpet av året. Og ved utgangen av 1960 nådde antallet ansatte 1900 personer. Opprinnelig ble de teknologiske linjene plassert i den ombygde idrettshallen til bygningen til den kooperative tekniske skolen, og laboratoriene for eksperimentelle designbyråer var plassert i de tidligere klasserommene. De første enhetene (legering-diffusjon og konvertering germanium transistorer P-401, P-403, P-601 og P-602 utviklet av NII-35) ble produsert av anlegget 9 måneder etter signeringen av ordren om opprettelsen, i mars 1960. Og i slutten av juli produserte han de første tusen P-401-transistorene. Så mestret han mange andre transistorer og dioder i produksjon. I juni 1961 ble byggingen av en spesiell bygning fullført, der masseproduksjon av halvlederenheter begynte.

Siden 1961 startet anlegget uavhengig teknologisk og utviklingsarbeid, inkludert mekanisering og automatisering av produksjonen av transistorer basert på fotolitografi. For dette ble den første innenlandske fotorepeateren (fotostempel) utviklet - en installasjon for kombinering og kontaktfotoutskrift (utviklet av A.S. Gotman). Foretakene til departementet for radioindustri, inkludert KB-1 (senere NPO Almaz, Moskva) og NIIRE, ga stor hjelp til finansiering og produksjon av unikt utstyr. Da lette de mest aktive utviklerne av radioutstyr i liten størrelse, som ikke hadde sin egen teknologiske halvlederbase, etter måter for kreativ interaksjon med de nyopprettede halvlederfabrikkene.

Ved RZPP ble det utført aktivt arbeid for å automatisere produksjonen av germaniumtransistorer av typene P401 og P403 basert på Ausma-produksjonslinjen laget av anlegget. Dens sjefdesigner (GK) A.S. Gotman foreslo å lage strømførende spor på germaniumoverflaten fra transistorelektrodene til periferien av krystallen, for lettere å sveise transistorledningene i kabinettet. Men viktigst av alt, disse sporene kunne brukes som eksterne terminaler på transistoren når de ble satt sammen uten en pakke på brett (som inneholder tilkoblings- og passive elementer), loddet dem direkte til de tilsvarende kontaktputene (faktisk teknologien for å lage hybride IC-er). ble foreslått). Den foreslåtte metoden, der de strømførende banene til krystallen, som det var, kysser kontaktputene til brettet, fikk det opprinnelige navnet - "kysseteknologi". Men på grunn av en rekke teknologiske problemer som viste seg å være uløselige på den tiden, hovedsakelig relatert til problemene med nøyaktigheten av å få kontakter på et trykt kretskort, var det ikke mulig å praktisk talt implementere "kysseteknologien". Noen år senere ble en lignende idé implementert i USA og Sovjetunionen og fant bred anvendelse i de såkalte "ball leads" og i "chip-on-board" teknologien.

Ikke desto mindre håpet maskinvareselskaper som samarbeider med RZPP, inkludert NIIRE, på "kysseteknologien" og planla å bruke den. Våren 1962, da det ble klart at implementeringen ble utsatt på ubestemt tid, ble NIIRE-sjefingeniør V.I. Smirnov spurte direktøren for RZPP S.A. Bergman for å finne en annen måte å implementere en flerelementkrets av typen 2NOT-OR, universell for å bygge digitale enheter.

Ris. 7. Ekvivalent krets av IS R12-2 (1LB021). Tegning fra IP-prospektet fra 1965

Den første IS og GIS av Yuri Osokin. solid krets R12-2(IC-serien 102 Og 116 )

Direktøren for RZPP betrodde denne oppgaven til en ung ingeniør, Yuri Valentinovich Osokin. Vi organiserte en avdeling bestående av et teknologisk laboratorium, et laboratorium for utvikling og produksjon av fotomasker, et målelaboratorium og en pilotproduksjonslinje. På den tiden ble teknologien for produksjon av germaniumdioder og transistorer levert til RZPP, og den ble tatt som grunnlag for en ny utvikling. Og allerede høsten 1962 ble de første prototypene av germanium solid krets 2NE-OR oppnådd (siden begrepet IP ikke eksisterte da, av respekt for sakene på den tiden, vil vi beholde navnet "solid circuit" - TS), som fikk fabrikkbetegnelsen "P12-2". Et annonsehefte fra 1965 på P12-2 er bevart (fig. 6), informasjon og illustrasjoner som vi skal bruke. TS R12-2 inneholdt to germanium p - n - p transistorer (modifiserte transistorer av P401 og P403 typene) med en total belastning i form av en distribuert p-type germanium motstand (fig. 7).

Ris. 8. Struktur av IS R12-2. Tegning fra IP-prospektet fra 1965

Ris. 9. Målskisse av kjøretøyet R12-2. Tegning fra IP-prospektet fra 1965

De ytre ledningene er dannet ved termokompresjonssveising mellom germaniumområdene i TC-strukturen og gullet i blytrådene. Dette sikrer stabil drift av kretsene under ytre påvirkninger i tropene og havtåke, noe som er spesielt viktig for arbeid i marine kvasi-elektroniske automatiske telefonsentraler produsert av VEF Riga-anlegget, som også er interessert i denne utviklingen.

Strukturelt ble TS R12-2 (og påfølgende R12-5) laget i form av en "tablett" (fig. 9) fra en rund metallkopp med en diameter på 3 mm og en høyde på 0,8 mm. En TS-krystall ble plassert i den og fylt med en polymerforbindelse, hvorfra korte ytre ender av ledninger laget av myk gulltråd med en diameter på 50 μm, sveiset til krystallen, kom ut. Vekten av P12-2 oversteg ikke 25 mg. I dette designet var RH-ene motstandsdyktige mot 80 % relativ fuktighet ved en omgivelsestemperatur på 40 °C og mot temperatursvingninger fra -60 °C til 60 °C.

Ved slutten av 1962 produserte pilotproduksjonen av RZPP rundt 5 tusen R12-2-kjøretøyer, og i 1963 ble flere titusenvis av dem laget. Dermed var 1962 fødselsåret til den mikroelektroniske industrien i USA og USSR.

Ris. 10. TC R12-2 grupper

Ris. 11. De viktigste elektriske egenskapene til R12-2

Halvlederteknologi var da i sin spede begynnelse og garanterte ennå ikke streng repeterbarhet av parametere. Derfor ble operative enheter sortert i grupper av parametere (dette gjøres ofte i vår tid). Innbyggerne i Riga gjorde det samme, og installerte 8 typer TS R12-2 (fig. 10). Alle andre elektriske og andre egenskaper er de samme for alle klassifiseringer (fig. 11).

Produksjonen av TS R12-2 begynte samtidig med R&D "Hardness", som ble avsluttet i 1964 (GK Yu.V. Osokin). Innenfor rammen av dette arbeidet ble det utviklet en forbedret gruppeteknologi for serieproduksjon av germanium TC basert på fotolitografi og galvanisk avsetning av legeringer gjennom en fotomaske. Dens viktigste tekniske løsninger er registrert som en oppfinnelse av Osokin Yu.V. og Mikhalovich D.L. (A.S.-nr. 36845). Flere artikler av Yu.V. Osokina i samarbeid med KB-1 spesialister I.V. Ingenting, G.G. Smolko og Yu.E. Naumov med en beskrivelse av designen og egenskapene til R12-2-kjøretøyet (og det påfølgende R12-5-kjøretøyet).

Utformingen av P12-2 var bra for alle, bortsett fra én ting - forbrukerne visste ikke hvordan de skulle bruke så små produkter med de tynneste konklusjonene. Jernvarefirmaer hadde som regel verken teknologien eller utstyret til dette. I hele tiden for utgivelsen av R12-2 og R12-5 ble bruken deres mestret av NIIRE, Zhiguli Radio Plant of the Ministry of Radio Industry, VEF, NIIP (siden 1978 NPO Radiopribor) og noen få andre virksomheter. For å forstå problemet, tenkte utviklerne av TS, sammen med NIIRE, umiddelbart ut det andre designnivået, som samtidig økte tettheten til utstyrsoppsettet.

Ris. 12. Modul med 4 kjøretøy R12-2

I 1963, innenfor rammen av R&D "Kvant" (GK A.N. Pelipenko, med deltakelse av E.M. Lyakhovich), ble designen av modulen utviklet i NIIRE, der fire TS R12-2 ble kombinert (fig. 12). Fra to til fire R12-2 TS-er (i et etui) ble plassert på et mikrobrett laget av tynt glassfiber, som sammen implementerer en viss funksjonell node. Opptil 17 ledninger ble presset på brettet (antallet varierte for en spesifikk modul) 4 mm lang. Mikroplaten ble plassert i en stemplet metallkopp 21,6 × 10 i størrelse. 6,6 mm og en dybde på 3,1 mm og fylt med en polymerforbindelse. Resultatet er en hybrid integrert krets (GIS) med doble forseglede elementer. Og som vi sa, det var den første GIS i verden med to-nivå integrasjon, og kanskje den første GIS generelt. Åtte typer moduler ble utviklet med det vanlige navnet "Quantum", som utførte ulike logiske funksjoner. Som en del av slike moduler forble R12-2-kjøretøyer i drift under påvirkning av konstante akselerasjoner opp til 150 g og vibrasjonsbelastninger i frekvensområdet 5–2000 Hz med akselerasjon opp til 15 g.

Kvant-modulene ble først produsert av den eksperimentelle produksjonen av NIIRE, og deretter ble de overført til Zhiguli Radio Plant i USSR Ministry of Radio Industry, som leverte dem til forskjellige forbrukere, inkludert VEF-anlegget.

TS R12-2 og Kvant-moduler basert på dem har vist seg godt og har vært mye brukt. I 1968 ble det utgitt en standard som etablerte et enhetlig system med betegnelser for integrerte kretser i landet, og i 1969 - Generelle spesifikasjoner for halvleder (NP0.073.004TU) og hybrid (NP0.073.003TU) ICer med enhetlig system krav. I samsvar med disse kravene godkjente Central Bureau for Application of Integrated Circuits (TsBPIMS, senere Dayton Central Design Bureau, Zelenograd) 6. februar 1969 nye tekniske betingelser for TS ShT3.369.001-1TU. Samtidig dukket begrepet "integrert krets" av 102-serien først opp i produktbetegnelsen. Faktisk var det én IC, sortert i fire grupper etter utgangsspenning og belastningskapasitet.

Ris. 13. IC-serien 116 og 117

Og 19. september 1970 ble de tekniske spesifikasjonene AB0.308.014TU for Kvant-modulene, som fikk betegnelsen IS av 116-serien, godkjent hos TsBPIMS (fig. 13). Serien inkluderte ni IC-er: 1KhL161, 1KhL162 og 1KhL163 - multifunksjonelle digitale kretser; 1LE161 og 1LE162 - to og fire logiske elementer 2NOT-OR; 1TP161 og 1TP1162 - en og to utløsere; 1UP161 - effektforsterker, samt 1LP161 - logisk element"forbud" for 4 innganger og 4 utganger. Hver av disse IC-ene hadde fra fire til syv versjoner, forskjellig i utgangssignalspenning og belastningskapasitet, totalt var det 58 IC-klassifiseringer. Henrettelser ble merket med en bokstav etter den digitale delen av IS-betegnelsen, for eksempel 1ХЛ161Ж. I fremtiden utvidet utvalget av moduler. IC-ene i 116-serien var faktisk hybride, men på forespørsel fra RZPP ble de merket som halvledere (det første sifferet i betegnelsen er "1", hybrider skal ha "2").

I 1972, ved en felles beslutning fra departementet for elektronisk industri og departementet for radioindustri, ble produksjonen av moduler overført fra Zhiguli Radio Plant til RZPP. Dette eliminerte behovet for å transportere 102-seriens IC-er over lange avstander, så det var ikke nødvendig å kapsle inn dysen til hver IC. Som et resultat ble utformingen av IC-er i både 102. og 116. serien forenklet: det var ikke nødvendig å pakke IC-er i 102-serien i en metallkopp fylt med sammensatt. De uemballerte IC-ene i 102-serien i en teknologisk beholder ble levert til en nærliggende butikk for montering av IC-ene i 116-serien, montert direkte på mikrokortet og forseglet i modulkassen.

På midten av 1970-tallet ble en ny standard for IP-notasjonssystemet utgitt. Etter det fikk for eksempel IS 1LB021V betegnelsen 102LB1V.

Den andre IS og GIS av Yuri Osokin. solid krets R12-5(IC-serien 103 Og 117 )

I begynnelsen av 1963, som et resultat av seriøst arbeid med utviklingen av høyfrekvente n - p - n-transistorer, ble teamet til Yu.V. Osokina samlet mye erfaring med p-lag på den originale n-germanium waferen. Dette og tilgjengeligheten av alle nødvendige teknologiske komponenter tillot Osokin i 1963 å begynne å utvikle en ny teknologi og design for en raskere versjon av TS. I 1964, etter ordre fra NIIRE, ble utviklingen av R12-5 TS og moduler basert på den fullført. I følge resultatene ble Palanga R&D åpnet i 1965 (GK Yu.V. Osokin, hans stedfortreder - D.L. Mikhalovich, fullført i 1966). Moduler basert på P12-5 ble utviklet innenfor rammen av samme FoU "Kvant" som moduler basert på P12-2. Samtidig med de tekniske spesifikasjonene for 102- og 116-seriene, var de tekniske spesifikasjonene ShT3.369.002-2TU for 103-seriens IC-er (R12-5) og AV0.308.016TU for 117-seriens IC-er (moduler basert på 103-seriens IC-er) godkjent. Nomenklaturen for typer og standardklassifiseringer for TS R12-2, moduler på dem og serie IS 102 og 116 var identisk med nomenklaturen til henholdsvis TS R12-5 og IS serie 103 og 117. De skilte seg bare i hastighet og produksjonsteknologi for IC-brikken. Den typiske forplantningsforsinkelsestiden for 117-serien var 55 ns mot 200 ns for 116-serien.

Strukturelt sett var R12-5 TS en fire-lags halvlederstruktur (fig. 14), hvor n-type substrat og p + -type emittere var koblet til en felles jordbuss. De viktigste tekniske løsningene for konstruksjonen av R12-5 TS er registrert som oppfinnelsen til Osokin Yu.V., Mikhalovich D.L. Kaidalova Zh.A. og Akmensa Ya.P. (A.S.-nr. 248847). Ved fremstillingen av firelagsstrukturen til TS R12-5 var en viktig kunnskap dannelsen av et n-type p-lag i den originale germaniumplaten. Dette ble oppnådd ved diffusjon av sink i en forseglet kvartsampull, hvor platene er plassert ved en temperatur på ca. 900°C, og sink er plassert i den andre enden av ampullen ved en temperatur på ca. 500°C. Videre dannelsen av TS-strukturen i det opprettede p-laget ligner på TS P12-2. Den nye teknologien gjorde det mulig å komme vekk fra den komplekse formen til TS-krystallen. Wafere med P12-5 ble også slipt fra baksiden til en tykkelse på ca. 150 μm med bevaring av en del av den originale waferen, deretter ble de skriblet til separate rektangulære IC-brikker.

Ris. 14. Krystallstruktur av TS P12-5 fra AS nr. 248847. 1 og 2 - jord, 3 og 4 - innganger, 5 - utgang, 6 - strøm

Etter den første positive resultater produksjon av eksperimentelle R12-5-kjøretøyer, etter ordre fra KB-1, ble Mezon-2 R & D åpnet, med sikte på å lage kjøretøy med fire R12-5-er. I 1965 ble driftsprøver innhentet i en flat keramisk metallkasse. Men P12-5 viste seg å være vanskelig å produsere, hovedsakelig på grunn av vanskeligheten med å danne et sink-dopet p-lag på den originale n-Ge waferen. Krystallen viste seg å være arbeidskrevende å produsere, prosentandelen av utbytte er lav, og kostnadene for TS er høye. Av samme grunner ble R12-5 TS produsert i små volum og kunne ikke fortrenge den langsommere, men teknologisk avanserte R12-2. Og FoU "Mezon-2" fortsatte ikke i det hele tatt, inkludert på grunn av sammenkoblingsproblemer.

På den tiden jobbet Pulsar Research Institute og NIIME allerede på en bred front for å utvikle plan silisiumteknologi, som har en rekke fordeler fremfor germanium, hvorav den viktigste er et høyere driftstemperaturområde (+150°С for silisium og + 70°С for silisium), germanium) og silisium har en naturlig beskyttelsesfilm SiO2. Og spesialiseringen til RZPP ble reorientert til etableringen av analoge IC-er. Derfor anså RZPP-spesialister utviklingen av germaniumteknologi for produksjon av IC-er som upassende. Men i produksjonen av transistorer og dioder ga germanium ikke opp sine posisjoner på en stund. I avdelingen til Yu.V. Osokin, allerede etter 1966, utviklet og produserte RZPP germanium plane mikrobølgetransistorer med lav støy GT329, GT341, GT 383, etc. Opprettelsen deres ble tildelt statsprisen til den latviske USSR.

applikasjon

Ris. 15. Aritmetisk enhet på solide kretsmoduler. Foto fra TS-hefte datert 1965

Ris. 16. Sammenlignende dimensjoner av den automatiske telefonsentralen, laget på et relé og et kjøretøy. Foto fra TS-hefte datert 1965

Kundene og de første forbrukerne av R12-2 TS og moduler var skaperne av spesifikke systemer: Gnom-datamaskinen (fig. 15) for flysystemet Kupol (NIIRE, GK Lyakhovich E.M.) og marine og sivile automatiske telefonsentraler (anlegg VEF, GK Misulovin L.Ya.). Deltok aktivt i alle stadier av opprettelsen av R12-2, R12-5 kjøretøyer og moduler på dem og KB-1, hovedkuratoren for dette samarbeidet fra KB-1 var N.A. Barkanov. De hjalp til med finansiering, produksjon av utstyr, forskning på TS og moduler i ulike moduser og driftsforhold.

TS R12-2 og moduler "Quantum" basert på den var de første mikrokretsene i landet. Ja, og i verden var de blant de første - bare i USA begynte de å produsere sine første halvleder-IC-er fra Texas Instruments og Fairchild Semiconductor, og i 1964 begynte IBM å produsere hybrid-IC-er med tykk film for sine datamaskiner. I andre land har man ennå ikke tenkt på IP. Derfor var integrerte kretser en kuriositet for publikum, effektiviteten av deres applikasjon gjorde et slående inntrykk og ble spilt opp i reklame. I det overlevende heftet om R12-2 kjøretøyet fra 1965 (basert på allerede reelle søknader) står det: " Bruken av R12-2 solide kretser i dataenheter ombord gjør det mulig å redusere vekten og dimensjonene til disse enhetene med en faktor på 10–20, redusere strømforbruket og øke driftssikkerheten. ... Bruken av R12-2 solide kretser i kontroll- og svitsjesystemer for informasjonsoverføringsveier for automatiske telefonsentraler gjør det mulig å redusere volumet av kontrollenheter med omtrent 300 ganger, samt redusere strømforbruket betydelig (med 30- 50 ganger)". Disse utsagnene ble illustrert av fotografier av den aritmetiske enheten til Gnom-datamaskinen (fig. 15) og en sammenligning av ATS-stativet produsert på den tiden av VEF-anlegget basert på et relé med en liten blokk i jentas håndflate (fig. 16) ). Det var andre mange bruksområder for de første Riga IC-ene.

Produksjon

Nå er det vanskelig å gjenopprette et fullstendig bilde av produksjonsvolumene til IC-ene i 102- og 103-serien gjennom årene (i dag har RZPP blitt fra et stort anlegg til en liten produksjon og mange arkiver har gått tapt). Men ifølge memoarene til Yu.V. Osokin, i andre halvdel av 1960-tallet utgjorde produksjonen mange hundre tusen i året, på 1970-tallet - millioner. I følge hans personlige poster ble det i 1985 utstedt IC-er i 102-serien - 4.100.000 stykker, moduler i 116-serien - 1.025.000 stykker, IC-er i 103-serien - 700.000 stykker, moduler av 117, 0-serier - 0 stykker.

På slutten av 1989 ble Yu.V. Osokin, den gang generaldirektøren for Alpha-programvare, henvendte seg til ledelsen av Military-Industrial Commission under Ministerrådet for USSR (VPK) med en forespørsel om å fjerne seriene 102, 103, 116 og 117 fra produksjon på grunn av deres foreldelse og høy arbeidsintensitet (i 25 år har mikroelektronikk langt fra gått videre), men fikk et kategorisk avslag. Nestleder i Militærindustrikomplekset V.L. Koblov fortalte ham at flyene fløy pålitelig og en erstatning var uaktuelt. Etter sammenbruddet av Sovjetunionen ble IC-er fra 102, 103, 116 og 117-serien produsert allerede før midten av 1990-tallet, det vil si i mer enn 30 år. Datamaskiner "Gnome" er fortsatt i navigasjonscockpiten til "Il-76" og noen andre fly. "Dette er en superdatamaskin," våre piloter går ikke tapt når deres utenlandske kolleger blir overrasket over å være interessert i en enhet som aldri har vært sett før.

Om prioriteringer

Til tross for at J. Kilby og R. Noyce hadde forgjengere, er de anerkjent av verdenssamfunnet som oppfinnerne av den integrerte kretsen.

R. Kilby og J. Noyce søkte gjennom sine firmaer om patent på oppfinnelsen av den integrerte kretsen. Texas Instruments søkte om patentet tidligere, i februar 1959, mens Fairchild gjorde det først i juli samme år. Men patentnummer 2981877 ble utstedt i april 1961 til R. Noyce. J. Kilby saksøkte og fikk først i juni 1964 sitt patentnummer 3138743. Så ble det en ti år lang prioriteringskrig, som et resultat av at (sjelden) "vennskap vant". Til syvende og sist opprettholdt lagmannsretten R. Noyces krav om forrang innen teknologi, men slo fast at J. Kilby var skaperen av den første fungerende mikrobrikken. Og Texas Instruments og Fairchild Semiconductor signerte ene.

I USSR ga patentering av oppfinnelser for forfattere ikke annet enn problemer, en ubetydelig engangsbetaling og moralsk tilfredsstillelse, så mange oppfinnelser ble ikke formalisert i det hele tatt. Og Osokin hadde ikke hastverk heller. Men for bedrifter var antall oppfinnelser en av indikatorene, så de måtte fortsatt registreres. Derfor mottok Yu. Osokina og D. Mikhalovich USSRs forfattersertifikat nr. 36845 for oppfinnelsen av TS R12-2 først 28. juni 1966.

Og J. Kilby ble i 2000 en av nobelprisvinnerne for oppfinnelsen av IP. R. Noyce ventet ikke på verdensanerkjennelse, han døde i 1990, og etter situasjonen deles ikke Nobelprisen ut posthumt. Noe som i dette tilfellet ikke er helt rettferdig, siden all mikroelektronikk fulgte veien startet av R. Noyce. Noyces autoritet blant spesialister var så høy at han til og med fikk kallenavnet "borgermester i Silicon Valley", fordi han da var den mest populære av forskerne som jobbet i den delen av California, som fikk det uoffisielle navnet Silicon Valley (W. Shockley var kalt "Moses of Silicon Valley") . Og veien til J. Kilby ("hårete" germanium) viste seg å være en blindvei, og ble ikke implementert selv i hans selskap. Men livet er ikke alltid rettferdig.

