Qark i madh i integruar. Mikroqarqet

Figura 4.8

Këtu dielektriku përbëhet nga dy shtresa: nitridi i silikonit (Si 3 N 4) dhe oksidi i silikonit (SiO 2). Tensioni i pragut mund të ndryshohet duke aplikuar në portën pulse të tensionit të shkurtër (rreth 100 μs) me polaritet të ndryshëm, me një amplitudë të madhe prej 30 ... 50 V. Kur aplikohet një impuls +30 V, tensioni i pragut U ZIPor = Është vendosur -5 V. Ky tension ruhet nëse përdoret një tranzistor ose tension i portës U ЗИ = ± 10V. Në këtë modalitet, tranzistori MOS funksionon si një transistor konvencional MOS me një kanal të induktuar R-lloj.

Kur aplikohet një impuls -30 V, voltazhi i pragut merr vlerën U ZIPor ~ 20 V, siç tregohet në Fig. 4.8, 6 dhe v. Në këtë rast, sinjalet në hyrje të transistorit U ЗИ ± 10 V nuk mund ta nxjerrin tranzitorin nga gjendja e mbyllur. Ky fenomen përdoret në EPROM.

Funksionimi i transistorëve MNOS bazohet në akumulimin e ngarkesës në ndërfaqen midis shtresave të nitridit dhe oksidit. Ky grumbullim është rezultat i rrymave të pabarabarta të përcjelljes në shtresa. Procesi i grumbullimit përshkruhet nga shprehja dq/ dt= Unë sio 2 - Unë si 3 n 4 . Me një tension të madh negativ U ZI në kufi akumulon një ngarkesë pozitive. Kjo është e barabartë me futjen e donatorëve në një dielektrik dhe shoqërohet me një rritje të tensionit të pragut negativ. Me një tension të madh pozitiv U Një ngarkesë negative grumbullohet në kufi. Kjo çon në një ulje të tensionit të pragut negativ. Në tensione të ulëta U Rrymat ZI në shtresat dielektrike zvogëlohen me 10 ... 15 rend të madhësisë, prandaj ngarkesa e akumuluar ruhet për mijëra orë, dhe, për këtë arsye, voltazhi i pragut ruhet gjithashtu.

Ekziston një mundësi tjetër për të ndërtuar një qelizë memorie për EPROM bazuar në transistorë MIS me një dielektrik me një shtresë. Nëse në portë aplikohet një tension mjaft i madh, atëherë avari orteku dielektrike, si rezultat i së cilës elektronet do të grumbullohen në të. Kjo do të ndryshojë tensionin e pragut të tranzitorit. Ngarkesa e elektroneve mbahet për mijëra orë. Për të rishkruar informacionin, duhet të hiqni elektronet nga dielektriku. Kjo arrihet duke ndriçuar kristalin me dritë ultravjollcë, e cila shkakton një efekt fotoelektrik: elektronet rrëzohen nga dielektriku.

Duke përdorur fshirje ultravioletështë e mundur të thjeshtohet dukshëm qarku EPROM. Blloku i përgjithësuar i EPROM me fshirje ultravjollcë (Fig. 4.9) përmban, përveç MNP, një dekoder të sinjalit të adresës (DAS), një pajisje përzgjedhëse kristalore (UVK) dhe një amplifikues buferi (BU) për leximin e informacionit.

Figura 4.9

Sipas diagramit strukturor të dhënë, në veçanti, është bërë një LSI RPZU me një fshirje ultravjollcë të llojit K573RF1 me një kapacitet 8192 bit.

4.8. Konvertuesit D / A

Qëllimi i DAC është të shndërrojë një sinjal dixhital binar në një tension analog ekuivalent. Ky konvertim mund të bëhet duke përdorur qarqet rezistente të paraqitura në Fig. 4.10.

Figura 4.10

Në një DAC me rezistorë me peshë binare (Fig. 4.10, a), kërkohen më pak rezistorë, por kërkohen një numër vlerash të saktësisë së rezistencës. Tensioni analog i daljes U Një DAC përcaktohet si një funksion i tensioneve hyrëse me dy nivele:

U nje = ( U A +2 U B +4 U C + ...) / (1 + 2 + 4 + ...).

Në hyrjet dixhitale U A , U B, U C, ... voltazhi mund të marrë vetëm dy vlera fikse, për shembull, 0 ose 1. Për një DAC që përdor rezistorë R dhe R/2, kërkohen më shumë rezistorë (Fig. 4.10.6), por vetëm me dy vlerësime. Tensioni analog në daljen e një DAC të tillë përcaktohet nga formula

U nje = ( U A +2 U B +4 U C + ... + m U n) / 2 n

ku n - numri i biteve DAC; T - koeficienti në varësi të numrit të biteve DAC.

Për të siguruar saktësi të lartë, qarqet DAC rezistente duhet të funksionojnë me një ngarkesë me rezistencë të lartë. Për të përshtatur qarqet rezistente me një ngarkesë me rezistencë të ulët, përdorni amplifikatorët tampon op-amp të paraqitur në Fig. 4.10, a, b.

4.9. Konvertuesit analog në dixhital

Qëllimi i ADC është të konvertojë një tension analog në ekuivalentin e tij dixhital. Në mënyrë tipike, ADC-të kanë qark më kompleks se DAC-të, me DAC-në që shpesh është asambleja ADC. Një bllok diagram i përgjithësuar i një ADC me një DAC në ciklin e reagimit është paraqitur në Fig. 4.11.

Figura 4.11

ADC-të e bëra sipas kësaj skeme përdoren gjerësisht për shkak të treguesve të tyre të mirë të saktësisë, shpejtësisë, thjeshtësisë relative dhe kostos së ulët.

ADC përfshin n-Regjistri i shkasave të bitave të rezultateve të konvertimit DD 1 - DD n, menaxhimi i shifrave të DAC; një krahasues i lidhur me njësinë e kontrollit të CU dhe që përmban një gjenerator të frekuencës së orës. Me zbatimin e algoritmeve të ndryshme të VUU për funksionimin e ADC-së, fitohen karakteristika të ndryshme të konvertuesit.

Duke përdorur fig. 4.11, ne do të shqyrtojmë parimin e funksionimit të ADC, duke supozuar se një numërues i kundërt përdoret si një regjistër nxitës. Numëruesi lart/poshtë ka një dalje dixhitale, voltazhi në të cilin rritet nga çdo impuls i orës, kur niveli i tensionit është i lartë në hyrjen e numëruesit "Direct count" dhe një nivel i ulët i tensionit në hyrjen "Count down". Anasjelltas, voltazhi i daljes dixhitale zvogëlohet me çdo impuls të orës kur hyrja e numërimit lart është e ulët dhe hyrja e numërimit mbrapsht është e lartë.

Njësia më e rëndësishme e ADC është krahasuesi (K), i cili ka dy hyrje analoge U DAC dhe U një dhe një dalje dixhitale e lidhur përmes njësisë së kontrollit në numëruesin e kundërt. Nëse voltazhi në daljen e krahasuesit është i lartë, niveli në hyrje të numëruesit UpCount do të jetë gjithashtu i lartë. Në të kundërt, kur voltazhi i daljes së krahasuesit është i ulët, niveli në hyrjen "Count up" do të jetë gjithashtu i ulët.

Kështu, në varësi të nivelit të lartë apo të ulët në daljen e krahasuesit, numëruesi lart llogaritet, përkatësisht, në drejtimin përpara ose të kundërt. Në rastin e parë, në hyrje U DAC i krahasuesit ka një tension në rritje, dhe në të dytin - një tension në rënie.

Meqenëse krahasuesi funksionon pa reagime, niveli i tensionit të tij në dalje bëhet i lartë kur voltazhi në hyrjen e tij U en do të bëhet pak më negative se në hyrje U DAC. Anasjelltas, niveli i tensionit të tij në dalje zbret sapo tensioni në hyrje U an do të bëhet pak më pozitiv se voltazhi në hyrje U DAC.

Në hyrje U Krahasuesi DAC merr tensionin e daljes DAC, i cili krahasohet me tensionin analog hyrës të furnizuar në hyrje U një .

Nëse tensioni analog U an tejkalon tensionin e marrë nga dalja DAC, numëruesi i kthimit numëron në drejtimin përpara, duke rritur tensionin në hyrje me hapa U DAC deri në tensionin e hyrjes U një. Nëse U një<U DAC ose bëhet i tillë në procesin e numërimit, voltazhi në daljen e krahasuesit është i ulët dhe numëruesi numëron në drejtim të kundërt, duke çuar përsëri U DAC te U një . Kështu, sistemi ka një reagim që ruan tensionin e daljes DAC afërsisht të barabartë me tensionin U një . Prandaj, dalja e numëruesit lart është gjithmonë ekuivalenti dixhital i tensionit analog të hyrjes. Ekuivalenti dixhital i sinjalit të hyrjes analoge të ADC lexohet nga dalja e numëruesit lart.

4.10. Multipleksera dixhital dhe analog

Në sistemet mikroprocesorike, ADC, DAC, si dhe në sistemet komutuese elektronike, përdoren gjerësisht multiplekserët: çelsat shumëkanalësh (që kanë 4, 8, 16, 32, 64 hyrje dhe 1-2 dalje) me një pajisje kontrolli dixhital. Multiplekserët më të thjeshtë dixhitalë dhe analogë janë paraqitur në Fig. 4.12, a dhe b përkatësisht.

Figura 4.12

Multiplekseri dixhital (Fig. 4.12, a) lejon sondazhin sekuencial ose të rastësishëm të gjendjeve logjike të burimeve të sinjalit X 0 , X 1 , X 2 , X 3 dhe transmetimin e rezultatit të sondazhit në dalje

Sipas këtij parimi, multiplekserët ndërtohen për çdo numër të kërkuar të hyrjeve të informacionit. Disa lloje të multiplekserëve dixhitalë lejojnë ndërrimin dhe sinjalet analoge të informacionit.

Sidoqoftë, performanca më e mirë zotërohet nga multiplekserët analogë që përmbajnë një matricë çelsash analoge me cilësi të lartë (AK 1 ... AK 4), që funksionojnë në një amplifikues buferi në dalje, një njësi kontrolli dixhital. Lidhja e nyjeve me njëra-tjetrën është ilustruar në Fig. 4.12.6.

Një shembull i një LSI për një multipleks analog është një mikroqark i llojit K591KN1, i bërë në bazë të transistorëve MIS. Ai siguron kalimin e 16 burimeve analoge të informacionit në një dalje, duke lejuar si adresimin ashtu edhe marrjen e mostrave sekuenciale të kanaleve. Gjatë zhvillimit të multiplekserëve analogë LSI, merret parasysh nevoja për përputhshmërinë e tyre me sistemin komandues të mikroprocesorit.

Multiplekserët analogë janë produkte shumë premtues për fushat komutuese elektronike dhe çelësat elektronikë shumëkanalësh për komunikim, transmetim dhe televizion.

Mikroqark i integruar(ose thjesht një qark i integruar) është një grup, si rregull, i një numri të madh përbërësish të ndërlidhur (transistorë, dioda, kondensatorë, rezistorë, etj.), të prodhuara në një cikël të vetëm teknologjik (d.m.th. në të njëjtën kohë), në të njëjtin transportues. ndërtime - substrate- dhe kryerja e një funksioni të caktuar të transformimit të informacionit.

Termi "qark i integruar" (IC) pasqyron faktin e kombinimit (integrimit) të pjesëve individuale - komponentëve - në një pajisje strukturore të vetme, si dhe faktin që funksionet e kryera nga kjo pajisje janë më komplekse sesa funksionet e komponentëve individualë.

Komponentët që janë pjesë e IP-së dhe kështu nuk mund të ndahen prej saj si produkte të pavarura quhen elementet IP ose elementet integrale. Ata kanë disa veçori në krahasim me transistorët, etj., të cilët prodhohen në formën e njësive të veçanta strukturore dhe lidhen në një qark me saldim.

Zhvillimi i elektronikës bazohet në ndërlikimin e vazhdueshëm të funksioneve të kryera nga pajisjet elektronike. Në faza të caktuara, bëhet e pamundur zgjidhja e problemeve të reja me mjetet e vjetra ose, siç thonë ata, në bazë të mjeteve të vjetra. baza e elementit, për shembull, duke përdorur tuba vakum ose transistorë diskretë. Faktorët kryesorë që mbështesin ndryshimin e bazës së elementit janë: besueshmëria, dimensionet dhe pesha, kostoja dhe fuqia.

Një tipar i produkteve mikroelektronike është një shkallë e lartë e kompleksitetit të funksioneve të kryera, për të cilat krijohen qarqe në të cilat numri i komponentëve është në miliona. Prandaj, është e qartë se sigurimi i funksionimit të besueshëm kur lidhni komponentët me dorë është një detyrë e pamundur. Mënyra e vetme për ta zgjidhur atë është përdorimi i teknologjive të reja cilësore të larta.

Për prodhimin e qarqeve të integruara, përdoret një metodë e prodhimit në grup dhe teknologji planare.

Metoda e grupit prodhimi konsiston në faktin se, së pari, një numër i madh i qarqeve të integruara prodhohen njëkohësisht në një pllakë të materialit gjysmëpërçues; së dyti, nëse procesi teknologjik e lejon, dhjetëra pllaka të tilla përpunohen njëkohësisht. Pas përfundimit të ciklit të prodhimit të IC, vaferi pritet në dy drejtime pingule reciproke në kristale të veçantë, secila prej të cilave është një IC.

Teknologji planare- ky është një organizim i tillë i procesit teknologjik, kur të gjithë elementët dhe përbërësit e tyre krijohen në një qark të integruar duke i formuar ato përmes një rrafshi.

Një ose më shumë operacione teknologjike në prodhimin e IC-ve konsiston në lidhjen e elementeve individuale në një qark dhe lidhjen e tyre me jastëkë të veçantë kontakti. Prandaj, është e nevojshme që kunjat e të gjithë elementëve dhe jastëkëve të kontaktit të jenë në të njëjtin plan. Kjo mundësi ofrohet nga teknologjia planare.

Operacioni përfundimtar - ambalazhimi- kjo është vendosja e IC në rastin me lidhjen e jastëkëve të kontaktit me këmbët e IC (Fig. 2.20).

Çmimi D një IC (një kristal) mund të thjeshtohet si më poshtë:

ku A- kostoja e punës kërkimore dhe zhvillimore për krijimin e IS; V- kostot për pajisjet teknologjike, lokalet, etj.; ME- shpenzimet rrjedhëse për materiale, energji elektrike, paga, për pjatë; Z- numrin e targave të prodhuara para amortizimit të aktiveve fikse; X- numri i kristaleve në pjatë; Y- raporti i IC-ve të përdorshme me sasinë e vënë në prodhim në fillim të tij.

Përveç komenteve të qarta për kostot, duhet të theksohen sa vijon. Rrit Y arrihet me krijimin e teknologjisë gjithnjë e më moderne, ndoshta më komplekse dhe më e pastër ndër shumë prej industrive më të reja. Rritja e numrit të kristaleve X në pjatë mund të arrihet në dy mënyra: duke rritur madhësinë e pllakës dhe duke zvogëluar madhësinë e elementeve individuale. Të dy drejtimet përdoren nga zhvilluesit.

Si përfundim, vërejmë se të gjitha konstantat e përfshira në formulë nuk janë as konstante dhe as të varura nga njëra-tjetra, kështu që analiza për koston minimale është në të vërtetë komplekse dhe multifaktoriale.

Klasifikimi IP. Klasifikimi i IP mund të bëhet sipas kritereve të ndryshme, ne do të kufizohemi këtu vetëm në një. Sipas metodës së prodhimit dhe strukturës që rezulton, dallohen dy lloje thelbësisht të ndryshme të qarqeve të integruara: gjysmëpërçues dhe film.

IC gjysmëpërçues- ky është një mikroqark, elementët e të cilit janë bërë në shtresën afër sipërfaqes së një nënshtrese gjysmëpërçuese (Fig. 2.21). Këto IC formojnë shtyllën kurrizore të mikroelektronikës moderne.

Film IC- ky është një mikroqark, elementët e të cilit janë bërë në formën e llojeve të ndryshme të filmave të depozituar në sipërfaqen e një substrati dielektrik (Fig. 2.22). Në varësi të mënyrës së aplikimit të filmave dhe trashësisë së lidhur, ato dallohen shtresë e hollë IS (trashësia e filmit deri në 1-2 mikron) dhe film i trashë IS (trashësia e filmit nga 10-20 mikron e lart). Meqenëse, deri më tani, asnjë kombinim i filmave të depozituar nuk ka bërë të mundur marrjen e elementeve aktive si tranzistorët, IC-të e filmit përmbajnë vetëm elementë pasivë (rezistorë, kondensatorë, etj.). Prandaj, funksionet e kryera nga IC-të thjesht filmike janë jashtëzakonisht të kufizuara. Për të kapërcyer këto kufizime, një IC filmi plotësohet me përbërës aktivë (tranzistorë të veçantë ose IC), të vendosur në të njëjtën substrat dhe të lidhur me elementët e filmit. Pastaj fitohet një IC, e cila quhet hibride.

IC hibrid(ose GIS) është një mikroqark që është një kombinim i elementeve pasive të filmit dhe komponentëve aktivë të vendosur në një substrat të përbashkët dielektrik. Komponentët diskrete që përbëjnë një IC hibrid quhen me mentesha, duke theksuar kështu izolimin e tyre nga cikli kryesor teknologjik i marrjes së pjesës filmike të qarkut.

Një lloj tjetër i IC "të përzier", i cili kombinon elementë të integruar gjysmëpërçues dhe film, quhet i kombinuar.

IC e kombinuar- ky është një mikroqark në të cilin elementët aktivë bëhen në shtresën afër sipërfaqes së një kristali gjysmëpërçues (si në një IC gjysmëpërçues), dhe ato pasive depozitohen në formën e filmave në një sipërfaqe të paraizoluar të të njëjtit kristal ( si në një IC film).

IC-të e kombinuara janë të dobishme kur kërkohen vlerësime të larta dhe stabilitet të lartë të rezistencave dhe kapaciteteve; këto kërkesa plotësohen më lehtë me elementët e filmit sesa me ato gjysmëpërçuese.

Në të gjitha llojet e IC-ve, ndërlidhja e elementeve kryhet duke përdorur shirita të hollë metalikë, të depozituar ose të depozituar në sipërfaqen e nënshtresës dhe në vendet e duhura në kontakt me elementët që do të lidhen. Procesi i aplikimit të këtyre shiritave lidhëse quhet metalizimi, dhe vetë "vizatimi" i ndërlidhjeve - instalime elektrike metalike.

Gjysem percjellesit për të IP e re... Aktualisht dallohen IC-të gjysmëpërçuese: bipolare, MOS (metal-oksid-gjysmëpërçues) dhe BIMOS. Këto të fundit janë një kombinim i dy të parave dhe ndërthurin cilësitë e tyre pozitive.

Teknologjia e IC-ve gjysmëpërçuese bazohet në dopingun e një vafere gjysmëpërçuese (silikoni) me papastërti të alternuara dhuruese dhe pranuese, si rezultat i së cilës nën sipërfaqe formohen shtresa të holla me lloje të ndryshme përçueshmërie. p-n-kalimet në kufijtë e shtresave. Shtresat individuale përdoren si rezistente dhe p-n- kryqëzimet - në strukturat e diodës dhe tranzistorit.

Pllaka duhet të dopohet lokalisht, d.m.th. në zona të veçanta të ndara nga distanca mjaft të mëdha. Lidhja lokale kryhet duke përdorur speciale maskat me vrima nëpër të cilat atomet e papastërtisë depërtojnë në pllakë në vendet e dëshiruara. Në prodhimin e IC-ve gjysmëpërçuese, roli i maskës zakonisht luhet nga një film i dioksidit të silikonit SiO 2, i cili mbulon sipërfaqen e vaferës së silikonit. Në këtë film, grupi i nevojshëm i vrimave të formave të ndryshme është gdhendur duke përdorur metoda speciale, ose, siç thonë ata, ato të nevojshme. vizatim(oriz. 2.22). Vrimat në maska, veçanërisht në filmin oksid, quhen dritaret.

Tani le të përshkruajmë shkurtimisht përbërësit (elementet) e IC-ve gjysmëpërçuese. Zemra e IC-ve bipolare është n-p-n-transistor: i gjithë cikli teknologjik është i orientuar drejt prodhimit të tij. Të gjithë elementët e tjerë duhet të prodhohen, nëse është e mundur, njëkohësisht me këtë transistor, pa operacione teknologjike shtesë.

Elementi kryesor i MIS IC është transistori MIS. Fabrikimi i elementeve të tjerë është gjithashtu i sintonizuar me tranzistorin bazë.

Elementet e një IC bipolare duhet të izolohen nga njëri-tjetri në një mënyrë ose në një tjetër në mënyrë që të mos ndërveprojnë përmes kristalit.

Elementet MOS IC nuk kanë nevojë për izolim të veçantë nga njëri-tjetri, pasi nuk ka ndërveprim midis transistorëve MOS ngjitur. Ky është një nga avantazhet kryesore të MOS IC ndaj atyre bipolare.

Një tipar karakteristik i IC-ve gjysmëpërçuese është se nuk ka induktorë dhe, për më tepër, transformatorë midis elementeve të tyre. Kjo për faktin se deri më tani nuk ka qenë e mundur të përdoret ndonjë fenomen fizik i barabartë me induksionin elektromagnetik në një trup të ngurtë. Prandaj, kur zhvillojnë IC-të, ata përpiqen të zbatojnë funksionin e nevojshëm pa përdorur induktorë, gjë që në shumicën e rasteve është e suksesshme. Sidoqoftë, nëse një induktor ose një transformator është thelbësisht i nevojshëm, ato duhet të përdoren në formën e komponentëve të jashtëm.

Dimensionet e kristaleve në IC-të moderne gjysmëpërçuese arrijnë 20x20 mm 2. Sa më e madhe të jetë zona e mbulesës, aq më komplekse, IC me shumë elementë mund të vendoset në të. Me të njëjtën zonë kristali, numri i elementeve mund të rritet duke zvogëluar madhësinë e tyre dhe distancën ndërmjet tyre.

Është e zakonshme të karakterizohet kompleksiteti funksional i një IS shkalla e integrimit, ato. numri i elementeve (më shpesh transistorët) në kristal. Shkalla maksimale e integrimit është 10 bajt për çip. Rritja e shkallës së integrimit (dhe bashkë me të edhe kompleksiteti i funksioneve të kryera nga IC) është një nga tendencat kryesore në mikroelektronikë.

Për të përcaktuar shkallën e integrimit, përdoret një koeficient i kushtëzuar k= lg N. Në varësi të kuptimit të tij, skemat integrale quhen ndryshe:

k ≤ 2 (N ≤ 100) - qark i integruar (IC);

2 ≤ k ≤ 3 (N ≤ 1000) - qark i integruar i shkallës mesatare të integrimit (SIS);

3 ≤ k ≤ 5 (N ≤ 10 5) - qark i madh i integruar (LSI);
k> 5 (N> 10 5) - qark i integruar shumë i madh (VLSI).

Më poshtë janë simbolet angleze dhe kuptimet e tyre:

IC - qark i integruar;

MSI - Integrimi në shkallë të mesme;

LSI - Integrimi në shkallë të gjerë;

VLSI - Integrim në shkallë shumë të madhe.

Përveç shkallës së integrimit, ata përdorin edhe një tregues të tillë si dendësia e paketimit- numri i elementeve (më shpesh transistorët) për njësi sipërfaqe të kristalit. Ky tregues, i cili karakterizon kryesisht nivelin e teknologjisë, aktualisht është deri në 500-1000 elementë / mm 2.

IC-të hibride. Filmi, dhe si rrjedhim IC-të hibride, në varësi të teknologjisë së prodhimit, ndahen në film të trashë dhe të hollë.

GIS me shtresë të trashë (ne do t'i caktojmë si TsGIS) janë shumë të thjeshta për t'u prodhuar. Aplikohet pllaka e nënshtresës dielektrike pasta me përbërje të ndryshme. Pastet përçuese sigurojnë ndërlidhje të elementeve, pllakave të kondensatorëve dhe plumbave në kunjat e kasës; resistive - marrja e rezistorëve; dielektrike - izolim midis pllakave të kondensatorëve dhe mbrojtje të përgjithshme të sipërfaqes së GIS-it të përfunduar. Çdo shtresë duhet të ketë konfigurimin e vet, vizatimin e vet. Prandaj, në prodhimin e secilës shtresë, pasta aplikohet përmes maskës së saj - klishe- me dritare në ato vende ku duhet të marrë pasta e kësaj shtrese. Pas kësaj, përbërësit shtesë janë ngjitur dhe terminalet e tyre janë të lidhur me të pads kontakti.

GIS me film të hollë (ne do t'i caktojmë ato si TkGIS) janë prodhuar duke përdorur një teknologji më komplekse se TsGIS. Teknologjia klasike e filmit të hollë karakterizohet nga fakti se filmat depozitohen në nënshtresën nga faza e gazit. Duke rritur një film tjetër, ata ndryshojnë përbërjen kimike të gazit dhe kështu vetitë elektrofizike të filmit tjetër. Kështu, përftohen në mënyrë alternative shtresat përcjellëse, rezistente dhe dielektrike. Konfigurimi (figura) e secilës shtresë përcaktohet ose nga një shabllon, si në rastin e TSGIS, ose nga një maskë, si një maskë oksidi në IC-të gjysmëpërçuese (shih Fig. 1.4).

Elementet e varur në TkGIS, si në TsGIS, janë ngjitur në sipërfaqen e pjesës së filmit të përfunduar të qarkut dhe lidhen me jastëkët përkatës të kontaktit të elementeve.

Shkalla e integrimit të GIS nuk mund të vlerësohet në të njëjtën mënyrë si në rastin e IC-ve gjysmëpërçuese. Megjithatë, ekziston një term GIS i madh(ose BGIS), që do të thotë se GIS nuk përfshin transistorë individualë, por IC të tërë gjysmëpërçues si komponentë të varur.

Klasifikimi i qarkut të integruar

Nga dizajni dhe teknologjia, ato dallohen IC-të gjysmëpërçuese, filmike dhe hibride.

Gjysmëpërçuesi përfshin PMS (mikroqarqe të integruara gjysmëpërçuese), të gjithë elementët dhe ndër-elementet, lidhjet e të cilëve bëhen në masë ose në sipërfaqen e gjysmëpërçuesit. Në varësi të metodave të izolimit të elementeve individuale, dallohen PMS me izolim me nyje p-n dhe mikroqarqe me izolim dielektrik (oksid). SLM-të mund të fabrikohen gjithashtu në një substrat dielektrik të bazuar në transistorë bipolarë dhe me efekt në terren. Zakonisht, në këto qarqe, transistorët bëhen në formën e strukturave me tre shtresa me dy kryqëzime pn (n-p-n-lloj), dhe diodat - në formën e strukturave me dy shtresa me një kryqëzim pn. Ndonjëherë, në vend të diodave, përdoren transistorë të lidhur me diodë. Rezistencat PMS, të përfaqësuara nga seksionet e një gjysmëpërçuesi të dopuar me dy priza, kanë një rezistencë prej disa kilohms. Si rezistorë me rezistencë të lartë, ndonjëherë përdoren rezistenca e kundërt e kryqëzimit pn ose rezistenca hyrëse e përsëritësve emnt-ter. Roli i kondensatorëve në SLM kryhet nga nyjet p-rt të njëanshme të kundërt. Kapaciteti i kondensatorëve të tillë është 50-200 pF. Aspiratat në PMS janë të vështira për t'u krijuar, kështu që shumica e pajisjeve janë të dizajnuara pa elementë induktivë. Të gjithë elementët PMS përftohen në një cikël të vetëm teknologjik në një kristal gjysmëpërçues. Lidhjet e elementeve të qarqeve të tilla kryhen duke përdorur filma alumini ose ari të marra me metodën e depozitimit të vakumit. Lidhja e qarkut me plumbat e jashtëm bëhet me përçues alumini ose ari me diametër rreth 10 mikron, të cilët lidhen me filmat me termokompresim, dhe më pas saldohen në kapakët e jashtëm të mikroqarkut. Mikroqarqet gjysmëpërçuese mund të shpërndajnë një fuqi prej 50 - 100 mW, të funksionojnë në frekuenca deri në 20 - 100 MHz dhe të sigurojnë një kohë vonese deri në 5 ns. Dendësia e montimit të pajisjeve elektronike në PMS është deri në 500 elementë për 1 cm3. Cikli modern teknologjik i grupit bën të mundur përpunimin e njëkohshëm të dhjetëra vaferave gjysmëpërçuese, secila prej të cilave përmban qindra PMS me qindra elementë në një kristal, të lidhur në qarqe elektronike të specifikuara. Me këtë teknologji, sigurohet një identitet i lartë i karakteristikave elektrike të mikroqarqeve.

Film integral(ose thjesht qarqet PS filmike) quhen IC, të gjithë elementët dhe lidhjet ndërelementore të të cilave bëhen vetëm në formë filmash. Qarqet e integruara ndahen në film të hollë dhe të trashë. Këto skema mund të kenë një ndryshim sasior dhe cilësor. IC-të me trashësi filmi deri në 1 μm quhen në mënyrë konvencionale si IC-të me shtresë të hollë, dhe IC-të me trashësi filmi më shumë se 1 μm quhen ato me shtresë të trashë. Dallimi cilësor përcaktohet nga teknologjia e realizimit të filmave. Elementet IC me shtresë të hollë aplikohen në një nënshtresë duke përdorur depozitimin termik të vakumit dhe spërkatjen me katodë. Elementet e IC-ve me film të trashë bëhen kryesisht nga printimi në ekran mëndafshi me pjekje të mëvonshme.

Qarqet e integruara hibride(GIS) janë një kombinim i radioelementëve aktivë të montuar (mikrotransistorët, diodat) dhe elementet pasive të filmit dhe përbërjet e tyre. Zakonisht GIS përmban: bazamente xhami izoluese ose. qeramika, në sipërfaqen e së cilës formohen përçues filmash, rezistorë, kondensatorë me kapacitet të vogël; elementë aktivë të montuar pa kornizë (dioda, transistorë); elemente pasive të varur në dizajn miniaturë (mbytëse, transformatorë, kondensatorë me kapacitet të lartë), të cilët nuk mund të bëhen në formën e filmave. Një GIS i tillë i prodhuar është i mbyllur në një kuti plastike ose metalike. Rezistorët me rezistencë nga të mijtët e një om deri në dhjetëra kilo-ohmë në GIS janë bërë në formën e një filmi të hollë nikrom ose tantal. Filmat aplikohen në një bazë izoluese (substrate) dhe i nënshtrohen pjekjes termike. Për të marrë rezistorë me një rezistencë prej dhjetëra megohm, përdoren përzierje metalo-dielektrike (kromi, monoksidi i silikonit, etj.). Madhësia mesatare e rezistorëve të filmit është (1 - 2) X10 ~ 3 cm2. Kondensatorët në GIS janë bërë nga filma të hollë bakri, argjendi, alumini ose ari. Depozitimi i këtyre metaleve kryhet me një nënshtresë kromi, titani, molibdeni, duke siguruar ngjitje të mirë me materialin izolues të nënshtresës. Si dielektrik në kondensatorë përdoret një shtresë oksidi silikoni, beriliumi, dioksidi i titanit etj.. Kondensatorët e filmit bëhen me një kapacitet nga të dhjetat e një pikofarad deri në dhjetëra mijëra pikofarad në madhësi nga 10 ~ 3 deri në 1 cm2. Përçuesit GIS, me ndihmën e të cilëve bëhen lidhjet ndërelementore dhe lidhen me kapëset terminale, janë bërë në formën e një filmi të hollë prej ari, bakri ose alumini me një nënshtresë nikeli, kromi, titani, duke siguruar ngjitje të lartë në bazën izoluese. . Qarqet e integruara hibride, në të cilat trashësia e filmave të formuar gjatë prodhimit të elementeve pasive, deri në 1 mikron me gjerësi 100 - 200 mikron, quhen film i hollë. Filma të tillë fitohen me spërkatje termike në sipërfaqen e nënshtresave në vakum duke përdorur shabllone, maska. Qarqet e integruara hibride me trashësi 1 μm ose më shumë quhen film të trashë dhe prodhohen duke spërkatur pasta përçuese ose dielektrike mbi nënshtresa përmes shablloneve rrjetë, e ndjekur nga shkrepja e tyre në nënshtresa në një temperaturë të lartë. Këto qarqe kanë përmasa të mëdha dhe kanë një masë elementësh pasivë. Elementët aktivë të pezulluar përbëhen nga priza "top" fleksibël ose të ngurtë, të cilët lidhen me saldim ose saldim në një mikroqark filmi.

Dendësia e elementeve pasive dhe aktive në rregullimin e tyre shumështresor në një GIS të bërë duke përdorur teknologjinë e filmit të hollë arrin 300 - 500 elemente për 1 cm3, dhe dendësia e pajisjeve elektronike të montuara në një GIS është 60 - 100 elemente për 1 cm3. Me një densitet të tillë montimi, vëllimi i një pajisjeje që përmban -107 elementë është 0,1 - 0,5 m3, dhe koha e funksionimit është 103 - 104 orë. -

Avantazhi kryesor i GIS është mundësia e integrimit të pjesshëm të elementeve të bëra duke përdorur teknologji të ndryshme (film bipolar, i hollë dhe i trashë, etj.) me një gamë të gjerë parametrash elektrike (fuqi të ulët, të fuqishëm, aktiv, pasiv, me shpejtësi të lartë, etj.).

Aktualisht, hibridizimi i llojeve të ndryshme të qarqeve të integruara është premtues. Me dimensione të vogla gjeometrike të elementeve të filmit dhe një sipërfaqe të madhe të nënshtresave pasive, dhjetëra - qindra IC dhe përbërës të tjerë mund të vendosen në sipërfaqen e tyre. Në këtë mënyrë krijohen IC-të hibride me shumë çipa me një numër të madh (disa mijëra) dioda, transistorë në një element të pandashëm. Mikroqarqet e kombinuara mund të strehojnë njësi funksionale me karakteristika të ndryshme elektrike.

Krahasimi i ICP dhe GIS. Mikroqarqet gjysmëpërçuese me një shkallë integrimi deri në mijëra ose më shumë elementë në një kristal kanë marrë një avantazh. Përhapet. Vëllimi i prodhimit të ICP është një rend i madhësisë më i lartë se vëllimi i prodhimit të GIS. Në disa pajisje, këshillohet përdorimi i GIS për një sërë arsyesh.

Teknologjia GIS është relativisht e thjeshtë dhe kërkon më pak kosto fillestare të pajisjeve sesa teknologjia gjysmëpërçuese, e cila thjeshton krijimin e produkteve dhe pajisjeve atipike, jo standarde.

Pjesa pasive e GIS prodhohet në një substrat të veçantë, i cili bën të mundur marrjen e elementeve pasive me cilësi të lartë dhe krijimin e IC-ve me frekuencë të lartë.

Teknologjia GIS bën të mundur zëvendësimin e metodave ekzistuese të instalimeve elektrike të printuara me shumë shtresa kur vendosen IC me kornizë të hapur dhe LSI dhe përbërës të tjerë gjysmëpërçues në nënshtresa. Teknologjia GIS preferohet për IC-të me fuqi të lartë. Është gjithashtu e preferueshme që të ketë një implementim hibrid të qarqeve të integruara të pajisjeve lineare që ofrojnë një marrëdhënie proporcionale midis sinjaleve hyrëse dhe dalëse. Në këto pajisje, sinjalet ndryshojnë në një gamë të gjerë frekuencash dhe fuqish, kështu që IC-të e tyre duhet të kenë një gamë të gjerë vlerësimesh që janë të papajtueshme në një proces të vetëm prodhimi për elementët pasivë dhe aktivë. Qarqet e mëdha të integruara LSI lejojnë kombinimin e njësive të ndryshme funksionale, në lidhje me të cilat ato përdoren gjerësisht në pajisjet lineare.

Avantazhet dhe disavantazhet e qarqeve të integruara.

• Avantazhi i IC është besueshmëria e tij e lartë, madhësia dhe pesha e vogël. Dendësia e elementeve aktive në LSI arrin 103 - 104 për 1 cm3. Gjatë instalimit të mikroqarqeve në bordet e qarkut të shtypur dhe lidhjes së tyre në blloqe, dendësia e elementeve është 100 - 500 për 1 cm3, që është 10 - 50 herë më e lartë se kur përdoren transistorë, dioda, rezistorë të veçantë në pajisjet mikromodulare.
• Qarqet e integruara janë pa inerci në funksionim. Për shkak të madhësisë së vogël në mikroqarqe, kapacitetet ndërelektrodike dhe induktancat e telave lidhës zvogëlohen, gjë që lejon përdorimin e tyre në frekuenca ultra të larta (deri në 3 GHz) dhe në qarqet logjike me një kohë vonesë të shkurtër (deri në 0,1 ns) .
• Mikroqarqet janë ekonomike (nga 10 në 200 mW) dhe zvogëlojnë konsumin e energjisë dhe masën e furnizimit me energji.

Disavantazhi kryesor IC ka fuqi të ulët dalëse (50 - 100 mW).

Në varësi të qëllimit funksional, IC-të ndahen në dy kategori kryesore - analoge (ose lineare-pulsore) dhe dixhitale (ose logjike).

Integral analog Qarqet AIS përdoren në pajisjet radioteknike dhe përdoren për të gjeneruar dhe përforcuar në mënyrë lineare sinjale që ndryshojnë sipas ligjit të një funksioni të vazhdueshëm në një gamë të gjerë fuqish dhe frekuencash. Si rezultat, IC-të analoge duhet të përmbajnë elementë aktivë të vlerësimeve dhe parametrave të ndryshëm, gjë që e ndërlikon zhvillimin e tyre. Mikroqarqet hibride zvogëlojnë vështirësinë e prodhimit të pajisjeve analoge në dizajnin mikrominiaturë. Mikroqarqet e integruara po bëhen baza kryesore e elementeve për pajisjet elektronike.

Dixhital i integruar Qarqet CIS përdoren në kompjuterë, pajisje për përpunimin e informacionit diskret dhe automatizimin. Kodet dixhitale konvertohen dhe përpunohen me ndihmën e CIS. Një variant i këtyre skemave janë mikroqarqet logjike që kryejnë operacione në kodet binare në shumicën e kompjuterëve dhe pajisjeve dixhitale moderne.

IC-të analoge dhe dixhitale janë të disponueshme në seri. Seria përfshin IC që mund të kryejnë funksione të ndryshme, por kanë një dizajn të vetëm dhe dizajn teknologjik dhe janë të destinuara për përdorim të përbashkët. Çdo seri përmban disa lloje të ndryshme, të cilat mund të ndahen në madhësi standarde, të cilat kanë një qëllim specifik funksional dhe emërtim simbolik. Grupi i llojeve standarde formon llojin e IS.

) ishte i pari që parashtroi idenë e kombinimit të shumë komponentëve standardë elektronikë në një kristal gjysmëpërçues monolit. Zbatimi i këtyre propozimeve në ato vite nuk mundi të ndodhte për shkak të zhvillimit të pamjaftueshëm të teknologjisë.

Në fund të vitit 1958 dhe në gjysmën e parë të 1959, u bë një përparim në industrinë e gjysmëpërçuesve. Tre individë që përfaqësonin tre korporata amerikane private zgjidhën tre probleme themelore që penguan krijimin e qarqeve të integruara. Jack Kilby nga Teksas Instrumente patentoi parimin e unifikimit, krijoi prototipet e para, të papërsosura, IC dhe i solli ato në prodhim masiv. Kurt Legovets nga Kompania elektrike Sprague shpiku një metodë për izolimin elektrik të përbërësve të formuar në një kristal gjysmëpërçues të vetëm (izolimi i kryqëzimit p-n (eng. P – n izolim kryqëzimi)). Robert Noyce i Fairchild Semiconductor shpiku një metodë për lidhjen elektrike të komponentëve IC (metalizim alumini) dhe propozoi një version të përmirësuar të izolimit të komponentëve bazuar në teknologjinë më të fundit planare nga Jean Ernie (eng. Jean Hoerni). Më 27 shtator 1960, grupi i Jay Last (eng. Jay i fundit) krijuar më Fairchild Semiconductor e para e realizueshme gjysmëpërçues IS bazohet në idetë e Noyce dhe Ernie. Teksas Instrumente, i cili zotëronte patentën për shpikjen e Kilby, nisi një luftë patentash kundër konkurrentëve, e cila përfundoi në vitin 1966 me një marrëveshje miqësore për licencimin e ndërsjellë të teknologjive.

IC-të e hershme logjike të serisë së përmendur janë ndërtuar fjalë për fjalë nga standarde komponentë, përmasat dhe konfigurimet e të cilave janë specifikuar nga procesi teknologjik. Dizajnerët e qarkut që projektuan IC-të logjikë të një familjeje të caktuar operuan me të njëjtat dioda dhe transistorë tipikë. Në vitet 1961-1962. paradigma e dizajnit u prish nga një zhvillues kryesor Sylvania Tom Longo, për herë të parë duke përdorur të ndryshme konfigurimi i tranzistorëve në varësi të funksioneve të tyre në qark. Në fund të vitit 1962 Sylvania lançoi familjen e parë të logjikës transistor-transistor (TTL) të zhvilluar nga Longo - historikisht lloji i parë i logjikës së integruar që arriti të fitonte një terren në treg për një kohë të gjatë. Në qarkun analog, një përparim i këtij niveli u bë në 1964-1965 nga zhvilluesi i amplifikatorëve operacionalë Fairchild Bob Widlar.

Qarku i parë i integruar hibrid me film të trashë në BRSS (seri 201 "Tropa") u zhvillua në 1963-65 në Institutin Kërkimor të Teknologjisë Precize ("Angstrem"), prodhim serik që nga viti 1965. Specialistët nga NIEM (tani NII "Argon") morën pjesë në zhvillim.

Qarku i parë i integruar gjysmëpërçues në BRSS u krijua në bazë të një teknologjie planare të zhvilluar në fillim të vitit 1960 në NII-35 (më pas u riemërua në NII Pulsar) nga një ekip që më vonë u transferua në NIIME (Mikron). Krijimi i qarkut të parë të integruar të silikonit vendas u përqendrua në zhvillimin dhe prodhimin me pranimin ushtarak të serisë TS-100 të qarqeve të integruara të silikonit (37 elementë - ekuivalenti i kompleksitetit të qarkut të këmbëzës, një analog i serisë amerikane IC SN-51 firma Teksas Instrumente). Mostrat e prototipit dhe mostrat e prodhimit të qarqeve të integruara të silikonit për riprodhim janë marrë nga Shtetet e Bashkuara. Puna u krye në NII-35 (drejtori Trutko) dhe uzina gjysmëpërçuese Fryazinsky (drejtor Kolmogorov) me një urdhër mbrojtjeje për përdorim në një lartësimatës autonom për një sistem drejtimi raketash balistike. Zhvillimi përfshinte gjashtë qarqe tipike planare të integruara të silikonit të serisë TS-100 dhe me organizimin e prodhimit pilot zgjati tre vjet në NII-35 (nga 1962 deri në 1965). Dy vjet të tjerë u shpenzuan për zotërimin e prodhimit të fabrikës me pranim ushtarak në Fryazino (1967).

Paralelisht, puna për zhvillimin e një qarku të integruar u krye në zyrën qendrore të projektimit në uzinën e pajisjeve gjysmëpërçuese Voronezh (tani -). Në vitin 1965, gjatë një vizite në VZPP të Ministrit të Industrisë Elektronike A.I. e përfunduar deri në fund të vitit. Tema u dorëzua me sukses në Komisionin Shtetëror dhe një seri prej 104 mikroqarqesh të logjikës diodë-transistor u bë arritja e parë fikse në fushën e mikroelektronikës në gjendje të ngurtë, e cila u pasqyrua në urdhrin e Ministrisë së Zhvillimit Ekonomik dhe Tregtisë. 30.12.1965 Nr.403.

Nivelet e projektimit

Aktualisht (2014), shumica e qarqeve të integruara janë projektuar duke përdorur sisteme të specializuara CAD, të cilat mund të automatizojnë dhe shpejtojnë ndjeshëm proceset e prodhimit, për shembull, duke marrë fotomaska ​​topologjike.

Klasifikimi

Shkalla e integrimit

Në varësi të shkallës së integrimit, përdoren emrat e mëposhtëm të qarqeve të integruara:

• qark i vogël i integruar (MIS) - deri në 100 elementë në një kristal,
• qark i integruar mesatar (SIS) - deri në 1000 elementë në një kristal,
• qark i madh i integruar (LSI) - deri në 10 mijë elementë në një kristal,
• qark i integruar shumë i madh (VLSI) - më shumë se 10 mijë elementë në një kristal.

Më parë, u përdorën edhe emrat tashmë të vjetëruar: qark i integruar në shkallë të gjerë (UBIS) - nga 1-10 milion në 1 miliard elementë në një kristal dhe, ndonjëherë, një qark i integruar gigabajt (GBIS) - më shumë se 1 miliard elementë në një kristal. Aktualisht, në vitet 2010, emrat "UBIS" dhe "GBIS" praktikisht nuk përdoren, dhe të gjitha mikroqarqet me më shumë se 10 mijë elementë klasifikohen si VLSI.

Teknologjia e prodhimit

• Mikroqark gjysmëpërçues - të gjithë elementët dhe lidhjet ndër-elementare bëhen në një kristal gjysmëpërçues (për shembull, silic, germanium, arsenid galium, oksid hafniumi).

• Mikroqark i integruar i filmit - të gjithë elementët dhe lidhjet ndër-elementare bëhen në formën e filmave:
  • qark i integruar me film të trashë;
  • qark i integruar me shtresë të hollë.
• IC hibrid (shpesh quhet mikromontim), përmban disa dioda pa çipa, transistorë pa çipa dhe (ose) komponentë të tjerë aktivë elektronikë. Gjithashtu, një mikrobashkim mund të përfshijë qarqe të integruara pa çipa. Komponentët pasivë të mikro-montimit (rezistorët, kondensatorët, induktorët) zakonisht prodhohen duke përdorur teknologji me shtresë të hollë ose shtresë të trashë në një substrat mikroqark hibrid të zakonshëm, zakonisht qeramik. I gjithë nënshtresa dhe përbërësit janë të vendosur në një mbyllje të vetme të mbyllur.
• Mikroqark i përzier - përveç një kristali gjysmëpërçues, ai përmban elementë pasivë me shtresë të hollë (film të trashë) të vendosur në sipërfaqen e kristalit.

Lloji i sinjalit të përpunuar

Teknologjia e prodhimit

Llojet e logjikës

Elementi kryesor i mikroqarqeve analoge janë transistorët (efekt bipolar ose në terren). Dallimi në teknologjinë e prodhimit të transistorëve ndikon ndjeshëm në karakteristikat e mikroqarqeve. Prandaj, teknologjia e prodhimit tregohet shpesh në përshkrimin e mikroqarkut në mënyrë që të theksohen karakteristikat e përgjithshme të vetive dhe aftësive të mikroqarkut. Teknologjitë moderne kombinojnë teknologjitë e tranzistorit bipolar dhe transistorit me efekt në terren për të përmirësuar performancën e mikroqarqeve.

• Mikroqarqet në transistorët unipolarë (fushë) janë më ekonomikët (për sa i përket konsumit aktual):
  • MOS-logjika (logjika metal-oksid-gjysmëpërçues) - mikroqarqet formohen nga transistorët me efekt në terren n-MOS ose fq-Lloji MOS;
  • Logjika CMOS (logjika plotësuese MOS) - çdo element logjik i mikroqarkut përbëhet nga një palë transistorësh plotësues (plotësues) me efekt në terren ( n-MOS dhe fq-MOS).
• Mikroqarqet bipolare të tranzistorit:
  • RTL - logjika e rezistencës-transistor (e vjetëruar, e zëvendësuar nga TTL);
  • DTL - logjika diodë-transistor (e vjetëruar, e zëvendësuar nga TTL);
  • TTL - logjika transistor-transistor - mikroqarqet janë bërë nga transistorë bipolarë me transistorë me shumë emetues në hyrje;
  • TTLSh - logjika tranzistor-transistor me dioda Schottky - TTL e përmirësuar, e cila përdor transistorë bipolarë me efekt Schottky;
  • ESL - logjika e bashkuar me emitues - në transistorët bipolarë, mënyra e funksionimit të të cilave zgjidhet në mënyrë që ata të mos hyjnë në modalitetin e ngopjes, gjë që rrit ndjeshëm shpejtësinë;
  • IIL - Integral Injection Logic.
• Mikroqarqet që përdorin transistorë me efekt në terren dhe bipolarë:

Duke përdorur të njëjtin lloj transistorësh, mikroqarqet mund të krijohen duke përdorur metodologji të ndryshme, për shembull, statike ose dinamike. Teknologjitë CMOS dhe TTL (TTLSh) janë logjika më e zakonshme e mikroqarqeve. Aty ku është e nevojshme të kursehet konsumi aktual, përdoret teknologjia CMOS, ku shpejtësia është më e rëndësishme dhe nuk kërkohet konsumi i energjisë, përdoret teknologjia TTL. Pika e dobët e mikroqarqeve CMOS është cenueshmëria ndaj elektricitetit statik - mjafton të prekni daljen e mikroqarqeve me dorën tuaj dhe integriteti i tij nuk është më i garantuar. Me zhvillimin e teknologjive TTL dhe CMOS, mikroqarqet po afrohen për nga parametrat dhe, si rezultat, për shembull, seria 1564 e mikroqarqeve është bërë duke përdorur teknologjinë CMOS, dhe funksionaliteti dhe vendosja në kasë janë të ngjashme me ato të TTL. teknologjisë.

Mikroqarqet e prodhuar duke përdorur teknologjinë ESL janë më të shpejtat, por edhe më konsumuesit e energjisë, dhe u përdorën në prodhimin e kompjuterëve në rastet kur parametri më i rëndësishëm ishte shpejtësia e llogaritjes. Në BRSS, kompjuterët më produktivë të llojit EC106x u prodhuan në mikroqarqe ESL. Kjo teknologji përdoret rrallë tani.

Procesi teknologjik

Në prodhimin e mikroqarqeve përdoret metoda e fotolitografisë (projeksion, kontakt, etj.), ndërsa qarku formohet në një nënshtresë (zakonisht prej silikoni) që përftohet nga prerja e kristaleve të vetme të silikonit në vafera të holla me disqe diamanti. Për shkak të vogëlsisë së dimensioneve lineare të elementeve të mikroqarqeve, ata refuzuan të përdorin dritën e dukshme dhe madje edhe afër rrezatimit ultravjollcë gjatë ekspozimit.

Përpunuesit e mëposhtëm janë prodhuar duke përdorur dritën UV (lazer excimer ArF, gjatësi vale 193 nm). Mesatarisht, drejtuesit e industrisë prezantuan procese të reja teknologjike sipas planit ITRS çdo 2 vjet, ndërsa dyfishuan numrin e transistorëve për njësi sipërfaqe: 45 nm (2007), 32 nm (2009), 22 nm (2011), filloi prodhimi 14 nm. në vitin 2014, zhvillimi i proceseve 10 nm pritet rreth vitit 2018.

Në vitin 2015, pati vlerësime se futja e proceseve të reja teknike do të ngadalësohej.

Kontrolli i cilësisë

Për të kontrolluar cilësinë e qarqeve të integruara, përdoren gjerësisht të ashtuquajturat struktura testuese.

Emërimi

Një mikroqark i integruar mund të ketë një funksionalitet të plotë, sado kompleks - deri në një mikrokompjuter të tërë (mikrokompjuter me një çip).

Qarqet analoge

• Filtra (përfshirë filtrat piezo).
• Analoge shumëzuesit.
• Atenuatorë analogë dhe amplifikues të ndryshueshëm.
• Stabilizuesit e furnizimit me energji elektrike: stabilizues të tensionit dhe rrymës.
• Mikroqarqet e kontrollit për ndërrimin e furnizimeve me energji elektrike.
• Konvertuesit e sinjalit.
• Skemat e sinkronizimit.
• Sensorë të ndryshëm (p.sh. temperatura).

Qarqet dixhitale

• Konvertuesit buferik
• Procesorë (mikro) (përfshirë CPU për kompjuterë)
• Mikroqarqet dhe modulet e memories
• FPGA (Qarqet e integruara logjike të programueshme)

Qarqet e integruara dixhitale kanë një sërë përparësish mbi ato analoge:

• Konsumi i reduktuar i energjisë lidhur me përdorimin e sinjaleve elektrike pulsuese në elektronikën dixhitale. Kur merrni dhe konvertoni sinjale të tilla, elementët aktivë të pajisjeve elektronike (tranzistorët) funksionojnë në një modalitet "kyç", domethënë, transistori është ose "i hapur" - që korrespondon me një sinjal të nivelit të lartë (1), ose "i mbyllur". " - (0), në rastin e parë nuk ka rënie të tensionit në tranzistor, në të dytën - asnjë rrymë nuk rrjedh nëpër të. Në të dyja rastet, konsumi i energjisë është afër 0, në ndryshim nga pajisjet analoge, në të cilat transistorët janë në një gjendje të ndërmjetme (aktive) shumicën e kohës.
• Imunitet i lartë ndaj zhurmës pajisjet dixhitale shoqërohen me një ndryshim të madh midis sinjaleve të nivelit të lartë (për shembull, 2,5-5 V) dhe të ulët (0-0,5 V). Një gabim statusi është i mundur në një nivel të tillë ndërhyrjeje që një nivel i lartë interpretohet si i ulët dhe anasjelltas, gjë që nuk ka gjasa. Përveç kësaj, pajisjet dixhitale mund të përdorin kode speciale për të korrigjuar gabimet.
• Një ndryshim i madh në nivelet e gjendjeve të sinjaleve të nivelit të lartë dhe të ulët (logjik "0" dhe "1") dhe një gamë mjaft e gjerë e ndryshimeve të tyre të lejueshme e bën teknologjinë dixhitale të pandjeshme ndaj shpërndarjes së pashmangshme të parametrave të elementeve në teknologjinë integrale. eliminon nevojën për të zgjedhur komponentët dhe për të rregulluar elementët e rregullimit në pajisjet dixhitale.

Qarqet analogo-dixhitale

• konvertuesit dixhital në analog (DAC) dhe analog në dixhital (ADC);
• transmetuesit (për shembull, konverteri i ndërfaqes Ethernet);
• modulatorë dhe demodulatorë;
  • modemet e radios
  • dekoderë të teletekstit, VHF-radio-tekst
  • Transmetues të shpejtë Ethernet dhe optik
  • Thërrisni modemet
  • marrës TV dixhital
  • sensori optik i miut
• mikroqarqet e fuqisë për pajisjet elektronike - stabilizues, konvertues të tensionit, ndërprerës të rrymës, etj.;
• zbutëse dixhitale;
• lak i mbyllur në fazë (PLL);
• gjeneratorë dhe restaurues të frekuencës së sinkronizimit të orës;
• Kristalet e matricës bazë (BMC): përmban qarqe analoge dhe dixhitale;

Seria e çipave

Mikroqarqet analoge dhe dixhitale prodhohen në seri. Një seri është një grup mikroqarqesh që kanë një dizajn të vetëm strukturor dhe teknologjik dhe janë të destinuara për përdorim të përbashkët. Mikroqarqet e së njëjtës seri, si rregull, kanë të njëjtin tension të furnizimit me energji elektrike, përputhen në rezistencat hyrëse dhe dalëse, nivelet e sinjalit.

Banesat

Emra specifikë

Mikroprocesori formon thelbin e kompjuterit, funksione shtesë, të tilla si komunikimi me pajisjet periferike, u kryen duke përdorur çipa të projektuar posaçërisht (chipset). Për kompjuterët e parë, numri i mikroqarqeve në grupe u numërua në dhjetëra dhe qindra, në sistemet moderne është një grup prej një ose dy ose tre mikroqarqesh. Kohët e fundit, ka pasur tendenca të transferimit gradual të funksioneve të çipave (kontrolluesi i memories, kontrolluesi i autobusit PCI Express) në procesor.

Që çdo pajisje elektronike e sofistikuar të funksionojë, zakonisht nevojiten shumë pjesë. Kur ka shumë prej tyre, ato mund të "kombinohen", le të themi, në qarqe të integruara. Cilat janë ato? Si klasifikohen? Si prodhohen dhe çfarë sinjalesh transmetohen?

Cilat janë qarqet e integruara logjike (IC)

Në fakt, kjo është një pajisje mikroelektronike që bazohet në një kristal me kompleksitet arbitrar, i cili është bërë në një film gjysmëpërçues ose meshë. Përshtatet në një kuti jo të ndashme (edhe pse mund të bëjë pa të, por vetëm kur është pjesë e mikromontimit). Qarku i parë i integruar u patentua në 1968. Kjo u bë një lloj përparimi në industri, megjithëse pajisja e ofruar nuk korrespondonte shumë me idetë moderne për sa i përket parametrave të saj. Qarqet e integruara prodhohen kryesisht për montim në sipërfaqe. Shpesh, IC kuptohet si një kristal ose film i vetëm. Më i përdoruri është një qark i integruar në një meshë silikoni. Kështu ndodhi që aplikimi i tij në industri ka një sërë avantazhesh, për shembull, efikasitetin e transmetimit të sinjalit.

Nivelet e projektimit

Këto pajisje janë komplekse, gjë që shfaqet bukur. Tani ato krijohen duke përdorur sisteme speciale CAD që automatizojnë dhe shpejtojnë ndjeshëm proceset e prodhimit. Pra, gjatë projektimit, po përpunohet sa vijon:

1. Niveli logjik (invertorët, DHE-JO, OSE-JO dhe të ngjashme).
2. Sistemi dhe qarku (po përpunohen ndezësit, gërshetat, ALU-të, krahasuesit, etj.);
3. Elektrike (kondensatorë, tranzistorë, rezistorë dhe të ngjashme).
4. Niveli topologjik - fotomaska ​​për prodhim.
5. Fizike - si zbatohet një transistor (ose një grup i vogël) në një çip.
6. Software - udhëzimet janë krijuar për mikrokontrolluesit, mikroprocesorët dhe FPGA-të. Një model sjelljeje është zhvilluar duke përdorur një skemë vertikale.

Klasifikimi

Duke folur se si dallohen qarqet e integruara, është e pamundur të zgjidhet vetëm një parametër i llojit të kompleksitetit të teknologjisë në fjalë. Prandaj, në kuadër të artikullit u përzgjodhën deri në tre.

Shkalla e integrimit

1. Qark i vogël i integruar. Përmban më pak se njëqind artikuj.
2. Qarku i integruar mesatar. Numri i elementeve varion nga njëqind / mijë.
3. Qark i madh i integruar. Përmban nga një mijë deri në 10,000 artikuj.
4. Ato kanë mbi dhjetë mijë elementë.

Në mënyrë tipike, një qark i integruar në shkallë të gjerë përdoret shpesh për pajisjet shtëpiake. Kategoritë e tjera janë përdorur më parë:

1. Qarku i integruar në shkallë jashtëzakonisht të madhe. Ai përfshinte ato mostra që mund të mburren me numrin e elementeve në rangun nga 1 milion në 1 miliard.
2. Qark i integruar i madh koncert. Kjo përfshinte mostra me më shumë se 1 miliard elementë.

Por në këtë moment ato nuk zbatohen. Dhe të gjitha mostrat, të cilat më parë quheshin UBIS dhe GBIS, tani kalojnë si VLSI. Në përgjithësi, kjo lejoi kursime të konsiderueshme në numrin e grupeve, pasi dy llojet e fundit zakonisht përdoren posaçërisht në qendrat e mëdha kërkimore ku funksionojnë sistemet kompjuterike, fuqia e të cilave matet në dhjetëra dhe qindra terabajt.

Teknologjia e prodhimit

Për shkak të mundësive të ndryshme të prodhimit, qarqet e integruara klasifikohen gjithashtu sipas mënyrës se si janë bërë dhe nga çfarë:

1. Gjysëmpërçues. Në to, të gjithë elementët dhe lidhjet bëhen në të njëjtin kristal gjysmëpërçues. Qarqet e integruara gjysmëpërçuese përdorin materiale të tilla si silic, germanium, arsenid galiumi dhe oksid hafniumi.

2. Film. Të gjithë elementët dhe lidhjet bëhen si filma:

Film i trashë.

Film i hollë.

3. Hibrid. Ka dioda, transistorë ose komponentë të tjerë aktivë elektronikë të pa paketuar. Ato pasive (të tilla si rezistorët, induktorët, kondensatorët) vendosen në një nënshtresë të zakonshme qeramike. Ata të gjithë përshtaten në një mbyllje të mbyllur.

4. Të përziera. Nuk ka vetëm një kristal gjysmëpërçues, por edhe elementë pasivë me shtresë të hollë (ose me shtresë të trashë) që vendosen në sipërfaqen e tij.

Lloji i sinjalit të përpunuar

Dhe lloji i tretë dhe më i fundit bazohet në atë që sinjalizon proceset e qarkut të integruar. Ata janë:

1. Analoge. Këtu sinjalet hyrëse dhe dalëse ndryshojnë sipas ligjit.Ato mund të marrin një vlerë në intervalin nga tensioni i furnizimit negativ në atë pozitiv.
2. Dixhitale. Këtu, çdo sinjal hyrës ose dalës mund të ketë dy vlera: logjike një ose zero. Secila prej tyre ka nivelin e vet të paracaktuar të tensionit. Pra, mikroqarqet e tipit TTL, diapazoni 0-0.4V vlerësohet në zero dhe 2.4-5V për njësi. Mund të ketë ndarje të tjera, gjithçka varet nga mostra specifike.
3. Analog-dixhital. Ato kombinojnë avantazhet dhe veçoritë e mostrave të mëparshme. Për shembull, ato mund të përfshijnë përforcues sinjali dhe konvertues analog në dixhital.

Specifikat ligjore

Çfarë thotë legjislacioni për qarqet e integruara? Në vendin tonë kemi ofruar mbrojtje ligjore për topologjitë e qarqeve të integruara. Me të nënkuptohet rregullimi gjeometrik-hapësinor i një grupi të caktuar elementësh specifikë dhe lidhjeve ndërmjet tyre të fiksuara në një transportues të caktuar material (sipas nenit 1448 të Kodit Civil të Federatës Ruse). Autori i topologjisë ka të drejtat e mëposhtme intelektuale për shpikjen e tij:

1. E drejta e autorit.
2. E drejta ekskluzive.

Përveç kësaj, autori i topologjisë mund të ketë preferenca të tjera, duke përfshirë mundësinë e marrjes së një shpërblimi për përdorimin e saj. është në fuqi prej dhjetë vjetësh. Gjatë kësaj kohe, shpikësi, ose personi të cilit i është caktuar ky status, mund të regjistrojë topologjinë në Shërbimin përkatës të Pronësisë Intelektuale dhe Patentave.

konkluzioni

Kjo eshte e gjitha! Nëse keni një dëshirë për të mbledhur skemën tuaj, ju vetëm mund t'i uroni sukses. Por në të njëjtën kohë do të doja të tërhiqja vëmendjen tuaj në një veçori. Nëse ekziston dëshira për të mbledhur një mikrocircuit, atëherë është e nevojshme që të përgatiteni plotësisht për këtë proces. Fakti është se krijimi i tij kërkon pastërti të jashtëzakonshme në nivelin e një sallë operacioni kirurgjik, për më tepër, për shkak të vogëlsisë së detajeve, nuk do të funksionojë për të punuar me një hekur saldimi në gjendje normale - të gjitha veprimet kryhen me makina. Prandaj, vetëm qarqet mund të krijohen në shtëpi. Nëse dëshironi, mund të blini zhvillime industriale që do të ofrohen në treg, por është më mirë ta lini idenë për t'i bërë ato në shtëpi pa financa të konsiderueshme.