|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Інтегральна мікросхема. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Інтегральна (мікро)схема (ІС, ІМС, м/сх, англ. integrated circuit, IC, microcircuit), чіп, мікрочіп (англ. microchip, silicon chip, chip - тонка пластинка - спочатку термін ставився до пластинки кристала мікросхеми) - мікроелектронне пристрій - електронна схема довільної складності (кристал), виготовлена на напівпровідниковій підкладці (пластині або плівці) і поміщена в нерозбірний корпус або без такого, у разі входження до складу мікроскладання.
Мікроелектроніка - найбільш значне і, як багато хто вважає, найважливіше науково-технічне досягнення сучасності. Порівняти її можна з такими поворотними подіями в історії техніки, як винахід друкарства у XVI столітті, створення парової машини у XVIII столітті та розвиток електротехніки у XIX. І коли сьогодні йдеться про науково-технічну революцію, то в першу чергу мається на увазі саме мікроелектроніка. Як жодне інше технічне досягнення наших днів, вона пронизує всі сфери життя і робить реальністю те, що ще вчора було просто неможливо собі уявити. Щоб переконатися в цьому, достатньо згадати про кишенькові мікрокалькулятори, мініатюрні радіоприймачі, електронні керуючі пристрої в побутових приладах, годинники, комп'ютери та програмовані ЕОМ. І це лише невелика частина сфери її застосування! Своїм виникненням і існуванням мікроелектроніка зобов'язана створенню нового надмініатюрного електронного елемента - інтегральної мікросхеми. Поява цих схем, власне, був якимось принципово новим винаходом - воно прямо випливало з логіки розвитку напівпровідникових приладів. Спочатку, коли напівпровідникові елементи лише входили у життя, кожен транзистор, резистор чи діод використовувався окремо, тобто полягав у свій індивідуальний корпус і вмикався у схему з допомогою своїх індивідуальних контактів. Так чинили навіть у тих випадках, коли доводилося збирати безліч однотипних схем з тих самих елементів. Поступово прийшло розуміння того, що подібні пристрої раціональніше не збирати з окремих елементів, а відразу виготовляти на одному загальному кристалі, тим більше напівпровідникова електроніка створювала для цього всі передумови. Насправді, всі напівпровідникові елементи за своїм пристроєм дуже схожі один на одного, мають однаковий принцип дії і відрізняються лише взаєморозташуванням pn областей. Ці pn області, як ми пам'ятаємо, створюються шляхом внесення однотипних домішок поверхневий шар напівпровідникового кристала. Причому надійна і з усіх поглядів задовільна робота переважної більшості напівпровідникових елементів забезпечується при товщині поверхневого робочого шару в тисячні частки міліметра. У мініатюрних транзисторах зазвичай використовується тільки верхній шар напівпровідникового кристала, що становить всього 1% його товщини. Інші 99% виконують роль носія чи підкладки, оскільки без підкладки транзистор міг зруйнуватися від найменшого дотику. Отже, використовуючи технологію, застосовувану виготовлення окремих електронних компонентів, можна відразу створити одному кристалі закінчену схему з кількох десятків, сотень і навіть тисяч таких компонентів. Виграш від цього буде величезний. По-перше, відразу знизяться витрати (вартість мікросхеми зазвичай у сотні разів менша, ніж сукупна вартість усіх електронних елементів її складових). По-друге, такий пристрій буде набагато надійнішим (як показує досвід, у тисячі та десятки тисяч разів), а це має колосальне значення, оскільки пошук несправності у схемі з десятків або сотень тисяч електронних компонентів перетворюється на надзвичайно складну проблему. По-третє, через те, що всі електронні елементи інтегральної мікросхеми в сотні і тисячі разів менші від своїх аналогів у звичайній збірній схемі, їхнє енергоспоживання набагато менше, а швидкодія - набагато вища. Ключовою подією, яка сповістила прихід інтегралізації в електроніку, стала пропозиція американського інженера Дж. Кілбі з фірми "Texas Instruments" отримувати еквівалентні елементи для всієї схеми, такі як регістри, конденсатори, транзистори та діоди в монолітному шматку чистого кремнію. Першу інтегральну напівпровідникову схему Кілбі створив улітку 1958 року. А вже в 1961 році фірма Fairchild Semiconductor Corporation випустила перші серійні мікросхеми для ЕОМ: схему збігів, напівзсувний регістр і тригер. У тому ж році виробництво напівпровідникових інтегральних логічних схем опанувала фірма "Texas". Наступного року з'явились інтегральні схеми інших фірм. У короткий час в інтегральному виконанні було створено різні типи підсилювачів. У 1962 році фірма RCA розробила інтегральні мікросхеми матриць пам'яті для запам'ятовуючих пристроїв ЕОМ. Поступово випуск мікросхем був налагоджений у всіх країнах – ера мікроелектроніки почалася. Вихідним матеріалом для інтегральної мікросхеми зазвичай є необроблена пластина з чистого кремнію. Вона має порівняно великі розміри, тому що на ній одночасно виготовляють одразу кілька сотень однотипних мікросхем. Перша операція полягає в тому, що під впливом кисню за температури 1000 градусів на поверхні цієї пластини формують шар двоокису кремнію. Оксид кремнію відрізняється великою хімічною та механічною стійкістю і має властивості прекрасного діелектрика, що забезпечує надійну ізоляцію розташованого під ним кремнію. Наступний крок - внесення домішок до створення зон p чи n провідності. Для цього видаляють оксидну плівку з тих місць пластини, які відповідають окремим електронним компонентам. Виділення необхідних ділянок відбувається за допомогою процесу, який отримав назву фотолітографії. Спочатку весь шар оксиду покривають світлочутливим складом (фоторезистом), який відіграє роль фотографічної плівки – його можна засвічувати та виявляти. Після цього через спеціальний фотошаблон, що містить малюнок поверхні напівпровідникового кристала, пластину висвітлюють ультрафіолетовими променями. Під впливом світла на шарі оксиду формується плоский малюнок, причому незасвітлені ділянки залишаються світлими, а решта - затемненими. Там, де фоторезистор піддавався дії світла, утворюються нерозчинні ділянки плівки, стійкі до кислоти. Потім пластину обробляють розчинником, який видаляє фоторезист із засвічених ділянок. З місць, що відкрилися (і тільки з них), шар оксиду кремнію витравлюють за допомогою кислоти. В результаті в потрібних місцях оксид кремнію розчиняється і відкриваються вікна чистого кремнію, готові до внесення домішок (лігування). Для цього поверхню підкладки при температурі 900-1200 градусів піддають впливу потрібної домішки, наприклад фосфору або миш'яку, для отримання провідності n-типу. Атоми домішки проникають углиб чистого кремнію, але відштовхуються його оксидом. Обробивши пластину одним видом домішки, готують її для лігування іншим видом - поверхню пластини знову покривають шаром оксиду, проводять нову фотолітографію та травлення, в результаті чого відкриваються нові "віконця" кремнію. Після цього слід нове лігування, наприклад бором, щоб одержати провідності p-типа. Так на всій поверхні кристала у необхідних місцях утворюються p і n області. Ізоляція між окремими елементами може створюватися декількома способами: такою ізоляцією може бути шар оксиду кремнію, можна також створювати в потрібних місцях замикаючі pn переходи. Наступний етап обробки пов'язаний з нанесенням струмопровідних з'єднань (струмових ліній) між елементами інтегральної схеми, а також між цими елементами і контактами для підключення зовнішніх ланцюгів. Для цього на підкладку напилюють тонкий шар алюмінію, який осідає у вигляді тонкої плівки. Її піддають фотолітографічної обробки та травлення, аналогічним описаним вище. В результаті від усього шару металу залишаються лише тонкі струмопровідні лінії та контактні майданчики. На закінчення всю поверхню напівпровідникового кристала покривають захисним шаром (найчастіше силікатним склом), який потім видаляють з контактних майданчиків. Усі виготовлені мікросхеми піддаються найсуворішій перевірці на контрольно-випробувальному стенді. Дефектні схеми позначаються червоною точкою. Нарешті, кристал розрізається на окремі пластинки-мікросхеми, кожна з яких полягає в міцний корпус з висновками для приєднання до зовнішніх ланцюгів. Складність інтегральної схеми характеризується показником, який отримав назву ступеня інтеграції. Інтегральні схеми, що налічують понад 100 елементів, називаються мікросхемами з малим ступенем інтеграції; схеми, що містять до 1000 елементів, - інтегральними схемами із середнім ступенем інтеграції; схеми, що містять до десятка тисяч елементів, є великими інтегральними схемами. Вже виготовляються схеми, що містять до мільйона елементів (вони називаються надвеликими). Поступове підвищення інтеграції призвело до того, що схеми з кожним роком стають дедалі меншими і відповідно все більш складними. Величезна кількість електронних пристроїв, які мали раніше більші габарити, вміщаються тепер на крихітній кремнієвій платівці. Надзвичайно важливою подією на цьому шляху стало створення в 1971 американською фірмою "Інтел" єдиної інтегральної схеми для виконання арифметичних і логічних операцій - мікропроцесора. Це спричинило грандіозний прорив мікроелектроніки у сферу обчислювальної техніки. Автор: Рижов К.В.
▪ Надглибоке буріння свердловин ▪ дизель
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Планшет Oregon Scientific MEEP! для дітей віком від шести років ▪ Акумулятори з деревних відходів ▪ Мікроскопічне діамантове колечко ▪ Електрони течуть подібно до рідини
▪ Розділ сайту Електротехнічні матеріали. Добірка статей ▪ стаття Не робіть із їжі культу! Крилатий вислів ▪ стаття Що таке холдинг? Детальна відповідь ▪ стаття Експедитор магазину. Типова інструкція з охорони праці ▪ стаття Охоронна система MICROALARM. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Тростина, загорнута в газету. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page