Zgodovina nastanka integriranega vezja. serija mikrovezij. funkcionalni nadzor IC in testnih vezij

Uvod

Od pojava prvih računalnikov so razvijalci programske opreme sanjali o strojni opremi, zasnovani za rešitev njihovega posebnega problema. Zato se je ideja o ustvarjanju posebnih integriranih vezij, ki jih je mogoče izostriti za učinkovito izvajanje določene naloge, pojavila že dolgo nazaj. Tu obstajata dve razvojni poti:

• Uporaba tako imenovanih specializiranih po meri izdelanih integriranih vezij (ASIC – Application Specific Integrated Circuit). Kot pove že ime, takšna mikrovezja izdelujejo proizvajalci strojna oprema po nalogu za učinkovito izvedbo neke posebne naloge ali niza nalog. Nimajo univerzalnosti, tako kot običajna mikrovezja, vendar rešujejo naloge, ki so jim dodeljene, večkrat hitreje, včasih po velikosti.
• Izdelava čipov z rekonfigurabilno arhitekturo. Ideja je, da pridejo takšni čipi do razvijalca ali uporabnika programske opreme v neprogramiranem stanju, ta pa lahko na njih implementira arhitekturo, ki mu najbolj ustreza. Oglejmo si podrobneje njihov razvojni proces.

Sčasoma se je pojavilo veliko število različnih mikrovezij z rekonfigurabilno arhitekturo (slika 1).

Slika 1 Raznolikost čipov z rekonfigurabilno arhitekturo

Dolgo časa so na trgu obstajale samo naprave PLD (Programmable Logic Device). Ta razred vključuje naprave, ki izvajajo funkcije, potrebne za reševanje nalog v obliki popolnega disjunktiva normalna oblika(popoln DNF). Prva so se leta 1970 pojavila mikrovezja PROM, ki sodijo prav v razred naprav PLD. Vsako vezje je imelo fiksno matriko logičnih funkcij IN, povezanih z programirljivim nizom logičnih funkcij ALI. Na primer, razmislite o PROM s 3 vhodi (a, b in c) in 3 izhodi (w, x in y) (slika 2).

riž. 2. PROM čip

S pomočjo preddefinirane matrike IN se na vhodne spremenljivke implementirajo vse možne konjunkcije, ki jih lahko nato poljubno kombiniramo z elementi ALI. Tako je na izhodu lahko katero koli funkcijo treh spremenljivk implementirano kot popoln DNF. Na primer, če programirate tiste elemente ALI, ki so na sliki 2 obkroženi z rdečo, bodo izhodi funkcije w=a x=(a&b) ; y=(a&b)^c.

Sprva so bili čipi PROM zasnovani za shranjevanje programskih navodil in konstantnih vrednosti, tj. za opravljanje funkcij računalniškega pomnilnika. Vendar jih razvijalci uporabljajo tudi za izvajanje preprostih logičnih funkcij. Pravzaprav se lahko PROM čipa uporablja za implementacijo katerega koli logičnega bloka, če ima le majhno število vhodov. Ta pogoj izhaja iz dejstva, da je matrika elementov IN togo definirana v mikrovezjih EPROM - v njej so realizirane vse možne konjunkcije iz vhodov, to je, da je število elementov IN enako 2 * 2 n, kjer je n število vložkov. Jasno je, da z naraščanjem števila n velikost niza zelo hitro raste.

Nato so se leta 1975 pojavila tako imenovana programabilna logična polja (PLM). So nadaljevanje ideje o mikrovezjih PROM - tudi PLA je sestavljen iz nizov IN in ALI, vendar sta za razliko od PROM obe nizi programabilni. To omogoča večjo prilagodljivost v takšnih mikrovezjih, vendar še nikoli niso bila običajna, ker signali potujejo skozi programabilne povezave veliko dlje, kot pa potujejo skozi svoje vnaprej določene dvojnike.

Da bi rešili problem hitrosti, ki je neločljivo povezan z PLA, se je v poznih 1970-ih pojavil naslednji razred naprav, imenovan Programmable Array Logic (PAL - Programmable Array Logic). Nadaljnji razvoj ideje o čipih PAL je bil pojav naprav GAL (Generic Array Logic) - bolj zapletene različice PAL, ki uporabljajo tranzistorje CMOS. Tu je uporabljena ideja, ki je ravno nasprotna ideji mikrovezja PROM - programabilna matrika elementov IN je povezana z vnaprej določeno matriko elementov ALI (slika 3).

riž. 3. Neprogramirana naprava PAL

To omejuje funkcionalnost, vendar takšne naprave zahtevajo nize veliko manjše velikosti kot v mikrovezjih PROM.

Logično nadaljevanje enostavnih PLD-jev je bil nastanek tako imenovanih kompleksnih PLD-jev, sestavljenih iz več blokov enostavnih PLD-jev (ponavadi se kot preprosti PLD-ji uporabljajo naprave PAL), ki jih združuje programabilna preklopna matrika. Poleg samih blokov PLD je bilo mogoče s to preklopno matriko programirati tudi povezave med njimi. Prvi kompleksni PLD so se pojavili v poznih 70. in zgodnjih 80. letih 20. stoletja, vendar je glavni razvoj v tej smeri prišel leta 1984, ko je Altera predstavila kompleksen PLD, ki temelji na kombinaciji tehnologij CMOS in EPROM.

Pojav FPGA

V zgodnjih osemdesetih letih prejšnjega stoletja je med glavnimi vrstami naprav v digitalnem okolju ASIC obstajala vrzel. Na eni strani so bili PLD-ji, ki jih je mogoče programirati za vsako specifično nalogo in jih je precej enostavno izdelati, vendar jih ni mogoče uporabiti za izvajanje kompleksnih funkcij. Po drugi strani pa obstajajo ASIC-ji, ki lahko izvajajo izjemno zapletene funkcije, vendar imajo togo fiksno arhitekturo, medtem ko je njihova izdelava dolga in draga. Potreben je bil vmesni člen in naprave FPGA (Field Programmable Gate Arrays) so postale takšen člen.

FPGA so, tako kot PLD, programabilne naprave. Glavna temeljna razlika med FPGA in PLD je, da se funkcije v FPGA izvajajo ne s pomočjo DNF, temveč s pomočjo programabilnih iskalnih tabel (LUT-tabel). V teh tabelah so vrednosti funkcij določene z uporabo tabele resnic, iz katere je zahtevani rezultat izbran z uporabo multiplekserja (slika 4):

riž. 4. Korespondenčna tabela

Vsaka naprava FPGA je sestavljena iz programabilnih logičnih blokov (Configurable Logic Blocks – CLB), ki so med seboj povezani s povezavami, prav tako programabilnimi. Vsak tak blok je namenjen programiranju neke funkcije ali njenega dela, lahko pa se uporablja tudi za druge namene, na primer kot pomnilnik.

V prvih napravah FPGA, razvitih sredi 80-ih, je bil logični blok zelo preprost in je vseboval eno 3-vhodno tabelo LUT, en flip-flop in majhno število pomožnih elementov. Sodobne naprave FPGA so veliko bolj zapletene: vsak blok CLB je sestavljen iz 1-4 "rezin" (slice), od katerih vsaka vsebuje več tabel LUT (običajno 6 vhodov), več sprožilcev in veliko število servisnih elementov. Tukaj je primer sodobnega "reza":

riž. 5. Naprava sodobnega "reza"

Zaključek

Ker naprave PLD ne morejo izvajati kompleksnih funkcij, se še naprej uporabljajo za izvajanje preprostih funkcij prenosne naprave in komunikacije, medtem ko naprave FPGA obsegajo od 1000 vrat (prva FPGA, razvita leta 1985) do ta trenutek preseglo 10 milijonov ventilov (družina Virtex-6). Aktivno se razvijajo in že nadomeščajo čipe ASIC, kar vam omogoča izvajanje različnih izjemno zapletenih funkcij, hkrati pa ne izgublja možnosti ponovnega programiranja.

Zdaj pa še manj napredno Mobilni telefon ne brez mikroprocesorja, kaj lahko rečemo o tabličnem, prenosnem in namiznem računalniku osebni računalniki. Kaj je mikroprocesor in kako se je razvila zgodovina njegovega nastanka? Če govorimo v preprostem jeziku, je mikroprocesor bolj zapleteno in večnamensko integrirano vezje.

Začne se zgodovina mikrovezja (integriranega vezja). od leta 1958, ko je Jack Kilby, uslužbenec ameriškega podjetja Texas Instruments, izumil nekakšno polprevodniško napravo, ki vsebuje več tranzistorjev, povezanih z vodniki v enem paketu. Prvo mikrovezje - prednik mikroprocesorja - je vsebovalo le 6 tranzistorjev in je bilo tanka germanijeva plošča z nanesenimi zlatimi tiri, vse to pa je bilo na stekleni podlagi. Za primerjavo, danes gre račun na enote in celo na desetine milijonov polprevodniških elementov.

Do leta 1970 precej proizvajalcev se je ukvarjalo z razvojem in ustvarjanjem integriranih vezij različnih zmogljivosti in različnih funkcionalnih usmeritev. Toda to leto lahko štejemo za datum rojstva prvega mikroprocesorja. V tem letu je Intel ustvaril pomnilniški čip z zmogljivostjo le 1 Kbit - zanemarljivo za sodobne procesorje, vendar neverjetno veliko za tisti čas. Takrat je bil to velik dosežek - pomnilniški čip je lahko shranil do 128 bajtov informacij - veliko več kot podobni analogi. Poleg tega je približno ob istem času japonski proizvajalec kalkulatorjev Busicom naročil enake čipe Intel 12 različnih funkcionalnih usmeritev. Intelovim strokovnjakom je uspelo implementirati vseh 12 funkcionalnih področij v enem čipu. Poleg tega se je ustvarjeno mikrovezje izkazalo za večnamensko, saj je omogočilo programsko spreminjanje njegovih funkcij brez spreminjanja fizične strukture. Mikrovezje je opravljalo določene funkcije glede na ukaze, ki so bili dani njegovim krmilnim izhodom.

Že leto kasneje leta 1971 Intel izda prvi 4-bitni mikroprocesor z oznako 4004. V primerjavi s prvim 6-tranzistorskim čipom je vseboval kar 2,3 tisoč polprevodniških elementov in izvajal 60 tisoč operacij na sekundo. Takrat je bil to velik preboj na področju mikroelektronike. 4-bitni je pomenil, da lahko 4004 obdeluje 4-bitne podatke hkrati. Še dve leti kasneje leta 1973 podjetje proizvaja 8-bitni procesor 8008, ki je že deloval z 8-bitnimi podatki. Začetek od leta 1976, začne podjetje razvijati 16-bitno različico mikroprocesorja 8086. Prav on se je začel uporabljati v prvih osebnih računalnikih IBM in je pravzaprav postavil eno od opek v

Analogna in digitalna mikrovezja se proizvajajo serijsko. Serija je skupina mikrovezij, ki imajo enotno zasnovo in tehnološko zasnovo ter so namenjena skupni uporabi. Mikrovezja iste serije imajo praviloma enake napetosti napajalnikov, se ujemajo glede na vhodne in izhodne upore, nivoje signalov.

1. Korpus

Mikrovezja se proizvajajo v dveh konstruktivnih različicah - pakirani in nepakirani.

Ohišje mikrovezja je nosilni sistem in del strukture, namenjen zaščiti pred zunanjimi vplivi in ​​električni povezavi z zunanjimi tokokrogi s pomočjo vodnikov. Zaboji so standardizirani za poenostavitev tehnologije izdelave končnih izdelkov.

Mikrovezje brez okvirja je polprevodniški kristal, zasnovan za vgradnjo v hibridno mikrovezje ali mikrosklop (možna je neposredna montaža na tiskano vezje).

1. Posebni naslovi

Intel je prvi izdelal čip, ki je opravljal funkcije mikroprocesorja (angleško microprocessor) - Intel 4004. Na osnovi izboljšanih mikroprocesorjev 8088 in 8086 je IBM izdal svoje znane osebne računalnike)

Mikroprocesor je jedro računalnika, dodatne funkcije, kot je komunikacija s periferijo, so bile opravljene s posebej zasnovanimi nabori čipov. Za prve računalnike je bilo število mikrovezij v nizih izračunano v desetinah in stotinah, v sodobni sistemi to je niz enega, dveh ali treh čipov. V zadnjem času se pojavljajo trendi postopnega prenosa funkcij čipov (krmilnik pomnilnika, krmilnik vodila PSI Express) na procesor.

Mikroprocesorji z vgrajenimi pomnilniki RAM in ROM, pomnilniškimi in V/I krmilniki ter drugimi dodatnimi funkcijami se imenujejo mikrokontrolerji.

1. Pravno varstvo

Ruska zakonodaja zagotavlja pravno zaščito topologij integriranih vezij. Topologija integrirano vezje je prostorska in geometrijska razporeditev niza elementov integriranega vezja in povezav med njimi, pritrjenih na materialnem nosilcu (člen 1448 Civilnega zakonika Ruske federacije).

Ekskluzivna pravica do topologije velja deset let. Imetnik pravice lahko v tem roku registrira topologijo pri Zvezni službi za intelektualno lastnino, patente in blagovne znamke.

1. Zgodovina ustvarjanja

7. maja 1952 je britanski radijski inženir Geoffrey Dummer prvič predstavil zamisel o integraciji številnih standardnih elektronskih komponent v monolitni polprevodniški kristal, leto kasneje pa je Harvick Johnson vložil prvo patentno prijavo za prototip integriranega vezja (IC). ). Izvedba teh predlogov v tistih letih ni mogla potekati zaradi nezadostnega razvoja tehnologije.

Konec leta 1958 in v prvi polovici leta 1959 se je zgodil preboj v industriji polprevodnikov. Trije ljudje, ki so predstavljali tri zasebne ameriške korporacije, so rešili tri temeljne probleme, ki so preprečili ustvarjanje integriranih vezij. Jack Kilby iz Texas Instruments je patentiral princip integracije, ustvaril prve, nepopolne prototipe IC in jih prinesel v množično proizvodnjo. Kurt Lehovec iz Sprague Electric Company je izumil metodo za električno izolacijo komponent, oblikovanih na enem polprevodniškem čipu (izolacija p-n spoja). Robert Noyce iz podjetja Fairchild Semiconductor je izumil metodo električnega povezovanja komponent IC (prevleka aluminija) in predlagal izboljšano različico izolacije komponent, ki temelji na najnovejši planarni tehnologiji Jeana Ernieja. 27. septembra 1960 je skupina Jaya Lasta ustvarila prvo izvedljivo polprevodnik IP o idejah Noycea in Ernija. Texas Instruments, ki je bil lastnik patenta za Kilbyjev izum, je sprožil patentno vojno proti konkurentom, ki se je končala leta 1966 s poravnalno pogodbo o tehnološkem navzkrižnem licenciranju.

Zgodnji logični IC-ji omenjene serije so bili zgrajeni dobesedno iz standard komponente, katerih dimenzije in konfiguracije so bile določene s tehnološkim procesom. Inženirji vezij, ki so oblikovali logične IC-je določene družine, so delovali z enakimi tipičnimi diodami in tranzistorji. V letih 1961-1962 je oblikovalsko paradigmo zlomil vodilni razvijalec Sylvania, Tom Longo, prvič uporabil v enem IC različno konfiguracija tranzistorjev glede na njihove funkcije v vezju. Konec leta 1962 je Sylvania lansirala prvo družino tranzistorsko-tranzistorske logike (TTL), ki jo je razvil Longo - zgodovinsko prva vrsta integrirane logike, ki se ji je uspelo trajno uveljaviti na trgu. V analognem vezju je v letih 1964-1965 preboj na tej ravni naredil razvijalec operacijskih ojačevalnikov Fairchild, Bob Widlar.

Prvo polprevodniško integrirano vezje v ZSSR je bilo ustvarjeno na podlagi planarne tehnologije, ki jo je v začetku leta 1960 v NII-35 (takrat preimenovan v Pulsar Research Institute) razvila ekipa, ki je bila kasneje prenesena na NIIME (Mikron). Ustvarjanje prvega domačega silicijevega integriranega vezja je bilo osredotočeno na razvoj in proizvodnjo z vojaškim sprejemom serije integriranih silicijevih vezij TC-100 (37 elementov - enakovredno kompleksnosti vezja sprožilca, analog ameriške serije IC SN-51 družbe Texas Instruments). Prototipi in proizvodni vzorci silicijevih integriranih vezij za reprodukcijo so bili pridobljeni iz ZDA. Delo je bilo izvedeno v NII-35 (vodja Trutko) in Fryazinsky Semiconductor Plant (direktor Kolmogorov) po obrambnem naročilu za uporabo v avtonomnem višinomeru sistema za vodenje balističnih raket. Razvoj je vključeval šest tipičnih integriranih silicijevih planarnih vezij serije TS-100 in je z organizacijo pilotne proizvodnje trajal tri leta na NII-35 (od 1962 do 1965). Trajalo je še dve leti, da smo obvladali tovarniško proizvodnjo z vojaškim sprejemom v Fryazinu (1967)

Prva integrirana vezja

Posvečeno 50. obletnici uradnega datuma

B. Malaševič

12. septembra 1958 je uslužbenec Texas Instruments (TI) Jack Kilby vodstvu pokazal tri čudne naprave - naprave, prilepljene s čebeljim voskom na stekleno podlago iz dveh kosov silicija velikosti 11,1 × 1,6 mm (slika 1). To so bile tridimenzionalne postavitve - prototipi integriranega vezja (IC) generatorja, ki dokazujejo možnost izdelave vseh elementov vezja na osnovi enega samega polprevodniškega materiala. Ta datum se v zgodovini elektronike praznuje kot rojstni dan integriranih vezij. Ampak ali je?

riž. 1. Model prvega IS J. Kilbyja. Fotografija s spletnega mesta http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Do konca petdesetih let prejšnjega stoletja je tehnologija sestavljanja radioelektronske opreme (REA) iz diskretnih elementov izčrpala svoje možnosti. Svet je prišel v najbolj akutno krizo REA, potrebni so bili radikalni ukrepi. Do takrat so bile v ZDA in ZSSR že industrijsko obvladane integrirane tehnologije za proizvodnjo tako polprevodniških naprav kot debeloslojnih in tankoplastnih keramičnih plošč, kar pomeni, da so bili zreli predpogoji za premagovanje te krize z ustvarjanjem večelementnih standardni izdelki - integrirana vezja.

Integrirana vezja (mikrovezja, IC) vključujejo elektronske naprave različnih zahtevnosti, v katerih so vsi elementi istega tipa izdelani hkrati v enem samem tehnološkem ciklu, tj. z integrirano tehnologijo. Za razliko od tiskanih vezij (pri katerih so vsi povezovalni vodniki izdelani hkrati v enem ciklu z uporabo integrirane tehnologije), so upori, kondenzatorji ter (v polprevodniških IC) diode in tranzistorji v IC oblikovani podobno. Poleg tega se veliko IC izdela hkrati, od deset do tisoč.

Industrija razvija in proizvaja IC v obliki serij, ki združujejo več mikrovezij različnih funkcionalnih namenov, namenjenih skupni uporabi v elektronski opremi. Serijski IC imajo standardno zasnovo in enoten sistem električnih in drugih karakteristik. IC dobavlja proizvajalec različnim potrošnikom kot neodvisne komercialne izdelke, ki izpolnjujejo določen sistem standardiziranih zahtev. IC so razvrščeni kot nepopravljivi izdelki, pri popravilu elektronske opreme se okvarjeni IC zamenjajo.

Obstajata dve glavni skupini integriranih vezij: hibridna in polprevodniška.

V hibridnih IC (HIC) so vsi prevodniki in pasivni elementi oblikovani na površini substrata mikrovezja (običajno iz keramike) z uporabo integrirane tehnologije. Aktivni elementi v obliki brezpaketnih diod, tranzistorjev in polprevodniških IC kristalov se na substrat vgrajujejo posamično, ročno ali avtomatsko.

V polprevodniških IC se povezovalni, pasivni in aktivni elementi oblikujejo v enem tehnološkem ciklu na površini polprevodniškega materiala (običajno silicija) z delnim vdorom v njegov volumen z difuzijskimi metodami. Hkrati se na eni polprevodniški rezini izdela od nekaj deset do nekaj tisoč IC, odvisno od kompleksnosti naprave ter velikosti njenega kristala in rezine. Industrija proizvaja polprevodniške IC v standardnih paketih, v obliki posameznih čipov ali v obliki nerazdeljenih rezin.

Fenomen sveta hibridnih (GIS) in polprevodniških IC se je zgodil na različne načine. GIS je produkt evolucijskega razvoja mikromodulov in tehnologije keramičnih plošč. Zato so se pojavili neopazno, ni splošno sprejetega datuma rojstva GIS in splošno priznanega avtorja. Polprevodniški IC so bili naravna in neizogibna posledica razvoja polprevodniške tehnologije, ki pa je zahtevala generiranje novih idej in ustvarjanje novih tehnologij, ki imajo svoje datume rojstva in svoje avtorje. Prvi hibridni in polprevodniški IC so se pojavili v ZSSR in ZDA skoraj istočasno in neodvisno drug od drugega.

Prvi hibridni IC

Med hibridne IC sodijo IC, katerih proizvodnja združuje integralno tehnologijo izdelave pasivnih elementov z individualno (ročno ali avtomatsko) tehnologijo vgradnje in montaže aktivnih elementov.

Že v poznih štiridesetih letih prejšnjega stoletja je podjetje Centralab v ZDA razvilo osnovne principe za izdelavo debeloslojnih tiskanih vezij na keramični osnovi, ki so jih nato razvila druga podjetja. Temeljil je na tehnologiji izdelave tiskanih vezij in keramičnih kondenzatorjev. Iz tiskanih vezij so prevzeli integralno tehnologijo za oblikovanje topologije povezovalnih vodnikov - sitotisk. Od kondenzatorjev - substratni material (keramika, pogosteje sital), pa tudi pastozni materiali in toplotna tehnologija njihove pritrditve na substrat.

In v zgodnjih petdesetih letih prejšnjega stoletja je RCA izumil tehnologijo tankega filma: z razprševanjem različnih materialov v vakuumu in njihovim odlaganjem skozi masko na posebne podlage so se naučili, kako hkrati izdelati veliko miniaturnih filmov, ki povezujejo vodnike, upore in kondenzatorje na enem samem keramičnem substratu.

V primerjavi z debeloslojno tehnologijo je tankoplastna tehnologija omogočala natančnejšo izdelavo manjših topoloških elementov, vendar je zahtevala zahtevnejšo in dražjo opremo. Naprave, izdelane na keramičnih ploščah s tehnologijo debelega ali tankega filma, se imenujejo "hibridna vezja". Hibridna vezja so izdelovali kot sestavne dele lastne proizvodnje, njihova zasnova, dimenzije in funkcionalna namembnost so bili pri vsakem proizvajalcu različni, niso prišla na prosti trg, zato so malo poznana.

Hibridna vezja so vdrla tudi v mikromodule. Sprva so uporabljali diskretne pasivne in aktivne miniaturne elemente v kombinaciji s tradicionalnim tiskanim ožičenjem. Tehnologija montaže je bila zapletena, z velikim deležem ročnega dela. Zato so bili mikromoduli zelo dragi, njihova uporaba je bila omejena na opremo na vozilu. Nato so bili uporabljeni miniaturni keramični šali z debelim filmom. Nadalje je tehnologija debelih filmov začela proizvajati upore. Toda diode in tranzistorji so bili še vedno uporabljeni ločeno, posamično pakirani.

Mikromodul je postal hibridno integrirano vezje v trenutku, ko so v njem uporabili brezpaketne tranzistorje in diode ter zaprli strukturo v skupno ohišje. To je omogočilo znatno avtomatizacijo procesa njihove montaže, močno znižanje cen in razširitev področja uporabe. Glede na način oblikovanja pasivnih elementov ločimo debeloslojne in tankoplastne GIS.

Prvi GIS v ZSSR

Prvi GIS (moduli tipa "Kvant", kasneje imenovani serija IS 116) v ZSSR so razvili leta 1963 v NIIRE (kasneje NPO Leninets, Leningrad) in istega leta je njegova pilotna tovarna začela množično proizvodnjo. V teh GIS so bili kot aktivni elementi uporabljeni polprevodniški IC "R12-2", ki jih je leta 1962 razvila tovarna polprevodniških naprav v Rigi. Zaradi neločljivosti zgodovine nastanka teh IC in njihovih značilnosti, jih bomo obravnavali skupaj v poglavju P12-2.

Nedvomno so bili moduli Kvant prvi v svetu GIS z dvonivojsko integracijo - kot aktivni elementi niso uporabljali diskretnih tranzistorjev brez okvirja, temveč polprevodniške IC. Verjetno so bili prvi GIS na svetu - strukturno in funkcionalno popolni večelementni izdelki, ki so bili potrošniku dobavljeni kot neodvisni komercialni izdelki. Najzgodnejši tuji podobni izdelki, ki jih je identificiral avtor, so spodaj opisani moduli IBM SLT, vendar so bili objavljeni naslednje leto, 1964.

Prvi GIS v ZDA

Pojav debeloslojnega GIS kot glavne elementne baze novega računalnika IBM System /360 je IBM prvič napovedal leta 1964. Zdi se, da je bila to prva uporaba GIS zunaj ZSSR, avtor ni našel prejšnjih primerov.

Polprevodniški IC serije “Micrologic” proizvajalca Fairchild in “SN-51” proizvajalca TI (o njih bomo govorili v nadaljevanju), ki so bili takrat že znani v krogih strokovnjakov, so bili za komercialno uporabo še nedostopno redki in pregrešno dragi, kar je bil izdelava velikega računalnika. Zato je korporacija IBM, ki je za osnovo vzela zasnovo ravnega mikromodula, razvila lastno serijo GIS z debelim filmom, objavljeno pod splošnim imenom (v nasprotju z "mikromoduli") - "SLT-moduli" (Solid Logic Technology - tehnologija trdne logike. Običajno se beseda "solid" v ruščino prevede kot "trdna", kar je popolnoma nelogično. Dejansko je IBM uvedel izraz "SLT-moduli" kot nasprotje izrazu "mikromodul" in bi moral odražati njihovo razliko Toda oba modula sta "trdna", torej ta prevod ni Beseda "trdna" ima druge pomene - "trdna", "cela", ki uspešno poudarjajo razliko med "SLT-moduli" in "mikromoduli" - SLT-moduli so nedeljive, nepopravljive, to je "celo". Zato smo uporabili nestandardni prevod v ruščino: Solid Logic Technology - tehnologija trdne logike).

Modul SLT je bila polpalčna kvadratna keramična mikroplošča z debelim filmom z vtisnjenimi navpičnimi zatiči. Povezovalni vodniki in upori so bili naneseni na njegovo površino s sitotiskom (po shemi izvedene naprave) in nameščeni tranzistorji brez paketa. Kondenzatorji so bili po potrebi nameščeni poleg SLT modula na plošči naprave. Z zunanjostjo, ki je skoraj enaka (mikromoduli so nekoliko višji, slika 2.), se moduli SLT od ploščatih mikromodulov razlikujejo po večji gostoti elementov, nizki porabi energije, visoki hitrosti in visoki zanesljivosti. Poleg tega je bilo tehnologijo SLT dokaj enostavno avtomatizirati, tako da jih je bilo mogoče proizvajati v velikih količinah po dovolj nizki ceni za uporabo v komercialni opremi. Točno to je IBM potreboval. Podjetje je zgradilo avtomatizirano tovarno v East Fishkillu blizu New Yorka za proizvodnjo modulov SLT, ki jih je proizvedla v milijonih izvodov.

riž. 2. Mikromodul ZSSR in SLT-modul f. IBM. Fotografija STL iz http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

Po IBM-u so GIS začela proizvajati druga podjetja, za katera je GIS postal komercialni izdelek. Tipična zasnova ploščatih mikromodulov in modulov SLT podjetja IBM Corporation je postala eden od standardov za hibridna vezja.

Prvi polprevodniški IC

Do konca petdesetih let je bila industrija v dobrem položaju za proizvodnjo poceni elektronskih komponent. Toda če so bili tranzistorji ali diode narejeni iz germanija in silicija, potem so bili upori in kondenzatorji izdelani iz drugih materialov. Mnogi so takrat verjeli, da pri ustvarjanju hibridnih vezij ne bo težav pri sestavljanju teh elementov, izdelanih ločeno. In če je mogoče izdelati vse elemente standardne velikosti in oblike ter s tem avtomatizirati postopek montaže, se bodo stroški opreme znatno zmanjšali. Na podlagi takšnega sklepanja so zagovorniki hibridne tehnologije to obravnavali kot splošno smer razvoja mikroelektronike.

Vendar tega mnenja niso delili vsi. Dejstvo je, da so bili mesa tranzistorji in še posebej planarni tranzistorji, ki so bili že ustvarjeni v tem obdobju, prilagojeni za serijsko obdelavo, v kateri so bile hkrati izvedene številne operacije za izdelavo več tranzistorjev na eni substratni plošči. To pomeni, da je bilo na eni polprevodniški rezini izdelanih naenkrat veliko tranzistorjev. Nato je bila plošča razrezana na posamezne tranzistorje, ki so bili nameščeni v posameznih ohišjih. In potem je proizvajalec strojne opreme združil tranzistorje na enem tiskano vezje. Bilo je ljudi, ki se jim je ta pristop zdel smešen - zakaj bi odklopili tranzistorje in jih nato znova združili. Ali jih je mogoče takoj združiti na polprevodniško rezino? Hkrati se znebite več zapletenih in dragih operacij! Ti ljudje so izumili polprevodniške IC.

Ideja je izjemno preprosta in povsem očitna. A kot se pogosto zgodi, šele potem, ko je to nekdo prvi objavil in dokazal. Izkazalo se je, da pogosto ni dovolj zgolj razglasiti, kot v tem primeru. Zamisel o IC je bila objavljena že leta 1952, pred prihodom serijskih metod za proizvodnjo polprevodniških naprav. Vklopljeno letna konferenca o elektronskih komponentah, ki je potekalo v Washingtonu DC, iz britanskega kraljevega radarskega urada v Malvernu, Geoffrey Dummer, predstavil poročilo o zanesljivosti komponent radarske opreme. V poročilu je podal preroško izjavo: " S pojavom tranzistorjev in delom na področju polprevodniške tehnologije si lahko na splošno predstavljamo elektronsko opremo v obliki trdnega bloka, ki ne vsebuje povezovalnih žic. Blok je lahko sestavljen iz plasti izolacijskih, prevodnih, usmerjevalnih in ojačevalnih materialov, v katerih so določena področja izrezana, tako da lahko neposredno opravljajo električne funkcije.. A te napovedi strokovnjaki niso opazili. Nanj so se spomnili šele po pojavu prvih polprevodniških IC, torej po praktični potrditvi dolgo napovedovane ideje. Nekdo je moral biti prvi, ki je preoblikoval in implementiral zamisel o polprevodniškem IC.

Tako kot v primeru tranzistorja so imeli splošno sprejeti graditelji polprevodniških IC bolj ali manj uspešne predhodnike. Svojo zamisel je leta 1956 poskušal uresničiti sam Dammer, vendar ni uspel. Leta 1953 je Harvick Johnson iz RCA prejel patent za oscilator z enim čipom in leta 1958 skupaj s Thorkelom Wallmarkom napovedal koncept "polprevodniške integrirane naprave". Leta 1956 je Ross, uslužbenec Bell Labs, izdelal binarno števčno vezje z uporabo osnova n-p-n-p strukture v enem monokristalu. Leta 1957 je Yasuro Taru iz japonske družbe MITI prejel patent za združevanje različnih tranzistorjev v enem samem čipu. Toda vsi ti in drugi podobni dogodki so bili zasebne narave, niso bili uvedeni v proizvodnjo in niso postali osnova za razvoj integrirane elektronike. Le trije projekti so prispevali k razvoju intelektualne lastnine v industrijski proizvodnji.

Že omenjeni Jack Kilby iz Texas Instruments (TI), Robert Noyce iz Fairchilda (oba iz ZDA) in Jurij Valentinovič Osokin iz Design Bureau Riga Semiconductor Devices Plant (ZSSR) so se izkazali za srečneže. Američani so ustvarili eksperimentalne modele integriranih vezij: J. Kilby - model generatorja IC (1958), nato pa sprožilec mesa-tranzistorja (1961), R. Noyce - planarni tehnološki sprožilec (1961) in Yu. Osokin - logični IC "2NOT-OR" v Nemčiji, ki je šel takoj v serijsko proizvodnjo (1962). Ta podjetja so začela serijsko proizvodnjo IC skoraj istočasno, leta 1962.

Prvi polprevodniški IC v ZDA

IP Jack Kilby. Serija IS “ SN-51"

Leta 1958 je J. Kilby (pionir v uporabi tranzistorjev v slušni aparat) preselil na Texas Instruments. Novinec Kilby je bil kot inženir vezja "vržen", da bi izboljšal mikromodulno polnjenje raket z ustvarjanjem alternative mikromodulom. Upoštevana je bila možnost sestavljanja blokov iz delov standardni obrazec, podobno sestavljanju modelov igrač iz LEGO figur. Toda Kilbyja je očaralo nekaj drugega. Učinek "svežega videza" je imel odločilno vlogo: prvič, takoj je izjavil, da so mikromoduli slepa ulica, in drugič, ko je občudoval meza strukture, je prišel do zaključka, da je treba (in lahko) vezje izvesti iz enega materiala - polprevodnik. Kilby je bil seznanjen z Dummerjevo idejo in njegovim neuspehom pri izvedbi leta 1956. Po analizi je razumel razlog za neuspeh in našel način, kako ga premagati. “ Moja zasluga je, da sem to idejo uresničil.«, je dejal J. Kilby kasneje v svojem Nobelovem govoru.

Ker si še ni pridobil pravice do dopusta, je nemoteno delal v laboratoriju, medtem ko so vsi počivali. 24. julija 1958 je Kilby v laboratorijski reviji oblikoval koncept z naslovom Monolitna ideja. Njegovo bistvo je bilo, da ". .. elemente vezja, kot so upori, kondenzatorji, porazdeljeni kondenzatorji in tranzistorji, je mogoče integrirati v en čip - pod pogojem, da so izdelani iz istega materiala ... Pri načrtovanju flip-flop vezja morajo biti vsi elementi izdelani iz silicija, in upori bodo uporabljali silicijevo volumsko upornost, kondenzatorji pa bodo uporabljali kapacitivnosti p-n stičišč”. "Ideja o monolitu" je naletela na prizanesljivo ironičen odnos vodstva Texas Instruments, ki je zahteval dokaz o možnosti izdelave tranzistorjev, uporov in kondenzatorjev iz polprevodnika ter o delovanju vezja, sestavljenega iz takih elementov.

Septembra 1958 je Kilby uresničil svojo zamisel - iz dveh kosov germanija velikosti 11,1 x 1,6 mm, zlepljenih s čebeljim voskom na stekleno podlago, je izdelal generator, ki je vseboval dve vrsti difuzijskih območij (slika 1). Ta območja in razpoložljive kontakte je uporabil za ustvarjanje generatorskega vezja, pri čemer je elemente povezal s tankimi zlatimi žicami premera 100 mikronov s termokompresijskim varjenjem. Iz enega področja je nastal mestranzistor, iz drugega pa RC veriga. Sestavljene tri generatorje so demonstrirali vodstvu podjetja. Ko je bil priključen na napajanje, so delovali na frekvenci 1,3 MHz. Zgodilo se je 12. septembra 1958. Teden dni kasneje je Kilby izdelal ojačevalnik na podoben način. Toda to še niso bile integrirane strukture, bile so tridimenzionalne postavitve polprevodniških IC, ki dokazujejo idejo o izdelavi vseh elementov vezja iz enega materiala - polprevodnika.

riž. 3. Tip 502 sprožilec J. Kilby. Fotografija s spletnega mesta http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Kilbyjevo prvo resnično integrirano vezje, narejeno iz enega samega kosa monolitnega germanija, je bil eksperimentalni sprožilni IC tipa 502 (slika 3). Uporabil je tako masivni upor germanija kot kapacitivnost p-n spoja. Njegova predstavitev je potekala marca 1959. Manjše število takšnih IC je bilo izdelanih v laboratoriju in prodanih v ožjem krogu po ceni 450 $. IC je vseboval šest elementov: štiri tranzistorje mesa in dva upora, nameščena na silicijevi rezini s premerom 1 cm.Toda Kilby IC je imel resno pomanjkljivost - tranzistorje mesa, ki so se v obliki mikroskopskih "aktivnih" stolpcev dvigali nad ostali, »pasivni« del kristala. Povezava stebrov mesa med seboj v Kilby IS je bila izvedena s prekuhanimi tankimi zlatimi žicami - "kosmato tehnologijo", ki jo vsi sovražijo. Postalo je jasno, da s takimi medsebojnimi povezavami ni mogoče narediti mikrovezja z velikim številom elementov - žična mreža se bo zlomila ali ponovno zaprla. Da, in germanij je takrat že veljal za neobetaven material. Preboj se ni zgodil.

V tem času je bila v Fairchildu razvita planarna silicijeva tehnologija. Glede na vse to je moral Texas Instruments odložiti vse, kar je naredil Kilby, in brez Kilbyja nadaljevati z razvojem serije IC-jev, ki temeljijo na tehnologiji planarnega silicija. Oktobra 1961 je podjetje napovedalo ustvarjanje serije IC tipa SN-51, od leta 1962 pa je začelo njihovo množično proizvodnjo in dobavo v interesu Ministrstva za obrambo ZDA in NASA.

IP Robert Noyce. Serija IS “Micrologic”

Leta 1957 je W. Shockley, izumitelj spojnega tranzistorja, iz več razlogov zapustil skupino osmih mladih inženirjev, ki so želeli poskusiti uresničiti lastne zamisli. »Osem izdajalcev«, kot jih je poimenoval Shockley, pod vodstvom R. Noycea in G. Moora je ustanovilo podjetje Fairchild Semiconductor (»lep otrok«). Podjetje je vodil Robert Noyce, takrat je bil star 23 let.

Konec leta 1958 je fizik D. Horney, ki je delal pri podjetju Fairchild Semiconductor, razvil planarno tehnologijo za izdelavo tranzistorjev. Na Češkem rojeni fizik Kurt Lehovek, ki je delal pri podjetju Sprague Electric, je razvil tehniko za uporabo obrnjenega n-p spoja za električno izolacijo komponent. Leta 1959 se je Robert Noyce, ko je slišal za Kilbyjev IC načrt, odločil poskusiti zgraditi integrirano vezje s kombiniranjem postopkov, ki sta jih predlagala Horney in Lehovek. In namesto "kosmate tehnologije" medsebojnih povezav je Noyce predlagal selektivno nanašanje tanke plasti kovine na polprevodniške strukture, izolirane s silicijevim dioksidom, s povezavo s kontakti elementov skozi luknje, ki so ostale v izolacijski plasti. To je omogočilo "potopitev" aktivnih elementov v telo polprevodnika, ki jih izolira s silicijevim oksidom, nato pa te elemente poveže z napršenimi aluminijastimi ali zlatimi tiri, ki so ustvarjene s postopki fotolitografije, metalizacije in jedkanja na zadnji stopnji. izdelava izdelkov. Tako je bila pridobljena resnično "monolitna" možnost združevanja komponent v eno vezje, nova tehnologija pa se je imenovala "planarna". Toda najprej je bilo treba idejo preizkusiti.

riž. 4. Eksperimentalni sprožilec R. Noyce. Fotografija s spletnega mesta http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

riž. 5. Fotografija Micrologic IC v reviji Life. Fotografija s spletnega mesta http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Avgusta 1959 je R. Noyce naročil Joeyu Lastu, naj izdela različico IC, ki temelji na planarni tehnologiji. Najprej so tako kot Kilby naredili postavitev sprožilca na več silicijevih kristalih, na katerih so bili izdelani 4 tranzistorji in 5 uporov. Nato je bil 26. maja 1960 izdelan prvi sprožilec z enim čipom. Za izolacijo elementov v njem z hrbtna stran silicijeva rezina je bila jedkana z globokimi utori, napolnjenimi z epoksi smolo. 27. septembra 1960 je bila izdelana tretja različica sprožilca (slika 4), v kateri so bili elementi izolirani s povratno povezanim p - n spojem.

Do takrat se je Fairchild Semiconductor ukvarjal samo s tranzistorji; ni imel inženirjev vezja za ustvarjanje polprevodniških IC. Zato je bil Robert Norman iz Sperry Gyroscope povabljen kot oblikovalec vezij. Norman je poznal logiko upor-tranzistor, ki jo je podjetje na njegov predlog izbralo kot osnovo za svojo prihodnjo serijo Micrologic IC, ki je svojo prvo uporabo našla v raketni opremi Minuteman. Marca 1961 je Fairchild z objavo fotografije (sl. 5) v reviji Fairchild napovedal prvi eksperimentalni IC te serije (flip-flop, ki vsebuje šest elementov: štiri bipolarne tranzistorje in dva upora, postavljena na 1 cm ploščo). revija življenje(z dne 10. marca 1961). Oktobra je bilo napovedanih še 5 IC. In od začetka leta 1962 je Fairchild začel množično proizvodnjo IC in njihovo dobavo tudi v interesu Ministrstva za obrambo ZDA in Nase.

Kilby in Noyce sta morala poslušati veliko kritik o svojih inovacijah. Verjeli so, da bi bil praktični izkoristek ustreznih integriranih vezij zelo nizek. Jasno je, da mora biti nižja kot pri tranzistorjih (ker vsebuje več tranzistorjev), pri katerih takrat ni bila višja od 15 %. Drugič, mnogi so verjeli, da integrirana vezja uporabljajo neustrezne materiale, saj upori in kondenzatorji takrat še niso bili izdelani iz polprevodnikov. Tretjič, mnogi niso mogli sprejeti ideje o nepopravljivosti IP. Zdelo se jim je bogokletno zavreči izdelek, pri katerem je odpovedal le eden od številnih elementov. Vsi dvomi so postopoma odpadli, ko so bila integrirana vezja uspešno uporabljena v ameriški vojski in vesoljskih programih.