Nobelprisen ble tildelt tre forskere. Halvparten av det ble mottatt av 77 år gamle Jack Kilby, og den andre halvparten ble delt mellom akademiker ved det russiske vitenskapsakademi Zhores Alferov og professor ved University of California i Santa Barbara, amerikansk av tysk opprinnelse Herbert Kremer, for " utviklingen av halvleder-heterostrukturer brukt i høyhastighetsoptoelektronikk."

Ved å evaluere disse arbeidene bemerket ekspertene at "integrerte kretsløp er selvfølgelig århundrets oppdagelse, som hadde en sterk innvirkning på samfunnet og verdensøkonomien." For den glemte J. Kilby var Nobelprisen en overraskelse. I et intervju med et magasin Europhysics News Han innrømmet: " På den tiden tenkte jeg kun på hva som ville være viktig for utviklingen av elektronikk fra et økonomisk synspunkt. Men jeg forsto ikke da at nedgangen i kostnadene for elektroniske produkter vil føre til en skredvekst av elektroniske teknologier.".

Og arbeidet til Yu. Osokin ble ikke evaluert, ikke bare av Nobelkomiteen. De er også glemt i vårt land, landets prioritering i opprettelsen av mikroelektronikk er ikke beskyttet. Og det var han absolutt.

På 1950-tallet ble det skapt et materiell grunnlag for dannelse av multi-element produkter - integrerte kretser - i en monolittisk krystall eller på ett keramisk substrat. Derfor er det ikke overraskende at ideen om IP uavhengig dukket opp i hodet til mange spesialister nesten samtidig. Og hastigheten på å introdusere en ny idé var avhengig av forfatterens teknologiske evner og produsentens interesse, det vil si tilstedeværelsen til den første forbrukeren. I denne forbindelse var Yu. Osokin i en bedre posisjon enn sine amerikanske kolleger. Kilby var ny for TI, han måtte til og med bevise overfor selskapets ledelse den grunnleggende muligheten for å implementere en monolittisk krets ved å lage dens layout. Faktisk kommer rollen til J. Kilby i opprettelsen av IS ned på å reutdanne ledelsen til TI og provosere R. Noyce med sin layout til å ta grep. Kilbys oppfinnelse gikk ikke i serieproduksjon. R. Noyce, i sitt unge og ennå ikke sterke selskap, gikk til etableringen av en ny planteknologi, som virkelig ble grunnlaget for påfølgende mikroelektronikk, men forfatteren bukket ikke umiddelbart under. I forbindelse med det foregående måtte både de og firmaene deres bruke mye krefter og tid på den praktiske implementeringen av ideene deres for å bygge seriekompatible IC-er. De første prøvene deres forble eksperimentelle, og andre mikrokretser, ikke engang utviklet av dem, gikk i masseproduksjon. I motsetning til Kilby og Noyce, som var langt fra produksjon, stolte fabrikkarbeider Yu. Osokin på de industrielt utviklede halvlederteknologiene til RZPP, og han hadde garantert forbrukere av den første TS i form av initiativtakeren til utviklingen av NIIRE og den nærliggende VEF anlegg, som hjalp til i dette arbeidet. Av disse grunner gikk den første versjonen av kjøretøyet hans umiddelbart i eksperimentell, jevnt overført til masseproduksjon, som fortsatte kontinuerlig i mer enn 30 år. Dermed startet utviklingen av TS senere enn Kilby og Noyce, Yu. Osokin (uten å vite om denne konkurransen) fanget dem raskt opp. Dessuten er arbeidet til Yu. Osokin på ingen måte forbundet med arbeidet til amerikanerne, bevis på dette er den absolutte ulikheten mellom hans TS og løsningene implementert i den til Kilby og Noyce mikrokretser. Texas Instruments (ikke Kilbys oppfinnelse), Fairchild og RZPP begynte produksjonen av sine IC-er nesten samtidig, i 1962. Dette gir full rett til å betrakte Yu. Osokin som en av oppfinnerne av den integrerte kretsen på lik linje med R. Noyce og mer enn J. Kilby, og det ville være rettferdig å dele en del av Nobelprisen til J. Kilby med Yu. Osokin. Når det gjelder oppfinnelsen av den første GIS med to-nivå integrasjon (og muligens GIS generelt), her er prioritet A. Pelipenko fra NIIRE er absolutt udiskutabel.

Dessverre var det ikke mulig å finne prøver av TS og enheter basert på dem, nødvendig for museer. Forfatteren vil være svært takknemlig for slike prøver eller fotografier.

Integrert (mikro) krets (IC, IC, m/s, engelsk integrert krets, IC, mikrokrets), brikke, mikrobrikke (engelsk mikrobrikke, silisiumbrikke, brikke - en tynn plate - begrepet refererte opprinnelig til en mikrokretskrystallplate) - mikroelektronisk enhet - elektronisk krets av vilkårlig kompleksitet (krystall), laget på et halvledersubstrat (plate eller film) og plassert i en ikke-separerbar kasse, eller uten den, hvis inkludert i mikromontasjen.

