Entegre bir kurulun yaratılışının tarihi. Bir dizi mikro devre. IC'lerin ve test devrelerinin fonksiyonel kontrolü
giriiş
İlk bilgisayarların ortaya çıkışından bu yana yazılım geliştiricileri, problemlerini tam olarak çözecek donanımların hayalini kurdular. Bu nedenle, belirli bir görevi etkili bir şekilde gerçekleştirmek üzere uyarlanabilecek özel entegre devreler oluşturma fikri, uzun süredir ortaya çıkıyor. Burada iki geliştirme yolu vardır:
- Özel olarak adlandırılan özel entegre devrelerin (ASIC - Uygulamaya Özel Entegre Devre) kullanımı. Adından da anlaşılacağı gibi bu tür çipler üreticiler tarafından üretiliyor donanım Belirli bir görevi veya görev yelpazesini etkili bir şekilde gerçekleştirmek için özel olarak üretilmiştir. Geleneksel mikro devrelerin çok yönlülüğüne sahip değiller, ancak kendilerine verilen görevleri bazen büyüklük sırasına göre çok daha hızlı çözüyorlar.
- Yeniden yapılandırılabilir mimariye sahip mikro devrelerin oluşturulması. Buradaki fikir, bu tür çiplerin geliştiriciye veya yazılım kullanıcısına programlanmamış bir durumda ulaşması ve kendisine en uygun mimariyi bunlara uygulayabilmesidir. Gelin bunların oluşum süreçlerine daha yakından bakalım.
Zamanla, yeniden yapılandırılabilir mimariye sahip çok sayıda farklı yonga ortaya çıktı (Şekil 1).
Şekil 1 Yeniden yapılandırılabilir mimariye sahip çeşitli yongalar
Uzun bir süre piyasada yalnızca PLD (Programlanabilir Mantıksal Cihaz) cihazları mevcuttu. Bu sınıf, atanan problemleri mükemmel bir ayırıcı formda çözmek için gerekli fonksiyonları uygulayan cihazları içerir. normal şekil(mükemmel DNF). İlk olarak 1970 yılında ortaya çıkanlar, özellikle PLD cihazları sınıfına ait olan EEPROM çipleridir. Her devre, programlanabilir bir VEYA mantık fonksiyonları setine bağlı sabit bir AND mantık fonksiyonları dizisine sahipti. Örneğin, 3 girişi (a, b ve c) ve 3 çıkışı (w, x ve y) olan bir PROM'u düşünün (Şekil 2).
Pirinç. 2. PROM çipi
Önceden tanımlanmış bir AND dizisi kullanılarak, giriş değişkenleri üzerindeki tüm olası bağlaçlar uygulanır ve bunlar daha sonra OR öğeleri kullanılarak isteğe bağlı olarak birleştirilebilir. Böylece çıktıda üç değişkenin herhangi bir fonksiyonunu mükemmel bir DNF biçiminde uygulayabilirsiniz. Örneğin, Şekil 2'de kırmızı daire içine alınmış OR elemanlarını programlarsanız, çıktılar w=a x=(a&b) ; fonksiyonlarını üretecektir. y=(a&b)^c.
Başlangıçta, PROM yongalarının program talimatlarını ve sabit değerleri saklaması amaçlanmıştı; bilgisayar hafıza fonksiyonlarını gerçekleştirmek için. Ancak geliştiriciler bunları basit mantık işlevlerini uygulamak için de kullanır. Aslında çipin PROM'u, az sayıda girişe sahip olması koşuluyla herhangi bir mantıksal bloğu uygulamak için kullanılabilir. Bu durum, EEPROM mikro devrelerinde AND elemanlarının matrisinin kesin olarak tanımlanmış olmasından kaynaklanmaktadır - girişlerden gelen tüm olası bağlantılar burada uygulanmaktadır, yani AND elemanlarının sayısı 2 * 2 n'ye eşittir, burada n - giriş sayısı. N sayısı arttıkça dizinin boyutunun çok hızlı büyüdüğü açıktır.
Daha sonra, 1975'te programlanabilir mantık dizileri (PLM'ler) ortaya çıktı. Bunlar mikro devrelerin PROM'ları fikrinin bir devamıdır - PLM'ler ayrıca AND ve OR dizilerinden oluşur, ancak PROM'lardan farklı olarak her iki dizi de programlanabilir. Bu, bu tür çipler için daha fazla esneklik sağlar, ancak bunlar hiçbir zaman yaygın olmamıştır çünkü sinyallerin programlanabilir bağlantılarda seyahat etmesi, önceden tanımlanmış benzerlerine göre çok daha uzun sürer.
PLM'lerin doğasında olan hız problemini çözmek için, 1970'lerin sonlarında programlanabilir dizi mantığı (PAL) adı verilen başka bir cihaz sınıfı ortaya çıktı. PAL çipleri fikrinin daha da gelişmesi, CMOS transistörlerini kullanan daha karmaşık PAL çeşitleri olan GAL (Genel Dizi Mantığı) cihazlarının ortaya çıkmasıydı. Burada kullanılan fikir, PROM yongaları fikrinin tam tersidir - programlanabilir bir AND öğeleri dizisi, önceden tanımlanmış bir OR öğeleri dizisine bağlanır (Şekil 3).
Pirinç. 3. Programlanmamış PAL cihazı
Bu, işlevselliğe bir sınırlama getirir, ancak bu tür cihazlar, EPROM yongalarına göre önemli ölçüde daha küçük diziler gerektirir.
Basit PLD'lerin mantıksal bir devamı, programlanabilir bir anahtarlama matrisi ile birleştirilen birkaç basit PLD bloğundan (genellikle PAL cihazları basit PLD'ler olarak kullanılır) oluşan karmaşık PLD'lerin ortaya çıkmasıydı. Bu anahtar matrisini kullanarak PLD bloklarının yanı sıra aralarındaki bağlantıları da programlamak mümkündü. İlk karmaşık PLD'ler 20. yüzyılın 70'li yılların sonlarında ve 80'li yılların başlarında ortaya çıktı, ancak bu alandaki ana gelişme, Altera'nın CMOS ve EPROM teknolojilerinin birleşimine dayanan karmaşık bir PLD'yi piyasaya sürdüğü 1984 yılında meydana geldi.
FPGA'nın ortaya çıkışı
1980'lerin başında dijital ASIC ortamında ana cihaz türleri arasında bir boşluk açıldı. Bir tarafta, her özel görev için programlanabilen ve üretimi oldukça kolay olan ancak karmaşık işlevleri uygulamak için kullanılamayan PLD'ler vardı. Öte yandan, son derece karmaşık işlevleri yerine getirebilen, ancak katı bir şekilde sabitlenmiş bir mimariye sahip olan ve üretimi zaman alıcı ve pahalı olan ASIC'ler de vardır. Bir ara bağlantıya ihtiyaç duyuldu ve FPGA (Alan Programlanabilir Kapı Dizileri) cihazları böyle bir bağlantı haline geldi.
FPGA'ler, PLD'ler gibi programlanabilir cihazlardır. FPGA ve PLD arasındaki temel temel fark, FPGA'daki işlevlerin DNF kullanılarak değil, programlanabilir arama tabloları (LUT'lar) kullanılarak uygulanmasıdır. Bu tablolarda, fonksiyon değerleri, bir çoklayıcı kullanılarak gerekli sonucun seçildiği bir doğruluk tablosu kullanılarak belirtilir (Şekil 4):
Pirinç. 4. Yazışma tablosu
Her FPGA cihazı, yine programlanabilir bağlantılarla birbirine bağlanan programlanabilir mantık bloklarından (Yapılandırılabilir Mantık Blokları - CLB'ler) oluşur. Bu tür blokların her biri, belirli bir işlevi veya bunun bir kısmını programlamak için tasarlanmıştır, ancak örneğin bellek olarak başka amaçlar için de kullanılabilir.
80'li yılların ortalarında geliştirilen ilk FPGA cihazlarında mantık bloğu oldukça basitti ve bir adet 3 girişli LUT, bir adet flip-flop ve az sayıda yardımcı eleman içeriyordu. Modern FPGA cihazları çok daha karmaşıktır: her CLB bloğu, her biri birkaç LUT tablosu (genellikle 6 giriş), birkaç tetikleyici ve çok sayıda hizmet öğesi içeren 1-4 "dilimden" oluşur. İşte modern bir "dilim" örneği:
Pirinç. 5. Modern bir "kesim" cihazı
Çözüm
PLD cihazları karmaşık fonksiyonları gerçekleştiremediği için basit fonksiyonları uygulamak için kullanılmaya devam etmektedir. taşınabilir aletler ve iletişim, 1000 kapı boyutuna kadar değişen FPGA cihazları (1985'te geliştirilen ilk FPGA) şu an 10 milyon geçit sınırını aştı (Virtex-6 ailesi). Aktif olarak gelişiyorlar ve halihazırda ASIC çiplerinin yerini alıyorlar, bu da yeniden programlama yeteneğini kaybetmeden çeşitli son derece karmaşık işlevlerin uygulanmasına izin veriyor.
Şimdi, az çok gelişmiş Cep telefonları bırakın tabletleri, dizüstü bilgisayarları ve masaüstü bilgisayarları, mikroişlemci olmadan bile yapamazsınız kişisel bilgisayarlar. Mikroişlemci nedir ve yaratılış tarihi nasıl gelişti? Basit bir dille ifade etmek gerekirse, mikroişlemci daha karmaşık ve çok işlevli bir entegre devredir.
Mikro devrenin (entegre devre) tarihi başlıyor 1958'den beri Amerikan Texas Instruments şirketinin bir çalışanı olan Jack Kilby, bir durumda birkaç transistör içeren ve iletkenlerle bağlanan belirli bir yarı iletken cihaz icat ettiğinde. Mikroişlemcinin atası olan ilk mikro devre yalnızca 6 transistör içeriyordu ve üzerine altın izleri uygulanan ince bir germanyum plakasıydı.Tüm bunlar bir cam alt tabakanın üzerine yerleştirilmişti. Karşılaştırma için bugün birimler ve hatta on milyonlarca yarı iletken eleman var.
1970 yılına kadar pek çok üretici, çeşitli kapasitelerde ve farklı işlevsel alanlarda entegre devrelerin geliştirilmesi ve oluşturulmasıyla uğraştı. Ancak bu yıl ilk mikroişlemcinin doğum tarihi olarak kabul edilebilir. Bu yıl Intel, yalnızca 1 Kbit kapasiteli bir bellek yongası yarattı; bu, modern işlemciler için ihmal edilebilir, ancak o zaman için inanılmaz derecede büyüktü. O zamanlar bu çok büyük bir başarıydı - bellek yongası, benzer analoglardan çok daha yüksek olan 128 bayta kadar bilgi depolayabiliyordu. Buna ek olarak, hemen hemen aynı sıralarda, Japon hesap makinesi üreticisi Busicom, çeşitli işlevsel alanlardaki aynı Intel 12 mikro devrelerini sipariş etti. Intel uzmanları 12 işlevsel alanın tümünü tek bir çipte uygulamayı başardılar. Üstelik oluşturulan mikro devrenin, fiziksel yapıyı değiştirmeden işlevlerini programlı olarak değiştirmeyi mümkün kıldığı için çok işlevli olduğu ortaya çıktı. Mikro devre, kontrol pinlerine gönderilen komutlara bağlı olarak belirli işlevleri yerine getirdi.
Bir yıl içerisinde 1971'de Intel, kod adı 4004 olan ilk 4 bitlik mikroişlemciyi piyasaya sürdü. 6 transistörlü ilk mikro devreyle karşılaştırıldığında, 2,3 bin kadar yarı iletken eleman içeriyordu ve saniyede 60 bin işlem gerçekleştiriyordu. O zamanlar bu, mikroelektronik alanında büyük bir atılımdı. 4 bit, 4004'ün 4 bitlik verileri aynı anda işleyebileceği anlamına geliyordu. İki yıl daha 1973'teŞirket, halihazırda 8 bitlik verilerle çalışan 8 bitlik bir işlemci 8008 üretiyor. Başlangıç 1976'dan beri, şirket 8086 mikroişlemcinin 16 bitlik bir versiyonunu geliştirmeye başladı, ilk IBM kişisel bilgisayarlarında kullanılmaya başlayan ve aslında yapı taşlarından birini oluşturan oydu.
Analog ve dijital mikro devreler seri olarak üretilmektedir. Bir seri, tek bir tasarıma ve teknolojik tasarıma sahip ve ortak kullanıma yönelik bir grup mikro devredir. Aynı serideki mikro devreler, kural olarak aynı güç kaynağı voltajlarına sahiptir ve giriş ve çıkış dirençleri ve sinyal seviyeleri açısından eşleştirilir.
Konutlar
Mikro devreler iki tasarım seçeneğinde mevcuttur - paketlenmiş ve kutusuz.
Mikro devre muhafazası, dış etkenlere karşı koruma sağlamak ve pimler aracılığıyla harici devrelerle elektrik bağlantısı sağlamak için tasarlanmış bir destek sistemi ve yapının bir parçasıdır. Vakalar, bitmiş ürünlerin üretim teknolojisini basitleştirmek için standartlaştırılmıştır.
Paketsiz bir mikro devre, hibrit bir mikro devre veya mikro montaja kurulum için tasarlanmış yarı iletken bir kristaldir (baskılı devre kartına doğrudan montaj mümkündür).
Belirli isimler
Intel, bir mikroişlemcinin (İngilizce mikroişlemci) - Intel 4004 işlevlerini yerine getiren bir çip üreten ilk kişi oldu. Geliştirilmiş 8088 ve 8086 mikroişlemcilerine dayanarak IBM, ünlü kişisel bilgisayarlarını piyasaya sürdü)
Mikroişlemci bilgisayarın çekirdeğini oluşturur; çevre birimleriyle iletişim gibi ek işlevler özel olarak tasarlanmış yonga setleri (yonga seti) kullanılarak gerçekleştirildi. İlk bilgisayarlar için, setler halindeki mikro devrelerin sayısı onlarca ve yüzlerce idi. modern sistemler Bu bir, iki veya üç mikro devreden oluşan bir settir. Son zamanlarda yonga seti işlevlerinin (bellek denetleyicisi, PSI Express veri yolu denetleyicisi) kademeli olarak işlemciye aktarılmasına yönelik bir eğilim ortaya çıktı.
Dahili RAM ve ROM'a, belleğe ve G/Ç denetleyicilerine ve diğer ek işlevlere sahip mikroişlemcilere mikrodenetleyiciler denir.
Yasal koruma
Rus mevzuatı entegre devre topolojilerine yasal koruma sağlamaktadır. Topoloji entegre devre entegre bir devrenin elemanları kümesinin mekansal-geometrik düzeni ve maddi bir ortama kaydedilen aralarındaki bağlantılardır (Rusya Federasyonu Medeni Kanunu'nun 1448. Maddesi).
Topolojiye ilişkin münhasır hak on yıl süreyle geçerlidir. Bu süre zarfında, telif hakkı sahibi, kendi takdirine bağlı olarak topolojiyi Federal Fikri Mülkiyet, Patent ve Ticari Marka Hizmetine kaydettirebilir.
Yaratılış tarihi
7 Mayıs 1952'de İngiliz radyo mühendisi Geoffrey Dummer, birden fazla standart elektronik bileşeni monolitik bir yarı iletken çipe entegre etme fikrini ilk kez önerdi ve bir yıl sonra Harwick Johnson, bir prototip entegre devre (IC) için ilk patent başvurusunu yaptı. . O yıllarda bu önerilerin hayata geçirilmesi teknolojinin yeterince gelişmemesi nedeniyle gerçekleşememişti.
1958'in sonu ve 1959'un ilk yarısında yarı iletken endüstrisinde bir atılım gerçekleşti. Üç özel Amerikan şirketini temsil eden üç adam, entegre devrelerin oluşturulmasını engelleyen üç temel sorunu çözdü. Texas Instruments'tan Jack Kilby, entegrasyon ilkesinin patentini aldı, IC'nin ilk kusurlu prototiplerini yarattı ve bunları seri üretime getirdi. Sprague Electric Company'den Kurt Legowec, tek bir yarı iletken çip (p-n bağlantı yalıtımı) üzerinde oluşturulan bileşenlerin elektriksel olarak yalıtılması için bir yöntem icat etti. Fairchild Semiconductor'dan Robert Noyce, IC bileşenlerini elektriksel olarak birbirine bağlamak için bir yöntem icat etti (alüminyum metalizasyon) ve Jean Erny'nin en son düzlemsel teknolojisine dayanan gelişmiş bir bileşen yalıtımı versiyonu önerdi. 27 Eylül 1960'ta Jay Last'in grubu uygulanabilir ilk örneği yarattı. yarı iletken Fikri mülkiyet Noyce ve Ernie'nin fikirlerine dayanmaktadır. Kilby'nin buluşunun patentine sahip olan Texas Instruments, rakiplerine karşı bir patent savaşı başlattı ve bu savaş, 1966'da çapraz lisanslama teknolojilerine ilişkin bir uzlaşma anlaşmasıyla sona erdi.
Bahsedilen serinin ilk mantık IC'leri tam anlamıyla standart boyutları ve konfigürasyonları teknolojik süreç tarafından belirlenen bileşenler. Belirli bir ailenin mantık IC'lerini tasarlayan devre tasarımcıları aynı standart diyotlar ve transistörlerle çalışıyordu. 1961-1962'de önde gelen Sylvania geliştiricisi Tom Longo, onu ilk kez tek bir entegre devrede kullanarak tasarım paradigmasını kırdı. çeşitli Devredeki işlevlerine bağlı olarak transistörlerin konfigürasyonları. 1962'nin sonunda Sylvania, Longo tarafından geliştirilen ilk transistör-transistör mantığı (TTL) ailesini piyasaya sürdü; tarihsel olarak piyasada uzun vadeli bir yer edinmeyi başaran ilk entegre mantık türü. Analog devrelerde bu seviyede bir atılım 1964-1965'te Fairchild işlemsel yükselteç tasarımcısı Bob Widlar tarafından yapıldı.
SSCB'deki ilk yarı iletken entegre devre, 1960'ların başlarında NII-35'te (daha sonra Pulsar Araştırma Enstitüsü olarak yeniden adlandırıldı) geliştirilen ve daha sonra NIIME'ye (Mikron) aktarılan bir ekip tarafından geliştirilen düzlemsel teknoloji temelinde oluşturuldu. İlk yerli silikon entegre devrenin oluşturulması, TC-100 serisi entegre silikon devrelerin (37 eleman - bir flip-flop'un devre karmaşıklığına eşdeğer, Amerikan entegresinin bir analogu) askeri kabulü ile geliştirilmesi ve üretilmesi üzerine yoğunlaştı. Texas Instruments'tan SN-51 serisi IC'ler). Silikon entegre devrelerin çoğaltılması için prototip numuneleri ve üretim numuneleri ABD'den temin edildi. Çalışma, balistik füze yönlendirme sistemi için otonom bir altimetrede kullanılmak üzere bir savunma emri için NII-35 (yönetici Trutko) ve Fryazino Yarı İletken Fabrikasında (yönetici Kolmogorov) gerçekleştirildi. Geliştirme, TS-100 serisinin altı standart entegre silikon düzlemsel devresini içeriyordu ve pilot üretimin organizasyonuyla birlikte NII-35'te (1962'den 1965'e kadar) üç yıl sürdü. Fryazino'da askeri kabulle fabrika üretimini geliştirmek iki yıl daha aldı (1967)
İlk entegre devreler
Resmi tarihin 50. yıldönümüne adandı
B. Malaşeviç
12 Eylül 1958'de Texas Instruments (TI) çalışanı Jack Kilby, yönetime üç garip cihazı gösterdi: cam bir alt tabaka üzerine balmumu ile birbirine yapıştırılmış 11,1 x 1,6 mm ölçülerindeki iki silikon parçasından yapılmış cihazlar (Şekil 1). Bunlar üç boyutlu maketlerdi; jeneratörün entegre devresinin (IC) prototipleriydi ve tüm devre elemanlarının tek bir yarı iletken malzemeye dayalı olarak üretilme olasılığını kanıtlıyordu. Bu tarih elektronik tarihinde entegre devrelerin doğum günü olarak kutlanmaktadır. Ama öyle mi?
Pirinç. 1. İlk IP'nin J. Kilby tarafından düzenlenmesi. Fotoğraf http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html sitesinden
1950'lerin sonuna gelindiğinde, elektronik ekipmanı (REA) ayrı elemanlardan birleştirme teknolojisi yeteneklerini tüketmişti. Dünya ciddi bir REA kriziyle karşı karşıyaydı; radikal önlemler alınması gerekiyordu. Bu zamana kadar, hem yarı iletken cihazların hem de kalın film ve ince film seramik devre kartlarının üretimine yönelik entegre teknolojiler, ABD ve SSCB'de endüstriyel olarak zaten ustalaşmıştı; yani, çoklu elementler yaratarak bu krizin üstesinden gelmenin önkoşulları olgunlaşmıştı. standart ürünler - entegre devreler.
Entegre devreler (yongalar, IC'ler), tüm benzer elemanların tek bir teknolojik döngüde aynı anda üretildiği, değişen karmaşıklığa sahip elektronik cihazları içerir; entegre teknolojiyi kullanıyor. Baskılı devre kartlarının (tüm bağlantı iletkenlerinin entegre teknoloji kullanılarak aynı anda tek bir döngüde üretildiği) aksine, dirençler, kapasitörler ve (yarı iletken IC'lerde) diyotlar ve transistörler IC'lerde benzer şekilde oluşturulur. Ek olarak, onlarca hatta binlerce sayıda entegre aynı anda üretilmektedir.
IC'ler, elektronik ekipmanlarda ortak kullanıma yönelik, çeşitli fonksiyonel amaçlar için bir dizi mikro devreyi birleştiren, endüstri tarafından seri şeklinde geliştirilmekte ve üretilmektedir. Seri IC'ler standart bir tasarıma ve birleşik bir elektrik ve diğer özellikler sistemine sahiptir. IC'ler, üretici tarafından çeşitli tüketicilere, belirli bir standart gereksinimler sistemini karşılayan bağımsız ticari ürünler olarak sağlanır. Entegreler tamir edilemeyen ürünlerdir; elektronik ekipmanı onarırken arızalı entegreler değiştirilir.
İki ana IC grubu vardır: hibrit ve yarı iletken.
Hibrit IC'lerde (HIC'ler), tüm iletkenler ve pasif elemanlar, entegre teknoloji kullanılarak bir mikro devre alt katmanının (genellikle seramik) yüzeyinde oluşturulur. Paketsiz diyotlar, transistörler ve yarı iletken IC kristalleri formundaki aktif elemanlar alt tabakaya ayrı ayrı, manuel veya otomatik olarak monte edilir.
Yarı iletken IC'lerde, bağlantı, pasif ve aktif elemanlar, yarı iletken bir malzemenin (genellikle silikon) yüzeyinde, difüzyon yöntemleri kullanılarak hacminin kısmi istilasıyla tek bir teknolojik döngüde oluşturulur. Aynı zamanda, cihazın karmaşıklığına ve kristalinin ve plakasının boyutuna bağlı olarak, bir yarı iletken plaka üzerinde birkaç ondan birkaç bine kadar IC üretilmektedir. Endüstri, standart paketlerde, bireysel çipler veya bölünmemiş levhalar şeklinde yarı iletken IC'ler üretmektedir.
Hibrit (GIS) ve yarı iletken entegre devrelerin dünyaya tanıtılması farklı şekillerde gerçekleşti. GIS, mikro modüllerin ve seramik levha montaj teknolojisinin evrimsel gelişiminin bir ürünüdür. Bu nedenle fark edilmediler; CBS'nin genel kabul görmüş bir doğum tarihi ve genel olarak tanınmış bir yazarı yoktur. Yarı iletken IC'ler, yarı iletken teknolojisinin gelişiminin doğal ve kaçınılmaz bir sonucuydu, ancak kendi doğum tarihleri ve kendi yazarları olan yeni fikirlerin üretilmesini ve yeni teknolojinin yaratılmasını gerektiriyordu. İlk hibrit ve yarı iletken IC'ler SSCB ve ABD'de neredeyse aynı anda ve birbirlerinden bağımsız olarak ortaya çıktı.
İlk hibrit IC'ler
Hibrit IC'ler, pasif elemanların imalatının entegre teknolojisini aktif elemanların kurulumu ve montajı için bireysel (manuel veya otomatik) teknolojiyle birleştiren IC'leri içerir.
1940'ların sonlarında ABD'deki Centralab şirketi, daha sonra diğer şirketler tarafından geliştirilen kalın film seramik bazlı baskılı devre kartlarının üretimi için temel prensipleri geliştirdi. Temel, baskılı devre kartlarının ve seramik kapasitörlerin üretim teknolojisiydi. Baskılı devre kartlarından, bağlantı iletkenlerinin topolojisini oluşturmak için entegre bir teknoloji (serigrafi baskı) aldık. Kapasitörlerden - substrat malzemesi (seramik, genellikle sital), ayrıca macun malzemeleri ve bunların alt tabakaya sabitlenmesinin termal teknolojisi.
Ve 1950'lerin başında RCA şirketi ince film teknolojisini icat etti: çeşitli malzemeleri vakumda püskürterek ve bunları bir maske aracılığıyla özel alt tabakalara yerleştirerek, iletkenleri, dirençleri ve kapasitörleri tek bir cihaz üzerinde birbirine bağlayan çok sayıda minyatür filmin aynı anda nasıl üretileceğini öğrendiler. seramik alt tabaka.
Kalın film teknolojisiyle karşılaştırıldığında ince film teknolojisi, daha küçük boyutlu topoloji elemanlarının daha hassas şekilde üretilmesi olanağını sağladı ancak daha karmaşık ve pahalı ekipmanlar gerektiriyordu. Kalın film veya ince film teknolojisi kullanılarak seramik devre kartları üzerinde üretilen cihazlara “hibrit devreler” adı veriliyor. Hibrit devreler kendi ürettikleri ürünlerin bileşenleri olarak üretildi; her üreticinin kendi tasarımı, boyutları ve işlevsel amaçları vardı; serbest piyasaya girmediler ve bu nedenle çok az biliniyorlar.
Hibrit devreler aynı zamanda mikromodülleri de işgal etti. İlk başta, geleneksel baskılı kablolamayla birleştirilen ayrı pasif ve aktif minyatür elemanlar kullandılar. Montaj teknolojisi karmaşıktı ve büyük oranda el emeği kullanılıyordu. Bu nedenle mikro modüller çok pahalıydı ve kullanımları araç üstü ekipmanlarla sınırlıydı. Daha sonra kalın film minyatür seramik eşarplar kullanıldı. Daha sonra kalın film teknolojisi kullanılarak dirençler üretilmeye başlandı. Ancak kullanılan diyotlar ve transistörler hâlâ ayrı ayrı paketlenmişti.
Mikromodül, içinde paketlenmemiş transistörlerin ve diyotların kullanıldığı ve yapının ortak bir mahfaza içinde kapatıldığı anda hibrit bir entegre devre haline geldi. Bu, montaj sürecini önemli ölçüde otomatikleştirmeyi, fiyatları keskin bir şekilde düşürmeyi ve uygulama kapsamını genişletmeyi mümkün kıldı. Pasif elemanların oluşturulması yöntemine dayanarak, kalın film ve ince film GIS ayırt edilir.
SSCB'deki ilk GIS
SSCB'deki ilk GIS (“Kvant” tipi modüller, daha sonra IS serisi 116 olarak adlandırıldı) 1963 yılında NIIRE'de (daha sonra NPO Leninets, Leningrad) geliştirildi ve aynı yıl pilot tesisi seri üretime başladı. Bu CBS'de, 1962 yılında Riga Yarı İletken Cihazlar Fabrikası tarafından geliştirilen yarı iletken IC'ler “R12-2” aktif elemanlar olarak kullanılmıştır. Bu IC'lerin yaratılış tarihlerinin ve özelliklerinin ayrılmazlığı nedeniyle, onları P12-2'ye ayrılan bölümde birlikte ele alacağız.
Kuşkusuz, Kvant modülleri GIS dünyasında iki seviyeli entegrasyona sahip ilk modüllerdi - aktif elemanlar olarak ayrı paketlenmiş transistörler yerine yarı iletken IC'leri kullanıyorlardı. Tüketiciye bağımsız bir ticari ürün olarak sunulan, yapısal ve işlevsel olarak eksiksiz çok elemanlı ürünler olan GIS dünyasında da ilk olmaları muhtemeldir. Yazar tarafından belirlenen en eski yabancı benzer ürünler aşağıda açıklanan IBM Corporation SLT modülleridir, ancak bunlar ertesi yıl, 1964'te duyuruldu.
ABD'deki ilk CBS
Kalın film CBS'nin yeni IBM System /360 bilgisayarının ana unsur tabanı olarak ortaya çıkışı ilk kez 1964'te IBM tarafından duyuruldu. Görünüşe göre bu, CBS'nin SSCB dışında ilk kullanımıydı; yazar daha önceki örnekleri bulamadı. .
O zamanlar uzman çevrelerde zaten bilinen, Fairchild'in "Micrologic" yarı iletken IC serisi ve TI'nin "SN-51" (onlar hakkında aşağıda konuşacağız) hala erişilemeyecek kadar nadirdi ve ticari uygulamalar için aşırı derecede pahalıydı; büyük bir bilgisayar. Bu nedenle, düz bir mikromodülün tasarımını temel alan IBM şirketi, genel adı altında ("mikromodüllerin" aksine) - "SLT modülleri" (Katı Mantık Teknolojisi - katı) olarak duyurulan kalın film GIS serisini geliştirdi. mantık teknolojisi. Genellikle "katı" kelimesi Rusçaya "katı" olarak çevrilir ve bu kesinlikle mantıksızdır. Aslında, "SLT modülleri" terimi IBM tarafından "mikromodül" teriminin aksine tanıtıldı ve aralarındaki farkı yansıtmalıdır. Ancak her ikisi de modüller “katı”dır, yani bu çeviri “Katı” kelimesinin başka anlamları da vardır – “SLT modülleri” ile “mikromodüller” arasındaki farkı başarılı bir şekilde vurgulayan “katı”, “bütün” - SLT modülleri bölünemez, tamir edilemez, yani "bütün." Genel olarak kabul edilen Rusça çeviriyi kullanmadık: Katı Mantık Teknolojisi - katı mantık teknolojisi).
SLT modülü, bastırılmış dikey pimlere sahip yarım inç kare seramik kalın film mikroplakaydı. Serigrafi baskı kullanılarak (uygulanan cihazın şemasına göre) yüzeyine bağlantı iletkenleri ve dirençler uygulandı ve paketlenmemiş transistörler yerleştirildi. Gerekirse kapasitörler cihaz kartındaki SLT modülünün yanına takıldı. Dışarıdan hemen hemen aynı olmasına rağmen (mikromodüller biraz daha uzundur, Şekil 2.), SLT modülleri daha yüksek eleman yoğunluğu, düşük güç tüketimi, yüksek performansı ve yüksek güvenilirliği açısından düz mikromodüllerden farklıydı. Ek olarak, SLT teknolojisinin otomatikleştirilmesi oldukça kolaydı, bu nedenle ticari ekipmanlarda kullanım için yeterince düşük bir maliyetle büyük miktarlarda üretilebiliyordu. Bu tam olarak IBM'in ihtiyaç duyduğu şeydi. Şirket, SLT modüllerinin üretimi için New York yakınlarındaki East Fishkill'de milyonlarca kopya üreten otomatik bir tesis kurdu.
Pirinç. 2. SSCB mikromodülü ve SLT modülü f. IBM. http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm sitesinden fotoğraf STL
IBM'in ardından diğer şirketler de CBS'nin ticari bir ürün haline geldiği CBS'yi üretmeye başladı. IBM'in düz mikro modüllerinin ve SLT modüllerinin standart tasarımı, hibrit IC'lerin standartlarından biri haline geldi.
İlk yarı iletken IC'ler
1950'lerin sonuna gelindiğinde endüstri, ucuz elektronik ekipman elemanları üretme fırsatına sahipti. Ancak transistörler veya diyotlar germanyum ve silikondan yapılmışsa, dirençler ve kapasitörler başka malzemelerden yapılmıştır. Birçoğu, hibrit devreler oluştururken, ayrı ayrı üretilen bu elemanların montajında herhangi bir sorun olmayacağına inanıyordu. Ve eğer standart boyut ve şekildeki tüm elemanları üretmek ve böylece montaj sürecini otomatikleştirmek mümkünse, ekipmanın maliyeti önemli ölçüde azalacaktır. Bu tür bir akıl yürütmeye dayanarak, hibrit teknolojiyi destekleyenler, bunu mikroelektroniğin gelişiminin genel yönü olarak değerlendirdiler.
Ancak herkes bu görüşü paylaşmıyordu. Gerçek şu ki, o dönemde halihazırda yaratılmış olan mesa transistörler ve özellikle düzlemsel transistörler, bir substrat plakası üzerinde birçok transistörün üretimi için bir dizi işlemin aynı anda gerçekleştirildiği grup işlemeye uyarlanmıştır. Yani, bir yarı iletken levha üzerinde aynı anda birçok transistör üretildi. Daha sonra plaka, ayrı kasalara yerleştirilen ayrı transistörlere kesildi. Ve sonra ekipman üreticisi transistörleri tek bir cihazda birleştirdi baskılı devre kartı. Bu yaklaşımın saçma olduğunu düşünen insanlar vardı; neden transistörleri ayırıp sonra tekrar bağlıyoruz? Bunları hemen yarı iletken bir levha üzerinde birleştirmek mümkün müdür? Aynı zamanda birçok karmaşık ve pahalı operasyondan da kurtulun! Bu insanlar yarı iletken IC'leri buldular.
Fikir son derece basit ve tamamen açıktır. Ancak çoğu zaman olduğu gibi, ancak birisi bunu ilk kez duyurup kanıtladıktan sonra. Bu durumda olduğu gibi, bunu basitçe duyurmanın çoğu zaman yeterli olmadığını kanıtladı. IC fikri, yarı iletken cihazların üretimi için grup yöntemlerinin ortaya çıkmasından önce 1952'de duyuruldu. Açık yıllık konferans Washington'da düzenlenen elektronik bileşenler üzerine Malvern'deki İngiliz Kraliyet Radar Ofisi çalışanı Jeffrey Dummer, radar ekipmanı bileşenlerinin güvenilirliği hakkında bir rapor sundu. Raporda kehanet niteliğinde bir açıklama yaptı: “ Transistörün ortaya çıkışı ve yarı iletken teknolojisi alanındaki çalışmalarla birlikte, elektronik ekipmanı hiçbir bağlantı teli içermeyen sağlam bir blok şeklinde hayal etmek genellikle mümkündür. Blok, elektriksel işlevleri doğrudan yerine getirebilmeleri için belirli alanların kesildiği yalıtkan, iletken, doğrultucu ve takviye malzemelerinden oluşan katmanlardan oluşabilir.. Ancak bu tahmin uzmanların gözünden kaçtı. Bunu ancak ilk yarı iletken IC'lerin ortaya çıkmasından sonra, yani uzun süredir duyurulan bir fikrin pratik kanıtından sonra hatırladılar. Yarı iletken entegre devre fikrini yeniden icat eden ve uygulayan ilk kişinin biri olması gerekiyordu.
Transistörde olduğu gibi, yarı iletken IC'lerin genel olarak tanınan yaratıcılarının az çok başarılı öncülleri vardı. Dammer, 1956'da fikrini hayata geçirmek için girişimde bulundu ancak başarısız oldu. 1953'te RCA'dan Harvick Johnson, tek çipli osilatörün patentini aldı ve 1958'de Torkel Wallmark ile birlikte "yarı iletken entegre cihaz" konseptini duyurdu. 1956'da Bell Laboratuvarı çalışanı Ross, aşağıdakileri temel alan bir ikili sayaç devresi üretti: n-p-n-p temeli Tek bir kristaldeki yapılar. 1957'de Japon MITI şirketinden Yasuro Taru, çeşitli transistörleri tek bir kristalde birleştirmek için patent aldı. Ancak tüm bunlar ve benzeri gelişmeler özel nitelikteydi, üretime getirilmedi ve entegre elektroniklerin gelişiminin temeli olmadı. Endüstriyel üretimde fikri mülkiyetin geliştirilmesine yalnızca üç proje katkıda bulunmuştur.
Şanslı olanlar, daha önce adı geçen Texas Instruments'tan (TI) Jack Kilby, Fairchild'den Robert Noyce (her ikisi de ABD'den) ve Riga Yarı İletken Cihaz Fabrikası'nın (SSCB) tasarım bürosundan Yuri Valentinovich Osokin'di. Amerikalılar deneysel entegre devre örnekleri yarattı: J. Kilby - bir IC jeneratörünün prototipi (1958) ve ardından mesa transistörlerinde bir tetikleyici (1961), R. Noyce - düzlemsel teknolojiyi kullanan bir tetikleyici (1961) ve Yu. Osokin – mantıksal IC “2NOT-OR” Almanya'da hemen seri üretime geçti (1962). Bu şirketler 1962'de hemen hemen eş zamanlı olarak fikri mülkiyetin seri üretimine başladı.
ABD'deki ilk yarı iletken IC'ler
Jack Kilby'nin IP'si. IS serisi SN - 51”
1958'de J. Kilby (transistörlerin kullanımının öncüsü) işitme cihazları) Texas Instruments'a taşındı. Devre tasarımcısı olarak yeni gelen Kilby, mikro modüllere bir alternatif yaratarak roketlerin mikro modüler dolumunu iyileştirme işine "atıldı". Blokları parçalardan birleştirme seçeneği dikkate alındı standart biçim LEGO figürlerinden oyuncak modellerinin montajına benzer. Ancak Kilby başka bir şeyden etkilenmişti. Belirleyici rol, "yeni bir görünümün" etkisiyle oynandı: ilk olarak, mikro modüllerin çıkmaz sokak olduğunu hemen belirtti ve ikincisi, mesa yapılarına hayran kaldıktan sonra devrenin olması gerektiği (ve yapılabileceği) fikrine geldi. tek bir malzemeden uygulandı - bir yarı iletken. Kilby, Dummer'ın fikrini ve 1956'da onu hayata geçirmeye yönelik başarısız girişimini biliyordu. Analiz ettikten sonra başarısızlığın nedenini anladı ve bunun üstesinden gelmenin bir yolunu buldu. “ Benim kredim bu fikri alıp gerçeğe dönüştürmüş olmamdır.”, J. Kilby daha sonra Nobel konuşmasında söyledi.
Henüz ayrılma hakkını kazanamayınca laboratuvarda herkes dinlenirken müdahale edilmeden çalıştı. 24 Temmuz 1958'de Kilby, Monolitik Fikir adlı bir laboratuvar dergisinde bir kavram formüle etti. Özü şuydu “. ..dirençler, kapasitörler, dağıtılmış kapasitörler ve transistörler gibi devre elemanları, aynı malzemeden yapılmaları koşuluyla tek bir çip halinde entegre edilebilir... Flip-flop devre tasarımında tüm elemanların silikondan yapılmış olması gerekir, dirençler silikonun hacim direncini ve kapasitörler - p-n bağlantılarının kapasitansını kullanır". "Monolit fikri", Texas Instruments yönetiminin küçümseyici ve ironik bir tavrıyla karşılaştı; bu yönetim, transistörlerin, dirençlerin ve kapasitörlerin bir yarı iletkenden üretilebileceğinin ve bu tür elemanlardan bir araya getirilmiş bir devrenin çalışabilirliğinin kanıtlanmasını talep etti.
Eylül 1958'de Kilby fikrini gerçekleştirdi; 11,1 x 1,6 mm ölçülerinde iki parça germanyumdan, iki tür difüzyon bölgesi içeren, cam bir altlık üzerine balmumu ile birbirine yapıştırılmış bir jeneratör yaptı (Şekil 1). Bu alanları ve mevcut kontakları kullanarak bir jeneratör devresi oluşturdu ve elemanları termokompresyon kaynağı kullanarak 100 mikron çapında ince altın tellerle bağladı. Bir alandan mesatransistör, diğer alandan ise RC devresi oluşturuldu. Montajı yapılan üç jeneratör şirket yönetimine gösterildi. Elektrik bağlandığında 1,3 MHz frekansında çalışmaya başladılar. Bu 12 Eylül 1958'de oldu. Bir hafta sonra Kilby benzer şekilde bir amplifikatör yaptı. Ancak bunlar henüz entegre yapılar değildi, bunlar yarı iletken IC'lerin üç boyutlu maketleriydi ve tüm devre elemanlarını tek bir malzemeden, bir yarı iletkenden üretme fikrini kanıtlıyordu.
Pirinç. 3. Tetik Tipi 502 J. Kilby. Fotoğraf http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html sitesinden
Kilby'nin tek parça yekpare germanyumdan yapılan ilk gerçek entegre devresi, deneysel Tip 502 tetikleyici IC'ydi (Şekil 3). Hem germanyumun hacim direncini hem de p-n bağlantısının kapasitansını kullandı. Sunumu Mart 1959'da gerçekleşti. Bu tür entegrelerden az sayıda laboratuvar koşullarında üretildi ve küçük bir çevreye 450 dolara satıldı. IC altı element içeriyordu: 1 cm çapında bir silikon levha üzerine yerleştirilmiş dört mesa transistör ve iki direnç Ancak Kilby'nin IC'sinin ciddi bir dezavantajı vardı - mikroskobik "aktif" sütunlar biçiminde diğerlerinin üzerinde yükselen mesa transistörler , kristalin “pasif” kısmı. Kilby IS'de mesa sütunlarının birbirine bağlantısı, herkesin nefret ettiği "kıllı teknoloji" olan ince altın tellerin kaynatılmasıyla sağlanıyordu. Bu tür ara bağlantılarla çok sayıda elemana sahip bir mikro devrenin yapılamayacağı ortaya çıktı - tel ağ kopacak veya yeniden bağlanacaktır. Ve o zamanlar germanyum zaten ümit verici olmayan bir malzeme olarak görülüyordu. Hiçbir gelişme olmadı.
Bu zamana kadar Fairchild düzlemsel silikon teknolojisini geliştirmişti. Bütün bunlar göz önüne alındığında Texas Instruments, Kilby'nin yaptığı her şeyi bir kenara bırakmak ve Kilby olmadan düzlemsel silikon teknolojisine dayalı bir dizi entegre devre geliştirmeye başlamak zorunda kaldı. Ekim 1961'de şirket, SN-51 tipi bir dizi IC'nin oluşturulduğunu duyurdu ve 1962'de ABD Savunma Bakanlığı ve NASA'nın çıkarları doğrultusunda seri üretime ve teslimatlara başladı.
IP'si Robert Noyce'a aittir. IS serisiMikrolojik”
1957'de düzlemsel transistörün mucidi W. Shockley, çeşitli nedenlerden dolayı, kendi fikirlerini uygulamaya çalışmak isteyen sekiz genç mühendisten oluşan bir grup bıraktı. Liderleri R. Noyce ve G. Moore olan, Shockley'in onlara verdiği isimle "Sekiz Hain", Fairchild Semiconductor ("güzel çocuk") şirketini kurdu. Şirketin başında Robert Noyce vardı ve kendisi o zamanlar 23 yaşındaydı.
1958'in sonunda Fairchild Semiconductor'da çalışan fizikçi D. Horney, transistör üretimi için düzlemsel teknoloji geliştirdi. Sprague Electric'te çalışan Çek doğumlu fizikçi Kurt Lehovec ise bileşenleri elektriksel olarak yalıtmak için ters bağlantılı bir n-p bağlantısı kullanan bir teknik geliştirdi. 1959 yılında Kilby'nin entegre devre tasarımını duyan Robert Noyce, Horney ve Lehovec tarafından önerilen süreçleri birleştirerek bir entegre devre oluşturmaya karar verdi. Ve Noyce, ara bağlantıların "kıllı teknolojisi" yerine, yalıtım katmanında bırakılan delikler aracılığıyla elemanların kontaklarına bağlantı sağlayan silikon dioksit yalıtımlı yarı iletken yapıların üzerine ince bir metal katmanının seçici olarak biriktirilmesini önerdi. Bu, aktif elemanların yarı iletkenin gövdesine "daldırılmasını", silikon oksitle yalıtılmasını ve daha sonra bu elemanların fotolitografi, metalizasyon ve dağlama işlemleri kullanılarak oluşturulan püskürtmeli alüminyum veya altın izleriyle bağlanmasını mümkün kıldı. ürün imalatının son aşaması. Böylece, bileşenleri tek bir devrede birleştirmenin gerçekten "yekpare" bir versiyonu elde edildi ve yeni teknolojiye "düzlemsel" adı verildi. Ancak önce fikrin test edilmesi gerekiyordu.
Pirinç. 4. R. Noyce'un deneysel tetikleyicisi. Fotoğraf http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html sitesinden
Pirinç. 5. Micrologic IC'nin Life dergisindeki fotoğrafı. Fotoğraf http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html sitesinden
Ağustos 1959'da R. Noyce, Joy Last'i IC'nin düzlemsel teknolojiye dayalı bir versiyonunu geliştirmek için görevlendirdi. İlk olarak, Kilby gibi, üzerinde 4 transistör ve 5 rezistörün yapıldığı birkaç silikon kristal üzerinde bir tetikleyici prototipi yaptılar. Daha sonra 26 Mayıs 1960'da ilk tek çipli tetik üretildi. İçindeki elemanları izole etmek için ters taraf Silikon levha, epoksi reçineyle doldurulmuş derin oluklarla kazınmıştı. 27 Eylül 1960'da, elemanların ters bağlı bir p-n bağlantısıyla izole edildiği tetiğin üçüncü bir versiyonu üretildi (Şekil 4).
O zamana kadar Fairchild Semiconductor yalnızca transistörlerle ilgileniyordu; yarı iletken IC'ler oluşturacak devre tasarımcıları yoktu. Bu nedenle Sperry Gyroskop'tan Robert Norman devre tasarımcısı olarak davet edildi. Norman, şirketin kendi önerisi üzerine, ilk uygulamasını Minuteman roketinin ekipmanında bulan gelecekteki "Micrologic" IC serisi için temel olarak seçtiği direnç-transistör mantığını biliyordu. Mart 1961'de Fairchild, bu serinin ilk deneysel entegre devresini (altı eleman içeren F-flip-flop: dört bipolar transistör ve 1 cm çapında bir plaka üzerine yerleştirilmiş iki direnç) fotoğrafının yayınlanmasıyla duyurdu (Şekil 5). ) dergide Hayat(10 Mart 1961 tarihli). Ekim ayında 5 IP daha açıklandı. Ve 1962'nin başından itibaren Fairchild, ABD Savunma Bakanlığı ve NASA'nın çıkarları doğrultusunda IC'lerin seri üretimini ve bunların tedarikini başlattı.
Kilby ve Noyce, yenilikleriyle ilgili pek çok eleştiriyi dinlemek zorunda kaldı. Uygun entegre devrelerin pratik veriminin çok düşük olacağına inanılıyordu. Daha sonra% 15'ten yüksek olmayan transistörlerden daha düşük olması gerektiği açıktır (çünkü birkaç transistör içerir). İkincisi, birçok kişi, o zamanlar dirençler ve kapasitörler yarı iletkenlerden yapılmadığı için entegre devrelerde uygunsuz malzemelerin kullanıldığına inanıyordu. Üçüncüsü, çoğu kişi IP'nin onarılamazlığı fikrini kabul edemedi. Pek çok unsurdan yalnızca birinin başarısız olduğu bir ürünü atmak onlara küfür gibi geldi. Entegre devreler ABD askeri ve uzay programlarında başarıyla kullanıldığında tüm şüpheler yavaş yavaş bir kenara bırakıldı.
Fairchild Semiconductor'ın kurucularından biri olan G. Moore, silikon mikroelektroniklerin gelişiminin temel yasasını formüle etti; buna göre entegre devre kristalindeki transistör sayısı her yıl iki katına çıktı. “Moore Yasası” olarak adlandırılan bu yasa, ilk 15 yıl boyunca (1959'dan başlayarak) oldukça net bir şekilde işledi ve ardından yaklaşık bir buçuk yıl içinde bu ikiye katlama gerçekleşti.
Ayrıca, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki fikri mülkiyet endüstrisi hızlı bir şekilde gelişmeye başladı. Amerika Birleşik Devletleri'nde, yalnızca "düzlemsel" odaklı işletmelerin ortaya çıkması için çığ benzeri bir süreç başladı ve bazen haftada bir düzine şirketin kaydedildiği noktaya ulaştı. Eskiler (W. Shockley ve R. Noyce firmaları) için çabalamanın yanı sıra vergi teşvikleri ve Stanford Üniversitesi'nin sağladığı hizmet sayesinde, "yeni gelenler" esas olarak Santa Clara Vadisi'nde (Kaliforniya) kümelendi. Bu nedenle, 1971'de gazeteci ve teknik yeniliklerin popülerleştiricisi Don Hofler'in hafif eliyle "Silikon Vadisi"nin romantik-teknolojik imajının dolaşıma girmesi ve sonsuza kadar yarı iletken teknolojik devriminin Mekke'si ile eşanlamlı hale gelmesi şaşırtıcı değildir. Bu arada, o bölgede daha önce çok sayıda kayısı, kiraz ve erik bahçesiyle ünlü olan ve Shockley şirketinin ortaya çıkmasından önce daha hoş bir isme sahip olan bir vadi var - ne yazık ki şimdi Heart's Delight Vadisi , neredeyse unutuldu.
1962'de Amerika Birleşik Devletleri'nde entegre devrelerin seri üretimi başladı, ancak müşterilere teslimat hacmi yalnızca birkaç bini buldu. Alet yapımı ve elektronik endüstrisinin yeni bir temelde gelişmesinin en güçlü teşviki roket ve uzay teknolojisiydi. Amerika Birleşik Devletleri o zamanlar Sovyetlerle aynı güçlü kıtalararası balistik füzelere sahip değildi ve yükü artırmak için, elektronik teknolojisindeki en son gelişmelerin tanıtılması yoluyla kontrol sistemleri de dahil olmak üzere taşıyıcının kütlesini en aza indirmek zorunda kaldılar. . Texas Instrument ve Fairchild Semiconductor, ABD Savunma Bakanlığı ve NASA ile entegre devrelerin tasarımı ve üretimi için büyük sözleşmeler imzaladı.
SSCB'deki ilk yarı iletken IC'ler
1950'lerin sonlarında Sovyet endüstrisi yarı iletken diyotlar ve transistörler konusunda o kadar çaresizdi ki radikal önlemlerin alınması gerekiyordu. 1959'da Aleksandrov, Bryansk, Voronezh, Riga vb. Yerlerde yarı iletken cihaz fabrikaları kuruldu. Ocak 1961'de, CPSU Merkez Komitesi ve SSCB Bakanlar Konseyi, "Yarı iletken endüstrisinin geliştirilmesi hakkında" başka bir Karar kabul etti. Kiev, Minsk, Erivan, Nalçik ve diğer şehirlerde fabrika ve araştırma enstitülerinin inşaatı.
Yeni fabrikalardan biriyle ilgileneceğiz - yukarıda bahsedilen Riga Yarı İletken Cihazlar Fabrikası (RZPP, birkaç kez adını değiştirdi, basitlik sağlamak için bugün hala faaliyette olan en ünlü olanı kullanıyoruz). İnşaatı devam eden kooperatif teknik okul binası 5300 m2 alana sahip olup, yeni tesis için fırlatma rampası olarak tahsis edilmiş, aynı zamanda özel binanın inşaatına da başlanmıştır. Şubat 1960'a gelindiğinde tesis, ilk cihazların üretimine hazırlık amacıyla Nisan ayında başlayan 32 hizmet, 11 laboratuvar ve pilot üretim oluşturmuştu. Fabrikada halihazırda 350 kişi istihdam ediliyordu; bunlardan 260'ı yıl boyunca Moskova Araştırma Enstitüsü-35'e (daha sonra Pulsar Araştırma Enstitüsü) ve Leningrad Svetlana fabrikasına eğitim görmek üzere gönderildi. Ve 1960 yılı sonunda çalışan sayısı 1.900 kişiye ulaştı. Başlangıçta teknolojik hatlar kooperatif teknik okul binasının yeniden inşa edilen spor salonunda, OKB laboratuvarları ise eski dersliklerde bulunuyordu. Tesis, Mart 1960'ta kuruluş emrinin imzalanmasından 9 ay sonra ilk cihazları (NII-35 tarafından geliştirilen alaşımlı difüzyon ve dönüşüm germanyum transistörleri P-401, P-403, P-601 ve P-602) üretti. Ve Temmuz ayının sonunda ilk bin P-401 transistörünü üretti. Daha sonra diğer birçok transistör ve diyotun üretiminde ustalaştı. Haziran 1961'de yarı iletken cihazların seri üretiminin başladığı özel bir binanın inşaatı tamamlandı.
1961'den bu yana tesis, fotolitografiye dayalı transistör üretiminin mekanizasyonu ve otomasyonu da dahil olmak üzere bağımsız teknolojik ve geliştirme çalışmalarına başladı. Bu amaçla, ilk yerli fotoğraf tekrarlayıcı (fotoğraf damgası) geliştirildi - fotoğraf baskısını birleştirmek ve temas ettirmek için bir kurulum (A.S. Gotman tarafından geliştirildi). KB-1 (daha sonra NPO Almaz, Moskova) ve NIIRE dahil olmak üzere Radyo Endüstrisi Bakanlığı'nın işletmeleri tarafından benzersiz ekipmanların finansmanı ve üretimi konusunda büyük yardım sağlandı. O zamanlar, kendi teknolojik yarı iletken temellerine sahip olmayan küçük boyutlu radyo ekipmanının en aktif geliştiricileri, yeni oluşturulan yarı iletken fabrikalarla yaratıcı bir şekilde etkileşime girmenin yollarını arıyorlardı.
RZPP'de, tesis tarafından oluşturulan Ausma üretim hattına dayalı olarak P401 ve P403 tipi germanyum transistörlerin üretimini otomatikleştirmek için aktif çalışmalar yürütüldü. Baş tasarımcısı (GC) A.S. Gottman, transistör kablolarının mahfazaya kaynaklanmasını kolaylaştırmak için germanyum yüzeyinde transistörün elektrotlarından kristalin çevresine kadar akım taşıyan yollar yapmayı önerdi. Ancak en önemlisi, bu parçalar, ambalajlama olmadan kartlara (bağlantı ve pasif elemanlar içeren) monte edildiklerinde transistörün harici terminalleri olarak kullanılabilir ve bunları doğrudan ilgili kontak pedlerine lehimleyebilir (aslında, hibrit IC'ler oluşturma teknolojisi önerildi). Kristalin akım taşıyan yollarının tahtanın temas yüzeylerini öpüyormuş gibi göründüğü önerilen yöntem, orijinal adını aldı - “öpüşme teknolojisi”. Ancak o dönemde çözülemeyen bir takım teknolojik problemler nedeniyle, esas olarak baskılı devre kartı üzerinde temas kurmanın doğruluğu ile ilgili problemlerle ilgili olarak, "öpücük teknolojisinin" pratik olarak uygulanması mümkün olmadı. Birkaç yıl sonra benzer bir fikir ABD ve SSCB'de hayata geçirildi ve "top uçları" ve "yongadan karta" teknolojisinde geniş uygulama alanı buldu.
Ancak NIIRE dahil RZPP ile işbirliği yapan donanım şirketleri "öpücük teknolojisi"ni umuyordu ve kullanımını planladı. 1962 baharında, uygulamasının süresiz olarak ertelendiği anlaşılınca, NIIRE V.I.'nin baş mühendisi. Smirnov, RZPP S.A.'nın müdürüne sordu. Bergman'a, dijital cihazlar oluşturmak için evrensel olan çok elemanlı bir 2NOR devresini uygulamanın başka bir yolunu bulmasını önerdi.
Pirinç. 7. IC R12-2'nin (1LB021) eşdeğer devresi. 1965 tarihli fikri mülkiyet izahnamesinden çizim.
Yuri Osokin'in ilk IS ve GIS'i. Katı şema R12-2(IS serisi 102 Ve 116 )
RZPP'nin yöneticisi bu görevi genç mühendis Yuri Valentinovich Osokin'e verdi. Teknoloji laboratuvarı, fotoğraf maskelerinin geliştirilmesi ve üretimi için laboratuvar, ölçüm laboratuvarı ve pilot üretim hattından oluşan bir bölüm düzenledik. O dönemde RZPP'ye germanyum diyot ve transistör üretme teknolojisi sağlandı ve yeni gelişmenin temeli olarak alındı. Ve zaten 1962 sonbaharında, germanyum katı devresi 2NOT-OR'un ilk prototipleri elde edildi (o zamanlar IS terimi mevcut olmadığından, o günlerin olaylarına saygımızdan dolayı, "sert devre" adını koruyacağız) - TS), fabrikada “P12-2” adını aldı. P12-2'de 1965'ten kalma bir reklam kitapçığı günümüze ulaşmıştır (Şekil 6), kullanacağımız bilgiler ve resimler. TS R12-2, dağıtılmış bir germanyum p tipi direnç şeklinde ortak bir yüke sahip iki germanyum p - n - p -transistör (P401 ve P403 tipi değiştirilmiş transistörler) içeriyordu (Şekil 7).
Pirinç. 8. IC R12-2'nin yapısı. 1965 tarihli fikri mülkiyet izahnamesinden çizim.
Pirinç. 9. R12-2 aracının boyutsal çizimi. 1965 tarihli fikri mülkiyet izahnamesinden çizim.
Dış kablolar, TC yapısının germanyum bölgeleri ile kurşun iletkenlerin altını arasında ısıl sıkıştırma kaynağıyla oluşturulur. Bu, devrelerin tropik ve deniz sisi koşullarında dış etkiler altında istikrarlı bir şekilde çalışmasını sağlar; bu, bu gelişmeyle de ilgilenen Riga VEF fabrikası tarafından üretilen deniz yarı elektronik otomatik telefon santrallerinde çalışma için özellikle önemlidir.
Yapısal olarak, R12-2 TS (ve sonraki R12-5), 3 mm çapında ve 0,8 mm yüksekliğinde yuvarlak metal bir kaptan bir "tablet" (Şekil 9) şeklinde yapılmıştır. TC kristali içine yerleştirildi ve kristale kaynaklanmış 50 mikron çapında yumuşak altın telden yapılmış uçların kısa dış uçlarının geldiği bir polimer bileşiği ile dolduruldu. P12-2'nin kütlesi 25 mg'ı aşmadı. Bu tasarımda araçlar 40°C ortam sıcaklığında %80 bağıl neme ve -60°C'den 60°C'ye kadar olan döngüsel sıcaklık değişimlerine dayanıklı hale getirildi.
1962'nin sonuna gelindiğinde, RZPP'nin pilot üretimi yaklaşık 5 bin R12-2 aracı üretti ve 1963'te bunlardan on binlercesi üretildi. Böylece 1962 yılı ABD ve SSCB'de mikroelektronik endüstrisinin doğuş yılı oldu.
Pirinç. 10. Gruplar TS R12-2
Pirinç. 11. R12-2'nin temel elektriksel özellikleri
Yarı iletken teknolojisi o zamanlar başlangıç aşamasındaydı ve henüz parametrelerin kesin tekrarlanabilirliğini garanti edemiyordu. Bu nedenle, çalıştırılabilir cihazlar parametre gruplarına ayrıldı (bu genellikle bizim zamanımızda yapılır). Riga sakinleri de aynısını yaptı ve R12-2 aracına 8 standart derecelendirme yerleştirdi (Şekil 10). Diğer tüm elektriksel ve diğer özellikler tüm standart değerler için aynıdır (Şekil 11).
TS R12-2'nin üretimi, 1964 yılında sona eren Ar-Ge “Sertlik” ile eş zamanlı olarak başladı (GK Yu.V. Osokin). Bu çalışmanın bir parçası olarak, germanyum araçlarının seri üretimi için, fotolitografiye ve alaşımların bir fotomask aracılığıyla galvanik biriktirilmesine dayanan gelişmiş bir grup teknolojisi geliştirildi. Başlıca teknik çözümleri Yu.V. Osokin tarafından buluş olarak tescil edilmiştir. ve Mikhalovich D.L. (A.S. No. 36845). Yu.V.'nin çeşitli makaleleri Spetsradioelektronik adlı gizli dergide yayınlandı. Osokina, KB-1 uzmanları I.V. ile işbirliği içinde. Hiçbir şey, G.G. Smolko ve Yu.E. Naumov, R12-2 aracının (ve sonraki R12-5 aracının) tasarımı ve özelliklerinin bir açıklamasıyla birlikte.
P12-2'nin tasarımı her şeyde iyiydi, tek bir şey dışında - tüketiciler bu kadar küçük ürünleri en ince uçlarla nasıl kullanacaklarını bilmiyorlardı. Kural olarak, donanım şirketlerinin bunun için ne teknolojisi ne de ekipmanı vardı. R12-2 ve R12-5'in tüm üretim dönemi boyunca, bunların kullanımı NIIRE, Radyo Endüstrisi Bakanlığı Zhigulevsky Radyo Fabrikası, VEF, NIIP (1978'den beri NPO Radiopribor) ve diğer birkaç işletme tarafından yönetildi. Sorunu anlayan TS geliştiricileri, NIIRE ile birlikte hemen ikinci bir tasarım seviyesi düşündüler ve bu aynı zamanda ekipman yerleşiminin yoğunluğunu da artırdı.
Pirinç. 12. 4 araçlık modül R12-2
1963 yılında NIIRE'de, Kvant'ın tasarım ve geliştirme çalışması (GK A.N. Pelipenko, E.M. Lyakhovich'in katılımıyla) çerçevesinde, dört R12-2 aracını birleştiren bir modül tasarımı geliştirildi (Şekil 12). İnce fiberglas laminattan yapılmış bir mikrokart üzerine, iki ila dört adet R12-2 TC (bir mahfaza içinde) yerleştirildi ve toplu olarak belirli bir uygulama uygulandı. fonksiyonel ünite. Kart üzerine 4 mm uzunluğunda 17'ye kadar pin (sayı belirli bir modül için değişiklik göstermektedir) bastırıldı. Mikrokart, 21.6 µm ölçülerinde damgalı metal bir kaba yerleştirildi. 6,6 mm ve 3,1 mm derinliğindedir ve bir polimer bileşiği ile doldurulmuştur. Sonuç, elemanların çift yalıtımlı olduğu hibrit bir entegre devredir (HIC). Ve daha önce de söylediğimiz gibi, dünyanın iki seviyeli entegrasyona sahip ilk CBS'si ve belki de genel olarak ilk CBS'ydi. Çeşitli mantıksal işlevleri yerine getiren “Quantum” genel adıyla sekiz tip modül geliştirildi. Bu modüllerin bir parçası olarak R12-2 araçları, 150 g'a kadar sabit ivmelere ve 5-2000 Hz frekans aralığında 15 g'ye kadar ivmeyle titreşim yüklerine maruz kaldığında çalışır durumda kaldı.
Kvant modülleri ilk olarak NIIRE'nin pilot üretimi ile üretildi ve daha sonra VEF tesisi de dahil olmak üzere çeşitli tüketicilere tedarik edilen SSCB Radyo Endüstrisi Bakanlığı'nın Zhigulevsky Radyo Fabrikasına aktarıldı.
TS R12-2 ve bunlara dayanan “Kvant” modülleri kendilerini kanıtlamış ve yaygın olarak kullanılmaktadır. 1968'de, ülkedeki entegre devreler için birleşik bir tanımlama sistemi kuran bir standart yayınlandı ve 1969'da - Yarı iletken (NP0.073.004TU) ve hibrit (NP0.073.003TU) IC'ler için genel teknik özellikler birleşik sistem Gereksinimler. Bu gerekliliklere uygun olarak, 6 Şubat 1969'da Entegre Devrelerin Uygulama Merkezi Bürosu (TsBPIMS, daha sonra CDB Dayton, Zelenograd), araç için ShT3.369.001-1TU'nun yeni teknik özelliklerini onayladı. Aynı zamanda ürünün tanımında ilk kez 102 serisine ait “entegre devre” terimi ortaya çıktı.TS R12-2, IS: 1LB021V, 1LB021G, 1LB021ZH, 1LB021I olarak adlandırılmaya başlandı. Aslında bu, çıkış voltajına ve yük kapasitesine göre dört gruba ayrılan tek bir IC'ydi.
Pirinç. 13. 116 ve 117 serisi entegreler
Ve 19 Eylül 1970'te TsBPIMS, IS serisi 116 olarak adlandırılan Kvant modülleri için AB0.308.014TU teknik özelliklerini onayladı (Şekil 13). Seri dokuz IC içeriyordu: 1ХЛ161, 1ХЛ162 ve 1ХЛ163 – çok işlevli dijital devreler; 1LE161 ve 1LE162 – iki ve dört mantıksal öğe 2NOR; 1TP161 ve 1TP1162 – bir ve iki tetikleyici; 1UP161 – güç amplifikatörünün yanı sıra 1LP161 – mantık elemanı 4 giriş ve 4 çıkışta "yasaklama". Bu IC'lerin her biri, toplam 58 IC tipi için çıkış sinyali voltajı ve yük kapasitesi bakımından farklılık gösteren dört ila yedi tasarım seçeneğine sahipti. Tasarımlar IS tanımının dijital kısmından sonra bir harfle işaretlendi, örneğin 1ХЛ161ж. Daha sonra modül yelpazesi genişletildi. 116 serisinin IC'leri aslında hibritti, ancak RZPP'nin talebi üzerine yarı iletken olarak etiketlendiler (tanımdaki ilk rakam “1”, hibrit olanlar “2” olmalıdır).
1972 yılında Elektronik Endüstrisi Bakanlığı ve Radyo Endüstrisi Bakanlığı'nın ortak kararıyla modüllerin üretimi Zhigulevsky Radyo Fabrikasından RZPP'ye devredildi. Bu, 102 serisi entegrelerin uzun mesafelere taşınması olasılığını ortadan kaldırdı, böylece her entegrenin kalıbını mühürleme ihtiyacını ortadan kaldırdılar. Sonuç olarak, hem 102 hem de 116 serisi entegrelerin tasarımı basitleştirildi: 102 serisi entegreleri bileşikle doldurulmuş metal bir kapta paketlemeye gerek yoktu. 102 serisinin teknolojik kaplardaki ambalajlanmamış IC'leri, 116 serisi IC'lerin montajı için komşu bir atölyeye teslim edildi, doğrudan mikrokartlarına monte edildi ve modül muhafazasına kapatıldı.
1970'lerin ortalarında IP belirleme sistemi için yeni bir standart yayınlandı. Bundan sonra örneğin IS 1LB021V, 102LB1V adını aldı.
İkinci IS ve GIS, Yuri Osokin. Katı şema R12-5(IS serisi 103 Ve 117 )
1963'ün başlarında, yüksek frekanslı n - p - n transistörlerin geliştirilmesine yönelik ciddi çalışmalar sonucunda Yu.V. Osokina, orijinal n-germanyum levha üzerindeki p-katmanlarıyla çalışma konusunda geniş bir deneyime sahiptir. Bu ve gerekli tüm teknolojik bileşenlerin varlığı, Osokin'in 1963 yılında yeni teknoloji geliştirmeye ve aracın daha hızlı bir versiyonunu tasarlamaya başlamasına olanak sağladı. 1964 yılında NIIRE'nin emriyle R12-5 aracının ve buna dayalı modüllerin geliştirilmesi tamamlandı. Sonuçlarına göre, Palanga Ar-Ge'si 1965'te açıldı (yardımcısı GK Yu.V. Osokin - D.L. Mikhalovich, 1966'da tamamlandı). R12-5'i temel alan modüller, R12-2'yi temel alan modüllerle aynı Ar-Ge projesi olan "Kvant" çerçevesinde geliştirildi. 102 ve 116 serisi teknik spesifikasyonlarla eş zamanlı olarak, 103 serisi IC (R12-5) için ShT3.369.002-2TU ve 117 serisi IC için AV0.308.016TU teknik özellikleri (103 serisi IC'yi temel alan modüller) belirlendi. onaylı. TS R12-2, üzerlerindeki modüller ve IS serisi 102 ve 116'nın tiplerinin ve standart değerlerinin isimlendirilmesi, sırasıyla TS R12-5 ve IS serisi 103 ve 117'nin isimlendirmesi ile aynıydı. Yalnızca IC kristalinin hızı ve üretim teknolojisi açısından farklıydılar. 117 serisinin tipik yayılma gecikme süresi 55 ns iken 116 serisi için 200 ns idi.
Yapısal olarak R12-5 TS, n tipi substrat ve p + tipi yayıcıların ortak bir topraklama veriyoluna bağlandığı dört katmanlı bir yarı iletken yapıydı (Şekil 14). R12-5 aracının yapımına yönelik ana teknik çözümler Yu.V. Osokin, D.L. Mikhalovich'in icadı olarak kayıtlıdır. Kaydalova Zh.A ve Akmensa Ya.P. (A.S. No. 248847). TC R12-5'in dört katmanlı yapısını üretirken, orijinal germanyum plakada n tipi bir p katmanının oluşturulması önemli bir teknik bilgi birikimiydi. Bu, plakaların yaklaşık 900 ° C sıcaklıkta yerleştirildiği ve çinkonun ampulün diğer ucunda yaklaşık 500 ° C sıcaklıkta yerleştirildiği kapalı bir kuvars ampul içinde çinkonun difüzyonu ile elde edildi. Oluşturulan p katmanındaki TS yapısının yapısı P12-2 TS'ye benzemektedir. Yeni teknoloji, TS kristalinin karmaşık şeklinden kaçınmayı mümkün kıldı. P12-5'li levhalar da orijinal levhanın bir kısmı korunarak arkadan yaklaşık 150 mikron kalınlığa kadar öğütüldü ve daha sonra bireysel dikdörtgen IC çipleri halinde çizildi.
Pirinç. Şekil 14. AS No. 248847'den TS R12-5 kristalinin yapısı. 1 ve 2 – toprak, 3 ve 4 – giriş, 5 – çıkış, 6 – güç
İlkinden sonra pozitif sonuçlar deneysel R12-5 araçlarının üretimi, KB-1'in emriyle dört adet R12-5'li bir araç oluşturulmasını amaçlayan Mezon-2 araştırma projesi açıldı. 1965 yılında düz metal-seramik kasada çalışma örnekleri elde edildi. Ancak P12-5'in üretiminin zor olduğu ortaya çıktı; bunun temel nedeni, orijinal n-Ge levha üzerinde çinko katkılı bir p katmanı oluşturmanın zorluğuydu. Kristalin üretilmesinin emek yoğun olduğu, verim yüzdesinin düşük olduğu ve aracın maliyetinin yüksek olduğu ortaya çıktı. Aynı nedenlerden dolayı, R12-5 TC küçük hacimlerde üretildi ve daha yavaş ancak teknolojik olarak daha gelişmiş R12-2'nin yerini alamadı. Ve Mezon-2 araştırma projesine ara bağlantı sorunları da dahil olmak üzere hiç devam edilmedi.
Bu zamana kadar, Pulsar Araştırma Enstitüsü ve NIIME, germanyum teknolojisine göre en önemli avantajı daha yüksek çalışma sıcaklığı aralığı (+150°C) olan bir dizi avantaja sahip olan düzlemsel silikon teknolojisinin geliştirilmesi konusunda zaten kapsamlı çalışmalar yürütüyordu. silikon için ve germanyum için +70°C) ve doğal silikonun varlığı koruyucu film SiO2. Ve RZPP'nin uzmanlığı analog IC'lerin oluşturulmasına yeniden yönlendirildi. Bu nedenle RZPP uzmanları, entegre devrelerin üretimi için germanyum teknolojisinin geliştirilmesinin uygunsuz olduğunu düşündü. Ancak transistör ve diyot üretiminde germanyum bir süre konumunu kaybetmedi. Yu.V. Osokin, 1966'dan sonra RZPP germanyum düzlemsel düşük gürültülü mikrodalga transistörler GT329, GT341, GT 383 vb. geliştirildi ve üretildi.Yaratılışları Letonya SSCB Devlet Ödülü'ne layık görüldü.
Başvuru
Pirinç. 15. Katı devre modüllerinde aritmetik cihaz. 1965 tarihli TS kitapçığından fotoğraf.
Pirinç. 16. Bir röle ve bir araç üzerinde yapılan otomatik telefon santrali kontrol cihazının karşılaştırmalı boyutları. 1965 tarihli TS kitapçığından fotoğraf.
R12-2 TS ve modüllerinin müşterileri ve ilk tüketicileri, belirli sistemlerin yaratıcılarıydı: Kupol uçak içi uçak sistemi (NIIRE, GK Lyakhovich E.M.) için Gnome bilgisayarı (Şekil 15) ve deniz ve sivil otomatik telefon santralleri. (bitki VEF, GK Misulovin L.Ya.). R12-2, R12-5 araçlarının ve üzerlerindeki modüllerin ve KB-1'in oluşturulmasının tüm aşamalarına aktif olarak katıldı, KB-1'den bu işbirliğinin ana küratörü N.A. Barkanov. Finansmana, ekipman imalatına ve çeşitli modlarda ve çalışma koşullarında araç ve modüllerin araştırılmasına yardımcı oldular.
TS R12-2 ve buna dayalı “Kvant” modülleri ülkedeki ilk mikro devrelerdi. Ve dünyada ilkler arasındaydılar - yalnızca ABD'de Texas Instruments ve Fairchild Semiconductor ilk yarı iletken IC'lerini üretmeye başladı ve 1964'te IBM Corporation, bilgisayarları için kalın film hibrit IC'ler üretmeye başladı. Diğer ülkelerde fikri mülkiyet henüz düşünülmemiştir. Bu nedenle entegre devreler kamuoyunda merak uyandırdı; kullanımlarının etkinliği çarpıcı bir izlenim bıraktı ve reklamlarda öne çıkarıldı. 1965'ten kalma R12-2 aracına ilişkin hayatta kalan kitapçıkta (gerçek uygulamalara dayanarak) şöyle yazıyor: " Yerleşik bilgi işlem cihazlarında katı hal P12-2 devrelerinin kullanılması, bu cihazların ağırlığını ve boyutlarını 10-20 kat azaltmayı, güç tüketimini azaltmayı ve operasyonel güvenilirliği artırmayı mümkün kılar. ... Kontrol sistemlerinde sağlam P12-2 devrelerinin kullanılması ve otomatik telefon santrallerinin bilgi aktarım yollarının değiştirilmesi, kontrol cihazlarının hacminin yaklaşık 300 kat azaltılmasının yanı sıra elektrik tüketimini de önemli ölçüde azaltmayı mümkün kılar (30-50) zamanlar)" . Bu ifadeler, Gnome bilgisayarının aritmetik cihazının fotoğrafları (Şekil 15) ve o dönemde VEF fabrikası tarafından üretilen röle tabanlı ATS rafının kızın avucundaki küçük bir blokla karşılaştırılması (Şekil 16) ile gösterilmiştir. . İlk Riga IC'lerinin çok sayıda başka uygulaması da vardı.
Üretme
Artık IC serisi 102 ve 103'ün üretim hacimlerinin yıllara göre tam bir resmini çizmek zor (bugün RZPP büyük bir fabrikadan küçük bir üretime dönüştü ve birçok arşiv kayboldu). Ancak Yu.V.'nin anılarına göre. Osokin'e göre, 1960'ların ikinci yarısında üretim yılda yüz binlerce, 1970'lerde ise milyonları buluyordu. Hayatta kalan kişisel notlarına göre, 1985 yılında 102 serisi IC'ler üretildi - 4.100.000 adet, 116 serisi modüller - 1.025.000 adet, 103 serisi IC'ler - 700.000 adet, 117 serisi modüller - 175.000 adet .
1989'un sonunda Yu.V. O zamanlar Alpha Production Association'ın genel müdürü olan Osokin, 102, 103, 116 ve 117 serilerinin eskimesi nedeniyle üretimden kaldırılması talebiyle SSCB Bakanlar Konseyi'ne (MIC) bağlı Askeri-Endüstriyel Komisyonun liderliğine başvurdu ve yüksek emek yoğunluğu (25 yılda mikroelektronik ileri gitmekten çok uzaktı), ancak kategorik bir ret aldı. Askeri-Endüstriyel Kompleks Başkan Yardımcısı V.L. Koblov ona uçakların güvenilir bir şekilde uçtuğunu, değiştirmenin hariç tutulduğunu söyledi. SSCB'nin çöküşünden sonra, 1990'ların ortalarına kadar, yani 30 yıldan fazla bir süre boyunca IC serisi 102, 103, 116 ve 117 üretildi. Gnome bilgisayarları hala Il-76 ve diğer bazı uçakların navigasyon kabininde kurulu durumda. "Bu bir süper bilgisayar" diyen pilotlarımız, yabancı meslektaşlarının bu benzeri görülmemiş cihaza olan ilgilerine şaşırdıklarında şaşırmıyorlar.
Öncelikler hakkında
J. Kilby ve R. Noyce'nin öncülleri olmasına rağmen, onlar dünya topluluğu tarafından entegre devrenin mucitleri olarak tanınmaktadır.
R. Kilby ve J. Noyce, firmaları aracılığıyla entegre devre icadı için patent başvurusunda bulundular. Texas Instruments daha önce Şubat 1959'da patent başvurusunda bulundu ve Fairchild o yılın Temmuz ayına kadar bunu yapmadı. Ancak 2981877 numaralı patent Nisan 1961'de R. Noyce'ye verildi. J. Kilby dava açtı ve ancak Haziran 1964'te 3138743 numaralı patentini aldı. Ardından, (nadir bir durumda) "dostluğun kazandığı" bir sonucu olarak, öncelikler konusunda on yıllık bir savaş yaşandı. Sonuçta Temyiz Mahkemesi Noyce'nin teknolojik üstünlük iddiasını onayladı, ancak J. Kilby'nin çalışan ilk mikro devreyi yaratma konusunda itibar edilmesi gerektiğine karar verdi. Ve Texas Instruments ve Fairchild Semiconductor, çapraz lisanslama teknolojileri konusunda bir anlaşma imzaladı.
SSCB'de icatların patentlenmesi, yazarlara güçlük, tek seferlik önemsiz bir ödeme ve ahlaki tatminden başka bir şey vermedi, pek çok icat hiç tescil edilmedi. Ve Osokin'in de acelesi yoktu. Ancak işletmeler için buluşların sayısı göstergelerden biriydi ve bu nedenle yine de kayıt altına alınmaları gerekiyordu. Bu nedenle Yu.Osokina ve D. Mikhalovich, R12-2 aracının icadı için yalnızca 28 Haziran 1966'da 36845 sayılı SSCB Yazar Sertifikasını aldı.
Ve 2000 yılında J. Kilby, fikri mülkiyetin icadı nedeniyle Nobel Ödülü sahiplerinden biri oldu. R. Noyce dünya çapında tanınmadı, 1990 yılında öldü ve yönetmeliklere göre Nobel Ödülü ölümünden sonra verilmiyor. Bu durumda bu tamamen adil değil, çünkü tüm mikroelektronik R. Noyce'un başlattığı yolu izledi. Noyce'nin uzmanlar arasındaki otoritesi o kadar yüksekti ki, o zamanlar Kaliforniya'nın resmi olmayan adını alan Silikon Vadisi (V. Shockley olarak adlandırıldı) bölgesinde çalışan bilim adamları arasında en popüler olduğu için "Silikon Vadisi belediye başkanı" lakabını bile aldı. “Silikon Vadisi Musa'sı”). Ancak J. Kilby'nin (“kıllı” germanyum) yolu bir çıkmaza dönüştü ve şirketinde bile uygulanmadı. Ancak hayat her zaman adil değildir.
Nobel Ödülü üç bilim adamına verildi. Yarısı 77 yaşındaki Jack Kilby tarafından alındı, diğer yarısı ise Rusya Bilimler Akademisi akademisyeni Zhores Alferov ile Santa Barbara'daki Kaliforniya Üniversitesi profesörü Alman-Amerikalı Herbert Kremer arasında paylaştırıldı. yüksek hızlı optoelektronikte kullanılan yarı iletken heteroyapıların geliştirilmesi.
Bu çalışmaları değerlendiren uzmanlar, "Entegre devrelerin elbette ki yüzyılın keşfi olduğunu, toplumu ve dünya ekonomisini derinden etkilediğini" kaydetti. Unutulan J. Kilby için Nobel Ödülü bir sürprizdi. dergisine verdiği röportajda Eurofizik Haberleriİtiraf etti: " O zamanlar sadece elektroniğin ekonomik açıdan gelişmesi için neyin önemli olabileceğini düşünüyordum. Ama o zamanlar elektronik ürünlerin maliyetindeki düşüşün elektronik teknolojilerinde çığ gibi bir büyümeye yol açacağını anlamamıştım.”.
Ve Yu Osokin'in çalışmaları sadece Nobel Komitesi tarafından takdir edilmiyor. Ülkemizde de unutuluyorlar, ülkenin mikroelektronik üretimindeki önceliği korunmuyor. Ve şüphesiz öyleydi.
1950'lerde, bir monolitik kristalde veya bir seramik alt tabaka üzerinde çok elementli ürünlerin (entegre devreler) oluşturulması için malzeme temeli oluşturuldu. Bu nedenle, fikri mülkiyet fikrinin bağımsız olarak birçok uzmanın kafasında neredeyse aynı anda ortaya çıkması şaşırtıcı değildir. Ve yeni bir fikrin uygulanma hızı, yazarın teknolojik yeteneklerine ve üreticinin ilgisine, yani ilk tüketicinin varlığına bağlıydı. Bu bakımdan Yu.Osokin kendisini Amerikalı meslektaşlarından daha iyi bir konumda buldu. Kilby, TI'da yeniydi; hatta şirketin yönetimine, prototipini yaparak monolitik bir devre uygulamanın temel olasılığını kanıtlaması gerekiyordu. Aslında, J. Kilby'nin IP'nin yaratılmasındaki rolü, TI yönetimini yeniden eğitmek ve R. Noyce'yi düzeniyle aktif eyleme geçmeye teşvik etmekten ibarettir. Kilby'nin icadı seri üretime geçmedi. R. Noyce, genç ve henüz güçlü olmayan şirketinde, aslında sonraki mikroelektroniğin temeli haline gelen, ancak yazara hemen teslim olmayan yeni bir düzlemsel teknoloji yaratmaya gitti. Yukarıdakilerle bağlantılı olarak, hem onlar hem de şirketleri, seri üretilen entegre devrelerin oluşturulmasına yönelik fikirlerini pratik olarak uygulamak için çok fazla çaba ve zaman harcamak zorunda kaldı. İlk örnekleri deneysel olarak kaldı, ancak onlar tarafından geliştirilmeyen diğer mikro devreler seri üretime geçti. Üretimden uzak olan Kilby ve Noyce'den farklı olarak fabrika sahibi Yu.Osokin, endüstriyel olarak geliştirilmiş yarı iletken RZPP teknolojilerine güveniyordu ve tüketicilere, NIIRE ve yakındaki VEF tesisinin gelişiminin başlatıcısı olarak ilk araçların garantisini vermişti. bu çalışmada yardımcı oldu. Bu nedenlerden dolayı aracının ilk versiyonu hemen deneysel üretime geçti ve seri üretime sorunsuz bir şekilde geçiş yapıldı ve bu seri üretim 30 yılı aşkın süredir aralıksız devam etti. Böylece TS'yi Kilby ve Noyce'den sonra geliştirmeye başlayan Yu.Osokin (bu yarışmadan haberi yoktu) hızla onlara yetişti. Üstelik Yu Osokin'in çalışmaları hiçbir şekilde Amerikalıların çalışmalarıyla bağlantılı değil, bunun kanıtı, aracının ve içinde uygulanan çözümlerin Kilby ve Noyce mikro devrelerinden mutlak farklılığıdır. Texas Instruments (Kilby'nin icadı değil), Fairchild ve RZPP, 1962'de neredeyse aynı anda kendi IC'lerinin üretimine başladı. Bu, Yu.Osokin'i entegre devrenin mucitlerinden biri olarak R. Noyce ile aynı seviyede ve J. Kilby'den daha fazla görme hakkını verir ve J. Kilby'ye verilen Nobel Ödülünün bir kısmını Yu ile paylaşmak adil olur. Osokin. İki seviyeli entegrasyona sahip ilk CBS'nin (ve muhtemelen genel olarak CBS'nin) icadına gelince, burada öncelik A. NIIRE'den Pelipenko kesinlikle tartışılmaz.
Müzeler için gerekli olan araç ve bunlara dayalı cihazların örneklerini maalesef bulmak mümkün değildi. Yazar, bu tür örnekler veya bunların fotoğrafları için çok minnettar olacaktır.
Entegre devre (IC, mikro devre), çip, mikroçip (İngilizce mikroçip, silikon çip, çip - ince plaka - başlangıçta mikro devre kristalinin bir plakasına atıfta bulunulan terim) - mikroelektronik cihaz - elektronik devre yarı iletken bir alt tabaka (wafer veya film) üzerinde üretilen ve ayrılamayan bir mahfazaya yerleştirilen veya bir mikro montaja dahil edilmişse bu mahfaza olmadan yerleştirilen, keyfi karmaşıklıkta (kristal).
Mikroelektronik, çağımızın en önemli ve birçok kişinin inandığı gibi en önemli bilimsel ve teknik başarısıdır. 16. yüzyılda matbaanın icadı, 18. yüzyılda buhar makinesinin bulunması ve 19. yüzyılda elektrik mühendisliğinin gelişmesi gibi teknoloji tarihindeki dönüm noktalarıyla karşılaştırılmak mümkündür. Bugün bilimsel ve teknolojik devrimden bahsettiğimizde öncelikle mikroelektroniği kastediyoruz. Günümüzün başka hiçbir teknik başarısına benzemeyen bir şekilde, yaşamın tüm alanlarına nüfuz ediyor ve daha dün hayal bile edilemeyen bir gerçeği gerçeğe dönüştürüyor. Buna ikna olmak için cep hesap makinelerini, minyatür radyoları, ev aletlerindeki elektronik kontrol cihazlarını, saatleri, bilgisayarları ve programlanabilir bilgisayarları hatırlamak yeterlidir. Ve bu, uygulama alanının sadece küçük bir kısmı!
Mikroelektronik, ortaya çıkışını ve varlığını yeni bir minyatüraltı elektronik elemanın (bir entegre devre) yaratılmasına borçludur. Aslında bu devrelerin ortaya çıkışı temelde yeni bir buluş değildi - doğrudan yarı iletken cihazların geliştirilmesinin mantığını takip ediyordu. İlk başta, yarı iletken elemanlar henüz yeni kullanılmaya başlandığında, her transistör, direnç veya diyot ayrı ayrı kullanılıyordu, yani kendi bireysel kasasına alınıyor ve ayrı kontakları kullanılarak devreye dahil ediliyordu. Bu, aynı elemanlardan birçok benzer devrenin bir araya getirilmesinin gerekli olduğu durumlarda bile yapıldı.
Yavaş yavaş, bu tür cihazları bireysel elemanlardan bir araya getirmenin değil, bunları hemen ortak bir kristal üzerinde üretmenin daha rasyonel olduğu anlayışı geldi, özellikle de yarı iletken elektronikler bunun için tüm önkoşulları yarattığından. Aslında tüm yarı iletken elemanlar yapı bakımından birbirine çok benzer, aynı çalışma prensibine sahiptir ve yalnızca p-n bölgelerinin göreceli konumlarında farklılık gösterir.
Bunlar p-n bölgeleri hatırladığımız gibi, aynı türden yabancı maddelerin yarı iletken bir kristalin yüzey katmanına eklenmesiyle yaratılır. Ayrıca, yarı iletken elemanların büyük çoğunluğunun güvenilir ve her açıdan tatmin edici çalışması, yüzey çalışma katmanının milimetrenin binde biri kalınlığında olmasıyla sağlanır. En küçük transistörler genellikle yarı iletken çipin yalnızca kalınlığının yalnızca %1'i olan üst katmanını kullanır. Kalan %99, bir taşıyıcı veya substrat görevi görür, çünkü substrat olmadan transistör en ufak bir dokunuşta çökebilir. Sonuç olarak, bireysel elektronik bileşenlerin üretiminde kullanılan teknolojiyi kullanarak, tek bir çip üzerinde bu tür onlarca, yüzlerce ve hatta binlerce bileşenden oluşan tam bir devreyi anında oluşturmak mümkündür.
Bunun faydaları çok büyük olacak. Birincisi, maliyetler hemen azalacaktır (bir mikro devrenin maliyeti genellikle bileşenlerinin tüm elektronik elemanlarının toplam maliyetinden yüzlerce kat daha azdır). İkincisi, böyle bir cihaz çok daha güvenilir olacaktır (deneyimlerin gösterdiği gibi, binlerce ve onbinlerce kez) ve bu çok büyük önem taşımaktadır, çünkü on veya yüzbinlerce elektronik bileşenden oluşan bir devrede bir arıza bulmak, son derece karmaşık bir sorun. Üçüncüsü, bir entegre devrenin tüm elektronik elemanlarının, geleneksel bir devredeki emsallerine göre yüzlerce, binlerce kat daha küçük olması nedeniyle, enerji tüketimleri çok daha düşük ve performansları çok daha yüksektir.
Elektronikte entegrasyonun gelişini müjdeleyen en önemli olay, Texas Instruments'tan Amerikalı mühendis J. Kilby'nin, monolitik bir saf silikon parçası içinde tüm devre için (registerlar, kapasitörler, transistörler ve diyotlar gibi) eşdeğer elemanları elde etme teklifiydi. . Kilby, 1958 yazında ilk entegre yarı iletken devreyi yarattı. Ve zaten 1961'de Fairchild Semiconductor Corporation, bilgisayarlar için ilk seri yongaları piyasaya sürdü: bir çakışma devresi, yarım kaydırmalı kayıt ve bir tetikleyici. Aynı yıl yarı iletken entegre üretimi mantık devreleri Texas şirketi tarafından yönetiliyor.
Ertesi yıl diğer şirketlerin entegre devreleri ortaya çıktı. İÇİNDE Kısa bir zaman entegre tasarımda yaratıldı Çeşitli türler amplifikatörler. 1962'de RCA, bilgisayar depolama aygıtları için entegre bellek matris çipleri geliştirdi. Yavaş yavaş, tüm ülkelerde mikro devrelerin üretimi kuruldu - mikroelektronik çağı başladı.
Bir entegre devrenin başlangıç malzemesi genellikle saf silikondan oluşan ham bir tabakadır. Üzerinde aynı tipte birkaç yüz mikro devre aynı anda üretildiği için nispeten büyük bir boyuta sahiptir. İlk işlem, 1000 derece sıcaklıktaki oksijenin etkisi altında bu plakanın yüzeyinde bir silikon dioksit tabakasının oluşmasıdır. Silikon oksit, mükemmel kimyasal ve mekanik dirençle karakterize edilir ve mükemmel bir dielektrik özelliklerine sahiptir ve altta bulunan silikona güvenilir yalıtım sağlar.
Bir sonraki adım, p veya n iletim bantları oluşturmak için safsızlıkların eklenmesidir. Bunu yapmak için, plaka üzerindeki bireysel elektronik bileşenlere karşılık gelen yerlerden oksit filmi çıkarılır. İstenilen alanların seçimi fotolitografi adı verilen bir işlem kullanılarak gerçekleşir. İlk olarak, tüm oksit tabakası, fotoğraf filminin rolünü oynayan ışığa duyarlı bir bileşik (fotorezist) ile kaplanır - açığa çıkarılabilir ve geliştirilebilir. Bundan sonra yarı iletken kristalin yüzeyinin desenini içeren özel bir fotomask aracılığıyla plaka ultraviyole ışınlarla aydınlatılır.
Işığın etkisi altında, oksit tabakası üzerinde düz bir desen oluşur; maruz kalmayan alanlar açık kalır ve diğer tüm alanlar koyulaşır. Fotorezistörün ışığa maruz kaldığı yerde filmin aside dayanıklı, çözünmeyen bölgeleri oluşur. Daha sonra levha, fotorezisti açıkta kalan alanlardan uzaklaştıran bir solvent ile işlenir. Açıkta kalan alanlardan (ve yalnızca onlardan), silikon oksit tabakası asit kullanılarak kazınır.
Sonuç olarak, silikon oksit doğru yerlerde çözünür ve saf silikonun "pencereleri" açılır, yabancı maddelerin girmesine (ligasyon) hazır olur. Bunu yapmak için, 900-1200 derece sıcaklıktaki substratın yüzeyi, n tipi iletkenlik elde etmek için fosfor veya arsenik gibi istenen safsızlığa maruz bırakılır. Safsızlık atomları saf silikonun derinliklerine nüfuz eder, ancak oksit tarafından itilir. Gofretin bir tür safsızlıkla işlenmesinden sonra, başka bir türle ligasyon için hazırlanır - gofretin yüzeyi yine bir oksit tabakası ile kaplanır, yeni fotolitografi ve aşındırma yapılır, bunun sonucunda yeni "pencereler" oluşturulur. silikon açılır.
Bunu, p-tipi iletkenlik elde etmek için örneğin bor ile yeni bir ligasyon takip eder. Böylece kristalin tüm yüzeyinde doğru yerlerde p ve n bölgeleri oluşur. Bireysel elemanlar arasındaki yalıtım birkaç yolla oluşturulabilir: bir silikon oksit tabakası bu tür bir yalıtım görevi görebilir veya doğru yerlerde p-n bağlantılarını engelleyerek oluşturulabilir.
İşlemenin bir sonraki aşaması, entegre devrenin elemanları arasında ve ayrıca bu elemanlar ile harici devreleri bağlamak için kontaklar arasında iletken bağlantıların (iletken hatlar) uygulanmasıyla ilişkilidir. Bunu yapmak için, alt tabaka üzerine ince bir film şeklinde yerleşen ince bir alüminyum tabakası püskürtülür. Yukarıda anlatılanlara benzer fotolitografik işleme ve aşındırma işlemlerine tabi tutulur. Sonuç olarak, metal katmanın tamamından yalnızca ince iletken çizgiler ve temas pedleri kalır.
Son olarak, yarı iletken çipin tüm yüzeyi koruyucu bir katmanla (çoğunlukla silikat cam) kaplanır ve bu daha sonra temas pedlerinden çıkarılır. Üretilen tüm mikro devreler bir kontrol ve test tezgahında en sıkı testlere tabi tutulur. Arızalı devreler kırmızı noktayla işaretlenmiştir. Son olarak kristal, her biri harici devrelere bağlantı için kabloları olan dayanıklı bir mahfaza içine alınmış ayrı çip plakaları halinde kesilir.
Bir entegre devrenin karmaşıklığı, entegrasyon derecesi adı verilen bir göstergeyle karakterize edilir. 100'den fazla elemanı olan entegre devrelere düşük entegrasyonlu devreler denir; 1000'e kadar eleman içeren devreler - orta derecede entegrasyona sahip entegre devreler; Onbinlere kadar eleman içeren devrelere büyük entegre devreler denir. Bir milyona kadar eleman içeren devreler halihazırda üretilmektedir (bunlara ultra büyük denir). Entegrasyonun kademeli olarak artması, programların her yıl giderek daha minyatür hale gelmesine ve buna bağlı olarak giderek daha karmaşık hale gelmesine yol açmıştır.
Büyük miktar elektronik aletler Daha önce büyük boyutlara sahip olan bu cihaz artık küçük bir silikon tabakanın üzerine sığıyor. Bu yolda son derece önemli bir olay, 1971 yılında Amerikan Intel şirketi tarafından aritmetik ve mantıksal işlemleri gerçekleştirmek için tek bir entegre devrenin (bir mikroişlemci) yaratılmasıydı. Bu, mikroelektroniğin bilgisayar teknolojisi alanında görkemli bir atılımını gerektirdi.
Oku ve yaz kullanışlı