Eden od ustanoviteljev podjetja Fairchild Semiconductor G. Moore je oblikoval osnovni zakon za razvoj silicijeve mikroelektronike, po katerem se je število tranzistorjev v čipu integriranega vezja vsako leto podvojilo. Ta zakon, imenovan "Moorov zakon", je dokaj dobro deloval prvih 15 let (začetek leta 1959), nato pa je prišlo do podvojitve v približno letu in pol.

Poleg tega se je industrija intelektualne lastnine v Združenih državah začela hitro razvijati. V Združenih državah se je začel plazovit proces nastajanja podjetij, usmerjenih izključno »pod plano«, ki je včasih dosegel točko, da je bilo registriranih ducat podjetij na teden. V lovu na veterane (podjetja W. Shockley in R. Noyce), pa tudi zaradi davčnih spodbud in storitev Univerze Stanford so se »novinci« zbrali predvsem v dolini Santa Clara (Kalifornija). Zato ne preseneča, da je leta 1971 z lahkotno roko novinarja, ki popularizira tehnične novosti, Dona Hoflerja, v obtok prišla romantično-tehnogena podoba »Silicijeve doline«, ki je za vedno postala sinonim za Meko polprevodniške tehnologije. revolucija. Mimogrede, na tistem območju res obstaja dolina, prej znana po številnih nasadih marelic, češenj in sliv, ki je imela, preden se je v njej pojavil Shockley, drugačno, prijetnejše ime - Dolina srčnega užitka, zdaj pa žal že skoraj pozabljen.

Leta 1962 se je v ZDA začela množična proizvodnja integriranih vezij, čeprav je njihov obseg dobav strankam znašal le nekaj tisoč. Najmočnejša spodbuda za razvoj instrumentalne in elektronske industrije na novih temeljih je bila raketna in vesoljska tehnika. ZDA takrat niso imele enako močnih medcelinskih balističnih raket kot sovjetske, zato so bile za povečanje naboja prisiljene iti na maksimalno zmanjšanje mase nosilca, vključno s krmilnimi sistemi, z uvedbo najnovejši napredek elektronske tehnologije. Podjetji Texas Instrument in Fairchild Semiconductor sta podpisali velike pogodbe za razvoj in proizvodnjo integriranih vezij z ameriškim ministrstvom za obrambo in z Naso.

Prvi polprevodniški IC v ZSSR

Do konca petdesetih let prejšnjega stoletja je sovjetska industrija tako zelo potrebovala polprevodniške diode in tranzistorje, da so bili potrebni drastični ukrepi. Leta 1959 so bile ustanovljene tovarne polprevodniških naprav v Aleksandrovu, Brjansku, Voronežu, Rigi itd. Januarja 1961 sta Centralni komite CPSU in Svet ministrov ZSSR sprejela še en odlok "O razvoju industrije polprevodnikov", ki je predvideval gradnjo tovarn in raziskovalnih inštitutov v Kijevu, Minsku, Erevanu, Nalčiku in drugih mestih.

Zanimala nas bo ena od novih tovarn - zgoraj omenjena tovarna polprevodnikov v Rigi (RZPP, večkrat je spremenila ime, zaradi poenostavitve uporabljamo najbolj znano, delujočo in zdaj). Kot izhodišče je novi obrat dobil stavbo zadružne tehnične šole v gradnji s površino 5300 m 2, hkrati pa se je začela gradnja posebne stavbe. Do februarja 1960 je bilo v tovarni že ustvarjenih 32 služb, 11 laboratorijev in pilotna proizvodnja, ki se je aprila začela pripravljati na proizvodnjo prvih instrumentov. Tovarna je zaposlovala že 350 ljudi, od katerih jih je bilo 260 med letom poslanih na študij na Moskovski raziskovalni inštitut-35 (kasneje Raziskovalni inštitut Pulsar) in v Leningrajsko tovarno Svetlana. In do konca leta 1960 je število zaposlenih doseglo 1900 ljudi. Sprva so bile tehnološke linije v prenovljeni športni dvorani stavbe zadružne tehniške šole, laboratoriji eksperimentalnega konstruktorskega biroja pa v nekdanjih učilnicah. Prve naprave (zlitine difuzije in pretvorbe germanijevih tranzistorjev P-401, P-403, P-601 in P-602, ki jih je razvil NII-35) je tovarna proizvedla 9 mesecev po podpisu naročila o njegovi izdelavi, v marec 1960. In do konca julija je izdelal prvih tisoč tranzistorjev P-401. Nato je v proizvodnji obvladal še številne druge tranzistorje in diode. Junija 1961 je bila končana gradnja posebne stavbe, v kateri se je začela množična proizvodnja polprevodniških naprav.

Od leta 1961 je obrat začel samostojno tehnološko in razvojno delo, vključno z mehanizacijo in avtomatizacijo proizvodnje tranzistorjev na osnovi fotolitografije. Za to je bil razvit prvi domači fotografski repetitor (fotožig) - naprava za kombinirano in kontaktno tiskanje fotografij (razvil A.S. Gotman). Podjetja Ministrstva za radijsko industrijo, vključno s KB-1 (kasneje NPO Almaz, Moskva) in NIIRE, so zagotovila veliko pomoč pri financiranju in izdelavi edinstvene opreme. Potem so najbolj aktivni razvijalci majhne radijske opreme, ki niso imeli lastne tehnološke polprevodniške baze, iskali načine za ustvarjalno interakcijo z novonastalimi tovarnami polprevodnikov.

V RZPP je potekalo aktivno delo za avtomatizacijo proizvodnje germanijevih tranzistorjev tipa P401 in P403 na podlagi proizvodne linije Ausma, ki jo je ustvaril obrat. Njegov glavni oblikovalec (GK) A.S. Gotman je predlagal, da bi na površini germanija naredili tokovne sledi od tranzistorskih elektrod do obrobja kristala, da bi lažje zvarili tranzistorske vodnike v ohišje. Najpomembneje pa je, da bi te steze lahko uporabili kot zunanje terminale tranzistorja, ko bi jih sestavili brez paketa na ploščah (ki vsebujejo povezovalne in pasivne elemente), pri čemer bi jih spajkali neposredno na ustrezne kontaktne ploščice (pravzaprav tehnologija za ustvarjanje hibridnih IC-jev). je bil predlagan). Predlagana metoda, pri kateri tokovne poti kristala tako rekoč poljubljajo kontaktne ploščice plošče, je prejela prvotno ime - "tehnologija poljubljanja". Toda zaradi številnih tehnoloških težav, ki so se takrat izkazale za nerešljive, predvsem v zvezi s težavami natančnosti pridobivanja kontaktov na tiskanem vezju, praktično implementacija "tehnologije poljubljanja" ni bila mogoča. Nekaj ​​let kasneje je bila podobna ideja izvedena v ZDA in ZSSR in je našla široko uporabo v tako imenovanih "krogličnih vodilih" in v tehnologiji "chip-on-board".

Kljub temu so strojna podjetja, ki sodelujejo z RZPP, vključno z NIIRE, upala na "tehnologijo poljubljanja" in jo nameravala uporabiti. Spomladi 1962, ko je postalo jasno, da se njegovo izvajanje odloži za nedoločen čas, je glavni inženir NIIRE V.I. Smirnov je direktorja RZPP S.A. Bergmana najti drug način za implementacijo večelementnega vezja tipa 2NOT-OR, univerzalnega za izdelavo digitalnih naprav.

riž. 7. Ekvivalentno vezje IS R12-2 (1LB021). Povzeto po prospektu IP iz leta 1965

Prvi IS in GIS Jurija Osokina. trdno vezje R12-2(serija IC 102 in 116 )

Direktor RZPP je to nalogo zaupal mlademu inženirju Juriju Valentinoviču Osokinu. Organizirali smo oddelek, ki ga sestavljajo tehnološki laboratorij, laboratorij za razvoj in izdelavo fotomask, merilni laboratorij in pilotna proizvodna linija. Takrat je bila RZPP predana tehnologija za izdelavo germanijevih diod in tranzistorjev, ki je bila osnova za nov razvoj. In že jeseni 1962 so bili pridobljeni prvi prototipi germanijevega polnega vezja 2NE-OR (ker izraz IP takrat še ni obstajal, bomo iz spoštovanja do takratnih zadev obdržali ime "trdno vezje" - TS), ki je prejel tovarniško oznako "P12-2". Ohranjena je reklamna knjižica iz leta 1965 na P12-2 (sl. 6), podatke in ilustracije iz katere bomo uporabili. TS R12-2 je vseboval dva germanijeva p - n - p tranzistorja (modificirana tranzistorja tipa P401 in P403) s skupno obremenitvijo v obliki porazdeljenega germanijevega upora tipa p (slika 7).

riž. 8. Zgradba IS R12-2. Povzeto po prospektu IP iz leta 1965

riž. 9. Merska risba vozila R12-2. Povzeto po prospektu IP iz leta 1965

Zunanji vodi so oblikovani s termokompresijskim varjenjem med germanijevimi območji strukture TC in zlatom svinčenih žic. To zagotavlja stabilno delovanje tokokrogov pod zunanjimi vplivi v pogojih tropov in morske megle, kar je še posebej pomembno za delo v mornariških kvazielektronskih avtomatskih telefonskih centralah, ki jih proizvaja tovarna VEF Riga, ki se prav tako zanima za ta razvoj.

Strukturno so bili TS R12-2 (in naslednji R12-5) izdelani v obliki "tablete" (slika 9) iz okrogle kovinske skodelice s premerom 3 mm in višino 0,8 mm. Vanj smo položili kristal TS in ga napolnili s polimerno spojino, iz katere so izhajali kratki zunanji konci žic iz mehke zlate žice premera 50 μm, privarjeni na kristal. Masa P12-2 ni presegla 25 mg. Pri tej zasnovi so bile RH odporne na 80-odstotno relativno vlažnost pri temperaturi okolice 40 °C in na nihanje temperature od -60 °C do 60 °C.

Do konca leta 1962 je pilotna proizvodnja RZPP izdelala približno 5 tisoč vozil R12-2, leta 1963 pa jih je bilo izdelanih več deset tisoč. Tako je bilo leto 1962 rojstno leto mikroelektronske industrije v ZDA in ZSSR.

riž. 10. Skupine TC R12-2

riž. 11. Glavne električne značilnosti R12-2

Polprevodniška tehnologija je bila takrat v povojih in še ni zagotavljala stroge ponovljivosti parametrov. Zato so bile delujoče naprave razvrščene v skupine parametrov (to se pogosto izvaja v našem času). Prebivalci Rige so storili enako in namestili 8 tipov TS R12-2 (slika 10). Vse druge električne in druge lastnosti so enake za vse nazivne vrednosti (slika 11).

Proizvodnja TS R12-2 se je začela hkrati z raziskavo in razvojem "trdota", ki se je končala leta 1964 (GK Yu.V. Osokin). V okviru tega dela je bila razvita izboljšana skupinska tehnologija za serijsko proizvodnjo germanijevih TC na osnovi fotolitografije in galvanskega nanašanja zlitin skozi fotomasko. Njegove glavne tehnične rešitve so registrirane kot izum Osokina Yu.V. in Mikhalovich D.L. (A.S. št. 36845). Več člankov Yu.V. Osokina v sodelovanju s strokovnjaki KB-1 I.V. Nič, G.G. Smolko in Yu.E. Naumov z opisom zasnove in značilnosti vozila R12-2 (in naslednjega vozila R12-5).

Zasnova P12-2 je bila dobra za vse, razen ene stvari - potrošniki niso vedeli, kako uporabljati tako majhne izdelke z najtanjšimi zaključki. Strojna podjetja za to praviloma niso imela niti tehnologije niti opreme. Ves čas izdaje R12-2 in R12-5 so njihovo uporabo obvladali NIIRE, radijski obrat Zhiguli Ministrstva za radijsko industrijo, VEF, NIIP (od leta 1978 NPO Radiopribor) in nekaj drugih podjetij. Razvijalci TS so skupaj z NIIRE razumeli problem in takoj razmislili o drugi stopnji zasnove, ki je hkrati povečala gostoto postavitve opreme.

riž. 12. Modul 4 vozil R12-2

Leta 1963 je bila v okviru R&D "Kvant" (GK A.N. Pelipenko, s sodelovanjem E.M. Lyakhovich) v NIIRE razvita zasnova modula, v kateri so bili združeni štirje TS R12-2 (slika 12). Na mikroploščo iz tankih steklenih vlaken smo namestili od dva do štiri R12-2 TS (v ohišju), ki skupaj izvajajo določeno funkcionalno vozlišče. Na ploščo je bilo vtisnjenih do 17 vodnikov (število je bilo različno za posamezen modul) dolžine 4 mm. Mikroploščo smo postavili v žigosano kovinsko skodelico velikosti 21, 6 × 10 . 6,6 mm in globine 3,1 mm ter polnjen s polimerno maso. Rezultat je hibridno integrirano vezje (GIS) z dvojno zatesnjenimi elementi. In kot smo rekli, je bil to prvi GIS na svetu z dvonivojsko integracijo in morda sploh prvi GIS. Razvitih je bilo osem tipov modulov s skupnim imenom "Quantum", ki so opravljali različne logične funkcije. Kot del takih modulov so vozila R12-2 ostala delujoča pod vplivom stalnih pospeškov do 150 g in vibracijskih obremenitev v frekvenčnem območju 5–2000 Hz s pospeškom do 15 g.

Module Kvant je najprej izdelala eksperimentalna proizvodnja NIIRE, nato pa so jih prenesli v radijsko tovarno Zhiguli Ministrstva za radijsko industrijo ZSSR, ki jih je dobavljalo različnim potrošnikom, vključno z tovarno VEF.

TS R12-2 in moduli Kvant, ki temeljijo na njih, so se dobro izkazali in so bili široko uporabljeni. Leta 1968 je bil izdan standard, ki je vzpostavil enoten sistem oznak za integrirana vezja v državi, leta 1969 pa - splošne specifikacije za polprevodniške (NP0.073.004TU) in hibridne (NP0.073.003TU) IC z enoten sistem zahteve. V skladu s temi zahtevami je Centralni urad za uporabo integriranih vezij (TsBPIMS, kasneje Dayton Central Design Bureau, Zelenograd) 6. februarja 1969 odobril nove tehnične pogoje za TS ShT3.369.001-1TU. Hkrati se je v oznaki izdelka prvič pojavil izraz "integrirano vezje" serije 102. Pravzaprav je bil en IC, razvrščen v štiri skupine glede na izhodno napetost in nosilnost.

riž. 13. IC serije 116 in 117

In 19. septembra 1970 so bile na TsBPIMS odobrene tehnične specifikacije AB0.308.014TU za module Kvant, ki so prejeli oznako IS serije 116 (slika 13). Serija je vključevala devet IC: 1KhL161, 1KhL162 in 1KhL163 - večnamenska digitalna vezja; 1LE161 in 1LE162 - dva in štiri logični elementi 2NE-ALI; 1TP161 in 1TP1162 - en in dva sprožilca; 1UP161 - ojačevalnik moči, kot tudi 1LP161 - logični element"prepoved" za 4 vhode in 4 izhode. Vsak od teh IC je imel od štiri do sedem različic, ki so se razlikovale po napetosti izhodnega signala in nosilnosti, skupaj je bilo 58 ocen IC. Usmrtitve so bile označene s črko po digitalnem delu oznake IS, na primer 1ХЛ161Ж. V prihodnosti se je obseg modulov razširil. IC serije 116 so bili pravzaprav hibridni, vendar so bili na zahtevo RZPP označeni kot polprevodniški (prva številka v oznaki je "1", hibridi bi morali imeti "2").

Leta 1972 je bila s skupno odločitvijo Ministrstva za elektronsko industrijo in Ministrstva za radijsko industrijo proizvodnja modulov prenesena iz radijske tovarne Zhiguli v RZPP. To je odpravilo potrebo po transportu IC-jev serije 102 na dolge razdalje, tako da ni bilo treba enkapsulirati matrice vsakega IC-ja. Posledično je bila zasnova IC serije 102. in 116. poenostavljena: IC serije 102 ni bilo treba zapakirati v kovinsko skodelico, napolnjeno s spojino. Nezapakirane IC serije 102 v tehnološkem zabojniku so bile dostavljene v sosednjo delavnico za montažo IC serije 116, montirane neposredno na njihovo mikroploščico in zaprte v ohišju modula.

Sredi sedemdesetih let je bil izdan nov standard za sistem zapisov IP. Po tem je na primer IS 1LB021V prejel oznako 102LB1V.

Drugi IS in GIS Jurija Osokina. trdno vezje R12-5(serija IC 103 in 117 )

Do začetka leta 1963 je kot rezultat resnega dela na razvoju visokofrekvenčnih n - p - n tranzistorjev ekipa Yu.V. Osokina je nabral veliko izkušenj s p-plastmi na originalni n-germanijevi rezini. To in razpoložljivost vseh potrebnih tehnoloških komponent je omogočilo Osokinu, da je leta 1963 začel razvijati novo tehnologijo in dizajn za hitrejšo različico TS. Leta 1964 je bil po naročilu NIIRE zaključen razvoj R12-5 TS in modulov, ki temeljijo na njem. Po njegovih rezultatih je bil leta 1965 odprt Palanga R&D (GK Yu.V. Osokin, njegov namestnik - D.L. Mikhalovich, dokončan leta 1966). Moduli na osnovi P12-5 so bili razviti v okviru istega raziskovalno-razvojnega projekta Kvant kot moduli na osnovi P12-2. Hkrati s tehničnimi specifikacijami za seriji 102 in 116 so bile objavljene tehnične specifikacije ShT3.369.002-2TU za IC serije 103 (P12-5) in AV0.308.016TU za IC serije 117 (moduli, ki temeljijo na IC serijah 103). odobreno. Nomenklatura tipov in standardnih vrednosti TS R12-2, modulov na njih in serije IS 102 in 116 je bila enaka nomenklaturi TS R12-5 oziroma IS serije 103 oziroma 117. Razlikovala sta se le v hitrosti in tehnologiji izdelave IC čipa. Tipičen čas zakasnitve širjenja serije 117 je bil 55 ns v primerjavi z 200 ns za serijo 116.

Strukturno je bil R12-5 TS štirislojna polprevodniška struktura (slika 14), kjer so bili substrat tipa n in oddajniki tipa p + povezani s skupnim ozemljitvenim vodilom. Glavne tehnične rešitve za konstrukcijo R12-5 TS so registrirane kot izum Osokina Yu.V., Mikhalovicha D.L. Kaidalova Zh.A. in Akmensa Ya.P. (A.S. št. 248847). Pri izdelavi štirislojne strukture TS R12-5 je bilo pomembno znanje in izkušnje oblikovanje p-sloja n-tipa v originalni germanijevi plošči. To smo dosegli z difuzijo cinka v zaprti kvarčni ampuli, kjer se plošče nahajajo pri temperaturi okoli 900 °C, cink pa se nahaja na drugem koncu ampule pri temperaturi okoli 500 °C. tvorba strukture TS v ustvarjeni p-plasti je podobna TS P12-2. Nova tehnologija je omogočila odmik od kompleksne oblike kristala TS. Rezine s P12-5 so bile tudi brušene s hrbtne strani na debelino približno 150 μm z ohranitvijo dela originalne rezine, nato pa so bile načečkane v ločene pravokotne IC čipe.

riž. 14. Kristalna struktura TS P12-5 iz AS št. 248847. 1 in 2 - ozemljitev, 3 in 4 - vhodi, 5 - izhod, 6 - moč

Po prvem pozitivne rezultate proizvodnja eksperimentalnih vozil R12-5 je bila po naročilu KB-1 odprta raziskava in razvoj Mezon-2, namenjena izdelavi vozil s štirimi R12-5. Leta 1965 so bili pridobljeni delovni vzorci v ploščatem keramično-kovinskem ohišju. Toda izkazalo se je, da je P12-5 težko izdelati, predvsem zaradi težav pri oblikovanju s cinkom dopiranega p-sloja na originalni n-Ge rezini. Izkazalo se je, da je kristal delovno intenziven za izdelavo, odstotek donosa je nizek, stroški TS pa visoki. Iz istih razlogov je bil R12-5 TS izdelan v majhnih količinah in ni mogel izpodriniti počasnejšega, a tehnološko naprednejšega R12-2. In raziskave in razvoj "Mezon-2" se sploh niso nadaljevale, tudi zaradi težav z medsebojno povezavo.

Do takrat sta raziskovalni inštitut Pulsar in NIIME že delala na široki fronti za razvoj tehnologije planarnega silicija, ki ima številne prednosti pred germanijem, od katerih je glavna višja delovna temperatura (+150 ° C za silicij in + 70°С za silicij).germanija) in ima silicij naravno zaščitno folijo SiO2. In specializacija RZPP je bila preusmerjena na ustvarjanje analognih IC. Zato so strokovnjaki RZPP menili, da je razvoj tehnologije germanija za proizvodnjo IC neprimeren. Vendar pa v proizvodnji tranzistorjev in diod germanij nekaj časa ni opustil svojih položajev. Na oddelku Yu.V. Osokin, že po letu 1966 je RZPP razvil in proizvedel germanijeve ravninske nizkošumne mikrovalovne tranzistorje GT329, GT341, GT 383 itd. Njihovo ustvarjanje je bilo nagrajeno z državno nagrado latvijske ZSSR.

Aplikacija

riž. 15. Aritmetična enota na modulih polnega vezja. Fotografija iz knjižice TS iz leta 1965

riž. 16. Primerjalne dimenzije krmilne naprave avtomatske telefonske centrale, izdelane na releju in vozilu. Fotografija iz knjižice TS iz leta 1965

Kupci in prvi uporabniki R12-2 TS in modulov so bili ustvarjalci specifičnih sistemov: računalnik Gnom (slika 15) za letalski sistem Kupol (NIIRE, GK Lyakhovich E.M.) ter mornariške in civilne avtomatske telefonske centrale (tovarna VEF, GK Misulovin L.Ya.). Aktivno sodeloval v vseh fazah ustvarjanja vozil R12-2, R12-5 in modulov na njih ter KB-1, glavni kustos tega sodelovanja iz KB-1 je bil N.A. Barkanov. Pomagali so pri financiranju, izdelavi opreme, raziskavah TS in modulov v različnih režimih in pogojih delovanja.

TS R12-2 in moduli "Quantum", ki temeljijo na njem, so bili prva mikrovezja v državi. Da, in v svetu so bili med prvimi - šele v ZDA so začeli izdelovati svoje prve polprevodniške IC-je Texas Instruments in Fairchild Semiconductor, leta 1964 pa je IBM začel proizvajati debeloslojne hibridne IC-je za svoje računalnike. V drugih državah o IP še niso razmišljali. Zato so bila integrirana vezja radovednost javnosti, učinkovitost njihove uporabe je naredila presenetljiv vtis in se je predvajala v oglaševanju. V ohranjeni knjižici o vozilu R12-2 iz leta 1965 (na podlagi že realnih aplikacij) piše: » Uporaba polnih vezij R12-2 v računalniških napravah na vozilu omogoča zmanjšanje teže in dimenzij teh naprav za faktor 10–20, zmanjšanje porabe energije in povečanje zanesljivosti delovanja. ... Uporaba trdnih vezij R12-2 v krmilnih in preklopnih sistemih poti prenosa informacij avtomatskih telefonskih central omogoča zmanjšanje glasnosti krmilnih naprav za približno 300-krat, pa tudi znatno zmanjšanje porabe energije (za 30- 50-krat)” . Te trditve so ponazorile fotografije aritmetične naprave računalnika Gnom (slika 15) in primerjava stojala ATS, ki ga je takrat izdelala tovarna VEF na osnovi releja z majhnim blokom v dekliški dlani (slika 16). ). Obstajajo tudi druge številne aplikacije prvih Riga IC.

Proizvodnja

Zdaj je težko obnoviti popolno sliko obsega proizvodnje IC serij 102 in 103 v preteklih letih (danes se je RZPP iz velikega obrata spremenil v majhno proizvodnjo in številni arhivi so bili izgubljeni). Toda po spominih Yu.V. Osokin, v drugi polovici šestdesetih let prejšnjega stoletja je proizvodnja znašala več sto tisoč na leto, v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja - milijone. Po njegovih osebnih evidencah je bilo leta 1985 izdanih IC serije 102 - 4.100.000 kosov, modulov serije 116 - 1.025.000 kosov, IC serije 103 - 700.000 kosov, modulov serije 117 - 175.000 kosov.

Konec leta 1989 je Yu.V. Osokin, takrat generalni direktor programske opreme Alpha, se je obrnil na vodstvo Vojaško-industrijske komisije pri Svetu ministrov ZSSR (VPK) z zahtevo, da se serije 102, 103, 116 in 117 odstranijo iz proizvodnje zaradi njihove zastarelosti. in visoko delovno intenzivnostjo (25 let mikroelektronika še zdaleč ni napredovala), vendar je prejela kategorično zavrnitev. Namestnik predsednika vojaškega industrijskega kompleksa V.L. Koblov mu je povedal, da letala zanesljivo letijo in zamenjava ne pride v poštev. Po razpadu ZSSR so IC serije 102, 103, 116 in 117 izdelovali še pred sredino devetdesetih let, torej več kot 30 let. Računalniki "Gnome" so še vedno v navigacijski kokpitu "Il-76" in nekaterih drugih letal. »To je superračunalnik,« naši piloti niso izgubljeni, ko so njihovi tuji kolegi presenečeni nad zanimanjem za še nikoli videno enoto.

O prioritetah

Kljub dejstvu, da sta J. Kilby in R. Noyce imela predhodnike, ju svetovna skupnost priznava kot izumitelja integriranega vezja.

R. Kilby in J. Noyce sta preko svojih podjetij prijavila patent za izum integriranega vezja. Texas Instruments je za patent zaprosil že prej, februarja 1959, Fairchild pa šele julija istega leta. Toda patent številka 2981877 je bil izdan aprila 1961 R. Noyceu. J. Kilby je tožil in šele junija 1964 prejel svoj patent številka 3138743. Potem je bila desetletna vojna prioritet, zaradi katere je (redko) "zmagalo prijateljstvo." Končno je prizivno sodišče potrdilo trditev R. Noycea o primatu v tehnologiji, vendar je razsodilo, da je bil J. Kilby ustvarjalec prvega delujočega mikročipa. Texas Instruments in Fairchild Semiconductor sta podpisala sporazum o navzkrižnem licenciranju tehnologije.

V ZSSR avtorjem patentiranje izumov ni prineslo nič drugega kot težave, nepomembno enkratno plačilo in moralno zadovoljstvo, zato mnogi izumi sploh niso bili formalizirani. In tudi Osokinu se ni mudilo. Toda za podjetja je bilo število izumov eden od kazalnikov, zato jih je bilo vseeno treba registrirati. Zato sta Yu. Osokina in D. Mikhalovich prejela avtorsko spričevalo ZSSR št. 36845 za izum TS R12-2 šele 28. junija 1966.

In J. Kilby je leta 2000 postal eden od dobitnikov Nobelove nagrade za izum IP. R. Noyce ni dočakal svetovnega priznanja, umrl je leta 1990 in glede na situacijo se Nobelova nagrada ne podeljuje posmrtno. Kar pa v tem primeru ni povsem pošteno, saj je vsa mikroelektronika šla po poti, ki jo je začel R. Noyce. Noyceova avtoriteta med strokovnjaki je bila tako visoka, da je dobil celo vzdevek "župan Silicijeve doline", saj je bil takrat najbolj priljubljen med znanstveniki, delujočimi v tistem delu Kalifornije, ki je dobil neuradno ime Silicijeva dolina (W. Shockley je bil imenovan "Mojzes iz Silicijeve doline"). In pot J. Kilbyja ("kosmatega" germanija) se je izkazala za slepo ulico in ni bila izvedena niti v njegovem podjetju. A življenje ni vedno pošteno.

Nobelovo nagrado so prejeli trije znanstveniki. Polovico je prejel 77-letni Jack Kilby, drugo polovico pa sta si razdelila akademik Ruske akademije znanosti Žores Alferov in profesor kalifornijske univerze v Santa Barbari, Američan nemškega porekla Herbert Kremer, za " razvoj polprevodniških heterostruktur, ki se uporabljajo v visokohitrostni optoelektroniki."

Pri ocenjevanju teh del so strokovnjaki ugotovili, da so "integrirana vezja seveda odkritje stoletja, ki je močno vplivalo na družbo in svetovno gospodarstvo." Za pozabljenega J. Kilbyja je bila Nobelova nagrada presenečenje. V intervjuju za revijo Evrofizične novice Priznal je: " Takrat sem razmišljal samo o tem, kaj bi bilo z ekonomskega vidika pomembno za razvoj elektronike. Toda takrat nisem razumel, da bo znižanje stroškov elektronskih izdelkov povzročilo plazovito rast elektronskih tehnologij.”.

In delo Yu. Osokina ni ocenil ne le Nobelov odbor. Tudi pri nas so pozabljeni, prioriteta države pri ustvarjanju mikroelektronike ni zaščitena. In zagotovo je bil.

V petdesetih letih prejšnjega stoletja je bila ustvarjena materialna osnova za oblikovanje večelementnih izdelkov - integriranih vezij - v enem monolitnem kristalu ali na enem keramičnem substratu. Zato ni presenetljivo, da se je ideja o IP skoraj istočasno pojavila v glavah številnih strokovnjakov. In hitrost uvajanja nove ideje je bila odvisna od tehnoloških zmožnosti avtorja in interesa proizvajalca, torej od prisotnosti prvega potrošnika. V tem pogledu je bil Yu. Osokin v boljšem položaju kot njegovi ameriški kolegi. Kilby je bil nov v TI, vodstvu podjetja je moral celo dokazati temeljno možnost izvedbe monolitnega vezja z izdelavo njegove postavitve. Pravzaprav se vloga J. Kilbyja pri ustvarjanju IS zmanjša na prevzgojo vodstva TI in R. Noycea s svojo postavitvijo izzove k akciji. Kilbyjev izum ni šel v serijsko proizvodnjo. R. Noyce je v svojem mladem in še ne močnem podjetju šel k ustvarjanju nove planarne tehnologije, ki je resnično postala osnova kasnejše mikroelektronike, vendar avtor ni takoj podlegel. V zvezi s prej navedenim sta morala oba in njuna podjetja porabiti veliko truda in časa za praktično uresničitev svojih zamisli o izdelavi serijsko sposobnih IC. Njihovi prvi vzorci so ostali eksperimentalni, druga mikrovezja, ki jih sploh niso razvili, pa so šla v množično proizvodnjo. Za razliko od Kilbyja in Noycea, ki sta bila daleč od proizvodnje, se je tovarniški delavec Yu. Osokin zanašal na industrijsko razvite polprevodniške tehnologije RZPP in je imel zagotovljene potrošnike prvega TS v obliki pobudnika razvoja NIIRE in bližnjega VEF. obrat, ki je pomagal pri tem delu. Iz teh razlogov je prva različica njegovega vozila takoj šla v poskusno, nemoteno prešla v množično proizvodnjo, ki se je neprekinjeno nadaljevala več kot 30 let. Tako je začel razvoj TS pozneje kot Kilby in Noyce, Yu. Osokin (ne vedoč za to konkurenco) ju je hitro ujel. Poleg tega delo Yu. Osokina nikakor ni povezano z delom Američanov, dokaz tega je absolutna različnost njegovega TS in v njem implementiranih rešitev za mikrovezja Kilby in Noyce. Texas Instruments (ni Kilbyjev izum), Fairchild in RZPP so začeli s proizvodnjo svojih IC skoraj istočasno, leta 1962. To daje popolno pravico, da Yu. Osokina štejemo za enega od izumiteljev integriranega vezja, enako kot R. Noyce in več kot J. Kilby, in pošteno bi bilo deliti del Nobelove nagrade J. Kilbyja z Yu Osokin. Kar zadeva iznajdbo prvega GIS-a z dvonivojsko integracijo (in morda GIS-a nasploh), je tu prioriteta A. Pelipenko iz NIIRE je popolnoma nesporen.

Na žalost ni bilo mogoče najti vzorcev TS in naprav na njihovi osnovi, potrebnih za muzeje. Avtor bo zelo hvaležen za takšne vzorce ali njihove fotografije.

Integrirano (mikro) vezje (IC, IC, m/s, angleško integrirano vezje, IC, mikrovezje), čip, mikročip (angleško microchip, silicon chip, chip - tanka plošča - izraz se je prvotno nanašal na kristalno ploščo mikrovezja) - mikroelektronska naprava - elektronsko vezje poljubne kompleksnosti (kristal), izdelan na polprevodniškem substratu (plošči ali filmu) in nameščen v neločljivem ohišju ali brez njega, če je vključen v mikrosklop.

Mikroelektronika je najpomembnejši in, kot mnogi verjamejo, najpomembnejši znanstveni in tehnološki dosežek našega časa. Lahko ga primerjamo s prelomnicami v zgodovini tehnologije, kot so izum tiska v 16. stoletju, nastanek parnega stroja v 18. stoletju in razvoj elektrotehnike v 19. stoletju. In ko je danes govor o znanstveno-tehnološki revoluciji, je mišljena predvsem mikroelektronika. Kot noben drug tehnični dosežek našega časa prežema vsa področja življenja in uresničuje tisto, kar si še včeraj ni bilo mogoče predstavljati. Da bi se o tem prepričali, je dovolj, da pomislimo na žepne kalkulatorje, miniaturne radijske sprejemnike, elektronske krmilnike v gospodinjskih aparatih, ure, računalnike in programirljive računalnike. In to je le majhen del njegovega obsega!

Mikroelektronika dolguje svoj izvor in sam obstoj ustvarjanju novega subminiaturnega elektronskega elementa - integriranega mikrovezja. Pojav teh vezij pravzaprav ni bil nekakšen bistveno nov izum - neposredno je izhajal iz logike razvoja polprevodniških naprav. Sprva, ko so polprevodniški elementi šele vstopali v življenje, je bil vsak tranzistor, upor ali dioda uporabljen ločeno, to je, da je bil zaprt v svojem individualnem ohišju in vključen v vezje s svojimi posameznimi kontakti. To je bilo storjeno tudi v tistih primerih, ko je bilo treba sestaviti veliko podobnih vezij iz istih elementov.

Postopoma je prišlo do razumevanja, da je bolj smiselno takšnih naprav ne sestavljati iz ločenih elementov, temveč jih takoj izdelati na enem skupnem čipu, še posebej, ker je polprevodniška elektronika ustvarila vse predpogoje za to. Pravzaprav so vsi polprevodniški elementi po svoji zgradbi med seboj zelo podobni, imajo enak princip delovanja in se razlikujejo le po medsebojni razporeditvi p-n območij.

te p-n območja, kot se spomnimo, nastanejo z vnosom iste vrste nečistoč v površinsko plast polprevodniškega kristala. Poleg tega je zanesljivo in z vseh vidikov zadovoljivo delovanje velike večine polprevodniških elementov zagotovljeno z debelino površinske delovne plasti tisočink milimetra. Najmanjši tranzistorji običajno uporabljajo samo zgornjo plast polprevodniškega kristala, ki je le 1% njegove debeline. Preostalih 99% deluje kot nosilec ali substrat, saj bi se brez substrata tranzistor preprosto zrušil ob najmanjšem dotiku. Zato je mogoče s tehnologijo izdelave posameznih elektronskih komponent takoj ustvariti celotno vezje iz več deset, sto in celo tisoč takih komponent na enem samem čipu.

Koristi od tega bodo ogromne. Prvič, stroški se bodo takoj zmanjšali (stroški mikrovezja so običajno več stokrat nižji od skupnih stroškov vseh elektronskih elementov njegovih komponent). Drugič, takšna naprava bo veliko bolj zanesljiva (kot kažejo izkušnje, tisoče in desettisočkrat), kar je izjemnega pomena, saj odpravljanje napak v vezju deset ali sto tisoč elektronskih komponent postane izjemno težaven problem . Tretjič, zaradi dejstva, da so vsi elektronski elementi integriranega vezja sto in tisočkrat manjši od svojih kolegov v običajnem kombiniranem vezju, je njihova poraba energije veliko manjša, njihova hitrost pa veliko večja.

Ključni dogodek, ki je naznanil prihod integracije v elektroniko, je bil predlog ameriškega inženirja J. Kilbyja iz podjetja Texas Instruments, da bi dobili ekvivalentne elemente za celotno vezje, kot so registri, kondenzatorji, tranzistorji in diode v monolitnem kosu čistega silicija. Kilby je poleti 1958 ustvaril prvo integrirano polprevodniško vezje. In že leta 1961 je Fairchild Semiconductor Corporation izdelala prva serijska mikrovezja za računalnike: naključno vezje, polpremični register in flip-flop. Istega leta je bila integrirana proizvodnja polprevodnikov logična vezja v lasti Teksasa.

Naslednje leto so se pojavila integrirana vezja drugih podjetij. IN kratek čas v integralni zasnovi so nastali Različne vrste ojačevalci. Leta 1962 je RCA razvil integrirana vezja pomnilniškega polja za računalniške pomnilniške naprave. Postopoma se je proizvodnja mikrovezij vzpostavila v vseh državah - začela se je doba mikroelektronike.

Izhodiščni material za integrirano vezje je običajno surova silicijeva rezina. Ima razmeroma veliko velikost, saj se na njem hkrati proizvaja več sto mikrovezij iste vrste. Prva operacija je, da se pod vplivom kisika pri temperaturi 1000 stopinj na površini te plošče oblikuje plast silicijevega dioksida. Za silicijev oksid je značilna visoka kemična in mehanska odpornost in ima lastnosti odličnega dielektrika, ki zagotavlja zanesljivo izolacijo silicija, ki se nahaja pod njim.

Naslednji korak je vnos nečistoč za ustvarjanje p ali n prevodnih con. Da bi to naredili, odstranimo oksidni film s tistih mest na plošči, ki ustrezajo posameznim elektronskim komponentam. Izbira želenih območij poteka s postopkom, imenovanim fotolitografija. Najprej je celotna oksidna plast prekrita s svetlobno občutljivo spojino (fotorezist), ki igra vlogo fotografskega filma – lahko jo osvetljujemo in razvijamo. Nato se skozi posebno fotomasko, ki vsebuje površinski vzorec polprevodniškega kristala, plošča osvetli z ultravijoličnimi žarki.

Pod vplivom svetlobe se na oksidni plasti oblikuje ploščat vzorec, pri čemer ostanejo neosvetljena območja svetla, vse ostalo pa zatemnjeno. Na mestu, kjer je bil fotoupor izpostavljen svetlobi, nastanejo netopni deli filma, ki so odporni na kislino. Nato se rezina obdela s topilom, ki odstrani fotorezist z izpostavljenih območij. Z odprtih mest (in samo z njih) je plast silicijevega oksida jedkana s kislino.

Posledično se silicijev oksid raztopi na pravih mestih in odprejo se "okna" čistega silicija, pripravljena za vnos nečistoč (ligacija). Da bi to naredili, je površina substrata pri temperaturi 900-1200 stopinj izpostavljena želeni nečistoči, na primer fosforju ali arzenu, da dobimo prevodnost n-tipa. Atomi nečistoč prodrejo globoko v čisti silicij, vendar jih njegov oksid odbija. Po obdelavi plošče z eno vrsto nečistoč je pripravljena za ligacijo z drugo vrsto - površina plošče je ponovno prekrita z oksidno plastjo, izvede se nova fotolitografija in jedkanje, zaradi česar se pojavijo nova "okna" silicija odprt.

Sledi nova ligacija, na primer z borom, da dobimo p-tip prevodnosti. Tako nastaneta p in n področja na pravih mestih na celotni površini kristala. Izolacijo med posameznimi elementi lahko ustvarimo na več načinov: kot izolacija lahko služi plast silicijevega oksida ali pa na pravih mestih ustvarimo blokado p-n spojev.

Naslednja stopnja obdelave je povezana z uporabo prevodnih povezav (prevodnih linij) med elementi integriranega vezja, pa tudi med temi elementi in kontakti za povezovanje zunanjih vezij. Za to se na podlago nanese tanek sloj aluminija, ki se nanese v obliki zelo tankega filma. Podvržen je fotolitografski obdelavi in ​​jedkanju, podobnim zgoraj opisanim. Posledično od celotne kovinske plasti ostanejo le tanke prevodne črte in blazinice.

Na koncu celotno površino polprevodniškega kristala prekrijemo z zaščitno plastjo (najpogosteje silikatnim steklom), ki jo nato odstranimo z blazinic. Vsa proizvedena mikrovezja so podvržena najstrožjim pregledom na nadzornem in preskusnem stojalu. Okvarjena vezja so označena z rdečo piko. Na koncu je kristal razrezan na ločene plošče mikrovezja, od katerih je vsaka zaprta v robustnem ohišju z vodniki za povezavo z zunanjimi vezji.

Kompleksnost integriranega vezja je označena z indikatorjem, ki se imenuje stopnja integracije. Integrirana vezja z več kot 100 elementi se imenujejo mikrovezja z nizko stopnjo integracije; vezja, ki vsebujejo do 1000 elementov - integrirana vezja s povprečno stopnjo integracije; vezja, ki vsebujejo do več deset tisoč elementov – velika integrirana vezja. Izdelujejo se že vezja, ki vsebujejo do milijon elementov (imenujejo se super velika). Postopno povečevanje integracije je pripeljalo do tega, da postajajo vezja vsako leto bolj miniaturna in s tem vse bolj zapletena.

Velika količina elektronske naprave, ki je imel včasih velike dimenzije, se zdaj prilega majhni silicijevi rezini. Izjemno pomemben dogodek na tej poti je bil leta 1971, ko je ameriško podjetje Intel ustvarilo enotno integrirano vezje za izvajanje aritmetičnih in logičnih operacij - mikroprocesor. To je vodilo do velikega preboja mikroelektronike na področju računalniške tehnologije.

Beri in piši uporaben