Mikroelektronikk er den viktigste og, som mange tror, den viktigste vitenskapelige og teknologiske prestasjonen i vår tid. Det kan sammenlignes med slike vendepunkter i teknologihistorien som oppfinnelsen av trykkeri på 1500-tallet, opprettelsen av dampmaskinen på 1700-tallet og utviklingen av elektroteknikk på 1800-tallet. Og når det i dag gjelder den vitenskapelige og teknologiske revolusjonen, er det først og fremst mikroelektronikk det er meningen. Som ingen annen teknisk prestasjon i våre dager, gjennomsyrer den alle livets sfærer og gjør en realitet det som rett og slett var umulig å forestille seg i går. For å bli overbevist om dette, er det nok å tenke på lommekalkulatorer, miniatyrradioer, elektroniske kontroller i husholdningsapparater, klokker, datamaskiner og programmerbare datamaskiner. Og dette er bare en liten del av omfanget!

Mikroelektronikk skylder sin opprinnelse og selve eksistensen til etableringen av et nytt subminiatyr elektronisk element - en integrert mikrokrets. Utseendet til disse kretsene var faktisk ikke en slags fundamentalt ny oppfinnelse - det fulgte direkte av logikken i utviklingen av halvlederenheter. Til å begynne med, da halvlederelementer bare gikk inn i livet, ble hver transistor, motstand eller diode brukt separat, det vil si at den ble innelukket i sitt eget individuelle tilfelle og inkludert i kretsen ved hjelp av sine individuelle kontakter. Dette ble gjort selv i de tilfellene da det var nødvendig å sette sammen mange lignende kretser fra de samme elementene.

Gradvis kom forståelsen av at det var mer rasjonelt å ikke sette sammen slike enheter fra separate elementer, men å umiddelbart produsere dem på en felles brikke, spesielt siden halvlederelektronikk skapte alle forutsetningene for dette. Faktisk er alle halvlederelementer veldig like i strukturen til hverandre, har samme operasjonsprinsipp og skiller seg bare i det gjensidige arrangementet av p-n-regioner.

Disse p-n områder, som vi husker, skapes ved å introdusere samme type urenheter i overflatelaget til en halvlederkrystall. Dessuten er pålitelig og fra alle synspunkter tilfredsstillende drift av det store flertallet av halvlederelementer forsynt med en tykkelse på overflatearbeidslaget på tusendeler av en millimeter. De minste transistorene bruker vanligvis bare det øverste laget av en halvlederkrystall, som bare er 1 % av tykkelsen. De resterende 99% fungerer som en bærer eller et substrat, siden uten et substrat kan transistoren ganske enkelt kollapse ved den minste berøring. Derfor, ved å bruke teknologien som brukes til å produsere individuelle elektroniske komponenter, er det mulig å umiddelbart lage en komplett krets fra flere titalls, hundrevis og til og med tusenvis av slike komponenter på en enkelt brikke.

Gevinsten av dette vil være enorm. For det første vil kostnadene umiddelbart reduseres (kostnaden for en mikrokrets er vanligvis hundrevis av ganger mindre enn den totale kostnaden for alle de elektroniske elementene i komponentene). For det andre vil en slik enhet være mye mer pålitelig (som erfaring viser tusenvis og titusenvis av ganger), og dette er av enorm betydning, siden feilsøking i en krets med titalls eller hundretusener av elektroniske komponenter blir et ekstremt vanskelig problem . For det tredje, på grunn av det faktum at alle elektroniske elementer i en integrert krets er hundrevis og tusenvis av ganger mindre enn deres kolleger i en konvensjonell kombinert krets, er strømforbruket deres mye mindre, og hastigheten er mye høyere.

Den sentrale begivenheten som varslet ankomsten av integrering i elektronikk var forslaget fra den amerikanske ingeniøren J. Kilby fra Texas Instruments om å skaffe tilsvarende elementer for hele kretsen, som registre, kondensatorer, transistorer og dioder i et monolittisk stykke rent silisium. Kilby opprettet den første integrerte halvlederkretsen sommeren 1958. Og allerede i 1961 produserte Fairchild Semiconductor Corporation de første serielle mikrokretsene for datamaskiner: en tilfeldighetskrets, et semi-shift-register og en flip-flop. I samme år, produksjon av halvledere integrert logiske kretser eid av Texas.

Året etter dukket det opp integrerte kretsløp fra andre firmaer. I en kort tid i integrert design ble opprettet Forskjellige typer forsterkere. I 1962 utviklet RCA integrerte minnekretser for datamaskinlagringsenheter. Gradvis ble produksjonen av mikrokretser etablert i alle land - epoken med mikroelektronikk begynte.

Utgangsmaterialet for en integrert krets er vanligvis en rå silisiumplate. Den har en relativt stor størrelse, siden flere hundre av samme type mikrokretser produseres samtidig på den. Den første operasjonen er at under påvirkning av oksygen ved en temperatur på 1000 grader, dannes et lag med silisiumdioksid på overflaten av denne platen. Silisiumoksid er preget av høy kjemisk og mekanisk motstand og har egenskapene til et utmerket dielektrikum, noe som gir pålitelig isolasjon til silisiumet som ligger under det.

Det neste trinnet er introduksjonen av urenheter for å skape p eller n ledningssoner. For å gjøre dette fjernes oksidfilmen fra de stedene på platen som tilsvarer individuelle elektroniske komponenter. Valget av de ønskede områdene skjer ved hjelp av en prosess som kalles fotolitografi. Først er hele oksidlaget dekket med en lysfølsom forbindelse (fotoresist), som spiller rollen som en fotografisk film - den kan belyses og fremkalles. Etter det, gjennom en spesiell fotomaske som inneholder et overflatemønster av en halvlederkrystall, blir platen opplyst med ultrafiolette stråler.

Under påvirkning av lys dannes et flatt mønster på oksidlaget, med de ikke-opplyste områdene forblir lys, og resten - mørkere. På stedet hvor fotomotstanden har blitt eksponert for lys, dannes det uløselige områder av filmen som er motstandsdyktige mot syre. Waferen behandles deretter med et løsemiddel som fjerner fotoresisten fra de eksponerte områdene. Fra de åpne stedene (og bare fra dem) er laget av silisiumoksid etset med syre.

Som et resultat oppløses silisiumoksid på de riktige stedene og "vinduer" av rent silisium åpnes, klare for innføring av urenheter (ligering). For å gjøre dette blir overflaten av underlaget ved en temperatur på 900-1200 grader utsatt for ønsket urenhet, for eksempel fosfor eller arsen, for å oppnå n-type ledningsevne. Urenhetsatomer trenger dypt inn i rent silisium, men frastøtes av dets oksid. Etter å ha behandlet platen med en type urenhet, er den forberedt for ligering med en annen type - overflaten av platen er igjen dekket med et oksidlag, en ny fotolitografi og etsing utføres, som et resultat av at nye "vinduer" av silisium åpen.

Dette etterfølges av en ny ligering, for eksempel med bor, for å oppnå p-type ledningsevne. Dermed dannes p- og n-regioner på de riktige stedene på hele overflaten av krystallen. Isolasjon mellom enkeltelementer kan lages på flere måter: et lag med silisiumoksid kan tjene som slik isolasjon, eller blokkerende p-n-kryss kan også lages på de riktige stedene.

Det neste trinnet i behandlingen er forbundet med anvendelsen av ledende forbindelser (ledende linjer) mellom elementene i den integrerte kretsen, samt mellom disse elementene og kontaktene for tilkobling av eksterne kretser. For å gjøre dette avsettes et tynt lag av aluminium på underlaget, som avsettes i form av en veldig tynn film. Den utsettes for fotolitografisk behandling og etsing, lik de som er beskrevet ovenfor. Som et resultat gjenstår bare tynne ledende linjer og puter fra hele metalllaget.

Til slutt er hele overflaten av halvlederkrystallen dekket med et beskyttende lag (oftest silikatglass), som deretter fjernes fra putene. Alle produserte mikrokretser er underlagt de strengeste kontroller på kontroll- og teststativet. Defekte kretser er merket med en rød prikk. Til slutt kuttes krystallen i separate mikrokretsplater, som hver er innelukket i en robust kasse med ledninger for tilkobling til eksterne kretser.

Kompleksiteten til en integrert krets er preget av en indikator som kalles graden av integrasjon. Integrerte kretser med mer enn 100 elementer kalles mikrokretser med lav grad av integrasjon; kretser som inneholder opptil 1000 elementer - integrerte kretser med en gjennomsnittlig grad av integrasjon; kretser som inneholder opptil titusenvis av elementer - store integrerte kretser. Kretser som inneholder opptil en million elementer blir allerede laget (de kalles super-large). Den gradvise økningen i integrasjon har ført til at kretsene hvert år blir mer og mer miniatyrer og følgelig mer og mer komplekse.

Stor mengde elektroniske enheter, som før hadde store dimensjoner, passer nå på en bitteliten silisiumplate. En ekstremt viktig begivenhet langs denne veien var opprettelsen i 1971 av det amerikanske firmaet Intel av en enkelt integrert krets for å utføre aritmetiske og logiske operasjoner - mikroprosessoren. Dette førte til et storslått gjennombrudd av mikroelektronikk innen datateknologi.

Lese og skrive nyttig

Populær i kategorien: