Litar bersepadu yang besar(LSI) ialah litar bersepadu (IC) dengan tahap penyepaduan yang tinggi (bilangan elemen di dalamnya mencecah 10,000), digunakan dalam peralatan elektronik sebagai unit komputer, automasi, peralatan pengukur, dsb.
Berdasarkan bilangan elemen, semua litar bersepadu secara konvensional dibahagikan kepada kategori berikut:
■ mudah (SIS) - dengan bilangan unsur dalam kristal sehingga 10,
■ kecil (MIS) - sehingga 100,
■ sederhana (SIS) - sehingga 1000,
■ besar (BIS) - sehingga 10,000,
■ lebih besar (VLSI) - 1,000,000,
■ ultra-besar (UBIS) - sehingga 1000000000,
■ giga-large (GBIS) - lebih daripada 1000000000 elemen dalam kristal.
Litar bersepadu (IC) yang mengandungi lebih daripada 100 elemen dipanggil litar mikro peringkat yang lebih tinggi integrasi.
Penggunaan LSI disertai dengan peningkatan mendadak dalam semua petunjuk utama berbanding kompleks berfungsi serupa yang dilaksanakan pada IC berasingan. Penyepaduan IC pada satu cip membawa kepada pengurangan bilangan pakej, bilangan pemasangan dan operasi pemasangan, dan bilangan sambungan luaran - paling tidak boleh dipercayai. Ini membantu mengurangkan saiz, berat, kos dan meningkatkan kebolehpercayaan.
Faedah tambahan daripada penyepaduan IC termasuk pengurangan dalam jumlah bilangan pad, panjang intersambung yang lebih pendek dan kurang variasi dalam parameter, kerana semua IC terletak pada cip yang sama dan dihasilkan dalam satu kitaran proses.
Pengalaman membangunkan LSI juga mendedahkan beberapa masalah umum yang mengehadkan peningkatan tahap integrasi dan yang perlu diselesaikan dalam proses pembangunan mikroelektronik selanjutnya:
■ masalah pelesapan haba,
■ masalah perhubungan,
■ masalah kawalan parameter,
■ sekatan fizikal pada saiz unsur.
Pada tahun 1964, buat pertama kalinya berdasarkan LSI, IBM mengeluarkan enam model keluarga IBM 360.
Contoh LSI juga boleh termasuk litar memori 4 bit atau lebih, peranti kawalan aritmetik-logik dan komputer, dan penapis digital. IC direka bentuk untuk menyelesaikan pelbagai jenis masalah, jadi ia dihasilkan menggunakan gabungan kaedah yang terdapat dalam senjata semikonduktor, teknologi filem nipis dan tebal.
IM biasanya dikelaskan mengikut kaedah pembuatan dan struktur yang terhasil.
MI semikonduktor ialah IC di mana semua elemen dan sambungan di antara mereka dibuat dalam satu volum dan pada satu permukaan wafer semikonduktor.
Dalam litar mikro hibrid, komponen pasif (perintang dan kapasitor) digunakan pada permukaan plat dielektrik, komponen aktif (transistor) dibuat dalam bentuk komponen kecil diskret yang berasingan dan dilekatkan pada litar mikro.

kesusasteraan
1. Stepanenko I.P., Asas Mikroelektronik, M.: Makmal Pengetahuan Asas, 2003, hlm. 453-460.
2. Batushev A.V., Microcircuits dan aplikasinya, M.: Radio dan komunikasi, 1984, hlm. 13-17.
3. Chernozubov Yu.S., Bagaimana litar mikro dilahirkan, M.: Pendidikan, 1989, hlm. 14-19.

Untuk mana-mana elektronik yang lebih atau kurang kompleks berfungsi, banyak bahagian biasanya diperlukan. Apabila terdapat banyak daripada mereka, mereka boleh "digabungkan," katakan, ke dalam litar bersepadu. Apakah mereka? Bagaimanakah mereka dikelaskan? Bagaimanakah ia dibuat dan apakah isyarat yang dihantar?

Apakah itu Litar Bersepadu Logik (IC)

Pada asasnya, ini ialah peranti mikroelektronik yang berasaskan kristal kerumitan sewenang-wenangnya, yang dibuat pada filem semikonduktor atau wafer. Ia diletakkan dalam bekas yang tidak boleh dipisahkan (walaupun ia boleh dilakukan tanpanya, tetapi hanya apabila ia adalah sebahagian daripada pemasangan mikro). Litar bersepadu pertama telah dipatenkan pada tahun 1968. Ini adalah sejenis kejayaan dalam industri, walaupun peranti yang disediakan tidak begitu sesuai dengan idea moden dalam parameternya. litar bersepadu Kebanyakannya dihasilkan untuk pemasangan permukaan. Selalunya, IC difahami sebagai hanya satu kristal atau filem. Yang paling meluas ialah litar bersepadu pada wafer silikon. Kebetulan penggunaannya dalam industri mempunyai beberapa kelebihan, contohnya, kecekapan penghantaran isyarat.

Tahap Reka Bentuk

Peranti ini adalah kompleks, yang dipaparkan dengan cantik. Kini mereka dicipta menggunakan sistem CAD khas, yang mengautomasikan dan mempercepatkan proses pengeluaran dengan ketara. Oleh itu, apabila mereka bentuk, kami mempertimbangkan:

1. Tahap logik (penyongsang, NAND, NOR dan seumpamanya).
2. Kejuruteraan sistem dan litar (pencetus, pengekod, ALU, pembanding, dll. sedang diusahakan);
3. Elektrik (kapasitor, transistor, perintang dan peranti yang serupa).
4. Tahap topologi - topeng foto untuk pengeluaran.
5. Fizikal - bagaimana satu transistor (atau kumpulan kecil) dilaksanakan pada cip.
6. Perisian - arahan dicipta untuk mikropengawal, mikropemproses dan FPGA. Model tingkah laku dibangunkan menggunakan gambar rajah menegak.

Pengelasan

Apabila bercakap tentang bagaimana litar bersepadu dibezakan, adalah mustahil untuk memilih hanya satu parameter jenis kerumitan teknologi yang dipersoalkan. Oleh itu, seramai tiga orang telah dipilih untuk artikel ini.

Darjah integrasi

1. Litar bersepadu kecil. Mengandungi kurang daripada seratus elemen.
2. Purata litar bersepadu. Bilangan elemen berbeza dalam julat ratusan/ribu.
3. Litar bersepadu yang besar. Mengandungi dari seribu hingga 10,000 elemen.
4. Mereka mengandungi lebih daripada sepuluh ribu unsur.

Secara amnya, litar bersepadu berskala besar sering digunakan untuk peranti pengguna. Kategori lain telah digunakan sebelum ini:

1. Litar bersepadu ultra-besar. Ia termasuk sampel yang boleh membanggakan beberapa elemen dalam julat dari 1 juta hingga 1 bilion.
2. Litar bersepadu Giga-besar. Ini termasuk sampel yang bilangan elemennya melebihi 1 bilion elemen.

Tetapi dalam masa ini masa ia tidak digunakan. Dan semua sampel yang sebelum ini diklasifikasikan sebagai UBIS dan GBIS kini diklasifikasikan sebagai VLSI. Secara keseluruhan, ini membolehkan penjimatan yang ketara pada bilangan kumpulan, kerana dua jenis terakhir biasanya digunakan khusus di pusat penyelidikan besar di mana sistem komputer, kuasa yang diukur dalam puluhan dan ratusan terabait.

Teknologi pembuatan

Disebabkan oleh keupayaan pembuatan yang berbeza, litar bersepadu juga dikelaskan mengikut cara ia dibuat dan daripada apa:

1. Semikonduktor. Di dalamnya, semua elemen dan sambungan dibuat pada cip semikonduktor yang sama. Litar bersepadu semikonduktor menggunakan bahan seperti silikon, germanium, galium arsenide dan hafnium oksida.

2. Filem. Semua elemen dan sambungan dibuat seperti filem:

Filem tebal.

Filem nipis.

3. Hibrid. Mempunyai diod, transistor atau komponen aktif elektronik lain yang tidak dibungkus. Unsur pasif (seperti perintang, induktor, kapasitor) diletakkan pada substrat seramik biasa. Kesemuanya diletakkan di dalam satu perumahan tertutup.

4. Bercampur. Terdapat bukan sahaja kristal semikonduktor, tetapi juga unsur pasif filem nipis (atau filem tebal) yang diletakkan pada permukaannya.

Jenis isyarat yang diproses

Dan jenis ketiga dan terbaharu adalah berdasarkan apa yang menandakan proses litar bersepadu. Mereka ialah:

1. Analog. Di sini isyarat input dan output berubah mengikut undang-undang. Ia boleh mengambil nilai dalam julat daripada voltan bekalan negatif kepada positif.
2. digital. Di sini, sebarang isyarat input atau output boleh mempunyai dua nilai: logik satu atau sifar. Setiap daripada mereka mempunyai tahap voltan yang telah ditetapkan sendiri. Oleh itu, litar mikro jenis TTL menilai julat 0-0.4V sebagai sifar, dan 2.4-5V sebagai satu. Mungkin ada bahagian lain, semuanya bergantung pada sampel tertentu.
3. Analog-digital. Mereka menggabungkan kelebihan dan ciri model terdahulu. Sebagai contoh, ia mungkin mengandungi penguat isyarat dan penukar analog-ke-digital.

Ciri Undang-undang

Apakah yang dikatakan undang-undang tentang litar bersepadu? Negara kita menyediakan perlindungan undang-undang untuk topologi litar bersepadu. Yang kami maksudkan ialah susunan geometri-ruang bagi satu set elemen tertentu dan sambungan tertentu di antara mereka, direkodkan pada medium material tertentu (mengikut Perkara 1448 Kanun Sivil. Persekutuan Russia). Pengarang topologi mempunyai hak intelek berikut untuk ciptaannya:

1. Hak cipta.
2. Eksklusif betul.

Di samping itu, pengarang topologi mungkin mempunyai keutamaan lain, termasuk kemungkinan menerima imbuhan untuk penggunaannya. sah selama sepuluh tahun. Pada masa ini, pencipta, atau orang yang telah diberikan status ini, boleh mendaftarkan topologi dengan harta intelek dan perkhidmatan paten yang sesuai.

Kesimpulan

Itu sahaja! Jika anda mempunyai keinginan untuk memasang litar anda sendiri, anda hanya boleh mendoakan kejayaannya. Tetapi pada masa yang sama saya ingin menarik perhatian anda kepada satu ciri. Jika anda ingin memasang litar mikro, maka anda perlu menyediakan sepenuhnya untuk proses ini. Hakikatnya ialah penciptaannya memerlukan kebersihan yang luar biasa pada tahap bilik operasi pembedahan; lebih-lebih lagi, kerana bahagian yang kecil, tidak mungkin untuk bekerja dengan besi pematerian dalam mod biasa - semua tindakan dilakukan oleh mesin. Oleh itu, di rumah anda hanya boleh membuat gambar rajah. Jika mahu, anda boleh membeli perkembangan perindustrian, yang akan ditawarkan di pasaran, tetapi lebih baik meninggalkan idea untuk membuatnya di rumah tanpa kewangan yang ketara.

Varady G.K. 404 platun.

litar bersepadu.

Pelan:

1) Pengenalan (konsep, peranti).

2) Jenis IP.

3) Kebaikan dan keburukan IP.

4) Pengeluaran.

5) Permohonan.

pengenalan.

(dari lat. integrasi- "sambungan").

IC ialah litar mikroelektronik yang terbentuk pada wafer kecil (kristal atau "cip") bahan semikonduktor, biasanya silikon, yang digunakan untuk mengawal dan menguatkan arus elektrik. IC biasa terdiri daripada banyak komponen mikroelektronik yang saling berkaitan, seperti transistor, perintang, kapasitor dan diod, yang direka pada lapisan permukaan cip. Dimensi hablur silikon berjulat daripada kira-kira 1.3 x 1.3 mm hingga 13 x 13 mm. Kemajuan dalam litar bersepadu telah membawa kepada pembangunan teknologi litar bersepadu berskala besar dan sangat besar (LSI dan VLSI).

Pengelasan.

Bergantung pada tahap penyepaduan (bilangan elemen untuk litar digital), nama litar bersepadu berikut digunakan:

litar bersepadu kecil (MIS) - sehingga 100 elemen setiap cip,

litar bersepadu sederhana (SIS) - sehingga 1000 elemen setiap cip,

litar bersepadu besar (LSI) - sehingga 10 ribu elemen setiap cip,

litar bersepadu berskala ultra besar (VLSI) - lebih daripada 10 ribu elemen dalam kristal.

Sebelum ini, nama lapuk kini turut digunakan: litar bersepadu berskala ultra besar (ULIS) - daripada 1-10 juta hingga 1 bilion elemen dalam kristal dan, kadangkala, litar bersepadu berskala besar giga (GBIC) - lebih daripada 1 bilion unsur dalam kristal. Pada masa ini, pada tahun 2010-an, nama "UBIS" dan "GBIS" praktikalnya tidak digunakan, dan semua litar mikro dengan lebih daripada 10 ribu elemen diklasifikasikan sebagai VLSI.

Kebaikan dan keburukan IP.

Litar bersepadu mempunyai beberapa kelebihan berbanding pendahulunya, litar analog, yang dipasang daripada komponen individu yang dipasang pada casis. IC adalah lebih kecil, lebih pantas dan lebih dipercayai; Mereka juga lebih murah dan kurang terdedah kepada kegagalan yang disebabkan oleh getaran, kelembapan dan penuaan. Pengecilan litar elektronik dimungkinkan kerana sifat khas semikonduktor. Kelebihan utama mereka dipertimbangkan:

Penggunaan kuasa dikurangkan dikaitkan dengan penggunaan isyarat elektrik berdenyut dalam elektronik digital. Apabila menerima dan menukar isyarat tersebut unsur aktif peranti elektronik (transistor) beroperasi dalam mod "kunci", iaitu, transistor sama ada "terbuka" - yang sepadan dengan isyarat tahap tinggi (1), atau "tertutup" - (0), dalam kes pertama terdapat tiada penurunan voltan merentasi transistor, pada detik - tidak melaluinya semasa. Dalam kedua-dua kes, penggunaan kuasa hampir kepada 0, berbeza dengan peranti analog, di mana kebanyakan masa transistor berada dalam keadaan pertengahan (aktif).

Imuniti bunyi yang tinggi peranti digital dikaitkan dengan perbezaan besar antara isyarat tahap tinggi (contohnya, 2.5-5 V) dan rendah (0-0.5 V). Ralat status mungkin berlaku pada tahap gangguan sedemikian tahap tinggi ditafsirkan sebagai rendah dan sebaliknya, yang tidak mungkin. Selain itu, peranti digital boleh menggunakan kod khas untuk membetulkan ralat.

Perbezaan besar dalam tahap keadaan isyarat tinggi dan Level rendah(logik “0” dan “1”) dan julat yang agak luas daripada perubahan yang dibenarkan menjadikan teknologi digital tidak sensitif terhadap penyebaran parameter elemen yang tidak dapat dielakkan dalam teknologi bersepadu, menghapuskan keperluan untuk memilih komponen dan mengkonfigurasi elemen pelarasan dalam peranti digital.

Kebolehpercayaan. Kebolehpercayaan litar bersepadu adalah lebih kurang sama dengan transistor silikon individu, bentuk dan saiz yang setara. Secara teorinya, transistor boleh bertahan beribu-ribu tahun tanpa kegagalan - faktor kritikal untuk aplikasi seperti roket dan teknologi angkasa, di mana kegagalan tunggal boleh bermakna kegagalan sepenuhnya projek.

Pengeluaran.

Pembuatan litar bersepadu boleh mengambil masa sehingga dua bulan kerana kawasan tertentu semikonduktor mesti didop dengan tepat. Dalam proses yang dipanggil pertumbuhan kristal, atau penarikan kristal, papak silinder silikon ketulenan tinggi pertama kali dihasilkan. Dari silinder ini, plat dengan ketebalan, sebagai contoh, 0.5 mm dipotong. Wafer itu akhirnya dipotong menjadi ratusan kepingan kecil yang dipanggil cip, setiap satunya diubah menjadi litar bersepadu melalui proses yang diterangkan di bawah. Proses pemprosesan cip bermula dengan penghasilan topeng untuk setiap lapisan IC. Stensil berskala besar dibuat, berbentuk segi empat sama dengan keluasan lebih kurang. 0.1 m2. Satu set topeng sedemikian mengandungi semua komponen IC: tahap resapan, tahap saling sambung, dsb. Keseluruhan struktur yang terhasil dikecilkan secara fotografi kepada saiz. kristal dan dihasilkan semula lapisan demi lapisan pada plat kaca. Lapisan nipis silikon dioksida ditanam pada permukaan wafer silikon. Setiap plat disalut dengan bahan peka cahaya (photoresist) dan terdedah kepada cahaya yang dihantar melalui topeng. Kawasan yang tidak terdedah pada salutan fotosensitif dikeluarkan dengan pelarut, dan dengan bantuan reagen kimia lain yang melarutkan silikon dioksida, yang terakhir terukir dari kawasan yang tidak lagi dilindungi oleh salutan fotosensitif. Variasi teknologi proses asas ini digunakan dalam fabrikasi dua jenis utama struktur transistor: bipolar dan kesan medan (MOS).

Permohonan. Local\Global.

Tempatan.

Secara langsung dalam reka bentuk litar, litar bersepadu boleh mengambil sejumlah besar tugas. Antaranya mungkin:

Elemen logik, Pencetus, Pembilang, Daftar, Penukar Penampan, Pengekod, Penyahkod, Pembanding digital, Pemultipleks, Penyahmultipleks, Penambah, Penambah separuh, Kekunci, Pengawal Mikro, pemproses (Mikro) (termasuk CPU untuk komputer), mikrokomputer cip tunggal, Litar mikro dan modul memori, FPGA (litar bersepadu logik boleh atur cara).

Global.

Mikropemproses dan komputer mini. Pertama kali diperkenalkan secara terbuka pada tahun 1971, mikropemproses melaksanakan kebanyakan fungsi asas komputer pada IC silikon tunggal, dilaksanakan pada cip 5x5 mm. Terima kasih kepada litar bersepadu menjadi kemungkinan penciptaan komputer mini - komputer kecil di mana semua fungsi dilakukan pada satu atau lebih litar bersepadu yang besar. Pengecilan yang mengagumkan ini telah membawa kepada pengurangan dramatik dalam kos pengkomputeran. Komputer mini yang dihasilkan pada masa ini, berharga kurang daripada $1,000, adalah sama kuatnya dengan komputer pertama yang sangat besar, yang berharga sehingga $20 juta pada awal 1960. Mikropemproses digunakan dalam peralatan komunikasi, kalkulator poket dan jam tangan. jam tangan, pemilih saluran televisyen , permainan elektronik, dapur automatik dan peralatan perbankan, kawalan bahan api automatik dan rawatan selepas gas ekzos dalam kereta penumpang, serta banyak peranti lain. Kebanyakan industri elektronik global, yang perolehannya melebihi 795 bilion rubel, satu cara atau yang lain bergantung pada litar bersepadu. Di seluruh dunia, litar bersepadu digunakan dalam peralatan yang jumlah kosnya berjumlah ratusan bilion rubel.

kesusasteraan.

Meizda F. Litar bersepadu: teknologi dan aplikasi. M., 1981 Zi S. Fizik peranti semikonduktor. M., 1984 teknologi VLSI. M., 1986 Maller R., Keimin S. Elemen litar bersepadu. M., 1989 Shur M.S. Fizik peranti semikonduktor. M., 1992

Litar bersepadu pertama

Didedikasikan untuk ulang tahun ke-50 tarikh rasmi

B. Malashevich

12 September 1958 pekerja syarikat itu Alat Texas(TI) Jack Kilby menunjukkan kepada pengurusan tiga peranti pelik - peranti yang diperbuat daripada dua keping silikon berukuran 11.1 x 1.6 mm yang dilekatkan bersama lilin lebah pada substrat kaca (Rajah 1). Ini adalah mock-up tiga dimensi - prototaip litar bersepadu (IC) penjana, membuktikan kemungkinan menghasilkan semua elemen litar berdasarkan satu bahan semikonduktor. Tarikh ini disambut dalam sejarah elektronik sebagai hari lahir litar bersepadu. Tetapi adakah ia?

nasi. 1. Susun atur IP pertama oleh J. Kilby. Foto dari tapak http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Menjelang akhir tahun 1950-an, teknologi pemasangan peralatan radio-elektronik(REA) daripada unsur diskret telah kehabisan keupayaannya. Dunia telah menghadapi krisis akut REA; langkah radikal diperlukan. Pada masa ini, teknologi bersepadu untuk pengeluaran kedua-dua peranti semikonduktor dan papan litar seramik filem tebal dan filem nipis telah pun dikuasai secara industri di Amerika Syarikat dan USSR, iaitu prasyarat telah matang untuk mengatasi krisis ini dengan mencipta pelbagai elemen. produk standard - litar bersepadu.

Litar bersepadu (cip, IC) termasuk peranti elektronik dengan kerumitan yang berbeza-beza, di mana semua elemen yang serupa dihasilkan secara serentak dalam satu kitaran teknologi, i.e. menggunakan teknologi bersepadu. Tidak seperti papan litar bercetak (di mana semua konduktor penyambung dibuat secara serentak dalam satu kitaran menggunakan teknologi bersepadu), perintang, kapasitor, dan (dalam IC semikonduktor) diod dan transistor juga terbentuk dalam IC. Di samping itu, banyak IC dihasilkan secara serentak, daripada puluhan hingga ribuan.

IC dibangunkan dan dihasilkan oleh industri dalam bentuk siri, menggabungkan beberapa litar mikro untuk pelbagai tujuan fungsian, bertujuan untuk kegunaan bersama dalam peralatan elektronik. IC siri mempunyai reka bentuk standard dan sistem bersatu bagi ciri-ciri elektrik dan lain-lain. IC dibekalkan oleh pengilang kepada pelbagai pengguna sebagai produk komersial bebas yang memenuhi sistem keperluan piawai tertentu. IC ialah produk yang tidak boleh dibaiki; apabila membaiki peralatan elektronik, IC yang gagal diganti.

Terdapat dua kumpulan utama IC: hibrid dan semikonduktor.

Dalam IC hibrid (HIC), semua konduktor dan unsur pasif terbentuk pada permukaan substrat litar mikro (biasanya seramik) menggunakan teknologi bersepadu. Unsur aktif dalam bentuk diod tanpa pakej, transistor dan kristal IC semikonduktor dipasang pada substrat secara individu, secara manual atau automatik.

Dalam IC semikonduktor, elemen penyambung, pasif dan aktif terbentuk dalam satu kitaran teknologi pada permukaan bahan semikonduktor (biasanya silikon) dengan pencerobohan separa isipadunya menggunakan kaedah resapan. Pada masa yang sama, pada satu wafer semikonduktor, bergantung pada kerumitan peranti dan saiz kristal dan wafernya, dari beberapa puluh hingga beberapa ribu IC dihasilkan. Industri ini menghasilkan IC semikonduktor dalam pakej standard, dalam bentuk cip individu atau dalam bentuk wafer tidak berbelah bahagi.

Pengenalan IC hibrid (GIS) dan semikonduktor kepada dunia berlaku dalam cara yang berbeza. GIS ialah produk pembangunan evolusi mikromodul dan teknologi pelekap papan seramik. Oleh itu, mereka kelihatan tanpa disedari; tidak ada tarikh lahir GIS yang diterima umum dan tiada pengarang yang diiktiraf secara umum. IC semikonduktor adalah hasil semula jadi dan tidak dapat dielakkan daripada pembangunan teknologi semikonduktor, tetapi ia memerlukan penjanaan idea baharu dan penciptaan teknologi baharu, yang mempunyai tarikh lahir mereka sendiri dan pengarangnya sendiri. IC hibrid dan semikonduktor pertama muncul di USSR dan Amerika Syarikat hampir serentak dan bebas antara satu sama lain.

IC hibrid pertama

IC hibrid termasuk IC, pengeluaran yang menggabungkan teknologi integral pembuatan elemen pasif dengan teknologi individu (manual atau automatik) untuk memasang dan memasang elemen aktif.

Kembali pada akhir 1940-an, syarikat Centralab di Amerika Syarikat membangunkan prinsip asas untuk pembuatan papan litar bercetak berasaskan seramik filem tebal, yang kemudiannya dibangunkan oleh syarikat lain. Asasnya ialah teknologi pembuatan papan litar bercetak dan kapasitor seramik. Dari papan litar bercetak kami mengambil teknologi bersepadu untuk membentuk topologi konduktor penyambung - percetakan skrin sutera. Dari kapasitor - bahan substrat (seramik, selalunya sital), serta bahan pes dan teknologi terma penetapannya pada substrat.

Dan pada awal 1950-an, syarikat RCA mencipta teknologi filem nipis: dengan menyembur pelbagai bahan dalam vakum dan mendepositkannya melalui topeng ke substrat khas, mereka belajar cara menghasilkan banyak filem kecil yang menyambungkan konduktor, perintang dan kapasitor secara serentak pada satu substrat seramik.

Berbanding dengan teknologi filem tebal, teknologi filem nipis memberikan kemungkinan pembuatan elemen topologi bersaiz lebih tepat yang lebih tepat, tetapi memerlukan peralatan yang lebih kompleks dan mahal. Peranti yang dihasilkan pada papan litar seramik menggunakan teknologi filem tebal atau filem nipis dipanggil "litar hibrid." Litar hibrid dihasilkan sebagai komponen produk pengeluaran mereka sendiri; setiap pengeluar mempunyai reka bentuk, dimensi, dan tujuan fungsi mereka sendiri; mereka tidak memasuki pasaran bebas, dan oleh itu kurang diketahui.

Litar hibrid juga telah menyerang mikromodul. Pada mulanya, mereka menggunakan elemen miniatur pasif dan aktif diskret, disatukan oleh pendawaian bercetak tradisional. Teknologi pemasangan adalah rumit, dengan bahagian besar buruh manual. Oleh itu, micromodules adalah sangat mahal, dan penggunaannya terhad kepada peralatan on-board. Kemudian selendang seramik kecil filem tebal digunakan. Seterusnya, perintang mula dihasilkan menggunakan teknologi filem tebal. Tetapi diod dan transistor yang digunakan masih diskret, dibungkus secara individu.

Mikromodule menjadi litar bersepadu hibrid pada masa ini apabila transistor dan diod yang tidak dibungkus digunakan di dalamnya dan struktur itu dimeterai dalam perumah biasa. Ini memungkinkan untuk mengautomasikan proses pemasangan mereka dengan ketara, mengurangkan harga secara mendadak dan mengembangkan skop aplikasi. Berdasarkan kaedah membentuk unsur pasif, GIS filem tebal dan filem nipis dibezakan.

GIS pertama di USSR

GIS pertama (modul jenis "Kvant", kemudiannya ditetapkan IS siri 116) di USSR dibangunkan pada tahun 1963 di NIIRE (kemudian NPO Leninets, Leningrad) dan pada tahun yang sama kilang perintisnya memulakan pengeluaran bersiri mereka. Dalam GIS ini, IC semikonduktor "R12-2", yang dibangunkan pada tahun 1962 oleh Loji Peranti Semikonduktor Riga, digunakan sebagai elemen aktif. Oleh kerana sejarah penciptaan IC ini dan ciri-cirinya tidak dapat dipisahkan, kami akan mempertimbangkannya bersama-sama dalam bahagian yang dikhaskan untuk P12-2.

Tidak dinafikan, modul Kvant adalah yang pertama dalam dunia GIS dengan penyepaduan dua peringkat - mereka menggunakan IC semikonduktor dan bukannya transistor berpakej diskret sebagai elemen aktif. Berkemungkinan mereka juga yang pertama dalam dunia GIS - produk berbilang elemen yang lengkap dari segi struktur dan fungsi, yang dibekalkan kepada pengguna sebagai produk komersial bebas. Produk asing terawal serupa yang dikenal pasti oleh pengarang ialah modul IBM Corporation SLT yang diterangkan di bawah, tetapi ia diumumkan pada tahun berikutnya, 1964.

GIS pertama di Amerika Syarikat

Kemunculan GIS filem tebal sebagai asas elemen utama komputer IBM System /360 baharu pertama kali diumumkan oleh IBM pada tahun 1964. Nampaknya ini adalah penggunaan pertama GIS di luar USSR; penulis tidak dapat mencari contoh terdahulu .

Telah diketahui pada masa itu dalam kalangan pakar, siri IC semikonduktor "Micrologic" dari Fairchild dan "SN-51" dari TI (kita akan membincangkannya di bawah) masih tidak dapat diakses dan sangat mahal untuk aplikasi komersial, seperti pembinaan komputer yang besar. Oleh itu, perbadanan IBM, mengambil reka bentuk mikromodul rata sebagai asas, membangunkan siri GIS filem tebalnya, yang diumumkan di bawah nama umum (berbanding dengan "mikromodules") - "modul SLT" (Teknologi Logik Pepejal - pepejal teknologi logik. Biasanya perkataan "pepejal" diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia sebagai "pepejal", yang sama sekali tidak logik. Memang, istilah "modul SLT" diperkenalkan oleh IBM berbanding istilah "modul mikro" dan sepatutnya mencerminkan perbezaannya. Tetapi kedua-duanya modul adalah "pepejal", iaitu terjemahan ini tidak Perkataan "pepejal" mempunyai makna lain - "pepejal", "keseluruhan", yang berjaya menekankan perbezaan antara "modul SLT" dan "mikromodules" - SLT-modul tidak boleh dibahagikan, tidak boleh diperbaiki, iaitu "keseluruhan." Kami tidak menggunakan terjemahan yang diterima umum ke dalam bahasa Rusia: Teknologi Logik Pepejal - teknologi logik pepejal).

Modul SLT ialah plat mikro filem tebal seramik persegi setengah inci dengan pin menegak yang ditekan. Konduktor dan perintang penyambung digunakan pada permukaannya menggunakan percetakan skrin sutera (mengikut gambar rajah peranti yang sedang dilaksanakan), dan transistor yang tidak dibungkus telah dipasang. Kapasitor, jika perlu, dipasang di sebelah modul SLT pada papan peranti. Walaupun secara luarannya hampir serupa (mikromodule lebih tinggi sedikit, Rajah 2.), modul SLT berbeza daripada mikromodu rata dalam ketumpatan unsur yang lebih tinggi, penggunaan kuasa yang rendah, prestasi tinggi dan kebolehpercayaan yang tinggi. Di samping itu, teknologi SLT agak mudah untuk diautomasikan, oleh itu ia boleh dihasilkan dalam kuantiti yang banyak pada kos yang cukup rendah untuk digunakan dalam peralatan komersial. Inilah yang IBM perlukan. Syarikat itu membina kilang automatik di East Fishkill berhampiran New York untuk pengeluaran modul SLT, yang menghasilkannya dalam jutaan salinan.

nasi. 2. Modul mikro USSR dan modul SLT f. IBM. Foto STL dari tapak http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

Mengikuti IBM, syarikat lain mula menghasilkan GIS, yang mana GIS menjadi produk komersial. Reka bentuk standard mikromodul rata dan modul SLT daripada IBM telah menjadi salah satu piawaian untuk IC hibrid.

IC semikonduktor pertama

Menjelang akhir tahun 1950-an, industri mempunyai setiap peluang untuk menghasilkan elemen peralatan elektronik yang murah. Tetapi jika transistor atau diod diperbuat daripada germanium dan silikon, maka perintang dan kapasitor diperbuat daripada bahan lain. Ramai kemudiannya percaya bahawa apabila mencipta litar hibrid tidak akan ada masalah dalam memasang unsur-unsur ini, yang dihasilkan secara berasingan. Dan jika mungkin untuk menghasilkan semua elemen saiz dan bentuk standard dan dengan itu mengautomasikan proses pemasangan, maka kos peralatan akan dikurangkan dengan ketara. Berdasarkan alasan sedemikian, penyokong teknologi hibrid menganggapnya sebagai hala tuju umum pembangunan mikroelektronik.

Tetapi tidak semua orang berkongsi pendapat ini. Faktanya ialah transistor mesa, dan terutamanya transistor planar, yang telah dicipta oleh tempoh itu, telah disesuaikan untuk pemprosesan kumpulan, di mana beberapa operasi untuk pembuatan banyak transistor pada satu plat substrat dijalankan secara serentak. Iaitu, banyak transistor dihasilkan pada satu wafer semikonduktor sekaligus. Kemudian plat dipotong menjadi transistor individu, yang diletakkan dalam kes individu. Dan kemudian pengeluar perkakasan menggabungkan transistor pada satu papan litar bercetak. Terdapat orang yang menganggap pendekatan ini tidak masuk akal - mengapa memisahkan transistor dan kemudian menyambungkannya semula. Adakah mungkin untuk menggabungkannya dengan segera pada wafer semikonduktor? Pada masa yang sama, singkirkan beberapa operasi yang rumit dan mahal! Mereka ini menghasilkan IC semikonduktor.

Idea ini sangat mudah dan jelas sekali. Tetapi, seperti yang sering berlaku, hanya selepas seseorang mula-mula mengumumkannya dan membuktikannya. Tepat terbukti, cuma umumkan selalu, seperti dalam dalam kes ini, kadang-kadang ia tidak mencukupi. Idea IC telah diumumkan pada tahun 1952, sebelum kemunculan kaedah kumpulan untuk pembuatan peranti semikonduktor. hidup persidangan tahunan mengenai komponen elektronik, yang diadakan di Washington, seorang pekerja Pejabat Radar Diraja British di Malvern, Jeffrey Dummer, membentangkan laporan mengenai kebolehpercayaan komponen peralatan radar. Dalam laporan itu dia membuat pernyataan kenabian: “ Dengan kemunculan transistor dan bekerja dalam bidang teknologi semikonduktor, secara amnya mungkin untuk membayangkan peralatan elektronik dalam bentuk blok pepejal yang tidak mengandungi wayar penyambung. Unit ini mungkin terdiri daripada lapisan bahan penebat, pengalir, pembetulan dan pengukuhan di mana kawasan tertentu dipotong supaya ia boleh melaksanakan fungsi elektrik secara langsung.". Tetapi ramalan ini tidak disedari oleh pakar. Mereka mengingatinya hanya selepas kemunculan IC semikonduktor pertama, iaitu, selepas bukti praktikal idea yang telah lama diumumkan. Seseorang harus menjadi yang pertama mencipta semula dan melaksanakan idea IC semikonduktor.

Seperti dalam kes transistor, pencipta IC semikonduktor yang diiktiraf umum mempunyai pendahulu yang lebih kurang berjaya. Dammer sendiri membuat percubaan untuk merealisasikan ideanya pada tahun 1956, tetapi gagal. Pada tahun 1953, Harvick Johnson dari RCA menerima paten untuk pengayun cip tunggal, dan pada tahun 1958, bersama Torkel Wallmark, mengumumkan konsep "peranti bersepadu semikonduktor." Pada tahun 1956, pekerja Bell Labs Ross menghasilkan litar pembilang binari berdasarkan asas n-p-n-p struktur dalam satu kristal tunggal. Pada tahun 1957, Yasuro Taru dari syarikat Jepun MITI menerima paten untuk menggabungkan transistor berbeza dalam satu cip. Tetapi semua ini dan perkembangan lain yang serupa adalah bersifat peribadi, tidak dibawa ke pengeluaran dan tidak menjadi asas untuk pembangunan elektronik bersepadu. pembangunan IP dalam pengeluaran industri Hanya tiga projek yang menyumbang.

Mereka yang bertuah ialah Jack Kilby dari Texas Instruments (TI), Robert Noyce dari Fairchild (kedua-duanya dari Amerika Syarikat) dan Yuri Valentinovich Osokin dari biro reka bentuk Riga Semiconductor Device Plant (USSR). Orang Amerika mencipta sampel eksperimen litar bersepadu: J. Kilby - prototaip penjana IC (1958), dan kemudian pencetus pada transistor mesa (1961), R. Noyce - pencetus menggunakan teknologi planar (1961), dan Yu. Osokin – IC logik “2NOT-OR” serta-merta masuk ke dalam pengeluaran besar-besaran di Jerman (1962). Syarikat-syarikat ini memulakan pengeluaran bersiri IP hampir serentak, pada tahun 1962.

IC semikonduktor pertama di Amerika Syarikat

IP oleh Jack Kilby. siri IS SN - 51”

Pada tahun 1958, J. Kilby (perintis dalam penggunaan transistor dalam alat pendengaran) berpindah ke Texas Instruments. Kilby yang baru datang, sebagai pereka litar, telah "dilemparkan" untuk menambah baik pengisian mikromodular roket dengan mencipta alternatif kepada mikromodules. Pilihan untuk memasang blok dari bahagian berbentuk standard, serupa dengan memasang model mainan dari angka LEGO, telah dipertimbangkan. Namun, Kilby terpesona dengan sesuatu yang lain. Peranan yang menentukan dimainkan oleh kesan "rupa yang segar": pertama, dia segera menyatakan bahawa mikromodules adalah jalan buntu, dan kedua, setelah mengagumi struktur mesa, dia mendapat idea bahawa litar harus (dan boleh) menjadi. dilaksanakan daripada satu bahan - semikonduktor. Kilby tahu tentang idea Dummer dan percubaannya yang tidak berjaya untuk melaksanakannya pada tahun 1956. Selepas menganalisis, dia memahami sebab kegagalan itu dan mencari cara untuk mengatasinya. “ Kredit saya ialah saya mengambil idea ini dan mengubahnya menjadi kenyataan.”, J. Kilby berkata kemudian dalam ucapan Nobelnya.

Belum mendapat hak untuk keluar, dia bekerja di makmal tanpa gangguan semasa semua orang berehat. Pada 24 Julai 1958, Kilby merumuskan satu konsep dalam jurnal makmal yang dipanggil Idea Monolitik. Intipatinya ialah “. ..elemen litar seperti perintang, kapasitor, kapasitor teragih dan transistor boleh disepadukan ke dalam satu cip - dengan syarat ia diperbuat daripada bahan yang sama... Dalam reka bentuk litar flip-flop, semua elemen mesti diperbuat daripada silikon, dengan perintang menggunakan rintangan isipadu silikon, dan kapasitor - kemuatan simpang p-n". "Idea monolit" bertemu dengan sikap merendahkan dan ironis daripada pengurusan Texas Instruments, yang menuntut bukti kemungkinan pembuatan transistor, perintang dan kapasitor daripada semikonduktor dan kebolehkendalian litar yang dipasang daripada unsur tersebut.

Pada September 1958, Kilby menyedari ideanya - dia membuat penjana daripada dua keping germanium berukuran 11.1 x 1.6 mm, dilekatkan bersama dengan lilin lebah pada substrat kaca, yang mengandungi dua jenis kawasan resapan (Rajah 1). Dia menggunakan kawasan ini dan kenalan sedia ada untuk mencipta litar penjana, menyambungkan elemen dengan wayar emas nipis dengan diameter 100 mikron menggunakan kimpalan termomampatan. Mesatransistor dicipta dari satu kawasan, dan litar RC dicipta dari kawasan lain. Tiga penjana yang dipasang telah ditunjukkan kepada pengurusan syarikat. Apabila kuasa disambungkan, mereka mula bekerja pada frekuensi 1.3 MHz. Ini berlaku pada 12 September 1958. Seminggu kemudian, Kilby membuat penguat dengan cara yang sama. Tetapi ini belum lagi struktur bersepadu, ini adalah mock-up tiga dimensi IC semikonduktor, membuktikan idea untuk mengeluarkan semua elemen litar daripada satu bahan - semikonduktor.

nasi. 3. Jenis Pencetus 502 J. Kilby. Foto dari tapak http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Litar bersepadu pertama Kilby, dibuat dalam sekeping germanium monolitik, ialah IC pencetus Jenis 502 eksperimen (Rajah 3). Ia menggunakan kedua-dua rintangan isipadu germanium dan kapasitansi simpang p-n. Pembentangannya berlangsung pada bulan Mac 1959. Tidak sejumlah besar IC tersebut telah dihasilkan dalam keadaan makmal dan dijual dalam bulatan sempit pada harga $450. IC mengandungi enam elemen: empat transistor mesa dan dua perintang, diletakkan pada wafer silikon dengan diameter 1 cm. Tetapi IC Kilby mempunyai kelemahan yang serius - transistor mesa, yang dalam bentuk lajur "aktif" mikroskopik menjulang tinggi di atas yang lain. , bahagian "pasif" kristal. Sambungan lajur mesa antara satu sama lain di Kilby IS dilakukan dengan mendidih wayar emas nipis - "teknologi berbulu" yang dibenci oleh semua orang. Menjadi jelas bahawa dengan sambungan sedemikian, litar mikro dengan sejumlah besar elemen tidak boleh dibuat - web wayar akan pecah atau menyambung semula. Dan germanium pada masa itu sudah dianggap sebagai bahan yang tidak menjanjikan. Tidak ada kejayaan.

Pada masa ini, Fairchild telah membangunkan teknologi silikon planar. Memandangkan semua ini, Texas Instruments terpaksa mengetepikan semua yang Kilby telah lakukan dan mula, tanpa Kilby, untuk membangunkan satu siri IC berdasarkan teknologi silikon planar. Pada Oktober 1961, syarikat itu mengumumkan penciptaan satu siri IC jenis SN-51, dan pada tahun 1962 ia memulakan pengeluaran dan penghantaran besar-besaran mereka demi kepentingan Jabatan Pertahanan AS dan NASA.

IP oleh Robert Noyce. siri ISMikrologi”

Pada tahun 1957, atas beberapa sebab, W. Shockley, pencipta transistor planar, meninggalkan sekumpulan lapan jurutera muda yang ingin mencuba untuk melaksanakan idea mereka sendiri. “The Eight Traitors,” sebagaimana Shockley memanggil mereka, yang pemimpinnya ialah R. Noyce dan G. Moore, mengasaskan syarikat Fairchild Semiconductor (“anak yang cantik”). Syarikat itu diketuai oleh Robert Noyce, dia ketika itu berumur 23 tahun.

Pada penghujung tahun 1958, ahli fizik D. Horney, yang bekerja di Fairchild Semiconductor, membangunkan teknologi planar untuk pembuatan transistor. Dan ahli fizik kelahiran Czech, Kurt Lehovec, yang bekerja di Sprague Electric, membangunkan teknik untuk menggunakan persimpangan n-p yang disambungkan terbalik untuk mengasingkan komponen secara elektrik. Pada tahun 1959, Robert Noyce, setelah mendengar tentang reka bentuk IC Kilby, memutuskan untuk cuba mencipta litar bersepadu dengan menggabungkan proses yang dicadangkan oleh Horney dan Lehovec. Dan bukannya "teknologi berbulu" sambungan, Noyce mencadangkan pemendapan terpilih lapisan nipis logam di atas struktur semikonduktor terlindung silikon dioksida dengan sambungan kepada sentuhan unsur melalui lubang yang ditinggalkan dalam lapisan penebat. Ini memungkinkan untuk "menenggelamkan" unsur-unsur aktif dalam badan semikonduktor, menebatnya dengan silikon oksida, dan kemudian menyambungkan unsur-unsur ini dengan trek terpercik aluminium atau emas, yang dicipta menggunakan proses fotolitografi, metalisasi dan etsa pada peringkat terakhir pembuatan produk. Oleh itu, versi yang benar-benar "monolitik" untuk menggabungkan komponen ke dalam satu litar telah diperolehi, dan teknologi baru itu dipanggil "planar". Tetapi pertama-tama idea itu perlu diuji.

nasi. 4. Pencetus eksperimen oleh R. Noyce. Foto dari tapak http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

nasi. 5. Foto Micrologic IC dalam majalah Life. Foto dari tapak http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Pada Ogos 1959, R. Noyce menugaskan Joy Last untuk membangunkan versi IC berdasarkan teknologi planar. Pertama, seperti Kilby, mereka membuat prototaip pencetus pada beberapa kristal silikon, di mana 4 transistor dan 5 perintang dibuat. Kemudian, pada 26 Mei 1960, pencetus cip tunggal pertama telah dihasilkan. Untuk mengasingkan unsur-unsur di dalamnya dengan sisi terbalik Wafer silikon telah terukir dengan alur dalam yang diisi dengan resin epoksi. Pada 27 September 1960, versi ketiga pencetus telah dihasilkan (Rajah 4), di mana unsur-unsur telah diasingkan oleh simpang p-n yang disambungkan ke belakang.

Sehingga masa itu, Fairchild Semiconductor hanya terlibat dalam transistor; ia tidak mempunyai pereka litar untuk mencipta IC semikonduktor. Oleh itu, Robert Norman dari Sperry Gyroscope telah dijemput sebagai pereka litar. Norman biasa dengan logik perintang-transistor, yang syarikat itu, atas cadangannya, memilih sebagai asas untuk siri IC "Mikrologi" masa depannya, yang menemui aplikasi pertamanya dalam peralatan roket Minuteman. Pada Mac 1961, Fairchild mengumumkan IC prototaip pertama siri ini (F-flip-flop mengandungi enam elemen: empat transistor bipolar dan dua perintang diletakkan di atas pinggan dengan diameter 1 cm) dengan penerbitan gambarnya (Rajah 5) dalam majalah kehidupan(bertarikh 10 Mac 1961). 5 IP lagi diumumkan pada bulan Oktober. Dan dari awal tahun 1962, Fairchild melancarkan pengeluaran besar-besaran IC dan bekalannya juga untuk kepentingan Jabatan Pertahanan AS dan NASA.

Kilby dan Noyce terpaksa mendengar banyak kritikan tentang inovasi mereka. Adalah dipercayai bahawa hasil praktikal litar bersepadu yang sesuai adalah sangat rendah. Adalah jelas bahawa ia sepatutnya lebih rendah daripada transistor (kerana ia mengandungi beberapa transistor), yang mana ia tidak lebih tinggi daripada 15%. Kedua, ramai yang percaya bahawa bahan yang tidak sesuai digunakan dalam litar bersepadu, kerana perintang dan kapasitor tidak dibuat daripada semikonduktor pada masa itu. Ketiga, ramai yang tidak dapat menerima idea tentang ketidakbolehbaikan IP. Ia seolah-olah menghujat mereka untuk membuang produk yang hanya satu daripada banyak elemen yang gagal. Segala keraguan telah diketepikan secara beransur-ansur apabila litar bersepadu berjaya digunakan dalam ketenteraan dan program angkasa lepas USA.

Salah seorang pengasas Fairchild Semiconductor, G. Moore, merumuskan undang-undang asas pembangunan mikroelektronik silikon, mengikut mana bilangan transistor dalam kristal litar bersepadu meningkat dua kali ganda setiap tahun. Undang-undang ini, yang dipanggil "Undang-undang Moore," beroperasi dengan jelas selama 15 tahun pertama (bermula pada tahun 1959), dan kemudian penggandaan ini berlaku dalam kira-kira satu setengah tahun.

Selanjutnya, industri IP di Amerika Syarikat mula berkembang dengan pantas. Di Amerika Syarikat, proses seperti runtuhan salji bagi kemunculan perusahaan yang berorientasikan semata-mata "untuk planar" bermula, kadangkala mencapai tahap bahawa sedozen syarikat telah didaftarkan setiap minggu. Berusaha untuk veteran (firma W. Shockley dan R. Noyce), serta terima kasih kepada insentif cukai dan perkhidmatan yang disediakan oleh Universiti Stanford, "pendatang baru" berkumpul terutamanya di Lembah Santa Clara (California). Oleh itu, tidaklah menghairankan bahawa pada tahun 1971, dengan tangan ringan wartawan dan mempopularkan inovasi teknikal Don Hofler, imej romantis-teknologi "Lembah Silikon" telah beredar, selama-lamanya menjadi sinonim dengan Mekah revolusi teknologi semikonduktor. Ngomong-ngomong, di kawasan itu benar-benar terdapat sebuah lembah yang sebelum ini terkenal dengan banyak kebun aprikot, ceri dan plum, yang sebelum kemunculan syarikat Shockley mempunyai nama lain yang lebih menyenangkan - Lembah Kegembiraan Hati, sekarang, malangnya. , hampir terlupa.

Pada tahun 1962, pengeluaran besar-besaran litar bersepadu bermula di Amerika Syarikat, walaupun jumlah penghantaran mereka kepada pelanggan hanya berjumlah beberapa ribu. Insentif terkuat untuk pembangunan industri pembuatan instrumen dan elektronik secara baharu ialah teknologi roket dan angkasa lepas. Amerika Syarikat pada masa itu tidak mempunyai peluru berpandu balistik antara benua yang sama kuat dengan yang Soviet, dan untuk meningkatkan caj mereka terpaksa meminimumkan jisim pengangkut, termasuk sistem kawalan, melalui pengenalan kemajuan terkini dalam teknologi elektronik . Texas Instrument dan Fairchild Semiconductor telah menandatangani kontrak besar untuk reka bentuk dan pembuatan litar bersepadu dengan Jabatan Pertahanan AS dan NASA.

IC semikonduktor pertama di USSR

Menjelang akhir 1950-an, industri Soviet sangat terdesak untuk diod dan transistor semikonduktor sehingga langkah-langkah radikal diperlukan. Pada tahun 1959, kilang peranti semikonduktor telah diasaskan di Aleksandrov, Bryansk, Voronezh, Riga, dll. Pada Januari 1961, Jawatankuasa Pusat CPSU dan Majlis Menteri USSR menerima satu lagi Resolusi "Mengenai pembangunan industri semikonduktor," yang menyediakan untuk pembinaan kilang dan institut penyelidikan di Kyiv, Minsk, Yerevan, Nalchik dan bandar-bandar lain.

Kami akan berminat dengan salah satu kilang baru - Loji Peranti Semikonduktor Riga yang disebutkan di atas (RZPP, ia menukar namanya beberapa kali, untuk kesederhanaan kami menggunakan yang paling terkenal, yang masih beroperasi hari ini). Bangunan sekolah teknik koperasi dalam pembinaan dengan keluasan 5300 m2 diperuntukkan sebagai landasan pelancaran untuk loji baru, dan pada masa yang sama pembinaan bangunan khas bermula. Menjelang Februari 1960, kilang itu telah mencipta 32 perkhidmatan, 11 makmal dan pengeluaran perintis, yang bermula pada bulan April untuk mempersiapkan pengeluaran peranti pertama. Kilang itu telah menggaji 350 orang, 260 daripadanya dihantar belajar di Moscow Scientific Research Institute-35 (kemudian Institut Penyelidikan Saintifik Pulsar) dan kilang Leningrad Svetlana pada tahun itu. Dan pada akhir tahun 1960, bilangan pekerja mencecah 1,900 orang. Pada mulanya, talian teknologi terletak di gimnasium dibina semula bangunan sekolah teknik koperasi, dan makmal OKB terletak di bekas bilik darjah. Kilang itu menghasilkan peranti pertama (transistor resapan aloi dan penukaran germanium P-401, P-403, P-601 dan P-602 yang dibangunkan oleh NII-35) 9 bulan selepas pesanan untuk penciptaannya ditandatangani, pada Mac 1960. Dan menjelang akhir bulan Julai, dia mengeluarkan seribu transistor P-401 yang pertama. Kemudian dia menguasai pengeluaran banyak transistor dan diod lain. Pada bulan Jun 1961, pembinaan bangunan khas telah siap, di mana pengeluaran besar-besaran peranti semikonduktor bermula.

Sejak 1961, kilang itu memulakan kerja teknologi dan pembangunan bebas, termasuk mekanisasi dan automasi pengeluaran transistor berdasarkan fotolitografi. Untuk tujuan ini, pengulang foto domestik pertama (cap foto) telah dibangunkan - pemasangan untuk menggabungkan dan mencetak foto kenalan (dibangunkan oleh A.S. Gotman). Bantuan besar dalam pembiayaan dan pembuatan peralatan unik telah disediakan oleh perusahaan Kementerian Industri Radio, termasuk KB-1 (kemudian NPO Almaz, Moscow) dan NIIRE. Pada masa itu, pembangun paling aktif peralatan radio bersaiz kecil, tidak mempunyai pangkalan semikonduktor teknologi mereka sendiri, sedang mencari cara untuk berinteraksi secara kreatif dengan kilang semikonduktor yang baru dicipta.

Di RZPP, kerja aktif telah dijalankan untuk mengautomasikan pengeluaran transistor germanium jenis P401 dan P403 berdasarkan barisan pengeluaran Ausma yang dicipta oleh kilang itu. Ketua perekanya (GC) A.S. Gottman mencadangkan membuat laluan pembawa arus pada permukaan germanium dari elektrod transistor ke pinggiran kristal untuk memudahkan pengimpalan petunjuk transistor dalam perumah. Tetapi yang paling penting, trek ini boleh digunakan sebagai terminal luaran transistor apabila ia dipasang ke dalam papan (mengandungi elemen penyambung dan pasif) tanpa pembungkusan, mematerikannya terus ke pad kenalan yang sepadan (sebenarnya, teknologi untuk mencipta IC hibrid ialah dicadangkan). Kaedah yang dicadangkan, di mana laluan penghantar arus kristal seolah-olah mencium pad kenalan papan, menerima nama asal - "teknologi ciuman". Tetapi disebabkan oleh beberapa masalah yang kemudiannya ternyata tidak dapat diselesaikan masalah teknologi, terutamanya berkaitan dengan masalah dengan ketepatan mendapatkan kenalan pada papan litar bercetak, tidak mungkin untuk melaksanakan "teknologi ciuman" secara praktikal. Beberapa tahun kemudian, idea yang sama telah dilaksanakan di Amerika Syarikat dan USSR dan menemui aplikasi luas dalam apa yang dipanggil "pimpin bola" dan dalam teknologi "cip-to-board".

Walau bagaimanapun, syarikat perkakasan yang bekerjasama dengan RZPP, termasuk NIIRE, mengharapkan "teknologi ciuman" dan merancang penggunaannya. Pada musim bunga tahun 1962, apabila menjadi jelas bahawa pelaksanaannya telah ditangguhkan selama-lamanya, ketua jurutera NIIRE V.I. Smirnov bertanya kepada pengarah RZPP S.A. Bergman untuk mencari cara lain untuk melaksanakan litar 2NOR berbilang elemen, universal untuk membina peranti digital.

nasi. 7. Litar setara IC R12-2 (1LB021). Melukis daripada prospektus IP 1965.

IS dan GIS pertama oleh Yuri Osokin. Skim pepejal R12-2(siri IS 102 Dan 116 )

Pengarah RZPP mempercayakan tugas ini kepada jurutera muda Yuri Valentinovich Osokin. Kami menganjurkan jabatan yang terdiri daripada makmal teknologi, makmal untuk pembangunan dan pengeluaran topeng foto, makmal pengukur dan barisan pengeluaran perintis. Pada masa itu, teknologi untuk pembuatan diod dan transistor germanium telah dibekalkan kepada RZPP, dan ia telah diambil sebagai asas perkembangan baru. Dan sudah pada musim gugur tahun 1962, prototaip pertama litar pepejal germanium 2NOT-OR telah diperolehi (memandangkan istilah IS tidak wujud pada masa itu, untuk menghormati hal ehwal masa itu, kami akan mengekalkan nama "litar keras" - TS), yang menerima jawatan kilang "P12-2". Buku kecil pengiklanan dari 1965 pada P12-2 telah bertahan (Rajah 6), maklumat dan ilustrasi yang akan kami gunakan. TS R12-2 mengandungi dua germanium p - n - p -transistor (transistor diubah suai jenis P401 dan P403) dengan beban biasa dalam bentuk perintang jenis p germanium teragih (Rajah 7).

nasi. 8. Struktur IC R12-2. Melukis daripada prospektus IP 1965.

nasi. 9. Lukisan dimensi kenderaan R12-2. Melukis daripada prospektus IP 1965.

Plumbum luaran dibentuk oleh kimpalan termomampatan antara kawasan germanium struktur TC dan emas konduktor plumbum. Ini memastikan operasi litar yang stabil di bawah pengaruh luar dalam keadaan kabus tropika dan laut, yang amat penting untuk operasi dalam pertukaran telefon automatik quasi-elektronik tentera laut yang dihasilkan oleh loji VEF Riga, yang juga berminat dengan perkembangan ini.

Secara struktur, R12-2 TS (dan R12-5 seterusnya) dibuat dalam bentuk "tablet" (Rajah 9) dari cawan logam bulat dengan diameter 3 mm dan ketinggian 0.8 mm. Kristal TC diletakkan di dalamnya dan diisi dengan sebatian polimer, dari mana datang hujung luar pendek petunjuk yang diperbuat daripada dawai emas lembut dengan diameter 50 mikron, dikimpal pada kristal. Jisim P12-2 tidak melebihi 25 mg. Dalam reka bentuk ini, kenderaan itu tahan terhadap kelembapan relatif 80% pada suhu ambien 40 ° C dan kepada perubahan suhu kitaran dari -60 ° hingga 60 ° C.

Menjelang akhir tahun 1962, pengeluaran perintis RZPP menghasilkan kira-kira 5 ribu kenderaan R12-2, dan pada tahun 1963 beberapa puluh ribu daripadanya telah dibuat. Oleh itu, 1962 menjadi tahun kelahiran industri mikroelektronik di Amerika Syarikat dan USSR.

nasi. 10. Kumpulan TS R12-2

nasi. 11. Ciri asas elektrik R12-2

Teknologi semikonduktor ketika itu masih di peringkat awal dan belum lagi menjamin kebolehulangan parameter yang ketat. Oleh itu, peranti yang boleh dikendalikan telah diisih ke dalam kumpulan parameter (ini sering dilakukan pada zaman kita). Penduduk Riga melakukan perkara yang sama, memasang 8 penarafan standard kenderaan R12-2 (Rajah 10). Semua ciri elektrik dan lain-lain adalah sama untuk semua penarafan standard (Rajah 11).

Pengeluaran TS R12-2 bermula serentak dengan R&D "Hardness", yang berakhir pada tahun 1964 (GK Yu.V. Osokin). Sebagai sebahagian daripada kerja ini, teknologi kumpulan yang dipertingkatkan untuk pengeluaran bersiri kenderaan germanium telah dibangunkan berdasarkan fotolitografi dan pemendapan galvanik aloi melalui topeng foto. Penyelesaian teknikal utamanya didaftarkan sebagai ciptaan oleh Yu.V. Osokin. dan Mikhalovich D.L. (A.S. No. 36845). Beberapa artikel oleh Yu.V. telah diterbitkan dalam jurnal terperingkat Spetsradioelectronics. Osokina dengan kerjasama pakar KB-1 I.V. Tiada apa-apa, G.G. Smolko dan Yu.E. Naumov dengan penerangan tentang reka bentuk dan ciri-ciri kenderaan R12-2 (dan kenderaan R12-5 berikutnya).

Reka bentuk P12-2 adalah baik dalam segala-galanya, kecuali satu perkara - pengguna tidak tahu cara menggunakan produk kecil sedemikian dengan petunjuk paling nipis. Sebagai peraturan, syarikat perkakasan tidak mempunyai teknologi mahupun peralatan untuk ini. Sepanjang tempoh pengeluaran R12-2 dan R12-5, penggunaannya dikuasai oleh NIIRE, Loji Radio Zhigulevsky Kementerian Industri Radio, VEF, NIIP (sejak 1978 NPO Radiopribor) dan beberapa perusahaan lain. Memahami masalah itu, pemaju TS, bersama-sama dengan NIIRE, segera memikirkan tahap kedua reka bentuk, yang pada masa yang sama meningkatkan ketumpatan susun atur peralatan.

nasi. 12. Modul 4 kenderaan R12-2

Pada tahun 1963, di NIIRE, dalam rangka kerja reka bentuk dan pembangunan Kvant (GK A.N. Pelipenko, dengan penyertaan E.M. Lyakhovich), reka bentuk modul telah dibangunkan yang menggabungkan empat kenderaan R12-2 (Rajah 12). Dari dua hingga empat peranti R12-2 (dalam perumahan) diletakkan pada papan mikro yang diperbuat daripada gentian kaca nipis, yang secara kolektif melaksanakan unit berfungsi tertentu. Sehingga 17 pin (nombor berbeza untuk modul tertentu) dengan panjang 4 mm ditekan pada papan. Papan mikro itu diletakkan di dalam cawan logam bercop berukuran 21.6 ? 6.6 mm dan 3.1 mm dalam dan diisi dengan sebatian polimer. Hasilnya ialah litar bersepadu hibrid (HIC) dengan pengedap dua kali elemen. Dan, seperti yang telah kami katakan, ia adalah GIS pertama di dunia dengan penyepaduan dua peringkat, dan, mungkin, GIS pertama secara umum. Lapan jenis modul telah dibangunkan dengan nama umum "Kuantum", yang melaksanakan pelbagai fungsi logik. Sebagai sebahagian daripada modul tersebut, kenderaan R12-2 kekal beroperasi apabila terdedah kepada pecutan berterusan sehingga 150 g dan beban getaran dalam julat frekuensi 5–2000 Hz dengan pecutan sehingga 15 g.

Modul Kvant pertama kali dihasilkan oleh pengeluaran perintis NIIRE, dan kemudian ia dipindahkan ke Loji Radio Zhigulevsky Kementerian Industri Radio USSR, yang membekalkannya kepada pelbagai pengguna, termasuk kilang VEF.

Modul TS R12-2 dan "Kvant" berdasarkan mereka telah membuktikan diri mereka dengan baik dan digunakan secara meluas. Pada tahun 1968, piawaian telah dikeluarkan untuk mewujudkan sistem penetapan bersatu untuk litar bersepadu di negara ini, dan pada tahun 1969 - Umum spesifikasi teknikal untuk IC semikonduktor (NP0.073.004TU) dan hibrid (NP0.073.003TU) dengan sistem keperluan bersatu. Selaras dengan keperluan ini, Biro Pusat untuk Penggunaan Litar Bersepadu (TsBPIMS, kemudian CDB Dayton, Zelenograd) pada 6 Februari 1969 meluluskan spesifikasi teknikal baharu ShT3.369.001-1TU untuk kenderaan itu. Pada masa yang sama, istilah "litar bersepadu" siri 102 muncul buat kali pertama dalam penetapan produk. TS R12-2 mula dipanggil IS: 1LB021V, 1LB021G, 1LB021Zh, 1LB021I. Malah, ia adalah satu IC, diisih kepada empat kumpulan mengikut voltan keluaran dan kapasiti beban.

nasi. 13. IC siri 116 dan 117

Dan pada 19 September 1970, TsBPIMS meluluskan spesifikasi teknikal AB0.308.014TU untuk modul Kvant, siri IS yang ditetapkan 116 (Gamb. 13). Siri ini termasuk sembilan IC: 1ХЛ161, 1ХЛ162 dan 1ХЛ163 - litar digital pelbagai fungsi; 1LE161 dan 1LE162 – dua dan empat elemen logik 2NOR; 1TP161 dan 1TP1162 – satu dan dua pencetus; 1UP161 – penguat kuasa, serta 1LP161 – unsur logik"larangan" pada 4 input dan 4 output. Setiap IC ini mempunyai empat hingga tujuh pilihan reka bentuk, berbeza dalam voltan isyarat keluaran dan kapasiti beban, untuk sejumlah 58 jenis IC. Reka bentuk telah ditandakan dengan huruf selepas bahagian digital penamaan IS, sebagai contoh, 1ХЛ161ж. Selepas itu, rangkaian modul diperluaskan. IC siri 116 sebenarnya adalah hibrid, tetapi atas permintaan RZPP mereka dilabelkan sebagai semikonduktor (digit pertama dalam sebutan ialah "1", yang hibrid harus mempunyai "2").

Pada tahun 1972, dengan keputusan bersama Kementerian Industri Elektronik dan Kementerian Industri Radio, pengeluaran modul telah dipindahkan dari Loji Radio Zhigulevsky ke RZPP. Ini menghapuskan kemungkinan mengangkut IC siri 102 dalam jarak yang jauh, jadi mereka meninggalkan keperluan untuk mengelak die setiap IC. Hasilnya, reka bentuk kedua-dua IC siri 102 dan 116 telah dipermudahkan: tidak perlu membungkus IC siri 102 dalam cawan logam yang diisi dengan kompaun. IC siri 102 yang tidak dibungkus dalam bekas teknologi telah dihantar ke bengkel berdekatan untuk pemasangan IC siri 116, dipasang terus pada papan mikro mereka dan dimeteraikan dalam perumahan modul.

Pada pertengahan 1970-an, satu piawaian baru untuk sistem penetapan IP telah dikeluarkan. Selepas ini, sebagai contoh, IS 1LB021V menerima jawatan 102LB1V.

IS dan GIS kedua oleh Yuri Osokin. Skim pepejal R12-5(siri IS 103 Dan 117 )

Menjelang awal tahun 1963, sebagai hasil kerja serius pada pembangunan transistor n - p - n frekuensi tinggi, pasukan Yu.V. Osokina telah mengumpul pengalaman luas bekerja dengan lapisan-p pada wafer n-germanium asal. Ini dan kehadiran semua komponen teknologi yang diperlukan membolehkan Osokin pada tahun 1963 mula membangunkan teknologi baharu dan reka bentuk versi kenderaan yang lebih pantas. Pada tahun 1964, dengan perintah NIIRE, pembangunan kenderaan R12-5 dan modul berdasarkannya telah disiapkan. Berdasarkan keputusannya, R&D Palanga dibuka pada tahun 1965 (GK Yu.V. Osokin, timbalannya - D.L. Mikhalovich, siap pada tahun 1966). Modul berdasarkan R12-5 telah dibangunkan dalam rangka projek R&D yang sama "Kvant" sebagai modul berdasarkan R12-2. Serentak dengan spesifikasi teknikal untuk siri 102 dan 116, spesifikasi teknikal ShT3.369.002-2TU untuk IC siri 103 (R12-5) dan AV0.308.016TU untuk IC siri 117 (modul berdasarkan IC siri 103) adalah diluluskan. Tatanama jenis dan penarafan standard TS R12-2, modul padanya dan siri IS 102 dan 116 adalah sama dengan tatanama TS R12-5 dan siri IS 103 dan 117, masing-masing. Mereka hanya berbeza dalam kelajuan dan teknologi pembuatan kristal IC. Masa tunda perambatan biasa bagi siri 117 ialah 55 ns berbanding 200 ns untuk siri 116.

Dari segi struktur, R12-5 TS ialah struktur semikonduktor empat lapisan (Rajah 14), di mana substrat jenis-n dan pemancar p + -jenis disambungkan kepada bas tanah biasa. Penyelesaian teknikal utama untuk membina kenderaan R12-5 didaftarkan sebagai ciptaan Yu.V. Osokin, D.L. Mikhalovich. Kaydalova Zh.A dan Akmensa Ya.P. (A.S. No. 248847). Apabila menghasilkan struktur empat lapisan TC R12-5, pengetahuan penting ialah pembentukan lapisan p jenis-n dalam plat germanium asal. Ini dicapai dengan penyebaran zink dalam ampul kuarza tertutup, di mana plat terletak pada suhu kira-kira 900 ° C, dan zink terletak di hujung ampul yang lain pada suhu kira-kira 500 ° C. Pembentukan selanjutnya struktur TS dalam lapisan p yang dicipta adalah serupa dengan P12-2 TS. Teknologi baru membolehkan kami melarikan diri dari bentuk kompleks kristal TS. Wafer dengan P12-5 juga dikisar dari bahagian belakang kepada ketebalan kira-kira 150 mikron, mengekalkan sebahagian daripada wafer asal, dan kemudian ia ditulis ke dalam cip IC segi empat tepat individu.

nasi. 14. Struktur kristal TS R12-5 daripada AS No. 248847. 1 dan 2 - tanah, 3 dan 4 - input, 5 - output, 6 - kuasa

Selepas keputusan positif pertama pengeluaran kenderaan eksperimen R12-5, projek penyelidikan Mezon-2 dibuka dengan perintah KB-1, bertujuan untuk mencipta kenderaan dengan empat R12-5. Pada tahun 1965, sampel kerja dalam bekas logam-seramik rata telah diperolehi. Tetapi P12-5 ternyata sukar untuk dihasilkan, terutamanya disebabkan oleh kesukaran membentuk lapisan p berdop zink pada wafer n-Ge asal. Kristal itu ternyata memerlukan tenaga kerja untuk menghasilkan, peratusan hasil adalah rendah, dan kos kenderaan itu tinggi. Atas sebab yang sama, R12-5 TC dihasilkan dalam jumlah kecil dan tidak dapat menggantikan R12-2 yang lebih perlahan tetapi lebih maju dari segi teknologi. Dan projek penyelidikan Mezon-2 tidak diteruskan sama sekali, termasuk kerana masalah interkoneksi.

Pada masa ini, Institut Penyelidikan Pulsar dan NIIME telah pun menjalankan kerja-kerja yang meluas dalam pembangunan teknologi silikon satah, yang mempunyai beberapa kelebihan berbanding teknologi germanium, yang utamanya ialah julat suhu operasi yang lebih tinggi (+150°C). untuk silikon dan +70°C untuk germanium) dan kehadiran silikon semula jadi filem pelindung SiO2. Dan pengkhususan RZPP telah diorientasikan semula kepada penciptaan IC analog. Oleh itu, pakar RZPP menganggap pembangunan teknologi germanium untuk pengeluaran IC tidak sesuai. Walau bagaimanapun, dalam pengeluaran transistor dan diod, germanium tidak kehilangan kedudukannya untuk beberapa waktu. Di jabatan Yu.V. Osokin, selepas tahun 1966, transistor gelombang mikro bising rendah RZPP germanium planar GT329, GT341, GT 383, dll. telah dibangunkan dan dihasilkan. Penciptaan mereka telah dianugerahkan Hadiah Negeri USSR Latvia.

Permohonan

nasi. 15. Peranti aritmetik pada modul litar pepejal. Gambar dari buku kecil TS bertarikh 1965.

nasi. 16. Dimensi perbandingan peranti kawalan pertukaran telefon automatik, dibuat pada geganti dan kenderaan. Gambar dari buku kecil TS bertarikh 1965.

Pelanggan dan pengguna pertama R12-2 TS dan modul ialah pencipta sistem khusus: komputer Gnome (Rajah 15) untuk sistem pesawat atas kapal Kupol (NIIRE, GK Lyakhovich E.M.) dan pertukaran telefon automatik tentera laut dan awam (tumbuhan VEF, GK Misulovin L.Ya.). Mengambil bahagian secara aktif dalam semua peringkat penciptaan kenderaan R12-2, R12-5 dan modul pada mereka dan KB-1, kurator utama kerjasama ini dari KB-1 ialah N.A. Barkanov. Membantu dengan pembiayaan, pengeluaran peralatan, penyelidikan kenderaan dan modul dalam pelbagai mod dan keadaan operasi.

Modul TS R12-2 dan "Kvant" berdasarkannya adalah litar mikro pertama di negara ini. Dan di dunia mereka adalah antara yang pertama - hanya di Amerika Syarikat Texas Instruments dan Fairchild Semiconductor mula menghasilkan IC semikonduktor pertama mereka, dan pada tahun 1964 IBM Corporation mula mengeluarkan IC hibrid filem tebal untuk komputernya. Di negara lain, IP belum lagi difikirkan. Oleh itu, litar bersepadu adalah satu rasa ingin tahu kepada orang ramai; keberkesanan penggunaannya memberi kesan yang menarik dan dimainkan dalam pengiklanan. Buku kecil yang masih ada pada kenderaan R12-2 dari 1965 (berdasarkan aplikasi sebenar) berkata: “ Penggunaan litar pepejal R12-2 dalam on-board peranti pengkomputeran memungkinkan untuk mengurangkan berat dan dimensi peranti ini sebanyak 10–20 kali ganda, mengurangkan penggunaan kuasa dan meningkatkan kebolehpercayaan operasi. ... Penggunaan litar pepejal P12-2 dalam sistem kawalan dan penukaran laluan penghantaran maklumat pertukaran telefon automatik memungkinkan untuk mengurangkan volum peranti kawalan sebanyak kira-kira 300 kali, serta mengurangkan penggunaan elektrik dengan ketara (30-50 kali)" . Kenyataan ini digambarkan oleh gambar-gambar peranti aritmetik komputer Gnome (Rajah 15) dan perbandingan rak ATS berasaskan geganti yang dihasilkan oleh kilang VEF pada masa itu dengan blok kecil pada tapak tangan gadis itu (Rajah 16) . Terdapat banyak lagi aplikasi IC Riga pertama.

Pengeluaran

Kini sukar untuk memulihkan gambaran lengkap jumlah pengeluaran IC siri 102 dan 103 mengikut tahun (hari ini RZPP telah bertukar daripada kilang besar kepada pengeluaran kecil dan banyak arkib telah hilang). Tetapi menurut memoir Yu.V. Osokin, pada separuh kedua tahun 1960-an, pengeluaran berjumlah ratusan ribu setiap tahun, pada tahun 1970-an - berjuta-juta. Menurut dia yang masih hidup nota peribadi pada tahun 1985, 102 IC siri telah dihasilkan - 4,100,000 pcs., 116 siri modul - 1,025,000 pcs., 103 siri ICs - 700,000 pcs., 117 siri modul - 175,000 pcs.

Pada akhir tahun 1989, Yu.V. Osokin, ketika itu pengarah besar Persatuan Pengeluaran Alpha, berpaling kepada kepimpinan Suruhanjaya Ketenteraan-Industri di bawah Majlis Menteri-menteri USSR (MIC) dengan permintaan untuk mengeluarkan siri 102, 103, 116 dan 117 daripada pengeluaran kerana mereka keusangan dan keamatan buruh yang tinggi (dalam 25 tahun, mikroelektronik masih jauh dari masa depan), tetapi menerima penolakan kategori. Timbalan Pengerusi Kompleks Industri Tentera V.L. Koblov memberitahunya bahawa pesawat terbang dengan pasti, penggantian tidak termasuk. Selepas kejatuhan USSR, IC siri 102, 103, 116 dan 117 dihasilkan sehingga pertengahan 1990-an, iaitu selama lebih daripada 30 tahun. Komputer Gnome masih dipasang di kabin navigasi Il-76 dan beberapa pesawat lain. "Ini adalah superkomputer," juruterbang kami tidak rugi apabila rakan sekerja asing mereka terkejut dengan minat mereka terhadap peranti yang tidak pernah berlaku sebelum ini.

Mengenai keutamaan

Walaupun fakta bahawa J. Kilby dan R. Noyce mempunyai pendahulu, mereka diiktiraf oleh masyarakat dunia sebagai pencipta litar bersepadu.

R. Kilby dan J. Noyce, melalui firma mereka, memfailkan permohonan untuk mendapatkan paten bagi penciptaan litar bersepadu. Texas Instruments memohon paten lebih awal, pada Februari 1959, dan Fairchild tidak berbuat demikian sehingga Julai tahun itu. Tetapi nombor paten 2981877 telah dikeluarkan pada April 1961 kepada R. Noyce. J. Kilby menyaman dan hanya pada Jun 1964 menerima nombor patennya 3138743. Kemudian berlaku perang sepuluh tahun mengenai keutamaan, akibatnya (dalam kes yang jarang berlaku) "persahabatan menang." Akhirnya, Mahkamah Rayuan mengekalkan tuntutan Noyce terhadap keutamaan teknologi, tetapi memutuskan bahawa J. Kilby harus dikreditkan dengan mencipta litar mikro pertama yang berfungsi. Dan Texas Instruments dan Fairchild Semiconductor menandatangani perjanjian mengenai teknologi pelesenan silang.

Di USSR, ciptaan paten tidak memberi pengarang apa-apa selain kerumitan, bayaran sekali sahaja yang tidak penting dan kepuasan moral, begitu banyak ciptaan tidak didaftarkan sama sekali. Dan Osokin juga tidak tergesa-gesa. Tetapi untuk perusahaan, bilangan ciptaan adalah salah satu petunjuk, jadi mereka masih perlu didaftarkan. Oleh itu, Yu. Osokina dan D. Mikhalovich menerima Sijil Pengarang USSR No. 36845 untuk ciptaan kenderaan R12-2 hanya pada 28 Jun 1966.

Dan J. Kilby pada tahun 2000 menjadi salah seorang pemenang Hadiah Nobel untuk ciptaan IP. R. Noyce tidak menerima pengiktirafan dunia, dia meninggal dunia pada tahun 1990, dan mengikut peraturan, Hadiah Nobel tidak dianugerahkan secara anumerta. Yang, dalam kes ini, tidak adil sepenuhnya, kerana semua mikroelektronik mengikut laluan yang dimulakan oleh R. Noyce. Kewibawaan Noyce dalam kalangan pakar sangat tinggi sehinggakan dia juga menerima gelaran "datuk bandar Silicon Valley," kerana ketika itu dia adalah saintis paling popular yang bekerja di bahagian California itu, yang menerima nama tidak rasmi Silicon Valley (V. Shockley dipanggil "Musa dari Lembah Silikon") . Tetapi laluan J. Kilby ("berbulu" germanium) ternyata menjadi jalan buntu, dan tidak dilaksanakan walaupun di syarikatnya. Tetapi hidup tidak selalu adil.

Hadiah Nobel telah dianugerahkan kepada tiga orang saintis. Separuh daripadanya diterima oleh Jack Kilby yang berusia 77 tahun, dan separuh lagi dibahagikan antara ahli akademik Akademi Sains Rusia Zhores Alferov dan profesor di Universiti California di Santa Barbara, Jerman-Amerika Herbert Kremer, untuk "the pembangunan heterostruktur semikonduktor yang digunakan dalam optoelektronik berkelajuan tinggi."

Menilai kerja-kerja ini, pakar menyatakan bahawa "litar bersepadu, sudah tentu, penemuan abad ini, yang telah memberi kesan mendalam kepada masyarakat dan ekonomi dunia." Bagi J. Kilby yang terlupa, Hadiah Nobel adalah satu kejutan. Dalam temu bual dengan majalah itu Berita Eurofizik Dia mengaku: " Pada masa itu, saya hanya memikirkan apa yang penting untuk pembangunan elektronik dari sudut ekonomi. Tetapi saya tidak faham ketika itu bahawa pengurangan kos produk elektronik akan menyebabkan pertumbuhan pesat dalam teknologi elektronik.".

Dan karya Yu. Osokin tidak dihargai bukan sahaja oleh Jawatankuasa Nobel. Mereka juga dilupakan di negara kita; keutamaan negara dalam penciptaan mikroelektronik tidak dilindungi. Dan dia tidak syak lagi.

Pada tahun 1950-an, asas bahan dicipta untuk pembentukan produk berbilang elemen - litar bersepadu - dalam satu kristal monolitik atau pada satu substrat seramik. Oleh itu, tidak menghairankan bahawa hampir serentak idea IP secara bebas timbul dalam fikiran ramai pakar. Dan kelajuan pelaksanaan idea baru bergantung pada keupayaan teknologi pengarang dan minat pengilang, iaitu, pada kehadiran pengguna pertama. Dalam hal ini, Yu. Osokin mendapati dirinya berada dalam kedudukan yang lebih baik daripada rakan-rakan Amerikanya. Kilby baru dalam TI, malah dia perlu membuktikan kepada pengurusan syarikat kemungkinan asas untuk melaksanakan litar monolitik dengan membuat susun aturnya. Sebenarnya, peranan J. Kilby dalam penciptaan IP adalah untuk mendidik semula pengurusan TI dan memprovokasi R. Noyce untuk mengambil tindakan aktif dengan susun aturnya. Ciptaan Kilby tidak masuk ke dalam pengeluaran besar-besaran. R. Noyce, dalam syarikatnya yang masih muda dan belum kukuh, telah mencipta teknologi planar baharu, yang sememangnya menjadi asas untuk mikroelektronik seterusnya, tetapi tidak segera menyerah kepada pengarang. Sehubungan dengan perkara di atas, kedua-dua mereka dan syarikat mereka terpaksa menghabiskan banyak usaha dan masa untuk pelaksanaan praktikal idea mereka untuk membina IP berkebolehan secara bersiri. Sampel pertama mereka kekal sebagai eksperimen, tetapi litar mikro lain, bahkan tidak dibangunkan oleh mereka, telah digunakan secara besar-besaran. Tidak seperti Kilby dan Noyce, yang jauh dari pengeluaran, pemilik kilang Yu. Osokin bergantung pada teknologi RZPP semikonduktor yang dibangunkan secara industri, dan dia telah menjamin pengguna kenderaan pertama dalam bentuk pemula pembangunan NIIRE dan loji VEF berdekatan, yang membantu dalam kerja ini. Atas sebab-sebab ini, versi pertama kenderaannya serta-merta memasuki pengeluaran eksperimen, yang lancar beralih kepada pengeluaran besar-besaran, yang berterusan selama lebih daripada 30 tahun. Oleh itu, setelah mula membangunkan TS lewat daripada Kilby dan Noyce, Yu. Osokin (tidak mengetahui tentang pertandingan ini) dengan cepat mengejar mereka. Lebih-lebih lagi, karya Yu. Osokin sama sekali tidak berkaitan dengan karya orang Amerika, bukti ini adalah ketidaksamaan mutlak kenderaannya dan penyelesaian yang dilaksanakan di dalamnya dari litar mikro Kilby dan Noyce. Texas Instruments (bukan ciptaan Kilby), Fairchild dan RZPP memulakan pengeluaran IC mereka hampir serentak, pada tahun 1962. Ini memberi setiap hak untuk menganggap Yu. Osokin sebagai salah seorang pencipta litar bersepadu setanding dengan R. Noyce dan lebih daripada J. Kilby, dan adalah adil untuk berkongsi sebahagian daripada Hadiah Nobel untuk J. Kilby dengan Yu. Osokin. Bagi penciptaan GIS pertama dengan integrasi dua peringkat (dan mungkin GIS secara umum), di sini keutamaan A. Pelipenko dari NIIRE tidak dapat dipertikaikan sama sekali.

Malangnya, tidak mungkin untuk mencari sampel kenderaan dan peranti berdasarkannya, yang diperlukan untuk muzium. Penulis akan sangat berterima kasih untuk sampel atau gambar mereka.

Litar bersepadu(atau ringkasnya litar bersepadu) ialah koleksi, sebagai peraturan, sebilangan besar komponen yang saling berkaitan (transistor, diod, kapasitor, perintang, dll.), yang dihasilkan dalam satu kitaran teknologi (iaitu serentak), pada pembawa yang sama reka bentuk - substrat- dan melaksanakan fungsi tertentu untuk menukar maklumat.

Istilah "litar bersepadu" (IC) mencerminkan fakta menggabungkan (menyepadukan) bahagian individu - komponen - ke dalam peranti bersatu secara struktur, serta fakta bahawa fungsi yang dilakukan oleh peranti ini adalah lebih kompleks berbanding dengan fungsi komponen individu .

Komponen yang merupakan sebahagian daripada IP dan oleh itu tidak boleh dipisahkan daripadanya kerana produk bebas dipanggil elemen IP atau unsur integral. Mereka mempunyai beberapa ciri berbanding dengan transistor, dsb., yang dihasilkan sebagai unit yang berasingan secara struktur dan disambungkan ke dalam litar dengan pematerian.

Pembangunan elektronik adalah berdasarkan komplikasi berterusan fungsi yang dilakukan oleh peralatan elektronik. hidup peringkat tertentu menjadi mustahil untuk menyelesaikan masalah baru menggunakan cara lama atau, seperti yang mereka katakan, berdasarkan yang lama asas unsur, contohnya menggunakan tiub vakum atau transistor diskret. Faktor utama yang mendasari perubahan dalam asas elemen ialah: kebolehpercayaan, dimensi dan berat, kos dan kuasa.

Satu ciri produk mikroelektronik ialah darjat tinggi kerumitan fungsi yang dilakukan, yang mana litar dicipta di mana bilangan komponen berjumlah berjuta-juta. Jelas daripada ini bahawa memastikan operasi yang boleh dipercayai apabila menyambungkan komponen secara manual adalah tugas yang mustahil. Satu-satunya cara untuk menyelesaikannya ialah dengan menggunakan teknologi tinggi baharu secara kualitatif.

Untuk penghasilan litar bersepadu, kaedah pengeluaran berkumpulan digunakan dan teknologi planar.

Kaedah kumpulan pengeluaran ialah, pertama, sebilangan besar litar bersepadu dihasilkan serentak pada satu wafer bahan semikonduktor; kedua, jika proses teknologi membenarkan, maka berpuluh-puluh plat tersebut diproses secara serentak. Selepas melengkapkan kitaran pembuatan IC, wafer dipotong dalam dua arah yang saling berserenjang ke dalam kristal individu, setiap satunya mewakili IC.

Teknologi planar- ini adalah organisasi proses teknologi apabila semua elemen dan komponennya dicipta dalam litar bersepadu dengan membentuknya melalui satah.

Satu atau lebih operasi teknologi dalam pembuatan IC terdiri daripada penyambungan elemen individu ke dalam litar dan menyambungkannya ke pad sesentuh khas. Oleh itu, adalah perlu bahawa terminal semua elemen dan pad kenalan berada dalam satah yang sama. Kemungkinan ini disediakan oleh teknologi planar.

Operasi akhir - pembungkusan- ini ialah meletakkan IC dalam perumah dengan pad penyambung ke kaki IC (Gamb. 2.20).

harga D satu IC (satu cip) boleh dipermudahkan seperti berikut:

di mana A- kos kerja penyelidikan dan pembangunan untuk mencipta IP; DALAM- kos untuk peralatan teknologi, premis, dsb.; DENGAN- kos berjalan untuk bahan, elektrik, upah, dikira setiap plat; Z- bilangan plat yang dihasilkan sebelum susut nilai aset pengeluaran tetap; X- bilangan kristal di atas pinggan; Y- nisbah IP yang sesuai kepada kuantiti yang dimasukkan ke dalam pengeluaran pada permulaannya.

Di samping ulasan yang jelas mengenai kos, perkara berikut perlu diambil perhatian. Meningkat Y dicapai dengan penciptaan teknologi yang semakin moden, mungkin yang paling kompleks dan bersih di antara banyak industri terkini. Pertambahan bilangan kristal X pada pinggan boleh dicapai dalam dua cara: meningkatkan saiz plat dan mengurangkan saiz elemen individu. Kedua-dua arah ini digunakan oleh pembangun.

Kesimpulannya, kami perhatikan bahawa semua pemalar yang termasuk dalam formula adalah tidak tetap dan tidak bergantung antara satu sama lain, jadi analisis kos minimum sebenarnya kompleks dan multifaktorial.

Pengelasan IP. Pengelasan IP boleh dibuat mengikut pelbagai kriteria; kami akan mengehadkan diri kami di sini kepada hanya satu. Berdasarkan kaedah pembuatan dan struktur yang terhasil, dua jenis litar bersepadu yang berbeza secara asasnya dibezakan: semikonduktor dan filem.

IC semikonduktor ialah litar mikro yang unsur-unsurnya dibuat dalam lapisan hampir permukaan substrat semikonduktor (Rajah 2.21). IC ini membentuk asas mikroelektronik moden.

IC filem ialah litar mikro yang unsur-unsurnya dibuat dalam bentuk pelbagai jenis filem yang dimendapkan pada permukaan substrat dielektrik (Rajah 2.22). Bergantung pada kaedah penggunaan filem dan ketebalan yang berkaitan, ia dibezakan filem nipis IC (ketebalan filem sehingga 1-2 mikron) dan filem tebal IC (ketebalan filem dari 10-20 mikron dan ke atas). Memandangkan setakat ini tiada gabungan filem terputus-putus memungkinkan untuk mendapatkan elemen aktif seperti transistor, IC filem hanya mengandungi unsur pasif (perintang, kapasitor, dll.). Oleh itu, fungsi yang dilakukan oleh IC filem tulen adalah sangat terhad. Untuk mengatasi batasan ini, IC filem ditambah dengan komponen aktif (transistor individu atau IC) diletakkan pada substrat yang sama dan disambungkan kepada elemen filem. Kemudian kita mendapat IC yang dipanggil hibrid.

IC hibrid(atau GIS) ialah litar mikro yang merupakan gabungan unsur pasif filem dan komponen aktif yang terletak pada substrat dielektrik biasa. Komponen diskret yang membentuk IC hibrid dipanggil dipasang, dengan itu menekankan pengasingan mereka daripada kitaran teknologi utama untuk menghasilkan bahagian filem litar.

Satu lagi jenis IC "campuran", yang menggabungkan unsur-unsur bersepadu semikonduktor dan filem, dipanggil gabungan.

IP gabungan- ini ialah litar mikro di mana unsur aktif dibuat dalam lapisan berhampiran permukaan kristal semikonduktor (seperti IC semikonduktor), dan unsur pasif digunakan dalam bentuk filem pada permukaan pra-tertebat kristal yang sama (seperti IC filem).

IC komposit berfaedah apabila nilai tinggi dan kestabilan tinggi rintangan dan kapasitansi diperlukan; keperluan ini lebih mudah dipenuhi dengan unsur filem berbanding dengan unsur semikonduktor.

Dalam semua jenis IC, penyambungan unsur dilakukan menggunakan jalur logam nipis yang disembur atau dimendapkan pada permukaan substrat dan di tempat yang betul bersentuhan dengan unsur yang akan disambungkan. Proses menggunakan jalur penyambung ini dipanggil metalisasi, dan "corak" kesalinghubungan itu sendiri ialah pendawaian logam.

Semikonduktor Kepada IP baharu. Pada masa ini, IC semikonduktor berikut dibezakan: bipolar, MOS (logam-oksida-semikonduktor) dan BIMOS. Yang terakhir adalah gabungan dua yang pertama, dan mereka menggabungkan kualiti positif mereka.

Teknologi IC semikonduktor adalah berdasarkan doping wafer semikonduktor (silikon) secara berselang-seli dengan kekotoran penderma dan penerima, mengakibatkan pembentukan lapisan nipis dengan pelbagai jenis kekonduksian di bawah permukaan р-n-peralihan pada sempadan lapisan. Lapisan individu digunakan sebagai perintang, dan р-n-peralihan - dalam struktur diod dan transistor.

Pengaloian plat perlu dilakukan secara tempatan, i.e. di kawasan berasingan yang dipisahkan dengan jarak yang agak jauh. Pengaloian tempatan dijalankan menggunakan khas topeng muka dengan lubang di mana atom-atom kekotoran menembusi ke dalam plat di kawasan yang dikehendaki. Dalam pembuatan IC semikonduktor, peranan topeng biasanya dimainkan oleh filem silikon dioksida, SiO 2, yang meliputi permukaan wafer silikon. Dalam filem ini, set lubang pelbagai bentuk yang diperlukan diukir menggunakan kaedah khas, atau, seperti yang mereka katakan, yang diperlukan melukis(nasi. 2.22). Lubang dalam topeng, khususnya dalam filem oksida, dipanggil tingkap.

Sekarang mari kita mencirikan secara ringkas komponen (elemen) IC semikonduktor. Elemen utama IC bipolar ialah n-p-n-transistor: keseluruhan kitaran teknologi berorientasikan pengeluarannya. Semua elemen lain harus dibuat, jika boleh, serentak dengan transistor ini, tanpa operasi teknologi tambahan.

Elemen utama IC MIS ialah transistor MOS. Penghasilan elemen lain juga diselaraskan kepada transistor asas.

Unsur-unsur IC bipolar mesti diasingkan antara satu sama lain dalam satu cara atau yang lain supaya ia tidak berinteraksi melalui cip.

Unsur-unsur IC MOS tidak memerlukan penebat khas antara satu sama lain kerana tiada interaksi antara MOSFET bersebelahan. Ini adalah salah satu kelebihan utama IC MOS berbanding dengan bipolar.

Ciri IC semikonduktor ialah di antara unsur-unsurnya tidak terdapat induktor dan, terutamanya, transformer. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa masih belum dapat digunakan dalam badan pepejal sebarang fenomena fizikal yang setara aruhan elektromagnet. Oleh itu, apabila membangunkan IS, mereka cuba melaksanakan fungsi yang diperlukan tanpa menggunakan induktansi, yang mungkin dalam kebanyakan kes. Jika induktor atau pengubah pada asasnya diperlukan, ia perlu digunakan dalam bentuk komponen luaran.

Dimensi kristal IC semikonduktor moden mencapai 20x20 mm 2. Lebih besar kawasan cip, lebih kompleks, lebih banyak unsur IC boleh diletakkan di atasnya. Dengan kawasan kristal yang sama, anda boleh menambah bilangan elemen dengan mengurangkan saiz dan jarak antara mereka.

Kerumitan fungsian IS biasanya dicirikan tahap integrasi, mereka. bilangan elemen (paling kerap transistor) pada cip. Darjah penyepaduan maksimum ialah 10 b elemen pada cip. Meningkatkan tahap integrasi (dan dengan itu kerumitan fungsi yang dilakukan oleh IS) adalah salah satu trend utama dalam mikroelektronik.

Untuk kuantifikasi darjah pengamiran menggunakan pekali bersyarat k= log N. Bergantung pada maknanya, skema dalaman dipanggil secara berbeza:

k ≤ 2 (N ≤ 100) - litar bersepadu (IC);

2 ≤ k ≤ 3 (N ≤ 1000) - litar bersepadu tahap penyepaduan sederhana (SIS);

3 ≤ k ≤ 5 (N ≤ 10 5) - litar bersepadu besar (LSI);
k> 5 (N>10 5) - litar bersepadu skala sangat besar (VLSI).

Di bawah adalah simbol bahasa Inggeris dan penjelasannya:

IC - Litar Bersepadu;

MSI - Integrasi Skala Sederhana;

LSI - Integrasi Skala Besar;

VLSI - Integrasi Skala Sangat Besar.

Sebagai tambahan kepada tahap integrasi, mereka juga menggunakan penunjuk seperti ketumpatan pembungkusan- bilangan unsur (paling kerap transistor) per unit luas kristal. Penunjuk ini, yang terutamanya mencirikan tahap teknologi, kini berjumlah 500-1000 elemen/mm 2.

IC hibrid. Filem, dan oleh itu IC hibrid, bergantung kepada teknologi pembuatan, dibahagikan kepada filem tebal dan nipis.

GIS filem tebal (mari kita nyatakan mereka TsGIS) dihasilkan dengan sangat ringkas. Sapukan pada plat substrat dielektrik pes daripada komposisi yang berbeza. Tampalan konduktif menyediakan interkoneksi elemen, plat kapasitor dan membawa kepada pin perumahan; perintang - mendapatkan perintang; dielektrik - penebat antara plat kapasitor dan perlindungan umum permukaan GIS siap. Setiap lapisan mesti mempunyai konfigurasi sendiri, coraknya sendiri. Oleh itu, apabila membuat setiap lapisan, pes digunakan melalui topengnya sendiri - stensil- dengan tingkap di tempat-tempat di mana tampalan lapisan ini sepatutnya mendapat. Selepas ini, komponen lampiran dilekatkan dan terminalnya disambungkan pad kenalan.

GIS filem nipis (mari kita nyatakan mereka TkGIS) dihasilkan menggunakan teknologi yang lebih kompleks daripada TsGIS. Teknologi filem nipis klasik dicirikan oleh fakta bahawa filem didepositkan ke substrat dari fasa gas. Setelah mengembangkan filem seterusnya, mereka mengubah komposisi kimia gas dan dengan itu sifat elektrik filem seterusnya. Dengan cara ini, lapisan konduktif, rintangan dan dielektrik diperoleh secara bergilir. Konfigurasi (corak) setiap lapisan ditentukan sama ada oleh stensil, seperti dalam kes TsGIS, atau oleh topeng, seperti topeng oksida dalam IC semikonduktor (lihat Rajah 1.4).

Elemen lampiran dalam TkGIS, seperti dalam TsGIS, dilekatkan pada permukaan bahagian filem siap litar dan disambungkan ke pad sentuhan unsur yang sepadan.

Tahap integrasi GIS tidak boleh dinilai dengan cara yang sama seperti dalam kes IC semikonduktor. Namun, ada istilahnya GIS yang besar(atau BGIS), yang bermaksud bahawa GIS tidak termasuk transistor individu, tetapi keseluruhan IC semikonduktor sebagai komponen yang dilampirkan.