Hem › FÖRBI › Historien om skapandet av en integrerad styrelse. Serie av mikrokretsar. Funktionell styrning av IC:er och testkretsar

Historien om skapandet av en integrerad styrelse. Serie av mikrokretsar. Funktionell styrning av IC:er och testkretsar

Introduktion

Sedan tillkomsten av de första datorerna har mjukvaruutvecklare drömt om hårdvara utformad för att lösa exakt deras problem. Därför har idén om att skapa speciella integrerade kretsar som kan skräddarsys för att effektivt utföra en specifik uppgift dykt upp under ganska lång tid. Det finns två utvecklingsvägar här:

Användningen av så kallade specialiserade anpassade integrerade kretsar (ASIC - Application Specific Integrated Circuit). Som namnet antyder tillverkas sådana chips av tillverkare hårdvara skräddarsydda för att effektivt utföra en specifik uppgift eller ett antal uppgifter. De har inte mångsidigheten hos konventionella mikrokretsar, men de löser de uppgifter som tilldelats dem många gånger snabbare, ibland i storleksordningar.
Skapande av mikrokretsar med omkonfigurerbar arkitektur. Tanken är att sådana chips kommer till utvecklaren eller mjukvaruanvändaren i ett oprogrammerat tillstånd, och han kan implementera den arkitektur som passar honom bäst på dem. Låt oss ta en närmare titt på deras bildningsprocess.

Med tiden dök ett stort antal olika chips upp med omkonfigurerbar arkitektur (Fig. 1).

Fig. 1 Olika chips med omkonfigurerbar arkitektur

Under ganska lång tid fanns det bara PLD-enheter (Programmable Logic Device) på marknaden. Denna klass inkluderar enheter som implementerar de funktioner som krävs för att lösa de tilldelade problemen i form av en perfekt disjunktiv normal form(perfekt DNF). De första som dök upp 1970 var EEPROM-chips, som specifikt tillhör klassen PLD-enheter. Varje krets hade en fast uppsättning OCH-logikfunktioner kopplade till en programmerbar uppsättning ELLER-logikfunktioner. Tänk till exempel på en PROM med 3 ingångar (a, b och c) och 3 utgångar (w, x och y) (Fig. 2).

Ris. 2. PROM-chip

Med hjälp av en fördefinierad AND-matris implementeras alla möjliga konjunktioner över indatavariabler, som sedan kan kombineras godtyckligt med OR-element. Således kan du vid utgången implementera vilken funktion som helst av tre variabler i form av en perfekt DNF. Till exempel, om du programmerar de ELLER-element som är inringade i rött i figur 2, kommer utgångarna att producera funktionerna w=a x=(a&b) ; y=(a&b)^c.

Från början var PROM-chips avsedda att lagra programinstruktioner och konstanta värden, d.v.s. för att utföra datorminnesfunktioner. Men utvecklare använder dem också för att implementera enkla logiska funktioner. I själva verket kan chipets PROM användas för att implementera vilket logiskt block som helst, förutsatt att det har ett litet antal ingångar. Detta villkor följer av det faktum att i EEPROM-mikrokretsar är matrisen av OCH-element strikt definierad - alla möjliga konjunktioner från ingångarna är implementerade i den, det vill säga antalet OCH-element är lika med 2 * 2 n, där n är antal ingångar. Det är tydligt att när antalet n ökar, växer storleken på arrayen mycket snabbt.

Därefter, 1975, dök de så kallade programmerbara logiska arrayerna (PLMs) upp. De är en fortsättning på idén med PROMs av mikrokretsar - PLMs består också av AND- och OR-arrayer, men till skillnad från PROMs är båda arrayerna programmerbara. Detta ger större flexibilitet för sådana chips, men de har aldrig varit vanliga eftersom signaler tar mycket längre tid att färdas genom programmerbara anslutningar än genom deras fördefinierade motsvarigheter.

För att lösa hastighetsproblemet som är inneboende i PLM, dök ytterligare en klass av enheter som kallas programmerbar array logic (PAL) upp i slutet av 1970-talet. En vidareutveckling av idén med PAL-chips var framväxten av GAL-enheter (Generic Array Logic) - mer komplexa varianter av PAL som använder CMOS-transistorer. Idén som används här är exakt motsatsen till idén med PROM-chips - en programmerbar array av AND-element är ansluten till en fördefinierad array av OR-element (fig. 3).

Ris. 3. Oprogrammerad PAL-enhet

Detta innebär en begränsning av funktionaliteten, men sådana enheter kräver betydligt mindre arrayer än i EPROM-chips.

En logisk fortsättning på enkla PLD:er var uppkomsten av så kallade komplexa PLD:er, bestående av flera block av enkla PLD:er (vanligtvis används PAL-enheter som enkla PLD), förenade av en programmerbar kopplingsmatris. Utöver själva PLD-blocken var det också möjligt att programmera anslutningarna mellan dem med hjälp av denna switchmatris. De första komplexa PLD:erna dök upp i slutet av 70-talet och början av 80-talet av 1900-talet, men den huvudsakliga utvecklingen av detta område inträffade 1984, när Altera introducerade en komplex PLD baserad på en kombination av CMOS- och EPROM-teknologier.

Tillkomsten av FPGA

I början av 1980-talet, i den digitala ASIC-miljön, öppnades en klyfta mellan huvudtyperna av enheter. Å ena sidan fanns det PLD:er, som kan programmeras för varje specifik uppgift och är ganska lätta att tillverka, men de kan inte användas för att implementera komplexa funktioner. Å andra sidan finns det ASIC:er som kan implementera extremt komplexa funktioner, men som har en styvt fixerad arkitektur och är tidskrävande och dyra att tillverka. En mellanlänk behövdes, och FPGA-enheter (Field Programmable Gate Arrays) blev en sådan länk.

FPGA, liksom PLD, är programmerbara enheter. Den huvudsakliga grundläggande skillnaden mellan FPGA och PLD är att funktioner i FPGA implementeras inte med DNF, utan med hjälp av programmerbara uppslagstabeller (LUT). I dessa tabeller specificeras funktionsvärdena med hjälp av en sanningstabell, från vilken det önskade resultatet väljs med hjälp av en multiplexer (fig. 4):

Ris. 4. Korrespondenstabell

Varje FPGA-enhet består av programmerbara logiska block (Configurable Logic Blocks - CLBs), som är sammankopplade med anslutningar som också är programmerbara. Varje sådant block är avsett för programmering av en viss funktion eller del av den, men kan användas för andra ändamål, till exempel som minne.

I de första FPGA-enheterna, utvecklade i mitten av 80-talet, var logikblocket mycket enkelt och innehöll en 3-ingångars LUT, en vippa och ett litet antal hjälpelement. Moderna FPGA-enheter är mycket mer komplexa: varje CLB-block består av 1-4 "skivor", som var och en innehåller flera LUT-tabeller (vanligtvis 6-ingångar), flera triggers och ett stort antal serviceelement. Här är ett exempel på en modern "skiva":

Ris. 5. Enheten för ett modernt "snitt"

Slutsats

Eftersom PLD-enheter inte kan implementera komplexa funktioner, fortsätter de att användas för att implementera enkla funktioner i bärbara enheter och kommunikation, medan FPGA-enheter sträcker sig från 1000 grindstorlekar (den första FPGA som utvecklades 1985) det här ögonblicketöverskred gränsen på 10 miljoner gate (Virtex-6-familjen). De utvecklar aktivt och ersätter redan ASIC-chips, vilket möjliggör implementering av en mängd extremt komplexa funktioner utan att förlora möjligheten att programmera om.

Nu till och med mer eller mindre avancerat Mobiltelefoner kan inte klara sig utan en mikroprocessor, än mindre surfplattor, bärbara datorer och stationära datorer personliga datorer. Vad är en mikroprocessor och hur utvecklades historien om dess skapelse? För att uttrycka det i klartext är en mikroprocessor en mer komplex och multifunktionell integrerad krets.

Historien om mikrokretsen (integrerad krets) börjar sedan 1958, när en anställd på det amerikanska företaget Texas Instruments, Jack Kilby, uppfann en viss halvledarenhet som innehåller flera transistorer i ett fall, sammankopplade med ledare. Den första mikrokretsen - mikroprocessorns förfader - innehöll endast 6 transistorer och var en tunn platta av germanium med spår gjorda av guld applicerade på den. Allt detta låg på ett glassubstrat. Som jämförelse finns det idag enheter och till och med tiotals miljoner halvledarelement.

Till 1970 en hel del tillverkare var engagerade i utvecklingen och skapandet av integrerade kretsar med olika kapacitet och olika funktionsområden. Men i år kan betraktas som födelsedatumet för den första mikroprocessorn. Det var i år som Intel skapade ett minneschip med en kapacitet på endast 1 Kbit – försumbart för moderna processorer, men otroligt stort för den tiden. På den tiden var detta en enorm prestation - minneschippet kunde lagra upp till 128 byte information - mycket högre än liknande analoger. Dessutom, ungefär samtidigt, beställde den japanska tillverkaren av räknare Busicom samma Intel 12-mikrokretsar av olika funktionsområden. Intel-specialister lyckades implementera alla 12 funktionsområden i ett chip. Dessutom visade sig den skapade mikrokretsen vara multifunktionell, eftersom den gjorde det möjligt att programmässigt ändra dess funktioner utan att ändra den fysiska strukturen. Mikrokretsen utförde vissa funktioner beroende på de kommandon som skickades till dess kontrollstift.

Inom ett år år 1971 Intel släpper den första 4-bitars mikroprocessorn, kodnamnet 4004. Jämfört med den första mikrokretsen med 6 transistorer innehöll den så många som 2,3 tusen halvledarelement och utförde 60 tusen operationer per sekund. På den tiden var detta ett stort genombrott inom området för mikroelektronik. 4-bitar innebar att 4004 kunde behandla 4-bitars data på en gång. Om två år till år 1973 Företaget tillverkar en 8-bitars processor 8008, som redan arbetade med 8-bitars data. Början sedan 1976, börjar företaget utveckla en 16-bitarsversion av mikroprocessorn 8086. Det var han som började användas i de första IBM-persondatorerna och i själva verket lade en av byggstenarna i

Analoga och digitala mikrokretsar tillverkas i serie. En serie är en grupp mikrokretsar som har en enda design och teknisk design och är avsedda för gemensam användning. Mikrokretsar av samma serie har som regel samma strömförsörjningsspänningar och matchas när det gäller ingångs- och utgångsresistanser och signalnivåer.

Bostäder

Mikrokretsar finns i två designalternativ - förpackade och oförpackade.

Mikrokretshuset är ett stödsystem och en del av strukturen utformad för att skydda mot yttre påverkan och för elektrisk anslutning med externa kretsar genom stift. Fallen är standardiserade för att förenkla tillverkningstekniken för färdiga produkter.

En paketlös mikrokrets är en halvledarkristall avsedd för installation i en hybridmikrokrets eller mikroenhet (direkt montering på ett kretskort är möjligt).

Specifika namn

Intel var först med att producera ett chip som utförde funktionerna hos en mikroprocessor (engelsk mikroprocessor) - Intel 4004. Baserat på de förbättrade mikroprocessorerna 8088 och 8086 släppte IBM sina berömda persondatorer)

Mikroprocessorn utgör kärnan i datorn, ytterligare funktioner, såsom kommunikation med kringutrustning, utfördes med specialdesignade chipsets (chipset). För de första datorerna var antalet mikrokretsar i uppsättningar i tiotals och hundratals, in moderna system Detta är en uppsättning av en, två eller tre mikrokretsar. På senare tid har det funnits en tendens att gradvis överföra styrkretsfunktioner (minneskontroller, PSI Express busskontroller) till processorn.

Mikroprocessorer med inbyggt RAM och ROM, minnes- och I/O-kontroller och andra tilläggsfunktioner kallas mikrokontroller.

Lagligt skydd

Rysk lagstiftning ger rättsligt skydd för integrerade kretstopologier. Topologi integrerad kretsär det rumsliga-geometriska arrangemanget av uppsättningen av element i en integrerad krets och anslutningarna mellan dem inspelade på ett materialmedium (artikel 1448 i den ryska federationens civillag).

Ensamrätten till topologin gäller i tio år. Under denna period kan upphovsrättsinnehavaren, efter eget gottfinnande, registrera topologin hos Federal Service for Intellectual Property, Patent and Trademarks.

skapelsehistoria

Den 7 maj 1952 föreslog den brittiske radioingenjören Geoffrey Dummer först idén om att integrera flera elektroniska standardkomponenter i ett monolitiskt halvledarchip, och ett år senare lämnade Harwick Johnson in den första patentansökan någonsin för en prototyp integrerad krets (IC) . Genomförandet av dessa förslag under dessa år kunde inte ske på grund av otillräcklig utveckling av teknik.

I slutet av 1958 och under första halvan av 1959 skedde ett genombrott inom halvledarindustrin. Tre män, som representerade tre privata amerikanska företag, löste tre grundläggande problem som hindrade skapandet av integrerade kretsar. Jack Kilby från Texas Instruments patenterade integrationsprincipen, skapade de första, ofullkomliga, prototyperna av IC och förde dem till massproduktion. Kurt Legowec från Sprague Electric Company uppfann en metod för att elektriskt isolera komponenter bildade på ett enda halvledarchip (p-n junction isolation). Robert Noyce från Fairchild Semiconductor uppfann en metod för att elektriskt sammankoppla IC-komponenter (aluminiummetallisering) och föreslog en förbättrad version av komponentisolering baserad på Jean Ernys senaste planarteknologi. Den 27 september 1960 skapade Jay Lasts grupp den första fungerande halvledare IP baserad på idéerna från Noyce och Ernie. Texas Instruments, som ägde patentet för Kilbys uppfinning, inledde ett patentkrig mot sina konkurrenter, som slutade 1966 med ett förlikningsavtal om korslicenseringsteknologier.

Tidiga logiska IC i den nämnda serien byggdes bokstavligen från standard komponenter, vars storlekar och konfigurationer specificerades av den tekniska processen. Kretsdesigners som designade logiska IC:er av en viss familj arbetade med samma standarddioder och transistorer. 1961-1962 bröt den ledande Sylvania-utvecklaren Tom Longo designparadigmet genom att använda det för första gången i en enda IC. olika konfigurationer av transistorer beroende på deras funktioner i kretsen. I slutet av 1962 släppte Sylvania den första familjen transistor-transistorlogik (TTL) utvecklad av Longo - historiskt sett den första typen av integrerad logik som lyckades få ett långsiktigt fotfäste på marknaden. Inom analoga kretsar gjordes ett genombrott av denna nivå 1964-1965 av Fairchilds operationsförstärkares designer Bob Widlar.

Den första integrerade halvledarkretsen i Sovjetunionen skapades på grundval av planteknologi utvecklad i början av 1960 vid NII-35 (då omdöpt till Pulsar Research Institute) av ett team som senare överfördes till NIIME (Mikron). Skapandet av den första inhemska integrerade kiselkretsen koncentrerades på utveckling och produktion med militär acceptans av TC-100-serien av integrerade kiselkretsar (37 element - motsvarande kretskomplexiteten hos en vippa, en analog till den amerikanska SN-51-serien IC från Texas Instruments). Prototypprover och produktionsprover av integrerade kretsar av kisel för reproduktion erhölls från USA. Arbetet utfördes vid NII-35 (direktör Trutko) och Fryazino Semiconductor Plant (direktör Kolmogorov) för en försvarsorder för användning i en autonom höjdmätare för ett styrsystem för ballistiska missiler. Utvecklingen inkluderade sex standard integrerade plana kiselkretsar i TS-100-serien och, med organisationen av pilotproduktion, tog tre år vid NII-35 (från 1962 till 1965). Det tog ytterligare två år att utveckla fabrikstillverkningen med militär acceptans i Fryazino (1967)

Första integrerade kretsar

Tillägnad 50-årsdagen av det officiella datumet

B. Malasjevitj

Den 12 september 1958 visade Texas Instruments (TI)-anställde Jack Kilby för ledningen tre konstiga enheter - enheter gjorda av två kiselbitar med måtten 11,1 x 1,6 mm limmade ihop med bivax på ett glassubstrat (Fig. 1). Dessa var tredimensionella mock-ups - prototyper av en integrerad krets (IC) av generatorn, som bevisade möjligheten att tillverka alla kretselement baserade på ett halvledarmaterial. Detta datum firas i elektronikens historia som födelsedagen för integrerade kretsar. Men är det?

Ris. 1. Layout av första IP av J. Kilby. Foto från webbplatsen http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

I slutet av 1950-talet hade tekniken för att montera elektronisk utrustning (REA) från diskreta element uttömt sina möjligheter. Världen hade kommit till en akut kris av REA, radikala åtgärder krävdes. Vid denna tidpunkt hade integrerade teknologier för produktion av både halvledarenheter och tjockfilms- och tunnfilms-keramiska kretskort redan bemästrats industriellt i USA och Sovjetunionen, dvs. förutsättningarna var mogna för att övervinna denna kris genom att skapa multielement standardprodukter - integrerade kretsar.

Integrerade kretsar (chips, IC) inkluderar elektroniska enheter av varierande komplexitet, där alla liknande element tillverkas samtidigt i en enda teknisk cykel, d.v.s. med hjälp av integrerad teknik. Till skillnad från kretskort (där alla anslutningsledare tillverkas samtidigt i en enda cykel med hjälp av integrerad teknik), är motstånd, kondensatorer och (i halvledar-IC) dioder och transistorer på liknande sätt bildade i IC. Dessutom tillverkas många IC:er samtidigt, från tiotals till tusentals.

IC:er utvecklas och produceras av industrin i form av serier, som kombinerar ett antal mikrokretsar för olika funktionella ändamål, avsedda för gemensam användning i elektronisk utrustning. Seriens IC har en standarddesign och ett enhetligt system av elektriska och andra egenskaper. IC:er levereras av tillverkaren till olika konsumenter som oberoende kommersiella produkter som uppfyller ett visst system med standardiserade krav. IC:er är icke-reparerbara produkter; vid reparation av elektronisk utrustning byts trasiga IC:er ut.

Det finns två huvudgrupper av IC:er: hybrid och halvledare.

I hybrid-IC (HIC) är alla ledare och passiva element bildade på ytan av ett mikrokretssubstrat (vanligtvis keramiskt) med hjälp av integrerad teknologi. Aktiva element i form av paketlösa dioder, transistorer och halvledar-IC-kristaller installeras på substratet individuellt, manuellt eller automatiskt.

I halvledar-IC:er bildas anslutande, passiva och aktiva element i en enda teknisk cykel på ytan av ett halvledarmaterial (vanligtvis kisel) med partiell invasion av dess volym med användning av diffusionsmetoder. Samtidigt tillverkas på en halvledarskiva, beroende på enhetens komplexitet och storleken på dess kristall och wafer, från flera tiotals till flera tusen IC:er. Industrin producerar halvledar-IC:er i standardpaket, i form av enskilda chips eller i form av odelade wafers.

Introduktionen av hybrid (GIS) och halvledar-IC till världen skedde på olika sätt. GIS är en produkt av den evolutionära utvecklingen av mikromoduler och monteringsteknik för keramiska skivor. Därför verkade de obemärkta, det finns inget allmänt accepterat födelsedatum för GIS och ingen allmänt erkänd författare. Halvledar-IC:er var ett naturligt och oundvikligt resultat av utvecklingen av halvledarteknologi, men de krävde generering av nya idéer och skapandet av ny teknik, som har sina egna födelsedatum och sina egna författare. De första hybrid- och halvledar-IC:erna dök upp i Sovjetunionen och USA nästan samtidigt och oberoende av varandra.

De första hybrid-IC:erna

Hybrid IC:er inkluderar IC:er, vars produktion kombinerar den integrerade tekniken för tillverkning av passiva element med individuell (manuell eller automatiserad) teknik för installation och montering av aktiva element.

Redan i slutet av 1940-talet utvecklade Centralab-företaget i USA de grundläggande principerna för tillverkning av tjockfilms-keramiska kretskort, som sedan utvecklades av andra företag. Grunden var tillverkningstekniken för tryckta kretskort och keramiska kondensatorer. Från tryckta kretskort tog vi en integrerad teknik för att bilda topologin för anslutningsledare - silkscreentryck. Från kondensatorer - substratmaterialet (keramik, ofta sital), såväl som materialet i pastorna och den termiska tekniken för deras fixering på substratet.

Och i början av 1950-talet uppfann RCA-företaget tunnfilmsteknologi: genom att spraya olika material i vakuum och deponera dem genom en mask på speciella substrat, lärde de sig hur man samtidigt producerar många miniatyrfilmsanslutningsledare, motstånd och kondensatorer på en enda keramiskt underlag.

Jämfört med tjockfilmsteknik gav tunnfilmsteknik möjligheten till mer exakt tillverkning av mindre topologielement, men krävde mer komplex och dyrbar utrustning. Enheter tillverkade på keramiska kretskort med tjockfilms- eller tunnfilmsteknik kallas "hybridkretsar". Hybridkretsar producerades som komponenter i produkter av sin egen produktion; varje tillverkare hade sin egen design, dimensioner och funktionella syften; de kom inte in på den fria marknaden och är därför föga kända.

Hybridkretsar har också invaderat mikromoduler. Till en början använde de diskreta passiva och aktiva miniatyrelement, förenade av traditionella tryckta ledningar. Monteringstekniken var komplex, med en stor andel manuellt arbete. Därför var mikromoduler mycket dyra och deras användning begränsades till utrustning ombord. Sedan användes keramiska halsdukar med tjockfilm i miniatyr. Därefter började motstånd tillverkas med tjockfilmsteknik. Men dioderna och transistorerna som användes var fortfarande diskreta, individuellt förpackade.

Mikromodulen blev en hybrid integrerad krets i det ögonblick då oförpackade transistorer och dioder användes i den och strukturen förseglades i ett gemensamt hölje. Detta gjorde det möjligt att avsevärt automatisera processen för deras montering, kraftigt sänka priserna och utöka tillämpningsområdet. Baserat på metoden för att bilda passiva element, särskiljs tjockfilms- och tunnfilms-GIS.

Den första GIS i Sovjetunionen

De första GIS-modulerna (moduler av typen "Kvant", senare benämnd IS-serie 116) i Sovjetunionen utvecklades 1963 vid NIIRE (senare NPO Leninets, Leningrad) och samma år började dess pilotanläggning sin serieproduktion. I dessa GIS användes halvledar-IC:er "R12-2", utvecklade 1962 av Riga Semiconductor Devices Plant, som aktiva element. På grund av oupplösligheten i historien om skapandet av dessa IC:er och deras egenskaper, kommer vi att överväga dem tillsammans i avsnittet som ägnas åt P12-2.

Utan tvekan var Kvant-modulerna de första i GIS-världen med tvånivåintegration - de använde halvledar-IC:er snarare än diskreta paketerade transistorer som aktiva element. Det är troligt att de också var de första i GIS-världen - strukturellt och funktionellt kompletta flerelementsprodukter, levererade till konsumenten som en oberoende kommersiell produkt. De tidigaste utländska liknande produkter som identifierats av författaren är IBM Corporation SLT-modulerna som beskrivs nedan, men de tillkännagavs året därpå, 1964.

Det första GIS i USA

Uppkomsten av tjockfilms-GIS som huvudelementbasen i den nya IBM System /360-datorn tillkännagavs först av IBM 1964. Det verkar som att detta var den första användningen av GIS utanför Sovjetunionen, författaren kunde inte hitta tidigare exempel .

Redan känt vid den tiden i specialistkretsar var halvledar-IC-serien "Micrologic" från Fairchild och "SN-51" från TI (vi kommer att prata om dem nedan) fortfarande otillgängligt sällsynt och oöverkomligt dyra för kommersiella applikationer, såsom konstruktion av en stor dator. Därför utvecklade IBM-företaget, med designen av en platt mikromodul som grund, sin serie av tjockfilms-GIS, tillkännagav under det allmänna namnet (i motsats till "mikromoduler") - "SLT-moduler" (Solid Logic Technology - solid logisk teknologi. Ordet "solid" översätts vanligtvis till ryska med "solid", vilket är absolut ologiskt. I själva verket introducerades termen "SLT-moduler" av IBM i motsats till termen "mikromodul" och borde återspegla deras skillnad. Men båda moduler är "solida", d.v.s. denna översättning är inte Ordet "solid" har andra betydelser - "solid", "hela", som framgångsrikt betonar skillnaden mellan "SLT-moduler" och "mikromoduler" - SLT-moduler är odelbara, kan inte repareras, det vill säga "hela." Vi använde inte den allmänt accepterade översättningen till ryska: Solid Logic Technology - solid logic-teknologi).

SLT-modulen var en halvtums kvadratisk keramisk tjockfilmsmikroplatta med inpressade vertikala stift. Anslutningsledare och motstånd applicerades på dess yta med silkscreentryck (enligt diagrammet för enheten som implementerades), och oförpackade transistorer installerades. Kondensatorer installerades vid behov bredvid SLT-modulen på enhetskortet. Även om de externt är nästan identiska (mikromodulerna är något högre, fig. 2.), skilde sig SLT-moduler från platta mikromoduler i sin högre densitet av element, låga strömförbrukning, höga prestanda och höga tillförlitlighet. Dessutom var SLT-tekniken ganska lätt att automatisera, därför kunde de produceras i enorma kvantiteter till en kostnad som är tillräckligt låg för användning i kommersiell utrustning. Detta är precis vad IBM behövde. Företaget byggde en automatiserad fabrik i East Fishkill nära New York för produktion av SLT-moduler, som producerade dem i miljontals exemplar.

Ris. 2. USSR mikromodul och SLT-modul f. IBM. Foto STL från webbplatsen http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

Efter IBM började andra företag producera GIS, för vilket GIS blev en kommersiell produkt. Standarddesignen av platta mikromoduler och SLT-moduler från IBM har blivit en av standarderna för hybrid-IC.

De första halvledar-IC:erna

I slutet av 1950-talet hade industrin alla möjligheter att tillverka billiga delar av elektronisk utrustning. Men om transistorer eller dioder var gjorda av germanium och kisel, så var motstånd och kondensatorer gjorda av andra material. Många trodde då att när man skapar hybridkretsar skulle det inte vara några problem med att montera dessa element, tillverkade separat. Och om det är möjligt att producera alla element av standardstorlek och form och därigenom automatisera monteringsprocessen, kommer kostnaden för utrustningen att minska avsevärt. Baserat på sådana resonemang ansåg anhängare av hybridteknik det som den allmänna riktningen för utvecklingen av mikroelektronik.

Men alla delade inte denna åsikt. Faktum är att mesatransistorer, och särskilt plana transistorer, som redan skapats av den perioden, var anpassade för gruppbearbetning, där ett antal operationer för tillverkning av många transistorer på en substratplatta utfördes samtidigt. Det vill säga att många transistorer tillverkades på en halvledarskiva samtidigt. Sedan skars plattan till individuella transistorer, som placerades i enskilda fall. Och sedan kombinerade utrustningstillverkaren transistorerna på en tryckt kretskort. Det fanns människor som tyckte att det här tillvägagångssättet var löjligt - varför separera transistorerna och sedan ansluta dem igen. Är det möjligt att kombinera dem direkt på en halvledarskiva? Bli av med flera komplexa och dyra operationer! Dessa människor kom på halvledar-IC.

Tanken är extremt enkel och helt självklar. Men, som ofta händer, först efter att någon först meddelat det och bevisat det. Han bevisade att det ofta, som i det här fallet, inte räcker att bara meddela det. Idén om en IC tillkännagavs redan 1952, före tillkomsten av gruppmetoder för tillverkning av halvledarenheter. På årlig konferens om elektroniska komponenter, som hölls i Washington, presenterade en anställd vid British Royal Radar Office i Malvern, Jeffrey Dummer, en rapport om tillförlitligheten hos radarutrustningskomponenter. I rapporten gjorde han ett profetiskt uttalande: " Med tillkomsten av transistorn och arbetet inom halvledarteknik är det i allmänhet möjligt att föreställa sig elektronisk utrustning i form av ett massivt block som inte innehåller några anslutningstrådar. Blocket kan bestå av lager av isolerande, ledande, likriktande och förstärkande material där vissa områden är utskurna så att de direkt kan utföra elektriska funktioner.”. Men denna prognos gick obemärkt förbi av experter. De kom ihåg det först efter uppkomsten av de första halvledar-IC:erna, det vill säga efter det praktiska beviset på en länge publicerad idé. Någon måste vara den första att återuppfinna och implementera halvledar-IC-idén.

Som i fallet med transistorn hade de allmänt erkända skaparna av halvledar-IC:er mer eller mindre framgångsrika föregångare. Dammer själv gjorde ett försök att förverkliga sin idé 1956, men misslyckades. 1953 fick Harvick Johnson från RCA patent på en enkelchipsoscillator, och 1958 tillkännagav, tillsammans med Torkel Wallmark, konceptet med en "halvledarintegrerad enhet". 1956 producerade Bell Labs anställd Ross en binär räknarkrets baserad på n-p-n-p-basis strukturer i en enda kristall. 1957 fick Yasuro Taru från det japanska företaget MITI patent på att kombinera olika transistorer i en kristall. Men alla dessa och andra liknande utvecklingar var av privat karaktär, fördes inte till produktion och blev inte grunden för utvecklingen av integrerad elektronik. Endast tre projekt bidrog till utvecklingen av IP inom industriell produktion.

De lyckliga var de redan nämnda Jack Kilby från Texas Instruments (TI), Robert Noyce från Fairchild (båda från USA) och Yuri Valentinovich Osokin från designbyrån för Riga Semiconductor Device Plant (USSR). Amerikanerna skapade experimentella prover av integrerade kretsar: J. Kilby - en prototyp av en IC-generator (1958), och sedan en trigger på mesa-transistorer (1961), R. Noyce - en trigger som använder planteknologi (1961) och Yu. Osokin – den logiska IC "2NOT-OR" gick omedelbart i massproduktion i Tyskland (1962). Dessa företag började serieproduktion av IP nästan samtidigt, 1962.

Första halvledar-IC i USA

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

1958, J. Kilby (en pionjär inom användningen av transistorer i hörapparater) flyttade till Texas Instruments. Nykomlingen Kilby, som kretsdesigner, "kastades" till att förbättra den mikromodulära fyllningen av raketer genom att skapa ett alternativ till mikromoduler. Alternativet att montera block från delar övervägdes standardformulär, liknande att sätta ihop leksaksmodeller från LEGO-figurer. Kilby var dock fascinerad av något annat. Den avgörande rollen spelades av effekten av ett "fräscht utseende": för det första sa han omedelbart att mikromoduler är en återvändsgränd, och för det andra, efter att ha beundrat mesa-strukturerna, kom han till idén att kretsen borde (och kan) vara implementeras från ett material - en halvledare. Kilby kände till Dummers idé och hans misslyckade försök att genomföra den 1956. Efter att ha analyserat förstod han orsaken till misslyckandet och hittade ett sätt att övervinna det. " Min kredit är att jag tog den här idén och förvandlade den till verklighet.”, sa J. Kilby senare i sitt Nobeltal.

Efter att ännu inte förtjänat rätten till ledighet arbetade han i laboratoriet utan inblandning medan alla vilade. Den 24 juli 1958 formulerade Kilby ett koncept i en laboratorietidskrift som heter Monolithic Idea. Dess kärna var att ". ..kretselement som motstånd, kondensatorer, distribuerade kondensatorer och transistorer kan integreras i ett enda chip - förutsatt att de är gjorda av samma material... I en flip-flop-kretsdesign måste alla element vara gjorda av kisel, med resistorer använd volymresistansen för kisel, och kondensatorer - kapacitansen för p-n-övergångar". "Monolitidén" möttes av en nedlåtande och ironisk attityd från ledningen för Texas Instruments, som krävde bevis på möjligheten att tillverka transistorer, motstånd och kondensatorer från en halvledare och funktionaliteten hos en krets sammansatt av sådana element.

I september 1958 förverkligade Kilby sin idé - han gjorde en generator av två stycken germanium som mäter 11,1 x 1,6 mm, limmade ihop med bivax på ett glassubstrat, innehållande två typer av diffusionsområden (Fig. 1). Han använde dessa områden och de befintliga kontakterna för att skapa en generatorkrets, som förbinder elementen med tunna guldtrådar med en diameter på 100 mikron med hjälp av termokompressionssvetsning. En mesatransistor skapades från ett område, och en RC-krets skapades från det andra. De sammansatta tre generatorerna demonstrerades för företagsledningen. När strömmen var inkopplad började de arbeta på en frekvens på 1,3 MHz. Detta hände den 12 september 1958. En vecka senare gjorde Kilby en förstärkare på liknande sätt. Men dessa var ännu inte integrerade strukturer, dessa var tredimensionella modeller av halvledar-IC:er, vilket bevisade idén om att tillverka alla kretselement från ett material - en halvledare.

Ris. 3. Trigger Typ 502 J. Kilby. Foto från webbplatsen http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Kilbys första riktigt integrerade krets, gjord i ett enda stycke monolitiskt germanium, var den experimentella typ 502 trigger-IC (Fig. 3). Den använde både volymmotståndet för germanium och kapacitansen för p-n-övergången. Presentationen ägde rum i mars 1959. Ett litet antal sådana IC tillverkades i laboratorieförhållanden och såldes till en liten krets för $450. IC:en innehöll sex element: fyra mesa-transistorer och två motstånd, placerade på en kiselskiva med en diameter på 1 cm. Men Kilby IC hade en allvarlig nackdel - mesa-transistorer, som i form av mikroskopiska "aktiva" kolumner tornar upp sig ovanför vila, "passiv" del av kristallen. Kopplingen av mesakolonner till varandra i Kilby IS genomfördes genom att koka tunna guldtrådar - den "håriga tekniken" som alla hatade. Det blev tydligt att med sådana sammankopplingar inte en mikrokrets med ett stort antal element kan göras - trådbanan kommer att bryta eller återansluta. Och germanium på den tiden betraktades redan som ett icke-lovande material. Det blev inget genombrott.

Vid det här laget hade Fairchild utvecklat plan kiselteknologi. Med tanke på allt detta var Texas Instruments tvungna att lägga allt Kilby gjort åt sidan och börja, utan Kilby, utveckla en serie IC:er baserade på planar silikonteknologi. I oktober 1961 tillkännagav företaget skapandet av en serie ICs av typen SN-51, och 1962 började det sin massproduktion och leveranser i det amerikanska försvarsdepartementets och NASA:s intresse.

IP av Robert Noyce. IS-serienMicrologic”

1957 lämnade W. Shockley, uppfinnaren av den plana transistorn, av flera skäl en grupp på åtta unga ingenjörer som ville försöka implementera sina egna idéer. "The Eight Traitors", som Shockley kallade dem, vars ledare var R. Noyce och G. Moore, grundade företaget Fairchild Semiconductor ("vackert barn"). Företaget leddes av Robert Noyce, han var då 23 år gammal.

I slutet av 1958 utvecklade fysikern D. Horney, som arbetade på Fairchild Semiconductor, planteknologi för tillverkning av transistorer. Och den tjeckiskfödde fysikern Kurt Lehovec, som arbetade på Sprague Electric, utvecklade en teknik för att använda en omvänd ansluten n-p-övergång för att elektriskt isolera komponenter. 1959 beslutade Robert Noyce, efter att ha hört om Kilbys IC-design, att försöka skapa en integrerad krets genom att kombinera de processer som föreslagits av Horney och Lehovec. Och istället för "hårig teknologi" av sammankopplingar föreslog Noyce selektiv avsättning av ett tunt metallskikt ovanpå kiseldioxidisolerade halvledarstrukturer med anslutning till elementens kontakter genom hål kvar i det isolerande lagret. Detta gjorde det möjligt att "sänka ned" de aktiva elementen i halvledarens kropp, isolera dem med kiseloxid och sedan koppla dessa element med sputterade spår av aluminium eller guld, som skapas med hjälp av processerna fotolitografi, metallisering och etsning vid det sista steget i produkttillverkningen. Således erhölls en verkligt "monolitisk" version av att kombinera komponenter till en enda krets, och den nya tekniken kallades "planar". Men först skulle idén testas.

Ris. 4. Experimentell trigger av R. Noyce. Foto från webbplatsen http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Ris. 5. Foto på Micrologic IC i tidningen Life. Foto från webbplatsen http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

I augusti 1959 gav R. Noyce Joy Last i uppdrag att utveckla en version av IC:n baserad på planteknologi. Först gjorde de, liksom Kilby, en prototyp av en trigger på flera kiselkristaller, på vilka 4 transistorer och 5 motstånd gjordes. Sedan, den 26 maj 1960, tillverkades den första avtryckaren med ett chip. Att isolera elementen i den med baksidan Kiselskivan etsades med djupa spår fyllda med epoxiharts. Den 27 september 1960 tillverkades en tredje version av avtryckaren (fig. 4), där elementen isolerades av en omvänd ansluten p-n-övergång.

Fram till den tiden var Fairchild Semiconductor bara involverad i transistorer; det hade inte kretsdesigners för att skapa halvledar-IC:er. Därför bjöds Robert Norman från Sperry Gyroscope in som kretsdesigner. Norman var bekant med resistor-transistor-logik, som företaget, på hans förslag, valde som grund för sin framtida "Micrologic"-serie av ICs, som hittade sin första tillämpning i Minuteman-raketens utrustning. I mars 1961 tillkännagav Fairchild den första experimentella IC i denna serie (F-flip-flop innehållande sex element: fyra bipolära transistorer och två motstånd placerade på en platta med en diameter på 1 cm) med publiceringen av dess fotografi (Fig. 5 ) i tidningen Liv(daterad 10 mars 1961). Ytterligare 5 IP-adresser tillkännagavs i oktober. Och från början av 1962 lanserade Fairchild massproduktion av IC:er och deras leverans också i det amerikanska försvarsdepartementets och NASA:s intresse.

Kilby och Noyce fick lyssna på mycket kritik om sina innovationer. Man trodde att det praktiska utbytet av lämpliga integrerade kretsar skulle vara mycket lågt. Det är klart att den borde vara lägre än den för transistorer (eftersom den innehåller flera transistorer), för vilka den då inte var högre än 15 %. För det andra trodde många att olämpliga material användes i integrerade kretsar, eftersom motstånd och kondensatorer inte var gjorda av halvledare vid den tiden. För det tredje kunde många inte acceptera idén om att IP:n inte skulle kunna repareras. Det verkade hädiskt för dem att slänga en produkt där bara ett av många element hade misslyckats. Alla tvivel kastades gradvis åt sidan när integrerade kretsar framgångsrikt användes i USA:s militära och rymdprogram.

En av grundarna av Fairchild Semiconductor, G. Moore, formulerade grundlagen för utvecklingen av kiselmikroelektronik, enligt vilken antalet transistorer i en integrerad kretskristall fördubblades varje år. Denna lag, kallad "Moores lag", fungerade ganska tydligt under de första 15 åren (med början 1959), och sedan inträffade denna fördubbling på ungefär ett och ett halvt år.

Vidare började IP-industrin i USA att utvecklas i snabb takt. I USA började en lavinliknande process för uppkomsten av företag inriktade uteslutande "för plana", som ibland nådde den punkt att ett dussin företag registrerades per vecka. I strävan efter veteraner (företagen W. Shockley och R. Noyce), samt tack vare skattelättnader och tjänster från Stanford University, samlades "nykomlingarna" främst i Santa Clara Valley (Kalifornien). Därför är det inte förvånande att 1971, med den lätta handen från journalisten och populariseraren av tekniska innovationer Don Hofler, kom den romantiskt-tekniska bilden av "Silicon Valley" i omlopp och blev för alltid synonymt med den halvledarteknologiska revolutionens Mecka. Förresten, i det området finns det verkligen en dal som tidigare var känd för sina många aprikos-, körsbärs- och plommonodlingar, som innan Shockley-företagets uppkomst hade ett annat, trevligare namn - Valley of Heart's Delight, nu, tyvärr , nästan glömt.

1962 började massproduktion av integrerade kretsar i USA, även om deras volym av leveranser till kunder uppgick till endast några tusen. Det starkaste incitamentet för utvecklingen av instrumenttillverkning och elektronikindustrin på en ny grund var raket- och rymdteknik. USA hade då inte samma kraftfulla interkontinentala ballistiska missiler som de sovjetiska, och för att öka laddningen var de tvungna att minimera bärarens massa, inklusive kontrollsystem, genom införandet av de senaste framstegen inom elektronisk teknik . Texas Instrument och Fairchild Semiconductor har ingått stora kontrakt för design och tillverkning av integrerade kretsar med det amerikanska försvarsdepartementet och NASA.

De första halvledar-IC i Sovjetunionen

I slutet av 1950-talet var den sovjetiska industrin så desperat efter halvledardioder och transistorer att radikala åtgärder krävdes. 1959 grundades halvledarfabriker i Aleksandrov, Bryansk, Voronezh, Riga, etc. I januari 1961 antog CPSU:s centralkommitté och USSR:s ministerråd en annan resolution "Om utvecklingen av halvledarindustrin", som föreskrev byggande av fabriker och forskningsinstitut i Kiev, Minsk, Jerevan, Nalchik och andra städer.

Vi kommer att vara intresserade av en av de nya fabrikerna - den ovan nämnda Riga Semiconductor Devices Plant (RZPP, den bytte namn flera gånger, för enkelhetens skull använder vi den mest kända, som fortfarande är i drift idag). Byggnaden av den kooperativa tekniska skolan under uppbyggnad med en yta på 5300 m2 tilldelades som en startplatta för den nya anläggningen, och samtidigt började byggandet av en specialbyggnad. I februari 1960 hade anläggningen redan skapat 32 tjänster, 11 laboratorier och pilotproduktion, som började i april för att förbereda för produktionen av de första enheterna. Anläggningen sysselsatte redan 350 personer, av vilka 260 skickades för att studera vid Moskvas forskningsinstitut-35 (senare Pulsar Research Institute) och Leningrad Svetlana-anläggningen under året. Och i slutet av 1960 nådde antalet anställda 1 900 personer. Till en början låg de tekniska linjerna i den ombyggda idrottshallen i den kooperativa tekniska skolbyggnaden och OKB-laboratorierna var placerade i de tidigare klassrummen. Anläggningen producerade de första enheterna (legeringsdiffusions- och P-401, P-403, P-601 och P-602 utvecklade av NII-35) 9 månader efter att ordern för dess skapande undertecknades, i mars 1960. Och i slutet av juli tillverkade han de första tusen P-401-transistorerna. Sedan behärskade han produktionen av många andra transistorer och dioder. I juni 1961 slutfördes byggandet av en speciell byggnad, där massproduktion av halvledarenheter började.

Sedan 1961 påbörjade anläggningen självständigt tekniskt och utvecklingsarbete, inklusive mekanisering och automatisering av produktionen av transistorer baserade på fotolitografi. För detta ändamål utvecklades den första inhemska fotorepeatern (fotostämpel) - en installation för att kombinera och kontaktfotoutskrift (utvecklad av A.S. Gotman). Stor hjälp med att finansiera och tillverka unik utrustning gavs av företag i ministeriet för radioindustri, inklusive KB-1 (senare NPO Almaz, Moskva) och NIIRE. På den tiden letade de mest aktiva utvecklarna av små radioutrustning, som inte hade sin egen tekniska halvledarbas, efter sätt att kreativt interagera med nyskapade halvledarfabriker.

På RZPP utfördes ett aktivt arbete för att automatisera produktionen av germaniumtransistorer av P401- och P403-typerna baserade på Ausma-produktionslinjen som fabriken skapat. Dess chefsdesigner (GC) A.S. Gottman föreslog att man skulle göra strömförande banor på ytan av germanium från transistorns elektroder till kristallens periferi för att göra det lättare att svetsa transistorledningarna i huset. Men viktigast av allt, dessa spår kunde användas som externa terminaler på transistorn när de monterades till kort (innehållande anslutande och passiva element) utan förpackning, och lödde dem direkt till motsvarande kontaktdynor (i själva verket var tekniken för att skapa hybrid-IC:er var föreslagen). Den föreslagna metoden, där kristallens strömförande vägar tycks kyssa brädets kontaktkuddar, fick det ursprungliga namnet - "kissing technology". Men på grund av ett antal tekniska problem som visade sig vara olösliga vid den tiden, främst relaterade till problem med noggrannheten att få kontakter på ett kretskort, var det inte möjligt att praktiskt implementera "kysstekniken". Några år senare implementerades en liknande idé i USA och Sovjetunionen och fick bred tillämpning i de så kallade "ball leads" och i "chip-to-board"-teknik.

Men hårdvaruföretag som samarbetar med RZPP, inklusive NIIRE, hoppades på "kyssteknologi" och planerade användningen. Våren 1962, när det stod klart att dess genomförande sköts upp på obestämd tid, tog chefsingenjör vid NIIRE V.I. Smirnov frågade direktören för RZPP S.A. Bergman ska hitta ett annat sätt att implementera en 2NOR-krets med flera element, universell för att bygga digitala enheter.

Ris. 7. Ekvivalent krets för IC R12-2 (1LB021). Ritning från 1965 IP-prospekt.

Den första IS och GIS av Yuri Osokin. Solid schema R12-2(IS-serien 102 Och 116 )

Direktören för RZPP anförtrodde denna uppgift till den unga ingenjören Yuri Valentinovich Osokin. Vi organiserade en avdelning bestående av ett tekniklaboratorium, ett laboratorium för utveckling och produktion av fotomasker, ett mätlaboratorium och en pilotproduktionslinje. Vid den tiden levererades tekniken för tillverkning av germaniumdioder och transistorer till RZPP, och den togs som grund för den nya utvecklingen. Och redan hösten 1962 erhölls de första prototyperna av germanium solid-kretsen 2NOT-OR (eftersom termen IS inte existerade då, av respekt för dåtidens angelägenheter, kommer vi att behålla namnet "hård krets" - TS), som fick fabriksbeteckningen "P12-2". Ett reklamhäfte från 1965 på P12-2 har bevarats (Fig. 6), information och illustrationer från vilka vi kommer att använda. TS R12-2 innehöll två germanium p - n - p -transistorer (modifierade transistorer av typ P401 och P403) med en gemensam belastning i form av ett distribuerat germanium p-typ motstånd (Fig. 7).

Ris. 8. Struktur för IC R12-2. Ritning från 1965 IP-prospekt.

Ris. 9. Måttritning av fordon R12-2. Ritning från 1965 IP-prospekt.

Externa ledningar bildas genom termokompressionssvetsning mellan germaniumområdena i TC-strukturen och guldet i blyledarna. Detta säkerställer stabil drift av kretsarna under yttre påverkan i tropiska och havsdimma förhållanden, vilket är särskilt viktigt för drift i marin kvasi-elektroniska automatiska telefonväxlar producerade av Riga VEF-anläggningen, som också var intresserad av denna utveckling.

Strukturellt gjordes R12-2 TS (och den efterföljande R12-5) i form av en "tablett" (fig. 9) av en rund metallkopp med en diameter på 3 mm och en höjd av 0,8 mm. TC-kristallen placerades i den och fylldes med en polymerförening, från vilken kom de korta yttre ändarna av ledningarna gjorda av mjuk guldtråd med en diameter på 50 mikron, svetsade till kristallen. Massan av P12-2 översteg inte 25 mg. I denna design var fordonen resistenta mot en relativ luftfuktighet på 80 % vid en omgivningstemperatur på 40 ° C och mot cykliska temperaturförändringar från -60 ° till 60 ° C.

I slutet av 1962 producerade pilotproduktionen av RZPP cirka 5 tusen R12-2-fordon, och 1963 tillverkades flera tiotusentals av dem. Således blev 1962 födelseåret för den mikroelektroniska industrin i USA och Sovjetunionen.

Ris. 10. Grupper TS R12-2

Ris. 11. Grundläggande elektriska egenskaper hos R12-2

Halvledartekniken var då i sin linda och garanterade ännu inte strikt repeterbarhet av parametrar. Därför sorterades driftsbara enheter i grupper av parametrar (detta görs ofta i vår tid). Invånarna i Riga gjorde detsamma och installerade 8 standardklassificeringar av R12-2-fordonet (Fig. 10). Alla andra elektriska och andra egenskaper är desamma för alla standardklassificeringar (Fig. 11).

Produktionen av TS R12-2 började samtidigt med FoU "Hardness", som avslutades 1964 (GK Yu.V. Osokin). Som en del av detta arbete utvecklades en förbättrad gruppteknik för serietillverkning av germaniumfordon baserad på fotolitografi och galvanisk deponering av legeringar genom en fotomask. Dess huvudsakliga tekniska lösningar är registrerade som en uppfinning av Yu.V. Osokin. och Mikhalovich D.L. (A.S. No. 36845). Flera artiklar av Yu.V. publicerades i den hemliga tidskriften Spetsradioelectronics. Osokina i samarbete med KB-1-specialisterna I.V. Ingenting, G.G. Smolko och Yu.E. Naumov med en beskrivning av designen och egenskaperna hos R12-2-fordonet (och det efterföljande R12-5-fordonet).

Designen av P12-2 var bra i allt, förutom en sak - konsumenterna visste inte hur man använder så små produkter med de tunnaste ledningarna. I regel hade hårdvaruföretag varken teknik eller utrustning för detta. Under hela produktionsperioden av R12-2 och R12-5 behärskades deras användning av NIIRE, Zhigulevsky Radio Plant vid ministeriet för radioindustri, VEF, NIIP (sedan 1978 NPO Radiopribor) och några andra företag. För att förstå problemet tänkte TS-utvecklarna, tillsammans med NIIRE, omedelbart på en andra nivå av design, som samtidigt ökade tätheten i utrustningslayouten.

Ris. 12. Modul med 4 fordon R12-2

1963, vid NIIRE, inom ramen för Kvant design- och utvecklingsarbetet (GK A.N. Pelipenko, med deltagande av E.M. Lyakhovich), utvecklades en moduldesign som kombinerade fyra R12-2-fordon (Fig. 12). Från två till fyra R12-2 TC:er (i ett hus) placerades på en mikroboard gjord av tunn glasfiber, som tillsammans implementerade en viss funktionell enhet. Upp till 17 stift (antalet varierade för en specifik modul) med en längd på 4 mm pressades på kortet. Microboarden placerades i en stämplad metallkopp som mätte 21,6 ? 6,6 mm och 3,1 mm djup och fylld med en polymerblandning. Resultatet är en hybrid integrerad krets (HIC) med dubbel tätning av element. Och, som vi redan sa, det var världens första GIS med två-nivå integration, och kanske den första GIS i allmänhet. Åtta typer av moduler utvecklades med det allmänna namnet "Quantum", som utförde olika logiska funktioner. Som en del av sådana moduler förblev R12-2-fordonen i drift när de exponerades för konstanta accelerationer på upp till 150 g och vibrationsbelastningar i frekvensområdet 5–2000 Hz med acceleration upp till 15 g.

Kvant-modulerna producerades först av pilotproduktionen av NIIRE, och sedan överfördes de till Zhigulevsky Radio Plant vid USSR Ministry of Radio Industry, som levererade dem till olika konsumenter, inklusive VEF-anläggningen.

TS R12-2 och "Kvant"-moduler baserade på dem har visat sig väl och används flitigt. 1968 utfärdades en standard som upprättade ett enhetligt beteckningssystem för integrerade kretsar i landet, och 1969 - Allmänna tekniska specifikationer för halvledare (NP0.073.004TU) och hybrid (NP0.073.003TU) IC med enhetligt system krav. I enlighet med dessa krav godkände Central Bureau for Application of Integrated Circuits (TsBPIMS, senare CDB Dayton, Zelenograd) den 6 februari 1969 nya tekniska specifikationer ShT3.369.001-1TU för fordonet. Samtidigt dök termen "integrerad krets" av 102-serien upp för första gången i produktens beteckning. TS R12-2 började kallas IS: 1LB021V, 1LB021G, 1LB021Zh, 1LB021I. I själva verket var det en IC, sorterad i fyra grupper efter utspänning och belastningskapacitet.

Ris. 13. IC:er i 116- och 117-serien

Och den 19 september 1970 godkände TsBPIMS de tekniska specifikationerna AB0.308.014TU för Kvant-modulerna, betecknade IS serie 116 (Fig. 13). Serien inkluderade nio IC:er: 1ХЛ161, 1ХЛ162 och 1ХЛ163 – multifunktionella digitala kretsar; 1LE161 och 1LE162 – två och fyra logiska element 2NOR; 1TP161 och 1TP1162 – en och två utlösare; 1UP161 – effektförstärkare, samt 1LP161 – logiskt element"förbud" på 4 ingångar och 4 utgångar. Var och en av dessa IC:er hade från fyra till sju designalternativ, som skilde sig åt i utsignalernas spänning och belastningskapacitet, för totalt 58 IC-typer. Mönstren markerades med en bokstav efter den digitala delen av IS-beteckningen, till exempel 1ХЛ161ж. Därefter utökades utbudet av moduler. IC:erna i 116-serien var faktiskt hybrider, men på begäran av RZPP märktes de som halvledare (den första siffran i beteckningen är "1", hybrider ska ha "2").

1972, genom ett gemensamt beslut av ministeriet för elektronikindustri och ministeriet för radioindustri, överfördes produktionen av moduler från Zhigulevsky Radio Plant till RZPP. Detta eliminerade möjligheten att transportera 102-seriens IC:er över långa avstånd, så de övergav behovet av att täta formen på varje IC. Som ett resultat förenklades designen av både 102- och 116-seriens IC:er: det fanns inget behov av att förpacka 102-seriens IC:er i en metallkopp fylld med blandning. Oförpackade IC:er av 102-serien i tekniska behållare levererades till en närliggande verkstad för montering av IC:er av 116-serien, monterade direkt på deras mikrokort och förseglade i modulhuset.

I mitten av 1970-talet släpptes en ny standard för IP-beteckningssystemet. Efter detta fick exempelvis IS 1LB021V beteckningen 102LB1V.

Andra IS och GIS av Yuri Osokin. Solid schema R12-5(IS-serien 103 Och 117 )

I början av 1963, som ett resultat av seriöst arbete med utvecklingen av högfrekventa n-p-n-transistorer, kom teamet från Yu.V. Osokina har samlat på sig lång erfarenhet av att arbeta med p-lager på den ursprungliga n-germanium wafern. Detta och närvaron av alla nödvändiga tekniska komponenter gjorde det möjligt för Osokin 1963 att börja utveckla ny teknik och designen av en snabbare version av fordonet. 1964, på order av NIIRE, slutfördes utvecklingen av R12-5-fordonet och moduler baserade på det. Baserat på dess resultat öppnades Palanga R&D 1965 (GK Yu.V. Osokin, hans ställföreträdare - D.L. Mikhalovich, färdigställd 1966). Moduler baserade på R12-5 utvecklades inom samma FoU-projekt "Kvant" som modulerna baserade på R12-2. Samtidigt med de tekniska specifikationerna för 102- och 116-serien, var de tekniska specifikationerna ShT3.369.002-2TU för 103-seriens IC (R12-5) och AV0.308.016TU för 117-seriens IC (moduler baserade på 103-seriens IC) godkänd. Nomenklaturen för typer och standardklassificeringar för TS R12-2, moduler på dem och IS-serierna 102 och 116 var identiska med nomenklaturen för TS R12-5 och IS-serierna 103 respektive 117. De skilde sig endast i hastighet och tillverkningsteknik för IC-kristallen. Den typiska utbredningsfördröjningstiden för 117-serien var 55 ns mot 200 ns för 116-serien.

Strukturellt sett var R12-5 TS en halvledarstruktur i fyra lager (fig. 14), där n-typ substrat och p + -typ emitters var anslutna till en gemensam jordbuss. De viktigaste tekniska lösningarna för att konstruera R12-5-fordonet är registrerade som uppfinningen av Yu.V. Osokin, D.L. Mikhalovich. Kaydalova Zh.A och Akmensa Ya.P. (A.S. No. 248847). Vid tillverkningen av fyrskiktsstrukturen i TC R12-5 var ett viktigt kunnande bildandet av ett n-typ p-skikt i den ursprungliga germaniumplattan. Detta uppnåddes genom diffusion av zink i en förseglad kvartsampull, där plattorna är placerade vid en temperatur av cirka 900 ° C, och zink är placerad i andra änden av ampullen vid en temperatur av cirka 500 ° C. Den ytterligare bildningen av TS-strukturen i det skapade p-skiktet liknar P12-2 TS. Ny teknik har gjort det möjligt att undvika TS-kristallens komplexa form. Wafers med P12-5 maldes också från baksidan till en tjocklek av cirka 150 mikron, vilket bevarade en del av den ursprungliga wafern, och sedan ritades de till individuella rektangulära IC-chips.

Ris. 14. Struktur för TS R12-5-kristallen från AS nr. 248847. 1 och 2 – jord, 3 och 4 – ingångar, 5 – utgång, 6 – effekt

Efter den första positiva resultat produktion av experimentella R12-5-fordon, på uppdrag av KB-1, öppnades forskningsprojektet Mezon-2, som syftade till att skapa ett fordon med fyra R12-5:or. 1965 erhölls arbetsprover i en platt metallkeramisk låda. Men P12-5 visade sig vara svår att tillverka, främst på grund av svårigheten att bilda ett zinkdopat p-skikt på den ursprungliga n-Ge wafern. Kristallen visade sig vara arbetskrävande att producera, avkastningsprocenten är låg och kostnaden för fordonet är hög. Av samma anledningar tillverkades R12-5 TC i små volymer och kunde inte ersätta den långsammare, men mer tekniskt avancerade R12-2. Och forskningsprojektet Mezon-2 fortsatte inte alls, inklusive på grund av sammankopplingsproblem.

Vid denna tidpunkt utförde Pulsar Research Institute och NIIME redan ett omfattande arbete med utvecklingen av plan kiselteknologi, som har ett antal fördelar jämfört med germaniumteknologi, varav den huvudsakliga är ett högre driftstemperaturområde (+150°C) för kisel och +70°C för germanium) och förekomsten av naturligt kisel skyddsfilm SiO2. Och specialiseringen av RZPP omorienterades till skapandet av analoga IC:er. Därför ansåg RZPP-specialister utvecklingen av germaniumteknik för produktion av IC:er olämplig. Men i produktionen av transistorer och dioder förlorade germanium inte sin position på en tid. I departementet Yu.V. Osokin, efter 1966, utvecklades och producerades RZPP germanium plana lågbrusiga mikrovågstransistorer GT329, GT341, GT 383, etc. Deras skapelse belönades med det lettiska Sovjetunionens statliga pris.

Ansökan

Ris. 15. Aritmetisk anordning på solid-circuit moduler. Foto från TS-häftet daterat 1965.

Ris. 16. Jämförande mått på den automatiska telefonväxelns kontrollanordning, gjord på ett relä och ett fordon. Foto från TS-häftet daterat 1965.

Kunderna och de första konsumenterna av R12-2 TS och moduler var skaparna av specifika system: Gnome-datorn (Fig. 15) för Kupols flygplanssystem ombord (NIIRE, GK Lyakhovich E.M.) och marin- och civila automatiska telefonväxlar (växt VEF, GK Misulovin L.Ya.). Deltog aktivt i alla stadier av skapandet av R12-2, R12-5 fordon och moduler på dem och KB-1, huvudkuratorn för detta samarbete från KB-1 var N.A. Barkanov. De hjälpte till med finansiering, utrustningstillverkning och forskning av fordon och moduler i olika lägen och driftsförhållanden.

TS R12-2 och "Kvant"-moduler baserade på den var de första mikrokretsarna i landet. Och i världen var de bland de första - bara i USA började Texas Instruments och Fairchild Semiconductor producera sina första halvledar-IC:er, och 1964 började IBM Corporation producera tjockfilmshybrid-IC:er för sina datorer. I andra länder har man ännu inte tänkt på IP. Därför var integrerade kretsar en kuriosa för allmänheten, effektiviteten av deras användning gjorde ett slående intryck och spelades upp i reklam. Den överlevande broschyren om R12-2-fordonet från 1965 (baserat på faktiska applikationer) säger: " Användningen av solid-state P12-2-kretsar i inbyggda datorenheter gör det möjligt att minska vikten och dimensionerna på dessa enheter med 10–20 gånger, minska strömförbrukningen och öka driftsäkerheten. ... Användningen av solida P12-2-kretsar i styrsystem och växling av informationsöverföringsvägar för automatiska telefonväxlar gör det möjligt att minska volymen på styrenheter med cirka 300 gånger, samt avsevärt minska elförbrukningen (30-50 gånger)". Dessa påståenden illustrerades av fotografier av den aritmetiska enheten på Gnome-datorn (Fig. 15) och en jämförelse av det reläbaserade ATS-stället som producerades av VEF-anläggningen vid den tiden med ett litet block på flickans handflata (Fig. 16). . Det fanns andra många tillämpningar av de första Riga IC:erna.

Produktion

Nu är det svårt att återställa en fullständig bild av produktionsvolymerna för IC-serierna 102 och 103 efter år (idag har RZPP förvandlats från en stor anläggning till en liten produktion och många arkiv har gått förlorade). Men enligt memoarerna från Yu.V. Osokin, under andra hälften av 1960-talet, uppgick produktionen till många hundratusentals per år, på 1970-talet - miljoner. Enligt hans efterlevande personliga anteckningar producerades 1985 IC:er i 102-serien - 4 100 000 st., moduler i 116-serien - 1 025 000 st., IC:er av 103-serien - 700 000 st., moduler av 0175-serien - 0115 st. .

I slutet av 1989, Yu.V. Osokin, då generaldirektören för Alpha Production Association, vände sig till ledningen för Military-Industrial Commission under USSR Council of Ministers (MIC) med en begäran om att ta bort serierna 102, 103, 116 och 117 från produktionen på grund av deras föråldrade och hög arbetsintensitet (på 25 år har mikroelektronik långt ifrån gått framåt), men fick ett kategoriskt avslag. Vice ordförande i Militär-industriella komplexet V.L. Koblov sa till honom att planen flyger tillförlitligt, ersättning är utesluten. Efter Sovjetunionens kollaps producerades IC-serierna 102, 103, 116 och 117 fram till mitten av 1990-talet, d.v.s. i mer än 30 år. Gnome-datorerna är fortfarande installerade i navigationskabinen på Il-76 och några andra flygplan. "Detta är en superdator," våra piloter är inte vilse när deras utländska kollegor blir överraskade av deras intresse för denna aldrig tidigare skådade enhet.

Om prioriteringar

Trots att J. Kilby och R. Noyce hade föregångare är de erkända av världssamfundet som uppfinnarna av den integrerade kretsen.

R. Kilby och J. Noyce har genom sina företag ansökt om patent för uppfinningen av en integrerad krets. Texas Instruments ansökte om ett patent tidigare, i februari 1959, och Fairchild gjorde det inte förrän i juli samma år. Men patentnummer 2981877 utfärdades i april 1961 till R. Noyce. J. Kilby stämde och fick först i juni 1964 sitt patentnummer 3138743. Sedan var det ett tioårigt krig om prioriteringar, som ett resultat av vilket (i ett sällsynt fall) "vänskap vann". I slutändan biföll hovrätten Noyces krav på teknologisk företräde, men beslutade att J. Kilby skulle tillskrivas att ha skapat den första fungerande mikrokretsen. Och Texas Instruments och Fairchild Semiconductor undertecknade ett avtal om korslicensiering av teknologier.

I Sovjetunionen gav patentering av uppfinningar inte författare något annat än krångel, en obetydlig engångsbetalning och moralisk tillfredsställelse, så många uppfinningar registrerades inte alls. Och Osokin hade inte bråttom heller. Men för företag var antalet uppfinningar en av indikatorerna, så de måste fortfarande registreras. Därför fick Yu. Osokina och D. Mikhalovich USSR Author's Certificate nr 36845 för uppfinningen av R12-2-fordonet först den 28 juni 1966.

Och J. Kilby blev 2000 en av Nobelpristagarna för uppfinningen av IP. R. Noyce fick inget världserkännande, han dog 1990, och enligt regelverket delas Nobelpriset inte ut postumt. Vilket i det här fallet inte är helt rättvist, eftersom all mikroelektronik följde den väg som R. Noyce började. Noyces auktoritet bland specialister var så hög att han till och med fick smeknamnet "borgmästare i Silicon Valley", eftersom han då var den mest populära av de vetenskapsmän som arbetade i den del av Kalifornien, som fick det inofficiella namnet Silicon Valley (V. Shockley kallades). "Moses of Silicon Valley"). Men J. Kilbys väg (”hårig” germanium) visade sig vara en återvändsgränd och implementerades inte ens i hans företag. Men livet är inte alltid rättvist.

Nobelpriset delades ut till tre vetenskapsmän. Hälften av det togs emot av 77-årige Jack Kilby, och den andra hälften delades mellan akademiker vid Ryska vetenskapsakademin Zhores Alferov och professor vid University of California i Santa Barbara, tysk-amerikanen Herbert Kremer, för "den utveckling av halvledarheterostrukturer som används i höghastighetsoptoelektronik."

Experter utvärderade dessa arbeten och noterade att "integrerade kretsar är naturligtvis århundradets upptäckt, som har haft en djupgående inverkan på samhället och världsekonomin." För den bortglömde J. Kilby var Nobelpriset en överraskning. I en intervju med tidningen Europhysics News Han erkände: " Då funderade jag bara på vad som skulle vara viktigt för elektronikens utveckling ur ekonomisk synvinkel. Men jag förstod inte då att minskningen av kostnaderna för elektroniska produkter skulle orsaka en lavin av tillväxt inom elektronisk teknik.".

Och Yu Osokins verk uppskattas inte bara av Nobelkommittén. De är också bortglömda i vårt land; landets prioritet när det gäller skapandet av mikroelektronik är inte skyddad. Och det var han utan tvekan.

På 1950-talet skapades den materiella basen för bildandet av flerelementprodukter - integrerade kretsar - i en monolitisk kristall eller på ett keramiskt substrat. Därför är det inte förvånande att nästan samtidigt idén om IP självständigt uppstod i många specialisters medvetande. Och hastigheten för genomförandet av en ny idé berodde på författarens tekniska kapacitet och tillverkarens intresse, det vill säga på närvaron av den första konsumenten. I detta avseende befann sig Yu Osokin i en bättre position än sina amerikanska kollegor. Kilby var ny för TI, han var till och med tvungen att bevisa för företagets ledning den grundläggande möjligheten att implementera en monolitisk krets genom att göra dess prototyp. I själva verket handlar J. Kilbys roll i skapandet av IP till att omskola ledningen för TI och att provocera R. Noyce att ta aktiva åtgärder med sin layout. Kilbys uppfinning gick inte i massproduktion. R. Noyce, i sitt unga och ännu inte starka företag, gick för att skapa en ny planteknologi, som verkligen blev grunden för efterföljande mikroelektronik, men inte omedelbart gav efter för författaren. I samband med ovanstående fick både de och deras företag lägga ner mycket kraft och tid på att praktiskt implementera sina idéer för att bygga massproducerade IC:er. Deras första prover förblev experimentella, men andra mikrokretsar, inte ens utvecklade av dem, gick i massproduktion. Till skillnad från Kilby och Noyce, som var långt ifrån produktion, förlitade sig fabriksägaren Yu. Osokin på industriellt utvecklade RZPP-halvledarteknologier, och han hade garanterat konsumenterna de första fordonen i form av initiativtagaren till utvecklingen av NIIRE och den närliggande VEF-fabriken, som hjälpte till i detta arbete. Av dessa skäl gick den första versionen av hans fordon omedelbart i experimentell produktion, som smidigt övergick till massproduktion, som fortsatte kontinuerligt i mer än 30 år. Efter att ha börjat utveckla TS senare än Kilby och Noyce, kom Yu. Osokin (som inte visste om den här tävlingen) snabbt ikapp dem. Dessutom är Yu. Osokins verk inte på något sätt kopplade till amerikanernas verk, bevis på detta är den absoluta olikheten mellan hans fordon och lösningarna som implementerats i det från Kilby och Noyce mikrokretsar. Texas Instruments (inte Kilbys uppfinning), Fairchild och RZPP började tillverka sina IC:er nästan samtidigt, 1962. Detta ger all rätt att betrakta Yu. Osokin som en av uppfinnarna av den integrerade kretsen i nivå med R. Noyce och mer än J. Kilby, och det skulle vara rättvist att dela en del av Nobelpriset för J. Kilby med Yu. Osokin. När det gäller uppfinningen av det första GIS med två-nivå integration (och möjligen GIS i allmänhet), här prioritet A. Pelipenko från NIIRE är absolut obestridlig.

Tyvärr gick det inte att hitta prover på fordon och apparater baserade på dem, nödvändiga för museer. Författaren skulle vara mycket tacksam för sådana prover eller fotografier av dem.

Integrerad krets (IC, mikrokrets), chip, mikrochip (engelsk mikrochip, silikonchip, chip - tunn platta - ursprungligen refererade termen till en platta av en mikrokretskristall) - mikroelektronisk enhet - elektrisk krets av godtycklig komplexitet (kristall), tillverkad på ett halvledarsubstrat (wafer eller film) och placerad i ett icke-separerbart hölje, eller utan ett sådant, om det ingår i en mikroenhet.

Mikroelektronik är vår tids viktigaste och, som många tror, den viktigaste vetenskapliga och tekniska bedriften. Det kan jämföras med sådana vändpunkter i teknikhistorien som uppfinningen av tryckeriet på 1500-talet, skapandet av ångmaskinen på 1700-talet och utvecklingen av elektrotekniken på 1800-talet. Och när vi idag talar om den vetenskapliga och tekniska revolutionen menar vi i första hand mikroelektronik. Som ingen annan teknisk prestation i våra dagar genomsyrar den alla livets sfärer och gör verkligheten till vad som helt enkelt var ofattbart igår. För att vara övertygad om detta räcker det med att komma ihåg fickräknare, miniatyrradio, elektroniska kontrollenheter i hushållsapparater, klockor, datorer och programmerbara datorer. Och detta är bara en liten del av dess användningsområde!

Mikroelektroniken är skyldig sin uppkomst och själva existensen till skapandet av ett nytt elektroniskt subminiatyrelement - en integrerad krets. Utseendet på dessa kretsar var faktiskt inte någon form av fundamentalt ny uppfinning - det följde direkt av logiken i utvecklingen av halvledarenheter. Till en början, när halvledarelement precis började användas, användes varje transistor, resistor eller diod separat, det vill säga den var innesluten i sitt eget individuella fall och inkluderade i kretsen med sina individuella kontakter. Detta gjordes även i fall där det var nödvändigt att montera många liknande kretsar från samma element.

Gradvis kom förståelsen att det var mer rationellt att inte montera sådana enheter från enskilda element, utan att omedelbart tillverka dem på en gemensam kristall, särskilt eftersom halvledarelektronik skapade alla förutsättningar för detta. Faktum är att alla halvledarelement är mycket lika varandra i sin struktur, har samma funktionsprincip och skiljer sig endast i den relativa positionen för p-n-regionerna.

Dessa p-n regioner som vi minns skapas genom att föroreningar av samma typ förs in i ytskiktet av en halvledarkristall. Dessutom säkerställs tillförlitlig och ur alla synpunkter tillfredsställande drift av de allra flesta halvledarelement med en tjocklek på ytarbetsskiktet på tusendels millimeter. De minsta transistorerna använder vanligtvis endast det översta lagret av halvledarchippet, vilket bara är 1 % av dess tjocklek. De återstående 99% fungerar som en bärare eller substrat, eftersom utan ett substrat kan transistorn helt enkelt kollapsa vid minsta beröring. Följaktligen, med hjälp av tekniken som används för tillverkning av enskilda elektroniska komponenter, är det möjligt att omedelbart skapa en komplett krets av flera tiotals, hundratals eller till och med tusentals sådana komponenter på ett enda chip.

Fördelarna med detta kommer att bli enorma. För det första kommer kostnaderna omedelbart att minska (kostnaden för en mikrokrets är vanligtvis hundratals gånger mindre än den totala kostnaden för alla elektroniska delar av dess komponenter). För det andra kommer en sådan anordning att vara mycket mer tillförlitlig (som erfarenheten visar, tusentals och tiotusentals gånger), och detta är av enorm betydelse, eftersom att hitta ett fel i en krets som består av tiotals eller hundratusentals elektroniska komponenter blir till ett mycket komplext problem. För det tredje, på grund av det faktum att alla elektroniska element i en integrerad krets är hundratals och tusentals gånger mindre än sina motsvarigheter i en konventionell krets, är deras energiförbrukning mycket lägre och deras prestanda mycket högre.

Den viktigaste händelsen som förebådade integrationen inom elektronik var förslaget från den amerikanske ingenjören J. Kilby från Texas Instruments att skaffa likvärdiga element för hela kretsen, såsom register, kondensatorer, transistorer och dioder, i en monolitisk bit av rent kisel . Kilby skapade den första integrerade halvledarkretsen sommaren 1958. Och redan 1961 släppte Fairchild Semiconductor Corporation de första seriella chipsen för datorer: en tillfällighetskrets, ett halvskiftsregister och en trigger. Samma år, produktion av halvledare integrerad logiska kretsar behärskad av Texas-företaget.

Året därpå dök det upp integrerade kretsar från andra företag. I en kort tid i integrerad design skapades Olika typer förstärkare. 1962 utvecklade RCA integrerade minnesmatrischips för datorlagringsenheter. Gradvis etablerades produktionen av mikrokretsar i alla länder - mikroelektronikens era började.

Utgångsmaterialet för en integrerad krets är vanligtvis en rå skiva av rent kisel. Den har en relativt stor storlek, eftersom flera hundra av samma typ av mikrokretsar samtidigt tillverkas på den. Den första operationen är att under inverkan av syre vid en temperatur av 1000 grader bildas ett lager av kiseldioxid på ytan av denna platta. Kiseloxid kännetecknas av stor kemisk och mekanisk beständighet och har egenskaperna hos ett utmärkt dielektrikum, vilket ger pålitlig isolering till kiseln som finns under.

Nästa steg är införandet av föroreningar för att skapa p eller n ledningsband. För att göra detta avlägsnas oxidfilmen från de platser på plattan som motsvarar enskilda elektroniska komponenter. Valet av de önskade områdena sker med hjälp av en process som kallas fotolitografi. Först beläggs hela oxidskiktet med en ljuskänslig förening (fotoresist), som spelar rollen som fotografisk film - den kan exponeras och framkallas. Efter detta, genom en speciell fotomask som innehåller ett mönster av ytan av halvledarkristallen, belyses plattan med ultravioletta strålar.

Under påverkan av ljus bildas ett platt mönster på oxidskiktet, med oexponerade områden kvar ljus och alla andra mörkare. På den plats där fotoresistorn exponeras för ljus bildas olösliga områden av filmen som är resistenta mot syra. Skivan behandlas sedan med ett lösningsmedel, som tar bort fotoresisten från de exponerade områdena. Från de exponerade områdena (och endast från dem) etsas kiseloxidskiktet bort med syra.

Som ett resultat löses kiseloxid på rätt ställen och "fönster" av rent kisel öppnas, redo för införandet av föroreningar (ligering). För att göra detta exponeras ytan på substratet vid en temperatur av 900-1200 grader för den önskade föroreningen, till exempel fosfor eller arsenik, för att erhålla ledningsförmåga av n-typ. Föroreningsatomer tränger djupt in i rent kisel, men stöts bort av dess oxid. Efter att ha behandlat wafern med en typ av förorening, förbereds den för ligering med en annan typ - waferns yta täcks igen med ett lager av oxid, ny fotolitografi och etsning utförs, vilket resulterar i nya "fönster" av kisel öppnas.

Detta följs av en ny ligering, till exempel med bor, för att erhålla ledningsförmåga av p-typ. Så p och n regioner bildas på hela ytan av kristallen på rätt ställen. Isolering mellan enskilda element kan skapas på flera sätt: ett lager av kiseloxid kan fungera som sådan isolering, eller blockerande p-n-övergångar kan också skapas på rätt ställen.

Nästa steg i bearbetningen är associerat med tillämpningen av ledande anslutningar (ledande ledningar) mellan elementen i den integrerade kretsen, såväl som mellan dessa element och kontakter för anslutning av externa kretsar. För att göra detta sprayas ett tunt lager av aluminium på substratet, som lägger sig i form av en tunn film. Den utsätts för fotolitografisk bearbetning och etsning liknande de som beskrivits ovan. Som ett resultat återstår endast tunna ledande linjer och kontaktdynor från hela metallskiktet.

Slutligen täcks hela ytan av halvledarchippet med ett skyddande lager (oftast silikatglas), som sedan avlägsnas från kontaktdynorna. Alla tillverkade mikrokretsar utsätts för de strängaste testerna på en kontroll- och testbänk. Defekta kretsar är markerade med en röd prick. Slutligen skärs kristallen till individuella chipplattor, som var och en är innesluten i ett hållbart hölje med ledningar för anslutning till externa kretsar.

Komplexiteten hos en integrerad krets kännetecknas av en indikator som kallas graden av integration. Integrerade kretsar med mer än 100 element kallas lågintegrationskretsar; kretsar som innehåller upp till 1000 element - integrerade kretsar med medelhög integrationsgrad; kretsar som innehåller upp till tiotusentals element kallas stora integrerade kretsar. Kretsar som innehåller upp till en miljon element tillverkas redan (de kallas ultrastora). Den gradvisa ökningen av integrationen har lett till att systemen för varje år blir mer och mer miniatyrliga och följaktligen mer och mer komplexa.

Stor mängd elektroniska apparater, som tidigare hade stora dimensioner, fick nu plats på en liten silikonwafer. En extremt viktig händelse på denna väg var skapandet 1971 av det amerikanska företaget Intel av en enda integrerad krets för att utföra aritmetiska och logiska operationer - en mikroprocessor. Detta innebar ett grandiost genombrott av mikroelektroniken inom datateknikområdet.

Läsa och skriva användbar

Populär i kategorin: