|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
HISTORIA TECHNOLOGII, TECHNOLOGII, OBIEKTÓW WOKÓŁ NAS
Układ scalony. Historia wynalazku i produkcji
Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas Układ scalony (mikro) (IC, IC, m / s, angielski układ scalony, IC, mikroukład), chip, mikrochip (angielski mikrochip, krzemowy układ scalony, chip - cienka płytka - termin pierwotnie odnosił się do płytki kryształu mikroukładu) - urządzenie mikroelektroniczne - obwód elektroniczny o dowolnej złożoności (kryształ), wykonany na podłożu półprzewodnikowym (płytka lub folia) i umieszczony w nierozłącznej obudowie lub bez niej, jeśli jest zawarty w mikrozespole ki .
Mikroelektronika jest najważniejszym i, jak wielu uważa, najważniejszym osiągnięciem naukowym i technologicznym naszych czasów. Można to porównać z takimi przełomowymi momentami w historii techniki, jak wynalezienie druku w XVI wieku, powstanie maszyny parowej w XVIII wieku i rozwój elektrotechniki w XIX wieku. A jeśli dziś chodzi o rewolucję naukową i technologiczną, to chodzi przede wszystkim o mikroelektronikę. Jak żadne inne techniczne osiągnięcie naszych czasów przenika wszystkie sfery życia i urzeczywistnia to, co wczoraj było po prostu niemożliwe do wyobrażenia. Aby się o tym przekonać, wystarczy pomyśleć o kieszonkowych kalkulatorach, miniaturowych radioodbiornikach, elektronice w urządzeniach gospodarstwa domowego, zegarach, komputerach i programowalnych komputerach. A to tylko niewielka część jego zakresu! Mikroelektronika swoje pochodzenie i samo istnienie zawdzięcza stworzeniu nowego subminiaturowego elementu elektronicznego - zintegrowanego mikroukładu. Pojawienie się tych obwodów w rzeczywistości nie było jakimś całkowicie nowym wynalazkiem - wynikało bezpośrednio z logiki rozwoju urządzeń półprzewodnikowych. Początkowo, gdy elementy półprzewodnikowe dopiero wchodziły do życia, każdy tranzystor, rezystor lub dioda był używany osobno, to znaczy był zamknięty w osobnej obudowie i włączony w obwód za pomocą swoich indywidualnych styków. Robiono to nawet w tych przypadkach, kiedy trzeba było złożyć wiele podobnych obwodów z tych samych elementów. Stopniowo przyszło zrozumienie, że bardziej racjonalne jest nie składanie takich urządzeń z oddzielnych elementów, ale natychmiastowe wytwarzanie ich na jednym wspólnym chipie, zwłaszcza że elektronika półprzewodnikowa stworzyła wszystkie warunki do tego. W rzeczywistości wszystkie elementy półprzewodnikowe są do siebie bardzo podobne pod względem budowy, mają tę samą zasadę działania i różnią się jedynie wzajemnym ułożeniem obszarów pn. Te regiony pn, jak pamiętamy, powstają przez wprowadzenie zanieczyszczeń tego samego typu do warstwy powierzchniowej kryształu półprzewodnikowego. Ponadto zapewniona jest niezawodna i pod każdym względem zadowalająca praca zdecydowanej większości elementów półprzewodnikowych przy grubości warstwy roboczej wierzchniej rzędu tysięcznych milimetra. Najmniejsze tranzystory zwykle wykorzystują tylko górną warstwę kryształu półprzewodnikowego, która stanowi zaledwie 1% jego grubości. Pozostałe 99% działa jako nośnik lub podłoże, ponieważ bez podłoża tranzystor może po prostu zapaść się przy najmniejszym dotknięciu. Dlatego wykorzystując technologię wykorzystywaną do produkcji poszczególnych elementów elektronicznych, możliwe jest natychmiastowe stworzenie kompletnego układu z kilkudziesięciu, setek, a nawet tysięcy takich elementów na jednym chipie. Korzyści z tego będą ogromne. Po pierwsze, koszty natychmiast spadną (koszt mikroukładu jest zwykle setki razy mniejszy niż całkowity koszt wszystkich elementów elektronicznych jego komponentów). Po drugie, takie urządzenie będzie znacznie bardziej niezawodne (jak pokazuje doświadczenie, tysiące i dziesiątki tysięcy razy), a to ma ogromne znaczenie, ponieważ rozwiązywanie problemów w obwodzie dziesiątek lub setek tysięcy elementów elektronicznych staje się niezwykle trudnym problemem . Po trzecie, ze względu na fakt, że wszystkie elementy elektroniczne układu scalonego są setki i tysiące razy mniejsze niż ich odpowiedniki w konwencjonalnym układzie łączonym, ich pobór mocy jest znacznie mniejszy, a prędkość znacznie większa. Kluczowym wydarzeniem, które zwiastowało nadejście integracji w elektronice, była propozycja amerykańskiego inżyniera J. Kilby z Texas Instruments, aby w monolitycznym kawałku czystego krzemu uzyskać równoważne elementy dla całego układu, takie jak rejestry, kondensatory, tranzystory i diody. Kilby stworzył pierwszy zintegrowany układ półprzewodnikowy latem 1958 roku. Już w 1961 roku firma Fairchild Semiconductor Corporation wyprodukowała pierwsze seryjne mikroukłady do komputerów: obwód koincydencji, rejestr półprzesuwny i przerzutnik. W tym samym roku produkcja półprzewodnikowych układów scalonych została opanowana przez Teksas. W następnym roku pojawiły się układy scalone innych firm. W krótkim czasie powstały różne typy wzmacniaczy w układzie zintegrowanym. W 1962 r. RCA opracowała układy scalone z macierzą pamięci do komputerowych urządzeń pamięci masowej. Stopniowo we wszystkich krajach rozpoczęto produkcję mikroukładów - rozpoczęła się era mikroelektroniki. Materiałem wyjściowym dla układu scalonego jest zwykle surowa płytka krzemowa. Ma stosunkowo duży rozmiar, ponieważ jednocześnie wytwarza się na nim kilkaset mikroukładów tego samego typu. Pierwsza operacja polega na tym, że pod wpływem tlenu o temperaturze 1000 stopni na powierzchni tej płyty powstaje warstwa dwutlenku krzemu. Tlenek krzemu charakteryzuje się wysoką odpornością chemiczną i mechaniczną oraz posiada właściwości doskonałego dielektryka, zapewniając niezawodną izolację znajdującego się pod nim krzemu. Kolejnym krokiem jest wprowadzenie zanieczyszczeń w celu utworzenia stref przewodzenia p lub n. W tym celu usuwa się warstwę tlenku z tych miejsc na płycie, które odpowiadają poszczególnym elementom elektronicznym. Wybór pożądanych obszarów odbywa się za pomocą procesu zwanego fotolitografią. Najpierw cała warstwa tlenku pokryta jest związkiem światłoczułym (fotomaską), który pełni rolę kliszy fotograficznej – można ją naświetlać i wywoływać. Następnie, przez specjalną fotomaskę zawierającą wzór powierzchni kryształu półprzewodnikowego, płytkę oświetla się promieniami ultrafioletowymi. Pod wpływem światła na warstwie tlenkowej tworzy się płaski wzór, przy czym obszary nieoświetlone pozostają jasne, a cała reszta - ciemniejące. W miejscu, w którym fotorezystor został wystawiony na działanie światła, tworzą się nierozpuszczalne obszary folii, które są odporne na działanie kwasów. Wafel jest następnie traktowany rozpuszczalnikiem, który usuwa fotorezyst z odsłoniętych obszarów. Z otwartych miejsc (i tylko z nich) warstwa tlenku krzemu jest trawiona kwasem. W efekcie tlenek krzemu rozpuszcza się w odpowiednich miejscach i „okienka” czystego krzemu otwierają się, gotowe do wprowadzenia zanieczyszczeń (ligacji). Aby to zrobić, powierzchnia podłoża w temperaturze 900-1200 stopni jest narażona na pożądane zanieczyszczenia, na przykład fosfor lub arsen, aby uzyskać przewodnictwo typu n. Atomy zanieczyszczeń wnikają głęboko w czysty krzem, ale są odpychane przez jego tlenek. Po przetworzeniu płyty jednym rodzajem zanieczyszczenia przygotowuje się ją do ligacji innym typem - powierzchnia płyty jest ponownie pokryta warstwą tlenku, przeprowadzana jest nowa fotolitografia i trawienie, w wyniku czego nowe „okna” krzemu otwarte. Następnie następuje nowa ligacja, na przykład z borem, w celu uzyskania przewodnictwa typu p. W ten sposób regiony p i n powstają w odpowiednich miejscach na całej powierzchni kryształu. Izolację pomiędzy poszczególnymi elementami można wykonać na kilka sposobów: taką izolację może pełnić warstwa tlenku krzemu lub też w odpowiednich miejscach można utworzyć blokujące złącza pn. Kolejny etap przetwarzania wiąże się z zastosowaniem połączeń przewodzących (przewodów przewodzących) pomiędzy elementami układu scalonego, a także pomiędzy tymi elementami i stykami do łączenia obwodów zewnętrznych. W tym celu na podłożu osadza się cienką warstwę aluminium, która jest osadzana w postaci bardzo cienkiej folii. Poddawany jest obróbce fotolitograficznej i trawieniu, podobnie jak opisane powyżej. W rezultacie z całej warstwy metalu pozostają tylko cienkie linie przewodzące i podkładki. Na koniec cała powierzchnia kryształu półprzewodnikowego pokryta jest warstwą ochronną (najczęściej szkłem krzemianowym), którą następnie usuwa się z podkładek. Wszystkie produkowane mikroukłady poddawane są najsurowszym kontrolom na stanowisku kontrolno-badawczym. Uszkodzone obwody są oznaczone czerwoną kropką. Na koniec kryształ jest cięty na oddzielne płytki mikroukładów, z których każda jest zamknięta w solidnej obudowie z przewodami do podłączenia do obwodów zewnętrznych. Złożoność układu scalonego charakteryzuje wskaźnik zwany stopniem integracji. Układy scalone zawierające ponad 100 elementów nazywane są mikroukładami o niskim stopniu integracji; układy zawierające do 1000 elementów - układy scalone o średnim stopniu integracji; układy zawierające do kilkudziesięciu tysięcy elementów - duże układy scalone. Już powstają układy zawierające do miliona elementów (nazywa się je super-dużymi). Stopniowy wzrost integracji doprowadził do tego, że z każdym rokiem obwody stają się coraz bardziej miniaturowe i tym samym coraz bardziej złożone. Ogromna liczba urządzeń elektronicznych, które kiedyś miały duże rozmiary, mieści się teraz na maleńkiej silikonowej płytce. Niezwykle ważnym wydarzeniem na tej drodze było stworzenie w 1971 roku przez amerykańską firmę Intel jednego układu scalonego do wykonywania operacji arytmetycznych i logicznych - mikroprocesora. Doprowadziło to do wielkiego przełomu w mikroelektronice w dziedzinie technologii komputerowej. Autor: Ryzhov K.V.
▪ Światłowodowa linia komunikacyjna ▪ Zmywarka
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Dane mogą być przechowywane w kurzu ▪ Słuchawki ostrzegają o utracie przytomności ▪ Zapach pacjenta sprawia, że lekarze się mylą
▪ sekcja serwisu Najważniejsze odkrycia naukowe. Wybór artykułu ▪ artykuł Że przyroda nie jest przeciętna, ten region jeszcze nie zginął. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Kto wysłał dzwony na wygnanie? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Chiński cynamon. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ Artykuł o podstawach Wi-Fi. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony