La începutul anilor '50, reprezentanții agențiilor americane de apărare și spațiu au fost primii care se gândeau la limitele progresului sistemelor de iluminat. Și au început să ofere - la început, cu prudență și apoi din ce în ce mai activ - sprijin financiar pentru proiectele menite să construiască sisteme electronice complet integrate de la componente solide. Acesta a fost începutul apusului "erei lămpilor", dar filozofia integrării electronice nu a suferit schimbări semnificative și încă seamănă cu filozofia construirii unei propuneri. În electronică, la fel ca în vorbirea umană, există o serie de elemente standard, care diferă în caracteristicile sale funcționale: fraza constă întotdeauna substantive, adjective, verbe, participial și circuitul electronic - a capacitivi, rezistență, tranzistori și diode. Combinând aceste elemente, puteți atașa o frază la acest sau acel sens și schema de a "încărca" soluția anumitor sarcini.
Componentele de stare solidă trebuiau să fie tranzistoare. Cele mai vechi au fost realizate din germaniu monocristalin și doar mult mai târziu - în anii '50 mijlocul anilor, atunci când problema de creștere a siliciu monocristalin, tranzistori fabricate din acest siliciu de oțel a fost rezolvată în Texas Instruments. Aceasta în sine a devenit imediat o întreprindere viabilă din punct de vedere comercial, în ciuda costului relativ ridicat al acelor vremuri (aproximativ 10 dolari fiecare).
1951 a fost marcat de faptul că Bell Labs și-a ținut prima conferință pe tranzistori și a început să vândă licențe de brevet de 25.000 de dolari pentru tehnologiile tranzistorului. Interesați de licență și în compania Centralab, unde Kilbi și-a făcut primii pași spre integrarea "germaniului". Cu toate acestea, Centralab nu a fost compania a cărei activitate - producerea de aparate auditive și circuite de televiziune pasive - ar putea interesa armata în 1956, când piața tehnologiilor militare de siliciu a devenit promițătoare. Mai multe posibilități au fost posibile de Texas Instruments, unde Kilby a lucrat timp de aproape 45 de ani și în interiorul căruia au fost construite primele circuite integrate de siliciu și germaniu ca parte a ordinii militare.
Începând cu sfârșitul anilor '40, Centralab a dezvoltat principiile de bază ale miniaturizării și a creat circuite hibride de film hibride groase. Schemele au fost realizate pe un singur substrat, iar zonele de contact sau rezistență au fost obținute prin simpla aplicare a vopselei de argint sau tipografice pe substrat. Atunci când tehnologia tranzistorilor din aliaj de germaniu a început să se dezvolte, în Centralab sa propus montarea dispozitivelor cu cadru deschis într-o carcasă din plastic sau ceramică, decât izolarea tranzistorului din mediul înconjurător. Pe această bază a fost posibilă crearea circuitelor hibride tranzistorice, "circuite imprimate". Dar, de fapt, a fost prototipul unei soluții moderne la problema carcasei și la concluziile circuitului integrat.
La mijlocul anilor 1950, Texas Instruments a avut toate ocaziile de a produce materiale semiconductoare cu costuri reduse. Dar dacă tranzistoarele sau diodele erau fabricate din siliciu, atunci rezistențele din TI erau preferate a fi făcute din nitrură de titan, iar condensatoarele distribuite erau fabricate din Teflon. Nu este surprinzător faptul că mulți au crezut că, datorită experienței acumulate de a crea circuite hibride, nu există nici o problemă în asamblarea acestor elemente, fabricate separat. Și dacă puteți face toate elementele de aceeași mărime și formă și, prin urmare, să automatizați procesul de asamblare, costul schemei va fi redus semnificativ. Această abordare este foarte asemănătoare cu procesul propus de Henry Ford pentru asamblarea transportoarelor de autovehicule.
Astfel, bazele soluțiilor schematice dominante de atunci stabilesc diferite materiale și tehnologii pentru fabricarea lor. Dar englezul Geoff Dummer de Royal Radar Stabilirea în 1951, a fost sugerat crearea de electronice ca o singură unitate prin intermediul straturilor semiconductoare din același material, care lucrează ca un amplificator, un rezistor, și capacitatea conectat la tăiat în fiecare tampoane strat. Cum se face practic, Dammer nu a specificat.
De fapt, rezistențele individuale și condensatoarele ar putea fi fabricate din același siliciu, dar acest lucru ar fi o producție destul de scumpă. În plus, rezistoarele și condensatoarele de siliciu ar fi mai puțin fiabile decât componentele fabricate folosind tehnologii standard și din materiale cunoscute, aceeași nitrură de titan sau teflon. Dar, deoarece în principiu era posibil să se facă, în principiu, toate componentele aceluiași material, ar fi trebuit să se gândească la conexiunea electrică respectivă într-un singur eșantion.
Merit Kilby - în implementarea practică a ideii lui Dummer.
punerea în aplicare
"Ideea unui monolit" sa întâlnit cu o atitudine indulgent-ironică din partea managementului Texas Instruments, unde au cerut dovezi că o astfel de schemă ar funcționa.
Primul circuit cu adevărat integrat, realizat "de la zero", într-o singură piesă a semiconductorului, a fost circuitul de declanșare a germaniului. Aici s-au folosit atât rezistența de volum a lui Ge cât și capacitatea joncțiunii p-n. Prezentarea sa a avut loc la începutul anului 1959. Curând, Robert Noyce de la Fairchild Semiconductor a demonstrat beneficiile unui proces planar.
Atât Kilby, cât și Neuss au trebuit să asculte o mulțime de comentarii critice cu privire la inovațiile lor. Se credea că ieșirea practică a circuitelor integrate ar fi foarte scăzută, deoarece numai 15% din tranzistoarele fabricate la acel moment aveau resursele de fiabilitate necesare. În al doilea rând, mulți au crezut că în circuitele integrate s-au folosit materiale necorespunzătoare, deoarece cele mai bune componente electronice nu erau apoi fabricate din semiconductori.
Toate îndoielile au fost respinse când circuitele integrate au fost utilizate cu succes în programele militare americane, în programele Apollo de pregătire a navei spațiale pentru Lună și în dezvoltarea rachetei Minuteman. În 1964 a fost creat primul calculator portabil pe circuite integrate. Utilizarea lor comercială a început și dreptul lor la existență a fost în cele din urmă demonstrat.
Cum funcționează chips-urile?
Transformarea de nisip în mici dispozitive care includ milioane de componente - cea mai mare realizare de oameni de știință și ingineri, părea imposibil doar o jumătate de secol în urmă, înainte de inventarea în 1947 de către angajații Bell Labs laborator tranzistor. Siliconul este un semiconductor natural. În anumite condiții, este capabil să efectueze electricitate, în alte cazuri acționează ca un izolator. Proprietățile electrice ale siliciului pot fi modificate prin adăugarea unor impurități diferite. Acest proces se numește dopaj. Astfel de aditivi transformă siliciul într-un material ideal pentru fabricarea tranzistorilor - cele mai simple dispozitive care modifică semnalele electrice. Tranzistorii pot, de asemenea, să execute funcțiile comutatoarelor, a căror combinație permite operațiunile logice "și", "sau", "nu".
Microciclurile sunt produse în fabrici, în construcția cărora este necesar să se investească multe miliarde de dolari. La plantă, nisipul este topit și purificat, transformându-se în lingouri omogene de siliciu cu o puritate de 99,9999%. Cuțitele speciale taie lingourile în plăci cu grosimea unei monede mici și cu un diametru de câțiva centimetri. Plăcile sunt curățate și șlefuite. Fiecare dintre ele servește pentru a face o multitudine de microcircuite. Aceasta și etapele ulterioare sunt efectuate în așa-numita cameră "curată", în care absența prafului și a altor corpuri străine este monitorizată în mod special atent.
Stratul neconductor de dioxid de siliciu pe suprafața plăcilor de siliciu se extinde și este acoperit cu un compus chimic fotosensibil.
Acest compus (fotorezist) este expus la iradierea cu radiații ultraviolete printr-un șablon special sau o mască pentru a fixa zonele tratate cu radiații. Zonele netratate sunt gravate cu gaz fierbinte, care expune substratul de siliciu situat în partea de jos. Substratul și stratul inferior de siliciu sunt gravate pentru a obține o placă cu grosimea dorită.
Fotorezistul, implicat în procesul de fotolitografie, este ulterior îndepărtat, lăsând pe urechile de relief cip, configurația cărora repetă schema de circuit reprezentată în mască. Conductivitatea electrică a componentelor individuale ale microcipului poate fi de asemenea schimbată prin doparea acestora cu o compoziție chimică specială la temperatură și presiune ridicată. Procedura fotolitografiei folosind diferite măști, urmată de gravare și dopare, se repetă pentru fiecare cip de mai multe ori. Astfel, în fiecare etapă obținem un circuit integrat din ce în ce mai complex.
Pentru a forma conductori care sunt conectați cu componente individuale, gravate anterior pe chip, acestea sunt acoperite cu un strat subțire de metal (de obicei, din aluminiu sau cupru). După aceea, litografia și gravura îndepărtează întregul metal, cu excepția conductorilor subțiri. Uneori, mai multe straturi de conductori sunt plasate pe microcircuit, separate de izolații de sticlă.
Distribuiți materialul împreună cu colegii și prietenii
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: