Hace apenas veinticinco años, los radioaficionados y los especialistas de la generación anterior tuvieron que estudiar nuevos dispositivos en ese momento: los transistores. No fue fácil abandonar los tubos de vacío a los que estábamos tan acostumbrados y pasar a la “familia” cada vez más numerosa y en constante expansión de dispositivos semiconductores.

Y ahora esta "familia" ha comenzado a dar paso cada vez más en la ingeniería de radio y la electrónica a la última generación de dispositivos semiconductores: circuitos integrados, a menudo llamados circuitos integrados para abreviar.

¿Qué es un circuito integrado?

Circuito integrado es una unidad electrónica en miniatura que contiene en una carcasa común transistores, diodos, resistencias y otros elementos activos y pasivos, cuyo número puede alcanzar varias decenas de miles.

Un microcircuito puede reemplazar una unidad completa de un receptor de radio, una computadora electrónica (computadora) y una máquina electrónica. El “mecanismo” de un reloj de pulsera digital, por ejemplo, es sólo un chip más grande.

Según su finalidad funcional, los circuitos integrados se dividen en dos grupos principales: analógicos o de impulsos lineales y lógicos o digitales.

Los microcircuitos analógicos están destinados a amplificar, generar y convertir oscilaciones eléctricas de diferentes frecuencias, por ejemplo, para receptores, amplificadores y lógicos, para su uso en dispositivos de automatización, en dispositivos con cronometraje digital y en computadoras.

Este taller está dedicado a la familiarización con el dispositivo, principio de funcionamiento y posible aplicación de los circuitos integrados analógicos y lógicos más simples.

En un chip analógico

De la enorme "familia" de los analógicos, los más simples son los microcircuitos gemelos K118UN1A (K1US181A) y K118UN1B (K1US181B), que forman parte de la serie K118.

Cada uno de ellos es un amplificador que contiene... Sin embargo, es mejor hablar del "relleno" electrónico. Por ahora, los consideraremos "cajas negras" con pines para conectarles fuentes de alimentación, piezas adicionales y circuitos de entrada y salida.

La diferencia entre ellos radica únicamente en sus factores de amplificación para oscilaciones de baja frecuencia: el factor de ganancia del microcircuito K118UN1A a una frecuencia de 12 kHz es 250 y el microcircuito K118UN1B es 400.

A altas frecuencias, la ganancia de estos microcircuitos es la misma: aproximadamente 50. Por lo tanto, cualquiera de ellos puede usarse para amplificar oscilaciones de frecuencias bajas y altas y, por lo tanto, para nuestros experimentos. La apariencia y los símbolos de estos microcircuitos amplificadores en los diagramas de circuitos de los dispositivos se muestran en la Fig. 88.

Tienen un cuerpo de plástico rectangular. En la parte superior de la caja hay una marca que sirve como punto de referencia para los números de pin. Los microcircuitos están diseñados para ser alimentados desde una fuente de CC con un voltaje de 6,3 V, que se suministra a través de los pines 7 (+Upit) y 14 (— Ud. Pete).

La fuente de alimentación puede ser una fuente de alimentación de CA con voltaje de salida ajustable o una batería formada por cuatro celdas 334 y 343.

El primer experimento con el microcircuito K118UN1A (o K118UN1B) se llevó a cabo según el diagrama que se muestra en la Fig. 89. Como placa de montaje utilizar una placa de cartón de aproximadamente 50X40 mm.

pines de microcircuito 1, 7, 8 Y 14 suelde las grapas de alambre que pasan a través de los agujeros en el cartón. Todos ellos actuarán como soportes que sujetan el microcircuito en la placa y los soportes de los pasadores 7. y 14, Además, conectando contactos con la batería. GB1 (o fuente de alimentación principal).

Entre ellos, en ambos lados del microcircuito, fortalecemos dos o tres contactos más, que serán intermedios para piezas adicionales. Montar condensadores en la placa. C1(tipo K50-6 o K50-3) y C2(KYAS, BM, MBM), conecte los auriculares a la salida del microcircuito A LAS 2.

Conéctese a la entrada del microcircuito (a través de un condensador C1) micrófono electrodinámico EN 1 cualquier tipo o cápsula telefónica DEM-4m, encienda la alimentación y, presionando los teléfonos con más fuerza contra sus oídos, golpee ligeramente el micrófono con un lápiz. Si no hay errores en la instalación, en los teléfonos se deben escuchar sonidos parecidos a los clics de un tambor.

Pídale a un amigo que diga algo frente al micrófono; escuchará su voz en los teléfonos. En lugar de un micrófono, puede conectar un altavoz de transmisión de radio (suscriptor) con su transformador adecuado a la entrada del microcircuito. El efecto será aproximadamente el mismo.

Continuando con el experimento con un dispositivo telefónico de simple efecto, conecte entre el conductor común (negativo) del circuito de alimentación y la salida. 12 condensador electrolítico de microcircuito NOROESTE, indicado en el diagrama mediante líneas discontinuas. Al mismo tiempo, el volumen del sonido de los teléfonos debería aumentar.

Los teléfonos sonarán aún más fuerte si se conecta el mismo condensador al circuito de salida 5 (en la Fig. 89 - condensador C4). Pero si el amplificador está excitado, entonces entre el cable común y el pin 11 deberá conectar un condensador electrolítico con una capacidad de 5 a 10 µF. Tensión nominal 10 V.

Otro experimento: enciéndelo entre los pines. 10 Y 3 Microcircuitos de condensadores cerámicos o de papel con una capacidad de 5 a 10 mil picofaradios. ¿Qué pasó? En los teléfonos apareció un sonido incesante de tono medio. A medida que aumenta la capacitancia de este condensador, el tono del sonido en los teléfonos debería disminuir y, al disminuir, debería aumentar. Mira esto.

Ahora abramos esta “caja negra” y observemos su “relleno” (Fig. 90). Sí, se trata de un amplificador de dos etapas con acoplamiento directo entre sus transistores. Transistores de silicio, estructuras n. -R-norte. La señal de baja frecuencia generada por el micrófono se suministra (a través del condensador C1) a la entrada del microcircuito (pin 3).

Caída de voltaje creada a través de la resistencia. R6 en el circuito emisor del transistor V2, a través de resistencias R4 Y R5 suministrado a la base del transistor VI y lo abre. Resistor R1 — carga de este transistor. La señal amplificada extraída de él va a la base del transistor. V2 para obtener ganancias adicionales.

En un amplificador experimental con carga de transistor. V2 En su circuito colector se incluían unos auriculares que convertían la señal de baja frecuencia en sonido.

Pero su carga podría ser una resistencia. R5 microcircuitos, si conecta los cables juntos 10 Y 9. En este caso, los teléfonos deben conectarse entre el cable común y el punto de conexión de estos terminales a través de un condensador electrolítico con una capacidad de varios microfaradios (la placa positiva al microcircuito).

Al conectar un condensador entre el cable común y el terminal 12 microcircuito, el volumen del sonido ha aumentado, ¿por qué? Porque está desviando la resistencia. R6 microcircuito, debilitó la retroalimentación negativa sobre la corriente alterna que opera en él.

La retroalimentación negativa se volvió aún más débil cuando incluyó un segundo capacitor en el circuito base del transistor. V1. Y el tercer condensador conectado entre el cable común y la salida. 11, formado con una resistencia R7 Filtro de desacoplamiento de microcircuitos que evita la excitación del amplificador.

¿Qué pasó cuando conectaste un capacitor entre los terminales? 10 y 5? Creó una retroalimentación positiva entre la salida y la entrada del amplificador, lo que lo convirtió en un oscilador de audiofrecuencia.

Entonces, como puede ver, el microcircuito K118UN1B (o K118UN1A) es un amplificador que puede ser de baja o alta frecuencia, por ejemplo, en un receptor. Pero también puede convertirse en un generador de oscilaciones eléctricas tanto de bajas como de altas frecuencias.

Microcircuito en un receptor de radio.

Proponemos probar este microcircuito en la ruta de alta frecuencia de un receptor ensamblado, por ejemplo, según el circuito que se muestra en la Fig. 91. El circuito de entrada de la antena magnética de dicho receptor está formado por una bobina. l1 y un condensador variable C1. Señal de alta frecuencia procedente de la emisora ​​de radio a la que está sintonizado el circuito, a través de una bobina de comunicación. l2 y condensador de aislamiento C2 llega a la entrada (salida 3) microcircuitos L1.

Desde la salida del microcircuito (salida 10, conectado a la salida 9) La señal amplificada se alimenta a través de un condensador. C4 para detector, diodos VI Y V2 que se encienden de acuerdo con el circuito multiplicador de voltaje, y la señal de baja frecuencia que se le asigna es telefónica EN 1 convertido en sonido. El receptor funciona con pilas. GB1, Compuesto por cuatro elementos 332, 316 o cinco baterías D-01.

En muchos receptores de transistores, el amplificador de alta frecuencia está formado por transistores, pero en éste es un microcircuito. Ésta es la única diferencia entre ellos. Teniendo la experiencia de talleres anteriores, espero que puedas montar y montar de forma independiente. GRAMO configure dicho receptor e incluso, si lo desea, complételo con un amplificador de baja frecuencia para la recepción de radio en voz alta.

En un chip lógico

Una parte integral de muchos circuitos integrados digitales es el elemento lógico Y-NO, cuyo símbolo se ve en la Fig. 92, A. Su símbolo es el signo "&" colocado dentro de un rectángulo, generalmente en la esquina superior izquierda, reemplazando la conjunción "AND" en inglés. Hay dos o más entradas a la izquierda y una salida a la derecha.

El pequeño círculo que comienza la línea de comunicación de la señal de salida simboliza la Negación lógica "NO" en la salida del microcircuito. En el lenguaje de la tecnología digital, “NO” significa que el elemento NAND es un inversor, es decir, un dispositivo cuyos parámetros de salida son opuestos a los de entrada.

El estado eléctrico y el funcionamiento de un elemento lógico se caracterizan por los niveles de señal en sus entradas y salidas. Una señal de voltaje pequeña (o cero), cuyo nivel no excede 0,3 - 0,4 V, generalmente se denomina (de acuerdo con el sistema numérico binario) cero lógico (0), y una señal de voltaje más alto (en comparación con el 0 lógico) , cuyo nivel puede ser 2,5 - 3,5 V, - unidad lógica (1).

Por ejemplo, dicen: "la salida del elemento es 1 lógico". Esto significa que en este momento ha aparecido una señal en la salida del elemento, cuyo voltaje corresponde al nivel lógico 1.

Para no profundizar en la tecnología y estructura del elemento NAND, lo consideraremos como una “caja negra”, que tiene dos entradas y una salida para una señal eléctrica.

La lógica del elemento es que cuando se aplica O lógico a una de sus entradas, y se aplica 1 lógico a la segunda entrada, aparece una señal 1 lógica en la salida, que desaparece cuando se aplican señales correspondientes al 1 lógico a ambas entradas. .

Para experimentos que memoricen esta propiedad del elemento, necesitará el microcircuito K155LAZ más común, un voltímetro de CC, una batería 3336L nueva y dos resistencias con una resistencia de 1...1,2 kOhm.

El microcircuito K155LAZ consta de cuatro elementos 2I-NOT (Fig.92, b), alimentados por una fuente común de 5 V CC, pero cada uno de ellos funciona como un dispositivo lógico independiente. El número 2 en el nombre del microcircuito indica que sus elementos tienen dos entradas.

En apariencia y diseño, como todos los microcircuitos de la serie K155, no difiere del ya familiar microcircuito analógico K118UN1, solo la polaridad de conectar la fuente de alimentación es diferente. Por lo tanto, el cartón que hizo anteriormente es adecuado para experimentos con este microcircuito. La fuente de alimentación está conectada: +5 V - al pin 7" — 5 B - a la conclusión 14.

Pero estas conclusiones no suelen reflejarse en el diagrama esquemático del microcircuito. Esto se explica por el hecho de que en los diagramas de circuitos los elementos que componen el microcircuito se representan por separado, por ejemplo, como en la Fig. 92, v. Para experimentos, puedes utilizar cualquiera de sus cuatro elementos.

Pines del microcircuito 1, 7, 8 Y 14 suelde a los postes de alambre en el tablero de cartón (como en la Fig. 89). Uno de los pines de entrada de cualquiera de sus elementos, por ejemplo, un elemento con pines 1 — 3, conectar a través de una resistencia con una resistencia de 1...1,2 kOhm a la salida 14, la salida de la segunda entrada está directamente con el conductor común ("conectado a tierra") del circuito de alimentación y conecte un voltímetro de CC a la salida del elemento (Fig. 93, A).

Conectar la alimentación. ¿Qué muestra el voltímetro? Un voltaje de aproximadamente 3 V. Este voltaje corresponde a una señal lógica 1 en la salida del elemento. Usando el mismo voltímetro, mida el voltaje en la salida de la primera entrada, y aquí, como puede ver, también es lógico 1. Por lo tanto, cuando una de las entradas del elemento es lógica 1 y la segunda es lógica 0 , la salida será lógica 1.

Ahora conecte la salida de la segunda entrada a través de una resistencia con una resistencia de 1...1,2 kOhm a la salida. 14 y al mismo tiempo un puente de cable - con un conductor común, como se muestra en la Fig. 93, b.

En este caso, la salida, como en el primer experimento, será el 1 lógico. A continuación, observando la aguja del voltímetro, retire el cable del puente para que se envíe una señal correspondiente al 1 lógico a la segunda entrada.

¿Qué registra un voltímetro? La señal en la salida del elemento se convierte en 0 lógico. ¡Así debe ser! Y si alguna de las entradas se cortocircuita periódicamente con un cable común y, por lo tanto, simula el suministro de un 0 lógico, aparecerán pulsos de corriente en la salida del elemento con la misma frecuencia, como lo demuestran las fluctuaciones en la aguja del voltímetro. Mira esto experimentalmente.

La propiedad del elemento NAND de cambiar su estado bajo la influencia de señales de control de entrada se utiliza ampliamente en varios dispositivos informáticos digitales. Los radioaficionados, especialmente los principiantes, suelen utilizar un elemento lógico como inversor, un dispositivo cuya señal de salida es opuesta a la señal de entrada.

El siguiente experimento puede confirmar esta propiedad del elemento. Conecte entre sí los terminales de ambas entradas del elemento y, a través de una resistencia con una resistencia de 1...1,2 kOhm, conéctelos a la salida. 14 (Figura 93, V).

De esta forma aplicarás una señal correspondiente al 1 lógico a la entrada común del elemento, cuyo voltaje se puede medir con un voltímetro. ¿Cuál es la salida?

La aguja del voltímetro conectada a él se desvió ligeramente de la marca de escala cero. Por lo tanto, aquí, como era de esperar, la señal corresponde al 0 lógico.

Luego, sin desconectar la resistencia de la salida. 14 microcircuitos, conecte la entrada del elemento al conductor común varias veces seguidas con un puente de cable (en la Fig. 93, V mostrado por una línea discontinua con flechas) y al mismo tiempo siga la aguja del voltímetro. Así estará convencido de que cuando la entrada del inversor es 0 lógico, la salida es 1 lógico y, a la inversa, cuando la entrada es 1 lógico, la salida es 0 lógico.

Así funciona un inversor, utilizado especialmente por los radioaficionados en los dispositivos de impulsos que construyen.

Un ejemplo de dicho dispositivo es un generador de impulsos ensamblado según el circuito que se muestra en la Fig. 94. Puedes verificar su funcionalidad de inmediato, dedicando solo unos minutos a ello.

La salida del elemento D1.1 está conectada a las entradas del elemento D1.2 el mismo microcircuito, su salida es con las entradas del elemento DJ.3, y la salida de este elemento (salida 8) - con entrada de elemento D1.1 a través de la resistencia variable R1 . A la salida del elemento D1.3 (entre salida 8 y un conductor común) conecte los auriculares B1, un paralelo a los elementos D1.1 y D1.2 Condensador electrolítico C1.

Coloque el motor de resistencia variable en la posición derecha (según el diagrama) y encienda la alimentación; escuchará un sonido en los teléfonos, cuyo tono se puede cambiar con una resistencia variable.

En este experimento los elementos D1.1, D1.2 yD1.3, conectados entre sí en serie, como los transistores de un amplificador de tres etapas, formaban un multivibrador, un generador de pulsos eléctricos rectangulares.

El microcircuito se convirtió en un generador gracias a un condensador y una resistencia, que creaban circuitos de retroalimentación dependientes de la frecuencia entre la salida y la entrada de los elementos. Usando una resistencia variable, la frecuencia de los pulsos generados por el multivibrador se puede variar suavemente desde aproximadamente 300 Hz a 10 kHz.

¿Qué aplicación práctica puede encontrar un dispositivo de pulso de este tipo? Puede convertirse, por ejemplo, en un timbre de apartamento, una sonda para comprobar el funcionamiento del receptor y las cascadas de amplificadores de baja frecuencia, o un generador para aprender a escuchar el alfabeto telegráfico.

Máquina tragamonedas casera con chip

Un dispositivo de este tipo se puede convertir en una máquina tragamonedas “¿Roja o verde?” El diagrama de dicho dispositivo de impulso se muestra en la Fig. 95. Aquí están los elementos D1.1, D1.2, D1.3 el mismo (o el mismo) microcircuito y condensador K155LAZ C1 forman un multivibrador similar, cuyos pulsos controlan los transistores VI Y V2, conectados según un circuito emisor común.

Elemento D1.4 Funciona como un inversor. Gracias a ello, los pulsos del multivibrador llegan a las bases de los transistores en antifase y las abren alternativamente. Entonces, por ejemplo, cuando el nivel lógico en la entrada del inversor es 1 y el nivel lógico en la salida es 0, entonces en estos momentos el transistor EN 1 bombilla abierta y encendida HOLA en su circuito colector se enciende y el transistor V2 cerrado y su bombilla H2 no arde.

Con el siguiente pulso, el inversor cambiará su estado al contrario. Ahora el transistor se abrirá. V2 y se enciende la luz H2, y el transistor VI la bombilla se cerrará h1 Saldrá.

Pero la frecuencia de los impulsos generados por el multivibrador es relativamente alta (al menos 15 kHz) y las bombillas, naturalmente, no pueden responder a todos los impulsos.

Por eso brillan tenuemente. Pero vale la pena presionar el botón S1 para cortocircuitar el capacitor con sus contactos. C1 y con ello se interrumpe la generación del multivibrador, cuando la bombilla del transistor sobre la base del cual en ese momento habrá un voltaje correspondiente al 1 lógico se enciende inmediatamente y la otra bombilla se apaga por completo.

Es imposible decir de antemano cuál de las bombillas seguirá encendiéndose después de presionar el botón; solo se puede adivinar. Este es el objetivo del juego.

La máquina tragamonedas junto con la batería (3336L o tres elementos 343 conectados en serie) se pueden colocar en una caja pequeña, por ejemplo, en el caso de un receptor "de bolsillo".

Bombillas incandescentes HOLA Y H2(MH2.5-0.068 o MH2.5-0.15) colóquelos debajo de los orificios en la pared frontal de la caja y cúbralos con tapas o placas de vidrio orgánico de colores rojo y verde. Aquí, fortalezca el interruptor de encendido (interruptor de palanca TV-1) y el interruptor de botón. §1(tipo P2K o KM-N) deteniendo el multivibrador.

Configurar una máquina tragamonedas implica seleccionar cuidadosamente una resistencia R1. Su resistencia debe ser tal que cuando detengas el multivibrador con el botón S1 al menos 80 - 100 veces el número de luces en cada una de las bombillas era aproximadamente el mismo.

Primero verifique si el multivibrador está funcionando. Para hacer esto, paralelo al capacitor. C1, e, cuya capacitancia puede ser de 0,1...0,5 µF, conecte un condensador electrolítico con una capacidad de 20...30 µF y unos auriculares a la salida del multivibrador; debería aparecer un sonido grave en los teléfonos.

Este sonido es una señal de que el multivibrador está funcionando. Luego retire el condensador electrolítico, la resistencia R1 reemplácela con una resistencia de sintonización con una resistencia de 1,2...1,3 kOhm, y entre los terminales 8 y 11 elementos DI.3 Y D1.4 Encienda el voltímetro de CC. Al cambiar la resistencia de la resistencia de recorte, se logra una posición tal que el voltímetro muestre voltaje cero entre las salidas de estos elementos del microcircuito.

Puede haber cualquier número de jugadores. Cada persona se turna para presionar el botón de parada del multivibrador. El ganador es el que, con igual número de movimientos, por ejemplo veinte pulsaciones de un botón, adivina los colores de las bombillas que se encienden más veces después de que se detiene el multivibrador.

Desafortunadamente, la frecuencia del multivibrador de la máquina tragamonedas más simple descrita aquí cambia ligeramente debido a la descarga de la batería, lo que, por supuesto, afecta la probabilidad igual de encender diferentes bombillas, por lo que es mejor alimentarla desde una fuente de voltaje estabilizada de 5 v.

Literatura: Borisov V.G. Taller para radioaficionados principiantes, 2ª ed., revisada. y adicional - M.: DOSAAF, 1984. 144 p., enfermo. 55k.

La implementación de estas propuestas en esos años no pudo llevarse a cabo debido al insuficiente desarrollo de la tecnología.

A finales de 1958 y en la primera mitad de 1959 se produjo un gran avance en la industria de los semiconductores. Tres hombres, en representación de tres corporaciones privadas estadounidenses, resolvieron tres problemas fundamentales que impedían la creación de circuitos integrados. Jack Kilby de Instrumentos Texas patentó el principio de combinación, creó los primeros prototipos imperfectos de IP y los llevó a producción en masa. Kurt Lehovec de Compañía eléctrica Sprague inventó un método para aislar eléctricamente componentes formados en un solo chip semiconductor (aislamiento de unión p-n). Aislamiento de unión p – n)). Robert Noyce de Semiconductores Fairchild inventó un método para conectar eléctricamente componentes de circuitos integrados (metalización de aluminio) y propuso una versión mejorada del aislamiento de componentes basada en la última tecnología plana de Jean Herni. Jean Hoerni). El 27 de septiembre de 1960, la banda de Jay Last Jay último) creado en Semiconductores Fairchild el primero en funcionar semiconductor IP basada en las ideas de Noyce y Ernie. Instrumentos Texas, que poseía la patente del invento de Kilby, lanzó una guerra de patentes contra sus competidores, que terminó en 1966 con un acuerdo sobre licencias cruzadas de tecnologías.

Los primeros circuitos integrados lógicos de la serie mencionada se construyeron literalmente a partir de estándar componentes, cuyos tamaños y configuraciones fueron especificados por el proceso tecnológico. Los diseñadores de circuitos que diseñaron circuitos integrados lógicos de una familia particular operaban con los mismos diodos y transistores estándar. En 1961-1962 el desarrollador líder rompió el paradigma del diseño silvania Tom Longo, por primera vez usando diferentes circuitos integrados en uno Configuraciones de transistores dependiendo de sus funciones en el circuito. A finales de 1962 silvania lanzó la primera familia de lógica transistor-transistor (TTL) desarrollada por Longo, históricamente el primer tipo de lógica integrada que logró afianzarse a largo plazo en el mercado. En los circuitos analógicos, un avance de este nivel lo logró en 1964-1965 el desarrollador de amplificadores operacionales. niño justo Bob Widlar.

El primer microcircuito doméstico se creó en 1961 en el TRTI (Instituto de Ingeniería de Radio de Taganrog) bajo la dirección de L. N. Kolesov. Este evento atrajo la atención de la comunidad científica del país y TRTI fue aprobado como líder en el sistema del Ministerio de Educación Superior en el problema de crear equipos microelectrónicos altamente confiables y automatizar su producción. El propio L. N. Kolesov fue nombrado presidente del Consejo de Coordinación para este problema.

El primer circuito integrado híbrido de película gruesa en la URSS (serie 201 “Trail”) se desarrolló en 1963-65 en el Instituto de Investigación de Tecnología de Precisión (“Angstrem”), produciéndose en masa desde 1965. En el desarrollo participaron especialistas del NIEM (ahora Instituto de Investigación del Argón).

El primer circuito integrado semiconductor en la URSS se creó sobre la base de la tecnología plana, desarrollado a principios de 1960 en NII-35 (luego rebautizado como Instituto de Investigación Pulsar) por un equipo que luego fue transferido a NIIME (Mikron). La creación del primer circuito integrado de silicio doméstico se concentró en el desarrollo y la producción con aceptación militar de la serie TS-100 de circuitos integrados de silicio (37 elementos, el equivalente a la complejidad del circuito de un flip-flop, un análogo del estadounidense serie de circuitos integrados SN-51 empresas Instrumentos Texas). Se obtuvieron de Estados Unidos muestras de prototipos y muestras de producción de circuitos integrados de silicio para reproducción. El trabajo se llevó a cabo en NII-35 (director Trutko) y en la planta de semiconductores Fryazino (director Kolmogorov) para una orden de defensa para su uso en un altímetro autónomo para un sistema de guía de misiles balísticos. El desarrollo incluyó seis circuitos planos de silicio integrados estándar de la serie TS-100 y, con la organización de la producción piloto, tomó tres años en NII-35 (de 1962 a 1965). Fueron necesarios otros dos años para desarrollar la producción fabril con aceptación militar en Fryazino (1967).

Paralelamente, se trabajó en el desarrollo de un circuito integrado en la oficina central de diseño de la planta de dispositivos semiconductores de Voronezh (ahora). En 1965, durante una visita al VZPP del Ministro de Industria Electrónica A.I. Shokin, la planta recibió instrucciones de realizar trabajos de investigación sobre la creación de un circuito monolítico de silicio - I + D "Titán" (Orden Ministerial No. 92 del 16 de agosto de 1965), que se completó antes de lo previsto a finales de año. El tema se presentó con éxito a la Comisión Estatal, y una serie de 104 microcircuitos lógicos de diodo-transistor se convirtió en el primer logro fijo en el campo de la microelectrónica de estado sólido, lo que se reflejó en la orden del MEP No. 403 del 30 de diciembre de 1965.

Niveles de diseño

Actualmente (2014), la mayoría de los circuitos integrados se diseñan utilizando sistemas CAD especializados, que permiten automatizar y acelerar significativamente los procesos de producción, por ejemplo, la obtención de fotomáscaras topológicas.

Clasificación

Grado de integración

Dependiendo del grado de integración, se utilizan los siguientes nombres de circuitos integrados:

• Pequeño circuito integrado (MIS): hasta 100 elementos por chip,
• circuito integrado medio (SIS): hasta 1000 elementos por chip,
• circuito integrado grande (LSI): hasta 10 mil elementos por chip,
• Circuito integrado de ultra gran escala (VLSI): más de 10 mil elementos en un cristal.

Anteriormente, también se utilizaban nombres ahora obsoletos: circuito integrado de gran escala (ULSI): de 1 a 10 millones a mil millones de elementos en un cristal y, a veces, circuito integrado de gran escala (GBIC): más de 1 mil millones de elementos en un cristal. Actualmente, en la década de 2010, los nombres "UBIS" y "GBIS" prácticamente no se utilizan, y todos los microcircuitos con más de 10 mil elementos se clasifican como VLSI.

Tecnología de fabricación

Microconjunto híbrido STK403-090, extraído de la caja

• Chip semiconductor: todos los elementos y conexiones entre elementos se realizan en un cristal semiconductor (por ejemplo, silicio, germanio, arseniuro de galio).

• Circuito integrado de película: todos los elementos y conexiones entre elementos se realizan en forma de películas:
  • circuito integrado de película gruesa;
  • Circuito integrado de película delgada.
• Chip híbrido (a menudo llamado microensamblaje), contiene varios diodos, transistores y/u otros componentes electrónicos activos. El microconjunto también puede incluir circuitos integrados no empaquetados. Los componentes de microconjuntos pasivos (resistencias, condensadores, inductores) generalmente se fabrican utilizando tecnologías de película delgada o gruesa sobre un sustrato de chip híbrido común, generalmente cerámico. Todo el sustrato con los componentes se coloca en una única carcasa sellada.
• Microcircuito mixto: además del cristal semiconductor, contiene elementos pasivos de película delgada (película gruesa) ubicados en la superficie del cristal.

Tipo de señal procesada

• Analógico-digital.

Tecnologías de fabricación

Tipos de lógica

El elemento principal de los microcircuitos analógicos son los transistores (bipolares o de efecto de campo). La diferencia en la tecnología de fabricación de transistores afecta significativamente las características de los microcircuitos. Por lo tanto, la tecnología de fabricación a menudo se indica en la descripción del microcircuito, enfatizando así las características generales de las propiedades y capacidades del microcircuito. Las tecnologías modernas combinan tecnologías de transistores bipolares y de efecto de campo para lograr un mejor rendimiento de los microcircuitos.

• Los microcircuitos basados ​​​​en transistores unipolares (efecto de campo) son los más económicos (en términos de consumo de corriente):
  • Lógica MOS (lógica de semiconductores de óxido de metal): los microcircuitos se forman a partir de transistores de efecto de campo norte-MOS o pag-Tipo MOS;
  • Lógica CMOS (lógica MOS complementaria): cada elemento lógico del microcircuito consta de un par de transistores de efecto de campo complementarios (complementarios) ( norte-MOS y pag-FREGAR).
• Microcircuitos basados ​​​​en transistores bipolares:
  • RTL: lógica de resistencia-transistor (obsoleta, reemplazada por TTL);
  • DTL: lógica de diodo-transistor (obsoleta, reemplazada por TTL);
  • TTL - lógica transistor-transistor - los microcircuitos están hechos de transistores bipolares con transistores multiemisor en la entrada;
  • TTLSh - lógica transistor-transistor con diodos Schottky - un TTL mejorado que utiliza transistores bipolares con efecto Schottky;
  • ECL (lógica de emisor acoplado) en transistores bipolares, cuyo modo de funcionamiento se selecciona para que no entren en modo de saturación, lo que aumenta significativamente el rendimiento;
  • IIL - lógica de inyección integral.
• Microcircuitos que utilizan transistores bipolares y de efecto de campo:

Utilizando el mismo tipo de transistores, se pueden crear chips utilizando diferentes metodologías, como estática o dinámica.

Las tecnologías CMOS y TTL (TTLS) son los chips lógicos más comunes. Cuando es necesario ahorrar consumo de corriente, se utiliza la tecnología CMOS, donde la velocidad es más importante y no es necesario ahorrar en el consumo de energía, se utiliza la tecnología TTL. El punto débil de los microcircuitos CMOS es su vulnerabilidad a la electricidad estática: basta con tocar la salida del microcircuito con la mano y su integridad ya no estará garantizada. Con el desarrollo de las tecnologías TTL y CMOS, los parámetros de los microcircuitos se acercan y, como resultado, por ejemplo, la serie 1564 de microcircuitos se fabrica utilizando tecnología CMOS, y la funcionalidad y ubicación en la carcasa son similares a la tecnología TTL.

Los microcircuitos fabricados con tecnología ESL son los más rápidos, pero también los que consumen más energía, y se utilizaron en la producción de equipos informáticos en los casos en que el parámetro más importante era la velocidad de cálculo. En la URSS, las computadoras más productivas del tipo ES106x se fabricaron con microcircuitos ESL. Hoy en día esta tecnología rara vez se utiliza.

Proceso tecnológico

En la fabricación de microcircuitos se utiliza el método de fotolitografía (proyección, contacto, etc.), en el que el circuito se forma sobre un sustrato (generalmente silicio) obtenido cortando monocristales de silicio con discos de diamante en finas obleas. Debido a las pequeñas dimensiones lineales de los elementos del microcircuito, se abandonó el uso de luz visible e incluso radiación ultravioleta cercana para la iluminación.

Los siguientes procesadores se fabricaron utilizando luz UV (láser excímero ArF, longitud de onda 193 nm). En promedio, los líderes de la industria introdujeron nuevos procesos tecnológicos según el plan ITRS cada 2 años, duplicando el número de transistores por unidad de área: 45 nm (2007), 32 nm (2009), 22 nm (2011), comenzó la producción de 14 nm En 2014, se espera el desarrollo de procesos de 10 nm hacia 2018.

En 2015 se estimaba que la introducción de nuevos procesos tecnológicos se ralentizaría.

Control de calidad

Para controlar la calidad de los circuitos integrados se utilizan ampliamente las denominadas estructuras de prueba.

Objetivo

Un circuito integrado puede tener una funcionalidad completa, por compleja que sea, hasta una microcomputadora completa (microcomputadora de un solo chip).

circuitos analogicos

Analógico integrado (micro)esquema (AIS, OBJETIVOS) - un circuito integrado cuyas señales de entrada y salida varían según la ley de una función continua (es decir, son señales analógicas).

Texas Instruments creó en 1958 un prototipo de laboratorio de un circuito integrado analógico en Estados Unidos. Era un generador de cambio de fase. En 1962 apareció la primera serie de microcircuitos analógicos: SN52. Contenía un amplificador de baja frecuencia de baja potencia, un amplificador operacional y un amplificador de video.

En la URSS, a finales de la década de 1970 se obtuvo una amplia gama de circuitos integrados analógicos. Su uso ha permitido aumentar la fiabilidad de los dispositivos, simplificar la configuración de los equipos y, a menudo, incluso eliminar la necesidad de mantenimiento durante el funcionamiento.

A continuación se muestra una lista parcial de dispositivos cuyas funciones pueden realizarse mediante circuitos integrados analógicos. A menudo, un microcircuito reemplaza a varios de ellos a la vez (por ejemplo, el K174XA42 contiene todos los componentes de un receptor de radio FM superheterodino).

• Filtros (incluido efecto piezoeléctrico).
• Multiplicadores analógicos.
• Atenuadores analógicos y amplificadores variables.
• Estabilizadores de alimentación: estabilizadores de tensión y corriente.
• Microcircuitos de control de fuente de alimentación conmutada.
• Convertidores de señal.
• Varios sensores.

Los microcircuitos analógicos se utilizan en equipos de amplificación y reproducción de sonido, grabadoras de vídeo, televisores, equipos de comunicaciones, instrumentos de medición, ordenadores analógicos, etc.

En computadoras analógicas

• Amplificadores operacionales (LM101, μA741).

en fuentes de alimentación

Chip estabilizador de voltaje KR1170EN8

• Estabilizadores de tensión lineal (KR1170EN12, LM317).
• Estabilizadores de tensión de conmutación (LM2596, LM2663).

En videocámaras y cámaras fotográficas.

• Matrices CCD (ICX404AL).
• Matrices CCD (MLX90255BA).

En equipos de amplificación y reproducción de sonido.

• Amplificadores de potencia de audiofrecuencia (LA4420, K174UN5, K174UN7).
• UMZCH dual para equipos estereofónicos (TDA2004, K174UN15, K174UN18).
• Varios reguladores (K174UN10 - UMZCH de dos canales con ajuste electrónico de la respuesta de frecuencia, K174UN12 - control de volumen y equilibrio de dos canales).

En instrumentos de medida En dispositivos de transmisión y recepción de radio.

• Detectores de señal AM (K175DA1).
• Detectores de señal FM (K174UR7).
• Mezcladores (K174PS1).
• Amplificadores de alta frecuencia (K157ХА1).
• Amplificadores de frecuencia intermedia (K157ХА2, K171UR1).
• Receptores de radio de un solo chip (K174ХА10).

En televisores

• En el canal de radio (K174UR8 - amplificador con AGC, detector de imagen y sonido IF, K174UR2 - amplificador de voltaje de imagen IF, detector síncrono, preamplificador de señal de video, sistema de control automático de ganancia mediante llave).
• En el canal de cromaticidad (K174AF5 - modelador de señales de color R, G, B, K174ХА8 - interruptor electrónico, amplificador-limitador y demodulador de señales de información de color).
• En unidades de escaneo (K174GL1 - generador de escaneo de cuadros).
• En los circuitos de conmutación, sincronización, corrección y control (K174AF1 - selector de señal de sincronización de amplitud, generador de impulsos de frecuencia horizontal, unidad para ajustar automáticamente la frecuencia y fase de la señal, generador de impulsos maestro horizontal, K174UP1 - amplificador de señal de brillo, regulador electrónico del rango de señal de salida y nivel de negro ").

Producción

La transición a tamaños submicrónicos de elementos integrales complica el diseño de AIMS. Por ejemplo, los transistores MOS con una longitud de puerta corta tienen una serie de características que limitan su uso en bloques analógicos: alto nivel de ruido de parpadeo de baja frecuencia; una fuerte dispersión del voltaje umbral y la pendiente, lo que lleva a la aparición de un voltaje de polarización grande en los amplificadores diferenciales y operacionales; valor bajo de resistencia de salida de señal pequeña y ganancia de cascadas con carga activa; bajo voltaje de ruptura de las uniones p-n y la brecha drenaje-fuente, lo que provoca una disminución en el voltaje de suministro y una disminución en el rango dinámico.

Actualmente, muchas empresas producen microcircuitos analógicos: Analog Devices, Analog Microelectronics, Maxim Integrated Products, National Semiconductor, Texas Instruments, etc.

Circuitos digitales

circuito integrado digital(microcircuito digital) es un circuito integrado diseñado para convertir y procesar señales que cambian según la ley de una función discreta.

Los circuitos integrados digitales se basan en interruptores de transistores que pueden estar en dos estados estables: abierto y cerrado. El uso de interruptores de transistores permite crear varios circuitos lógicos, de activación y otros circuitos integrados. Los circuitos integrados digitales se utilizan en dispositivos de procesamiento de información discretos de computadoras electrónicas (computadoras), sistemas de automatización, etc.

• Convertidores de búfer
• (Micro)procesadores (incluidas CPU para ordenadores)
• Chips y módulos de memoria.
• FPGA (circuitos integrados lógicos programables)

Los circuitos integrados digitales tienen una serie de ventajas sobre los analógicos:

• Consumo de energía reducido asociado con el uso de señales eléctricas pulsadas en electrónica digital. Al recibir y convertir tales señales, los elementos activos de los dispositivos electrónicos (transistores) funcionan en el modo "llave", es decir, el transistor está "abierto", lo que corresponde a una señal de alto nivel (1), o "cerrado". " - (0), en el primer caso en No hay caída de voltaje en el transistor, en el segundo no fluye corriente a través de él. En ambos casos, el consumo de energía es cercano a 0, a diferencia de los dispositivos analógicos, en los que la mayor parte del tiempo los transistores se encuentran en un estado intermedio (activo).
• Alta inmunidad al ruido Los dispositivos digitales están asociados con una gran diferencia entre señales de nivel alto (por ejemplo, 2,5-5 V) y bajo (0-0,5 V). Es posible que se produzca un error de estado con un nivel de interferencia tal que un nivel alto se interprete como un nivel bajo y viceversa, lo cual es poco probable. Además, en los dispositivos digitales es posible utilizar códigos especiales que permiten corregir errores.
• La gran diferencia en los niveles de los estados de señal de alto y bajo nivel ("0" y "1" lógicos) y una gama bastante amplia de sus cambios permisibles hace que la tecnología digital sea insensible a la inevitable dispersión de los parámetros de los elementos en la tecnología integrada, elimina la necesidad de seleccionar componentes y configurar elementos de ajuste en dispositivos digitales.

Circuitos analógicos a digitales

Circuito integrado analógico a digital(microcircuito analógico a digital): un circuito integrado diseñado para convertir señales que varían según la ley de una función discreta en señales que varían según la ley de una función continua, y viceversa.

A menudo, un chip realiza las funciones de varios dispositivos a la vez (por ejemplo, los ADC de aproximación sucesiva contienen un DAC, por lo que pueden realizar conversiones bidireccionales). Lista de dispositivos (incompleta) cuyas funciones pueden realizarse mediante circuitos integrados de analógico a digital:

• convertidores de digital a analógico (DAC) y de analógico a digital (ADC);
• multiplexores analógicos (mientras que los (de)multiplexores digitales son circuitos integrados puramente digitales, los multiplexores analógicos contienen elementos lógicos digitales (generalmente un decodificador) y pueden contener circuitos analógicos);
• transceptores (por ejemplo, transceptor de interfaz de red Ethernet);
• moduladores y demoduladores;
  • módems de radio;
  • teletexto, decodificadores de texto por radio VHF;
  • Transceptores de línea óptica y Fast Ethernet;
  • Marcar módems;
  • receptores de televisión digital;
  • sensor óptico de ratón de ordenador;
• microcircuitos de alimentación para dispositivos electrónicos: estabilizadores, convertidores de voltaje, interruptores de alimentación, etc.;
• atenuadores digitales;
• circuitos de bucle de bloqueo de fase (PLL);
• generadores y restauradores de frecuencia de sincronización de relojes;
• Cristales de matriz básica (BMC): contiene circuitos analógicos y digitales.

Serie de chips

Los microcircuitos analógicos y digitales se producen en serie. Una serie es un grupo de microcircuitos que tienen un diseño único y un diseño tecnológico y están destinados a un uso conjunto. Los microcircuitos de la misma serie, por regla general, tienen los mismos voltajes de alimentación y coinciden en términos de resistencias de entrada y salida y niveles de señal.

Viviendas

Paquetes de circuitos integrados de montaje en superficie

Microensamblaje con un microcircuito de marco abierto soldado a una placa de circuito impreso.

Nombres específicos

Mercado mundial

En 2017, el mercado mundial de circuitos integrados estaba valorado en 700 mil millones de dólares.

semiconductor La implementación de estas propuestas en esos años no pudo llevarse a cabo debido al insuficiente desarrollo de la tecnología.

A finales de 1958 y en la primera mitad de 1959 se produjo un gran avance en la industria de los semiconductores. Tres hombres, en representación de tres corporaciones privadas estadounidenses, resolvieron tres problemas fundamentales que impedían la creación de circuitos integrados. Jack Kilby de Instrumentos Texas patentó el principio de combinación, creó los primeros prototipos imperfectos de IP y los llevó a producción en masa. Kurt Legovets de Compañía eléctrica Sprague inventó un método para aislar eléctricamente componentes formados en un solo chip semiconductor (aislamiento de unión p-n). P–n unión aislamiento)). Robert Noyce de Semiconductor Fairchild  inventó un método para conectar eléctricamente componentes de circuitos integrados (metalización de aluminio) y propuso una versión mejorada del aislamiento de componentes basada en la última tecnología plana de Jean Herni. Jean Hoerni). El 27 de septiembre de 1960, la banda de Jay Last Jay Último) creado en Semiconductores Fairchild el primero en funcionar semiconductor IP basada en las ideas de Noyce y Ernie. Instrumentos Texas, que poseía la patente del invento de Kilby, lanzó una guerra de patentes contra sus competidores, que terminó en 1966 con un acuerdo global sobre licencias cruzadas de tecnologías.

Los primeros circuitos integrados lógicos de la serie mencionada se construyeron literalmente a partir de estándar componentes, cuyos tamaños y configuraciones fueron especificados por el proceso tecnológico. Los diseñadores de circuitos que diseñaron circuitos integrados lógicos de una familia particular operaban con los mismos diodos y transistores estándar. En 1961-1962 el desarrollador líder rompió el paradigma del diseño silvania Tom Longo, por primera vez usando diferentes circuitos integrados en uno Configuraciones de transistores dependiendo de sus funciones en el circuito. A finales de 1962 silvania lanzó la primera familia de lógica transistor-transistor (TTL) desarrollada por Longo, históricamente el primer tipo de lógica integrada que logró afianzarse en el mercado durante mucho tiempo. En los circuitos analógicos, un avance de este nivel lo logró en 1964-1965 el desarrollador de amplificadores operacionales. niño justo Bob Vidlar.

El primer microcircuito doméstico se creó en 1961 en el TRTI (Instituto de Ingeniería de Radio de Taganrog) bajo la dirección de L. N. Kolesov. Este evento atrajo la atención de la comunidad científica del país y TRTI fue aprobado como líder en el sistema del Ministerio de Educación Superior en el problema de crear equipos microelectrónicos altamente confiables y automatizar su producción. El propio L. N. Kolesov fue nombrado presidente del Consejo de Coordinación para este problema.

El primer circuito integrado híbrido de película gruesa en la URSS (serie 201 “Trail”) se desarrolló en 1963-65 en el Instituto de Investigación de Tecnología de Precisión (“Angstrem”), produciéndose en masa desde 1965. En el desarrollo participaron especialistas del NIEM (ahora Instituto de Investigaciones Científicas Argon).

El primer circuito integrado semiconductor en la URSS se creó sobre la base de la tecnología plana, desarrollado a principios de 1960 en NII-35 (luego rebautizado como Instituto de Investigación Pulsar) por un equipo que luego fue transferido a NIIME (Mikron). La creación del primer circuito integrado de silicio doméstico se concentró en el desarrollo y la producción con aceptación militar de la serie TS-100 de circuitos integrados de silicio (37 elementos, el equivalente a la complejidad del circuito de un flip-flop, un análogo del estadounidense serie de circuitos integrados SN-51 empresas Instrumentos Texas). Se obtuvieron de Estados Unidos muestras de prototipos y muestras de producción de circuitos integrados de silicio para reproducción. El trabajo se llevó a cabo en NII-35 (director Trutko) y en la planta de semiconductores Fryazino (director Kolmogorov) bajo una orden de defensa para su uso en un altímetro autónomo para un sistema de guía de misiles balísticos. El desarrollo incluyó seis circuitos planos de silicio integrados estándar de la serie TS-100 y, con la organización de la producción piloto, tomó tres años en NII-35 (de 1962 a 1965). Fueron necesarios otros dos años para desarrollar la producción fabril con aceptación militar en Fryazino (1967).

Paralelamente, se trabajó en el desarrollo de un circuito integrado en la oficina central de diseño de la planta de dispositivos semiconductores de Voronezh (ahora). En 1965, durante una visita al VZPP del Ministro de Industria Electrónica A.I. Shokin, la planta recibió instrucciones de realizar trabajos de investigación sobre la creación de un circuito monolítico de silicio - I + D "Titán" (Orden Ministerial No. 92 del 16 de agosto de 1965), que se completó antes de lo previsto a finales de año. El tema se presentó con éxito a la Comisión Estatal, y una serie de 104 microcircuitos lógicos de diodo-transistor se convirtió en el primer logro fijo en el campo de la microelectrónica de estado sólido, lo que se reflejó en la orden del MEP No. 403 del 30 de diciembre de 1965.

Niveles de diseño

Actualmente (2014), la mayoría de los circuitos integrados se diseñan utilizando sistemas CAD especializados, que permiten automatizar y acelerar significativamente los procesos de producción, por ejemplo, la obtención de fotomáscaras topológicas.

Clasificación

Grado de integración

Dependiendo del grado de integración, se utilizan los siguientes nombres de circuitos integrados:

• Pequeño circuito integrado (MIS): hasta 100 elementos por chip,
• circuito integrado medio (SIS): hasta 1000 elementos por chip,
• circuito integrado grande (LSI): hasta 10 mil elementos por chip,
• Circuito integrado de ultra gran escala (VLSI): más de 10 mil elementos en un cristal.

Anteriormente, también se utilizaban nombres ahora obsoletos: circuito integrado de gran escala (ULSI): de 1 a 10 millones a mil millones de elementos en un cristal y, a veces, circuito integrado de gran escala (GBIC): más de 1 mil millones de elementos en un cristal. Actualmente, en la década de 2010, los nombres "UBIS" y "GBIS" prácticamente no se utilizan, y todos los microcircuitos con más de 10 mil elementos se clasifican como VLSI.

Tecnología de fabricación

• Chip semiconductor: todos los elementos y conexiones entre elementos se realizan en un cristal semiconductor (por ejemplo, silicio, germanio, arseniuro de galio, óxido de hafnio).

• Circuito integrado de película: todos los elementos y conexiones entre elementos se realizan en forma de películas:
  • circuito integrado de película gruesa;
  • Circuito integrado de película delgada.
• Chip híbrido (a menudo llamado microensamblaje), contiene varios diodos, transistores y/u otros componentes electrónicos activos. El microconjunto también puede incluir circuitos integrados no empaquetados. Los componentes de microconjuntos pasivos (resistencias, condensadores, inductores) generalmente se fabrican utilizando tecnologías de película delgada o gruesa sobre un sustrato común, generalmente cerámico, de un chip híbrido. Todo el sustrato con los componentes se coloca en una única carcasa sellada.
• Microcircuito mixto: además del cristal semiconductor, contiene elementos pasivos de película delgada (película gruesa) ubicados en la superficie del cristal.

Tipo de señal procesada

Tecnologías de fabricación

Tipos de lógica

El elemento principal de los microcircuitos analógicos son los transistores (bipolares o de efecto de campo). La diferencia en la tecnología de fabricación de transistores afecta significativamente las características de los microcircuitos. Por lo tanto, la tecnología de fabricación a menudo se indica en la descripción del microcircuito, enfatizando así las características generales de las propiedades y capacidades del microcircuito. Las tecnologías modernas combinan tecnologías de transistores bipolares y de efecto de campo para lograr un mejor rendimiento de los microcircuitos.

• Los microcircuitos basados ​​​​en transistores unipolares (efecto de campo) son los más económicos (en términos de consumo de corriente):
  • Lógica MOS (lógica de semiconductores de óxido de metal): los microcircuitos se forman a partir de transistores de efecto de campo norte-MOS o pag-Tipo MOS;
  • Lógica CMOS (lógica MOS complementaria): cada elemento lógico del microcircuito consta de un par de transistores de efecto de campo complementarios (complementarios) ( norte-MOS y pag-FREGAR).
• Microcircuitos basados ​​​​en transistores bipolares:
  • RTL: lógica de resistencia-transistor (obsoleta, reemplazada por TTL);
  • DTL: lógica de diodo-transistor (obsoleta, reemplazada por TTL);
  • TTL - lógica transistor-transistor - los microcircuitos están hechos de transistores bipolares con transistores multiemisor en la entrada;
  • TTLSh - lógica transistor-transistor con diodos Schottky - un TTL mejorado que utiliza transistores bipolares con efecto Schottky;
  • ECL (lógica de emisor acoplado) en transistores bipolares, cuyo modo de funcionamiento se selecciona para que no entren en modo de saturación, lo que aumenta significativamente el rendimiento;
  • IIL - lógica de inyección integral.
• Microcircuitos que utilizan transistores bipolares y de efecto de campo:

Utilizando el mismo tipo de transistores, se pueden crear chips utilizando diferentes metodologías, como estática o dinámica.

Las tecnologías CMOS y TTL (TTLS) son los chips lógicos más comunes. Cuando es necesario ahorrar consumo de corriente, se utiliza la tecnología CMOS, donde la velocidad es más importante y no es necesario ahorrar en el consumo de energía, se utiliza la tecnología TTL. El punto débil de los microcircuitos CMOS es su vulnerabilidad a la electricidad estática: basta con tocar la salida del microcircuito con la mano y su integridad ya no estará garantizada. Con el desarrollo de las tecnologías TTL y CMOS, los parámetros de los microcircuitos se acercan y, como resultado, por ejemplo, la serie 1564 de microcircuitos se fabrica utilizando tecnología CMOS, y la funcionalidad y ubicación en la carcasa son similares a la tecnología TTL.

Los microcircuitos fabricados con tecnología ESL son los más rápidos, pero también los que consumen más energía, y se utilizaron en la producción de equipos informáticos en los casos en que el parámetro más importante era la velocidad de cálculo. En la URSS, las computadoras más productivas del tipo ES106x se fabricaron con microcircuitos ESL. Hoy en día esta tecnología rara vez se utiliza.

Proceso tecnológico

En la fabricación de microcircuitos se utiliza el método de fotolitografía (proyección, contacto, etc.), en el que el circuito se forma sobre un sustrato (generalmente silicio) obtenido cortando monocristales de silicio con discos de diamante en finas obleas. Debido a las pequeñas dimensiones lineales de los elementos del microcircuito, se abandonó el uso de luz visible e incluso radiación ultravioleta cercana para la iluminación.

Los siguientes procesadores se fabricaron utilizando radiación UV (láser excímero ArF, longitud de onda 193 nm). En promedio, los líderes de la industria introdujeron nuevos procesos tecnológicos según el plan ITRS cada 2 años, duplicando el número de transistores por unidad de área: 45 nm (2007), 32 nm (2009), 22 nm (2011), comenzó la producción de 14 nm En 2014, se espera el desarrollo de procesos de 10 nm hacia 2018.

En 2015 se estimaba que la introducción de nuevos procesos tecnológicos se ralentizaría.

Control de calidad

Para controlar la calidad de los circuitos integrados se utilizan ampliamente las denominadas estructuras de prueba.

Objetivo

Un circuito integrado puede tener una funcionalidad completa, por compleja que sea, hasta una microcomputadora completa (microcomputadora de un solo chip).

circuitos analogicos

• Filtros (incluido efecto piezoeléctrico).
• Cosa análoga multiplicadores.
• Atenuadores analógicos y amplificadores variables.
• Estabilizadores de alimentación: estabilizadores de tensión y corriente.
• Microcircuitos de control de fuente de alimentación conmutada.
• Convertidores de señal.
• Circuitos de sincronización.
• Varios sensores (por ejemplo, temperatura).

Circuitos digitales

• Convertidores de búfer
• (Micro)procesadores (incluidas CPU para ordenadores)
• Chips y módulos de memoria.
• FPGA (circuitos integrados lógicos programables)

Los circuitos integrados digitales tienen una serie de ventajas sobre los analógicos:

• Consumo de energía reducido asociado con el uso de señales eléctricas pulsadas en electrónica digital. Al recibir y convertir tales señales, los elementos activos de los dispositivos electrónicos (transistores) funcionan en el modo "llave", es decir, el transistor está "abierto", lo que corresponde a una señal de alto nivel (1), o "cerrado". " - (0), en el primer caso en No hay caída de voltaje en el transistor; en el segundo, no fluye corriente a través de él. En ambos casos, el consumo de energía es cercano a 0, a diferencia de los dispositivos analógicos, en los que la mayor parte del tiempo los transistores se encuentran en un estado intermedio (activo).
• Alta inmunidad al ruido Los dispositivos digitales están asociados con una gran diferencia entre señales de nivel alto (por ejemplo, 2,5-5 V) y bajo (0-0,5 V). Es posible que se produzca un error de estado con un nivel de interferencia tal que un nivel alto se interprete como un nivel bajo y viceversa, lo cual es poco probable. Además, en los dispositivos digitales es posible utilizar códigos especiales que permiten corregir errores.
• La gran diferencia en los niveles de los estados de señal de alto y bajo nivel ("0" y "1" lógicos) y una gama bastante amplia de sus cambios permisibles hace que la tecnología digital sea insensible a la inevitable dispersión de los parámetros de los elementos en la tecnología integrada, elimina la necesidad de seleccionar componentes y configurar elementos de ajuste en dispositivos digitales.

Circuitos analógicos a digitales

• convertidores de digital a analógico (DAC) y de analógico a digital (ADC);
• transceptores (por ejemplo, convertidor de interfaz Ethernet);
• moduladores y demoduladores;
  • módems de radio
  • teletexto, decodificadores de texto por radio VHF
  • Fast Ethernet y transceptores ópticos
  • Marcar módems
  • receptores de televisión digitales
  • sensor óptico del ratón
• microcircuitos de alimentación para dispositivos electrónicos: estabilizadores, convertidores de voltaje, interruptores de alimentación, etc.;
• atenuadores digitales;
• circuitos de bucle de bloqueo de fase (PLL);
• generadores y restauradores de frecuencia de sincronización de relojes;
• cristales de matriz base (BMC): contiene circuitos analógicos y digitales;

Serie de chips

Los microcircuitos analógicos y digitales se producen en serie. Una serie es un grupo de microcircuitos que tienen un diseño único y un diseño tecnológico y están destinados a un uso conjunto. Los microcircuitos de la misma serie, por regla general, tienen los mismos voltajes de alimentación y coinciden en términos de resistencias de entrada y salida y niveles de señal.

Viviendas

Nombres específicos

Protección legal

La legislación rusa brinda protección legal a las topologías de circuitos integrados. La topología de un circuito integrado es la disposición espacial-geométrica del conjunto de elementos de un circuito integrado y las conexiones entre ellos registradas en un soporte material (Artículo 1448

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Institución Educativa Unitaria del Estado Federal de Educación Profesional Superior

"Universidad Electrotécnica Estatal de San Petersburgo "LETI" que lleva el nombre de V.I. Ulyanov (Lenin)"

(SPbSETU "LETI")

Departamento de Filosofía

Ensayo

sobre el tema de:" Historia del desarrollo de la electrónica integrada."

Estudiante de posgrado de JSC "NPP SRadar MMSS"

Popova A.B.

Consejero científico:

Doctor en Ciencias Técnicas, Prof. Balashov V.M.

San Petersburgo 2015

• Introducción
• Capítulo 1. Principales direcciones de desarrollo de la microelectrónica.
• 1.1 Electrónica y tipos de electrónica.
• 1.2 Desarrollo de la microelectrónica
• Capítulo 2. Evolución de la electrónica integrada
• 2.1 Circuitos integrados y etapas de desarrollo de la electrónica integrada
• 2.2 El papel de la tecnología de película delgada en el desarrollo de la electrónica integrada
• Conclusión
• Literatura

Introducción

El origen y desarrollo de la microelectrónica como una nueva dirección científica y técnica que asegura la creación de equipos radioelectrónicos (REA) complejos está directamente relacionado con la situación de crisis que surgió a principios de los años 60, cuando los métodos tradicionales de fabricación de REA a partir de elementos discretos por su montaje secuencial no pudo proporcionar la confiabilidad, eficiencia, consumo de energía, tiempo de fabricación y dimensiones aceptables de REA requeridos.

A pesar del corto período de su existencia, la interconexión de la microelectrónica con otras áreas de la ciencia y la tecnología ha asegurado tasas inusualmente altas de desarrollo de esta industria y ha reducido significativamente el tiempo para la implementación industrial de nuevas ideas. Esto también se vio facilitado por la aparición de una especie de vínculos de retroalimentación entre el desarrollo de circuitos integrados, que son la base para la automatización de la producción y la gestión, y el uso de estos desarrollos para automatizar el proceso mismo de diseño, producción y prueba de circuitos integrados.

El desarrollo de la microelectrónica ha introducido cambios fundamentales en los principios de diseño de los dispositivos electrónicos y ha llevado al uso de integración compleja, que consiste en: integración estructural o de circuito (es decir, integración de funciones de circuito dentro de una sola unidad estructural); con un grado de integración del orden de cientos y miles de componentes, los métodos existentes para dividir sistemas en componentes, dispositivos, subsistemas y bloques, así como las formas de coordinar el desarrollo de componentes, dispositivos y subsistemas, se vuelven ineficaces; Al mismo tiempo, el centro de gravedad se traslada al área de los circuitos, lo que requiere una reestructuración radical de los métodos de implementación de sistemas electrónicos con la construcción de equipos a nivel supermodular.

Capítulo 1. Principales direcciones de desarrollo de la microelectrónica.

1.1 Electrónica y tipos de electrónica.

La electrónica es una ciencia que estudia los fenómenos de interacción de electrones y otras partículas cargadas con campos eléctricos, magnéticos y electromagnéticos, que es la base física para el funcionamiento de dispositivos y dispositivos electrónicos (vacío, carga de gas, semiconductores y otros) utilizados para transmitir, procesar y almacenar información.

La electrónica, que abarca una amplia gama de problemas científicos, técnicos e industriales, se basa en avances en diversos campos del conocimiento. Al mismo tiempo, la electrónica, por un lado, plantea nuevas tareas a otras ciencias y producciones, estimulando su desarrollo ulterior, y, por otro, les proporciona medios técnicos y métodos de investigación cualitativamente nuevos.

Las principales direcciones de desarrollo de la electrónica son: la electrónica del vacío, de estado sólido y cuántica.

La electrónica de vacío es una rama de la electrónica que incluye estudios de la interacción de los flujos de electrones libres con campos eléctricos y magnéticos en el vacío, así como métodos para crear dispositivos electrónicos y dispositivos en los que se utiliza esta interacción. Las áreas de investigación más importantes en el campo de la electrónica del vacío incluyen: emisión de electrones (en particular, emisión térmica y fotoelectrónica); generar un flujo de electrones y/o iones y controlar estos flujos; formación de campos electromagnéticos mediante dispositivos de entrada y salida de energía; física y tecnología de alto vacío, etc.

Las principales direcciones del desarrollo de la electrónica de vacío están asociadas con la creación de dispositivos eléctricos de vacío de los siguientes tipos: tubos de electrones (diodos, triodos, tetrodos, etc.); dispositivos de electrovacío de frecuencia ultraalta (por ejemplo, magnetrones, klistrones, tubos de ondas progresivas y reversas); dispositivos fotoelectrónicos y de haz de electrones (por ejemplo, tubos de imagen, vidicones, convertidores electrón-ópticos, fotomultiplicadores); dispositivos de descarga de gas (por ejemplo, tiratrones, indicadores de carga de gas).

La electrónica de estado sólido resuelve problemas relacionados con el estudio de las propiedades de los materiales de estado sólido (semiconductores, dieléctricos, magnéticos, etc.), la influencia de las impurezas y las características estructurales del material sobre estas propiedades; estudiar las propiedades de las superficies y las interfaces entre capas de diversos materiales; crear regiones con diferentes tipos de conductividad en un cristal utilizando diversos métodos; creación de heterouniones y estructuras monocristalinas; creación de dispositivos funcionales de tamaños micrométricos y submicrónicos, así como métodos para medir sus parámetros.

Las principales áreas de la electrónica de estado sólido son: la electrónica semiconductora, asociada al desarrollo de diversos tipos de dispositivos semiconductores, y la microelectrónica, asociada al desarrollo de circuitos integrados.

La electrónica cuántica cubre una amplia gama de temas relacionados con el desarrollo de métodos y medios para amplificar y generar oscilaciones electromagnéticas basadas en el efecto de la emisión estimulada de átomos y moléculas. Las principales direcciones de la electrónica cuántica: la creación de generadores cuánticos ópticos (láseres), amplificadores cuánticos, generadores moleculares, etc.

Las características de los dispositivos de electrónica cuántica son las siguientes: alta estabilidad de la frecuencia de oscilación, bajo nivel de ruido intrínseco, alta potencia en el pulso de radiación, lo que permite su uso para crear telémetros de alta precisión, estándares de frecuencia cuántica, giroscopios cuánticos, ópticos. sistemas de comunicación multicanal, comunicaciones en el espacio profundo, equipos médicos, grabación y reproducción de sonido láser, etc. Incluso se han creado punteros láser en miniatura para un acompañamiento mínimo.

1.2 Desarrollo de la microelectrónica

La microelectrónica es un campo de conocimiento complejo, cuyo objeto de estudio y desarrollo son los circuitos integrados funcionalmente complejos, su estructura, tecnología, diagnóstico, confiabilidad y funcionamiento. Los dispositivos microelectrónicos influyen deliberadamente en los procesos electromagnéticos en un cuerpo sólido, lo que permite procesar información a alta velocidad y almacenar información durante mucho tiempo en volúmenes bastante pequeños de un cuerpo sólido.

La microelectrónica se formó sobre la base de investigaciones científicas integrales y logros de la práctica de la ingeniería de acuerdo con los requisitos del progreso científico y tecnológico. Los conceptos y métodos de ME, que han surgido y desarrollado durante más de 30 años, se utilizan ampliamente en informática, informática, automatización y física del estado sólido. La microelectrónica está progresando rápidamente en su desarrollo y uso práctico de sus resultados y ha pasado de ser un área altamente especializada a una física general.

Al encontrarse, por así decirlo, en la zona fronteriza de la física del estado sólido, la química, la electrodinámica y la radiofísica, adquirió una amplia base teórica.

Como dirección científica con cierta implementación técnica. ME se basa en las ideas de integración funcional de microdispositivos en un chip, tecnología plana de chips integrados en una arandela, procesamiento grupal de material de arandela y control funcional de la memoria LSI.

El control funcional se basa en la síntesis de ideas que reflejan la relación entre los procesos fisicoquímicos y electromagnéticos que ocurren en los microdispositivos y la transformación funcional (dirigida) de las señales de información.

Gracias a un enfoque integrado, el control funcional combina una serie de áreas científicas, crea medios tecnológicos para la implementación de ingeniería, el diagnóstico de LSI y permite determinar su confiabilidad. Para comprender los requisitos previos para el surgimiento del monitoreo de diagnóstico funcional de LSI y sus características distintivas, es necesario rastrear la transición de la electrónica discreta (DE) a la microelectrónica (ME), así como establecer la diferencia entre objetos de monitoreo y diagnóstico.

Hasta mediados de los años cincuenta. La principal dirección del desarrollo de los equipos electrónicos (ET) fue la especialización de su base de elementos, incluida la mejora del diseño, la miniaturización y la mejora de los parámetros de los componentes electrónicos discretos (activos y pasivos) de los equipos electrónicos (EA). Estos incluyen dispositivos de vacío (lámparas), resistencias, condensadores, inductores, paneles, conectores, etc. Cada uno de los componentes electrónicos (CE) se fabricaba de forma independiente y no estaba estructuralmente, ni mucho menos funcionalmente, conectado entre sí.

De ahí el nombre: elementos discretos de EA.

Este método de diseñar y producir EA tiene sus ventajas. Estos incluyen principalmente:

la posibilidad de control individual de cada CE;

un procedimiento sencillo para medir y evaluar la idoneidad de un EC utilizando equipos elementales de instrumentación y control (KIA);

configuraciones convenientes que le permiten lograr las características eléctricas requeridas de las unidades electrónicas y EA en general;

facilidad de detección y localización de defectos tanto al configurar unidades electrónicas como en caso de falla del equipo electrónico

durante la operación;

mantenibilidad del EA (disponibilidad de cualquier EC, posibilidad de reemplazarlo en el EA)

Todo ello ayuda a reducir defectos en los productos terminados y en el control técnico de los componentes electrónicos y del propio equipo.

A principios de los años cincuenta. Aparecieron las primeras computadoras de propósito general. También utilizaron tubos de vacío para crear nodos para calcular, controlar, procesar y almacenar información. Estas computadoras eran voluminosas, inmóviles y emitían una gran cantidad de energía térmica, lo que requería un enfriamiento forzado. Ocupaban grandes salones y requerían un mantenimiento constante. La confiabilidad del funcionamiento de la computadora era baja y el costo de producción alto.

Para almacenar programas de control y cálculo, la capacidad de los dispositivos de almacenamiento (memoria) ha aumentado continuamente. El acelerado desarrollo de la ciencia, la tecnología aeroespacial y militar ha provocado la aparición de graves problemas no sólo en el estudio y gestión de procesos que ocurren rápidamente, sino también en el procesamiento de grandes volúmenes de información en cortos períodos de tiempo.

Los resultados técnicos de la investigación en el campo de la física y la química del estado sólido, así como la producción de semiconductores y ferromagnetos químicamente puros, la síntesis de capas delgadas de metales y dieléctricos, han recibido una aplicación práctica específica. A finales de la década de 1950, comenzaron a utilizar EC de estado sólido (transistores (Tr) y diodos (D), elementos montados discretos, lo que permitió reducir significativamente las dimensiones y el consumo de energía de las computadoras y, en consecuencia, reducir el calor. generación y aumentar la confiabilidad.

Se continuaron mejorando los elementos activos discretos (D, Tr), así como los masivos (R, C, L): disminuyeron sus tamaños y consumo de energía, mejoró el control y aumentó la confiabilidad del EC. Esto hizo posible cambiar las dimensiones de dispositivos funcionalmente completos: micromódulos, que tomaron la forma de una estructura apilada o plana en la que se conectan elementos discretos mediante soldadura o soldadura. Los probadores se centraron en el control y la confiabilidad de la señal. Así, ampliar la complejidad funcional de los EA requirió el uso de una gran cantidad de AE ​​y, en consecuencia, un aumento de las raciones, lo que redujo la confiabilidad. Los equipos de control y medición no estaban automatizados y el control completo de cada CE para EA requería mucho tiempo, lo que, a su vez, influía en el coste del equipo.

Las áreas de tecnología de rápido desarrollo para el almacenamiento y el procesamiento de información de alta velocidad requerían garantizar una alta confiabilidad y un funcionamiento sin problemas a largo plazo de los equipos electrónicos operados bajo diversas influencias externas. Al mismo tiempo, la gama de cambios en los factores que influyen es muy amplia (también puede incluir las condiciones de funcionamiento). Era necesario crear una REA que cumpliera con los requisitos del progreso técnico. Éstas incluyen:

aumentar la complejidad funcional de los equipos para resolver problemas de control de procesos;

mayor rendimiento en cálculos y control de procesos;

reducción de las características de peso y tamaño de los equipos;

reducción del consumo de energía durante la operación;

mayor confiabilidad;

reducción de costos de equipos.

Las nuevas características del EA sólo podrían lograrse con una miniaturización significativa de los componentes del EA y la eliminación del uso de soldadura. La producción de EA de pequeño tamaño basados ​​en elementos discretos se ha topado con obstáculos tecnológicos fundamentales e insuperables.

La siguiente desventaja está asociada con las operaciones de ensamblaje de EA y elementos discretos. Este proceso, que requiere mucha mano de obra, no se pudo automatizar y el costo de EA siguió siendo alto.

Las desventajas también incluyen los numerosos contactos externos en la placa, es decir. un pequeño número de funciones por contacto.

Los factores limitantes de este principio de diseño también incluyen la gran longitud de los circuitos de conmutación del circuito, lo que reduce el rendimiento y la inmunidad al ruido del EA.

Por lo tanto, una mayor mejora de la EA sobre una base de elementos discretos estaba limitada por los métodos tecnológicos de fabricación y seguimiento de la CE, y no por razones de naturaleza física.

Las limitaciones consideradas del principio de diseñar dispositivos electrónicos sobre elementos discretos se descubrieron durante la creación de computadoras de a bordo de pequeño tamaño y altamente confiables, cuya velocidad es proporcional a la velocidad de los procesos en estos dispositivos (operando en tiempo real). . Esto confirmó la necesidad de mejorar EA y aumentar su confiabilidad como problema central en la tecnología electrónica. Se definió el objetivo: la microminiaturización como resultado de la integración funcional de componentes de circuitos electrónicos en estado sólido, es decir. Creación de circuitos integrados (IC) mediante la integración de EC. Para la implementación técnica de la idea de microminiaturización de EA basada en la integración funcional de EC pasivos y activos, se requirieron nuevos materiales y equipos, y otros principios tecnológicos para su implementación y control. Todos los componentes de circuitos integrados similares deben fabricarse simultáneamente en un solo ciclo tecnológico, utilizando un método grupal de procesamiento de materiales, realizando el control de forma automática, según un principio funcional. Esta dirección de la electrónica se llama microelectrónica. Por tanto, la base de la microelectrónica son los siguientes principios:

EA se crea sobre la base de un SI con integración constructiva y funcional de microdispositivos - EC;

los procesos físicos en los microdispositivos ocurren en microvolúmenes, en estructuras de capas delgadas;

producción simultánea de elementos de diseño similares de microdispositivos de circuitos integrados utilizando tecnología plana y procesamiento grupal de material;

control funcional de circuitos integrados y circuitos de prueba.

La aparición de los primeros dispositivos microelectrónicos, los circuitos integrados, estuvo precedida por investigaciones fundamentales y avances técnicos en el campo de la física del estado sólido, la química y la radioelectrónica.

Capítulo 2. Evolución de la electrónica integrada

2.1 Circuitos integrados y etapas de desarrollo de la electrónica integrada

Circuito integrado (CI) es un producto microelectrónico que realiza las funciones de conversión y procesamiento de señales, que se caracteriza por un empaquetamiento denso de elementos de modo que todas las conexiones y conexiones entre elementos formen un todo único.

Una parte integral de un IC son elementos que actúan como elementos eléctricos y de radio (transistores, resistencias, etc.) y no se pueden separar como productos independientes. En este caso, los elementos de circuito integrado que realizan las funciones de amplificación u otra conversión de señal (diodos, transistores, etc.) se denominan activos, y los elementos que implementan una función de transferencia lineal (resistencias, condensadores, inductores) se denominan pasivos.

Clasificación de circuitos integrados:

Por método de fabricación:

Según el grado de integración.

El grado de integración de un sistema de información es un indicador de complejidad, caracterizado por la cantidad de elementos y componentes que contiene. El grado de integración está determinado por la fórmula.

k=log(norte),

donde k es un coeficiente que determina el grado de integración, redondeado al entero mayor más cercano, y N es el número de elementos y componentes incluidos en el SI.

Para caracterizar cuantitativamente el grado de integración, se suelen utilizar los siguientes términos: si k ? 1, un IC se llama IC simple si 1< k ? 2 - средней ИС (СИС), если 2 < k ? 4 - большой ИС (БИС), если k ?4 - сверхбольшой ИС (СБИС).

Además del grado de integración, se utiliza otro indicador como la densidad de empaquetamiento de elementos: el número de elementos (con mayor frecuencia transistores) por unidad de área del cristal. Este indicador caracteriza principalmente el nivel de tecnología, actualmente es más de 1000 elementos/mm 2.

Circuitos integrados de película.- Se trata de circuitos integrados cuyos elementos se depositan sobre la superficie de una base dieléctrica en forma de película. Su peculiaridad es que no existen en forma pura. Se utilizan únicamente para la fabricación de elementos pasivos: resistencias, condensadores, conductores, inductores.

Arroz. 1. Estructura de un CI híbrido de película: 1, 2 - placas de condensador inferior y superior, 3 - capa dieléctrica, 4 - bus de conexión de cables, 5 - transistor montado, 6 - resistencia de película, 7 - terminal de clavija, 8 - sustrato dieléctrico

Los circuitos integrados híbridos son microcircuitos de película delgada que constan de elementos pasivos (resistencias, condensadores, almohadillas) y elementos activos discretos (diodos, transistores). El CI híbrido mostrado en la Fig. 1, es un sustrato dieléctrico al que se le aplican condensadores de película y resistencias y un transistor montado adjunto, cuya base está conectada a la placa superior del condensador mediante un bus en forma de un cable muy delgado.

En circuitos integrados de semiconductores Todos los elementos y conexiones entre elementos se realizan en masa y en la superficie del cristal semiconductor. Los circuitos integrados semiconductores son un cristal semiconductor plano (sustrato), en cuya capa superficial, mediante diversas técnicas tecnológicas, se forman áreas locales equivalentes a los elementos de un circuito eléctrico (diodos, transistores, condensadores, resistencias, etc.), unidas a lo largo la superficie mediante conexiones de película metálica (interconexiones).

Los sustratos de los circuitos integrados semiconductores son obleas redondas de silicio, germanio o arseniuro de galio, con un diámetro de 60 a 150 mm y un espesor de 0,2 a 0,4 mm.

Un sustrato semiconductor es una pieza de trabajo grupal (Fig. 2), sobre la cual se fabrican simultáneamente una gran cantidad de circuitos integrados.

Arroz. 2. Oblea de silicio grupal: 1 - corte básico, 2 - cristales individuales (chips)

Después de completar las principales operaciones tecnológicas, se corta en partes: cristales 2, también llamados chips. Las dimensiones de los lados del cristal pueden ser de 3 a 10 mm. El corte base 1 de la placa sirve para orientarla durante diversos procesos tecnológicos.

En la Fig. 3, ad. La tecnología plana se caracteriza por el hecho de que todos los terminales de los elementos IC están ubicados en el mismo plano en la superficie y están conectados simultáneamente a un circuito eléctrico mediante interconexiones de película delgada. Con la tecnología plana, el procesamiento en grupo se lleva a cabo, es decir, durante un proceso tecnológico, se produce una gran cantidad de circuitos integrados sobre sustratos, lo que garantiza una alta capacidad de fabricación y eficiencia, y también permite la automatización de la producción.

Arroz. 3. Estructuras de los elementos de un IC semiconductor: a - transistor, b - diodo, c - resistencia, d - condensador, 1 - contacto de película delgada, 2 - capa dieléctrica, 3 - emisor; 4 - base, 5 - colector, 6 - cátodo, 7 - ánodo, 8 - capa aislante; 9 - capa resistiva, 10 - capa aislante, 11 - placa, 12, 14 - electrodos superior e inferior del condensador, 13 - capa dieléctrica

ENpropiedad intelectual combinada(Fig. 4), que son una variante de los semiconductores, crean elementos semiconductores y de película delgada sobre un sustrato de silicio. La ventaja de estos circuitos es que es tecnológicamente difícil fabricar resistencias de una determinada resistencia en un cuerpo sólido, ya que depende no sólo del espesor de la capa semiconductora dopada, sino también de la distribución de la resistividad sobre el espesor. El ajuste de la resistencia al valor nominal después de fabricar la resistencia también presenta dificultades importantes. Las resistencias semiconductoras tienen una notable dependencia de la temperatura, lo que complica el desarrollo de circuitos integrados.

Arroz. 4. Estructura de un IC combinado: 1 - película de dióxido de silicio, 2 - diodo, 3 - conexiones de película en el circuito, 4 - resistencia de película delgada, 5, 6, 7 - electrodos superior e inferior de un condensador de película delgada y dieléctrico, 8 - contactos de película delgada, 9 - transistor, 10 - oblea de silicio.

Además, también es muy difícil crear condensadores en sólidos. Para ampliar las clasificaciones de resistencias y condensadores de los circuitos integrados de semiconductores y mejorar sus características de rendimiento, se ha desarrollado una tecnología combinada basada en tecnología de película delgada llamada tecnología de circuitos interconectados. En este caso, los elementos activos del circuito integrado (posiblemente algunas resistencias que no son críticas en términos de resistencia nominal) se fabrican en el cuerpo del cristal de silicio mediante el método de difusión, y luego los elementos pasivos (resistencias, condensadores e interconexiones) se fabrican. formado por deposición al vacío de películas (como en los circuitos integrados de películas).

La base de elementos electrónicos se está desarrollando a un ritmo cada vez mayor. Cada generación, que ha aparecido en un momento determinado, continúa mejorando en las direcciones más justificadas. El desarrollo de productos electrónicos de generación en generación avanza hacia su complejidad funcional, aumentando la confiabilidad y la vida útil, reduciendo las dimensiones generales, el peso, el costo y el consumo de energía, simplificando la tecnología y mejorando los parámetros de los equipos electrónicos.

El surgimiento de la microelectrónica como ciencia independiente fue posible gracias al uso de una rica experiencia y la base de la industria que produce dispositivos semiconductores discretos. Sin embargo, a medida que se desarrolló la electrónica semiconductora, se hicieron evidentes serias limitaciones en el uso de fenómenos electrónicos y sistemas basados ​​en ellos. Por lo tanto, la microelectrónica continúa avanzando a un ritmo rápido tanto en la dirección de mejorar la tecnología integrada de semiconductores como en la dirección de utilizar nuevos fenómenos físicos. circuito integrado radioelectrónico

Los productos de microelectrónica: circuitos integrados de diversos grados de integración, microconjuntos, microprocesadores, mini y microcomputadoras, permitieron llevar a cabo el diseño y la producción industrial de equipos de radio e informática funcionalmente complejos, que se diferencian de los equipos de generaciones anteriores en mejores Parámetros, mayor confiabilidad y vida útil, menor consumo de energía y costo. Los equipos basados ​​en productos microelectrónicos se utilizan ampliamente en todas las áreas de la actividad humana.

La microelectrónica contribuye a la creación de sistemas de diseño asistidos por computadora, robots industriales, líneas de producción automáticas y automatizadas, equipos de comunicaciones y mucho más.

Primera etapa

La primera etapa incluyó la invención de la lámpara incandescente en 1809 por el ingeniero ruso Ladygin.

El descubrimiento en 1874 por el científico alemán Brown del efecto rectificador en los contactos metal-semiconductores. El uso de este efecto por parte del inventor ruso Popov para detectar señales de radio le permitió crear el primer receptor de radio. Se considera que la fecha de la invención de la radio es el 7 de mayo de 1895, cuando Popov dio un informe y una demostración en una reunión del departamento de física de la Sociedad Físico-Química Rusa en San Petersburgo. En diferentes países, se llevaron a cabo desarrollos e investigaciones sobre varios tipos de detectores de vibraciones de alta frecuencia simples y confiables: detectores.

Segunda fase

La segunda etapa en el desarrollo de la electrónica comenzó en 1904, cuando el científico inglés Fleming diseñó un diodo eléctrico de vacío. A esto le siguió la invención del primer tubo de amplificación, el triodo, en 1907.

1913-1919 fue un período de rápido desarrollo de la tecnología electrónica. En 1913, el ingeniero alemán Meissner desarrolló un circuito para un receptor regenerativo de válvulas y, utilizando un triodo, obtuvo oscilaciones armónicas no amortiguadas.

En Rusia, los primeros tubos de radio fueron fabricados en 1914 en San Petersburgo por Nikolai Dmitrievich Papaleksi, consultor de la Sociedad Rusa de Telegrafía Inalámbrica y futuro académico de la Academia de Ciencias de la URSS.

Tercera etapa

El tercer período en el desarrollo de la electrónica es el período de creación e implementación de dispositivos semiconductores discretos, que comenzó con la invención del transistor punto-punto. En 1946, se creó un grupo liderado por William Shockley en el Laboratorio Bell Telephone, que realizó investigaciones sobre las propiedades de los semiconductores en silicio y Alemania. El grupo llevó a cabo estudios teóricos y experimentales de procesos físicos en la interfaz entre dos semiconductores con diferentes tipos de conductividad eléctrica. Como resultado, se inventaron dispositivos semiconductores de tres electrodos: los transistores. Dependiendo del número de portadores de carga, los transistores se dividieron en:

Unipolar (campo), donde se utilizaron medios unipolares.

Bipolar, donde se utilizaron diferentes portadores de polaridad (electrones y huecos).

La invención del transistor fue un hito importante en la historia de la electrónica y por ello sus autores John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley recibieron el Premio Nobel de Física de 1956.

El surgimiento de la microelectrónica.

Con la llegada de los transistores de efecto de campo bipolares, comenzaron a hacerse realidad ideas para el desarrollo de computadoras de pequeño tamaño. Sobre esta base, comenzaron a crear sistemas electrónicos a bordo para tecnología aeronáutica y espacial. Como estos dispositivos contenían miles de elementos electroradioeléctricos individuales y cada vez se necesitaban más, surgieron dificultades técnicas. Con el aumento del número de elementos de los sistemas electrónicos, era prácticamente imposible garantizar su operatividad inmediatamente después del montaje y garantizar, en el futuro, la fiabilidad de los sistemas. El problema de la calidad de los trabajos de instalación y montaje se ha convertido en el principal problema para los fabricantes a la hora de garantizar la operatividad y fiabilidad de los dispositivos radioelectrónicos. La solución al problema de la interconexión fue un requisito previo para el surgimiento de la microelectrónica. El prototipo de los futuros microcircuitos era una placa de circuito impreso, en la que todos los conductores individuales se combinan en un solo conjunto y se fabrican simultáneamente en grupo grabando una lámina de cobre con el plano del dieléctrico de la lámina. El único tipo de integración en este caso son los conductores. Aunque el uso de placas de circuito impreso no resuelve el problema de la miniaturización, sí resuelve el problema de aumentar la fiabilidad de las interconexiones. La tecnología de fabricación de placas de circuito impreso no permite fabricar simultáneamente otros elementos pasivos distintos de los conductores. Esta es la razón por la que las placas de circuito impreso no han evolucionado hasta convertirse en circuitos integrados en el sentido moderno. Los circuitos híbridos de película gruesa fueron los primeros en desarrollarse a finales de los años 40; su producción se basó en la tecnología ya probada de fabricación de condensadores cerámicos, utilizando el método de aplicación de pastas que contienen polvo de plata y vidrio a un sustrato cerámico mediante plantillas.

La tecnología de película delgada para la producción de circuitos integrados implica la aplicación de películas delgadas de diversos materiales (conductores, dieléctricos, resistivos) a la superficie lisa de sustratos dieléctricos en el vacío.

Cuarta etapa

En 1960, Robert Noyce de Fairchild propuso y patentó la idea de un circuito integrado monolítico y, utilizando tecnología plana, produjo los primeros circuitos integrados monolíticos de silicio.

Fairchild lanzó en febrero de 1960 una familia de elementos lógicos monolíticos de transistor-transistor con cuatro o más transistores bipolares en un solo chip de silicio y los llamó "micrologics". La tecnología planar de Horney y la tecnología monolítica de Noyce sentaron las bases para el desarrollo de circuitos integrados en 1960, primero con transistores bipolares y luego entre 1965 y 1985. sobre transistores de efecto de campo y combinaciones de ambos.

Dos decisiones políticas adoptadas en 1961-1962. Influyó en el desarrollo de la producción de transistores de silicio y circuitos integrados. La decisión de IBM (Nueva York) de desarrollar para una computadora prometedora no dispositivos de almacenamiento ferromagnéticos, sino memorias electrónicas (dispositivos de almacenamiento) basadas en transistores de efecto de campo de canal n (semiconductores de óxido metálico - MOS). El resultado de la implementación exitosa de este plan fue el lanzamiento en 1973. Computadora universal con memoria MOS - IBM-370/158. Decisiones directivas de Fairchild que prevén la ampliación del trabajo en el laboratorio de investigación de semiconductores para el estudio de dispositivos de silicio y materiales para ellos.

Mientras tanto, en julio de 1968, Gordon Moore y Robert Noyce abandonaron la división de semiconductores de Fairchild y el 28 de junio de 1968 organizaron una pequeña empresa, Intel, con doce personas que alquilaban una habitación en Mountain View, California. La tarea que se propusieron Moore, Noyce y el especialista en tecnología química que se les unió, Andrew Grove, fue utilizar el enorme potencial que supone integrar un gran número de componentes electrónicos en un único chip semiconductor para crear nuevos tipos de dispositivos electrónicos.

En 1997, Andrew Grove se convirtió en "personaje del año" y la empresa que dirigía, Intel, que se convirtió en una de las empresas líderes en Silicon Valley en California, comenzó a producir microprocesadores para el 90% de todas las computadoras personales del planeta. La aparición de los circuitos integrados jugó un papel decisivo en el desarrollo de la electrónica, marcando el comienzo de una nueva etapa de la microelectrónica. La microelectrónica del cuarto período se denomina esquemática, porque en la composición de los elementos básicos principales se pueden distinguir elementos equivalentes a elementos electroradioeléctricos discretos y cada circuito integrado corresponde a un determinado circuito eléctrico básico, como ocurre con los componentes electrónicos de los equipos de Generaciones previas.

Los circuitos integrados comenzaron a denominarse dispositivos microelectrónicos, considerados como un producto único con una alta densidad de elementos equivalente a los elementos de un circuito convencional. La complejidad de las funciones realizadas por los microcircuitos se logra aumentando el grado de integración.

RealsuelectrónicaY

Actualmente, la microelectrónica está avanzando a un nivel cualitativamente nuevo: la nanoelectrónica.

La nanoelectrónica se basa principalmente en los resultados de estudios fundamentales de procesos atómicos en estructuras semiconductoras de bajas dimensiones. Los puntos cuánticos, o sistemas de dimensión cero, son un caso extremo de sistemas de dimensiones reducidas que consisten en una serie de grupos o islas atómicas de tamaño nanométrico en una matriz semiconductora que exhiben autoorganización en heteroestructuras epitaxiales.

Uno de los posibles trabajos relacionados con la nanoelectrónica es la creación de materiales y elementos de tecnología IR. Son demandados por las empresas industriales y son la base para la creación en un futuro próximo de sistemas de visión "artificiales" (técnicos) con un rango espectral ampliado, en comparación con la visión biológica, en las regiones ultravioleta e infrarroja del espectro. Los sistemas técnicos de visión y los componentes fotónicos en nanoestructuras, capaces de recibir y procesar grandes cantidades de información, se convertirán en la base de dispositivos de telecomunicaciones fundamentalmente nuevos, sistemas de monitoreo ambiental y espacial, imágenes térmicas, nanodiagnósticos, robótica, armas de precisión, equipos antiterroristas, etc. El uso de nanoestructuras semiconductoras reducirá significativamente el tamaño de los dispositivos de seguimiento y registro, reducirá el consumo de energía, mejorará las características de costes y permitirá aprovechar la producción en masa de micro y nanoelectrónica en el futuro próximo.

2.2 El papel de la tecnología de película delgada en el desarrollo de la electrónica integrada

La dirección de película delgada de la electrónica integrada se basa en el crecimiento secuencial de películas de varios materiales sobre una base común (sustrato) con la formación simultánea de micropartes (resistencias, condensadores, almohadillas de contacto, etc.) y conexiones en el circuito de estas películas.

Hace relativamente poco tiempo, los circuitos integrados híbridos de semiconductores (sólidos) y de película delgada se consideraron áreas competitivas en el desarrollo de la electrónica integrada. En los últimos años se ha hecho evidente que estas dos direcciones no son excluyentes en absoluto, sino que, por el contrario, se complementan y enriquecen mutuamente. Además, hasta el día de hoy no se han creado circuitos integrados que utilicen ningún tipo de tecnología (y, aparentemente, no es necesario). Incluso los circuitos monolíticos de silicio, fabricados principalmente con tecnología de semiconductores, utilizan simultáneamente métodos como la deposición al vacío de películas de aluminio y otros metales para producir conexiones dentro del circuito, es decir, Métodos en los que se basa la tecnología de película delgada.

La gran ventaja de la tecnología de película delgada es su flexibilidad, expresada en la capacidad de seleccionar materiales con parámetros y características óptimos y de obtener, de hecho, cualquier configuración y parámetros requeridos de elementos pasivos. En este caso, las tolerancias con las que se mantienen los parámetros individuales de los elementos se pueden aumentar al 1-2%. Esta ventaja es especialmente efectiva en los casos en que el valor exacto de las clasificaciones y la estabilidad de los parámetros de los componentes pasivos son críticos (por ejemplo, en la fabricación de circuitos lineales, circuitos resistivos y RC, algunos tipos de filtros, sensibles a fase y circuitos selectivos, generadores, etc.).

Debido al continuo desarrollo y mejora de la tecnología de semiconductores y de películas delgadas, así como a la creciente complejidad de los circuitos integrados, que se refleja en un aumento en el número de componentes y en la complejidad de sus funciones, se debe esperar que en los próximos años En el futuro habrá un proceso de integración de métodos y técnicas tecnológicas y los circuitos integrados más complejos se fabricarán utilizando tecnología convergente. En este caso, es posible obtener parámetros y confiabilidad del CI que no se pueden lograr utilizando cada tipo de tecnología por separado. Por ejemplo, en la fabricación de un circuito integrado semiconductor, todos los elementos (pasivos y activos) se realizan en un proceso tecnológico, por lo que los parámetros de los elementos están interrelacionados. Los elementos activos son decisivos, ya que normalmente la unión base-colector del transistor se utiliza como condensador y la región de difusión resultante de la creación de la base del transistor se utiliza como resistencia. Es imposible optimizar los parámetros de un elemento sin cambiar simultáneamente las características de otros. Dadas las características de los elementos activos, las clasificaciones de los elementos pasivos sólo pueden modificarse cambiando sus tamaños.

Cuando se utiliza tecnología combinada, los elementos activos se fabrican con mayor frecuencia utilizando tecnología plana en una oblea de silicio, y los elementos pasivos se fabrican utilizando tecnología de película delgada sobre elemento oxidado elemento por elemento (resistencias y, a veces, condensadores): la superficie de la misma oblea de silicio. . Sin embargo, los procesos de fabricación de las partes activa y pasiva del CI están separados en el tiempo. Por tanto, las características de los elementos pasivos son en gran medida independientes y están determinadas por la elección del material, el espesor de la película y la geometría. Debido a que los transistores de un CI híbrido están ubicados dentro del sustrato, el tamaño de dicho circuito se puede reducir significativamente en comparación con los CI híbridos, que utilizan elementos activos discretos que ocupan una cantidad relativamente grande de espacio en el sustrato.

Los circuitos fabricados con tecnología combinada tienen una serie de ventajas indudables. Por ejemplo, en este caso es posible obtener resistencias con un valor grande y un coeficiente de resistencia a la temperatura pequeño, con un ancho muy estrecho y una resistencia superficial alta, en un área pequeña. El control de la tasa de deposición durante la producción de resistencias permite fabricarlas con una precisión muy alta. Las resistencias obtenidas por deposición de película no se caracterizan por corrientes de fuga a través del sustrato incluso a altas temperaturas, y la conductividad térmica relativamente alta del sustrato evita la posibilidad de que aparezcan áreas con temperaturas elevadas en los circuitos.

Conclusión

La etapa actual de desarrollo de la electrónica integrada se caracteriza por tendencias a aumentar aún más las frecuencias de operación y reducir los tiempos de conmutación, aumentar la confiabilidad y reducir los costos de materiales y el proceso de fabricación de circuitos integrados.

Reducir el coste de los circuitos integrados requiere el desarrollo de principios cualitativamente nuevos para su fabricación utilizando procesos basados ​​en fenómenos físicos y químicos similares, lo que, por un lado, es un requisito previo para la posterior integración de operaciones tecnológicas homogéneas del ciclo de producción y, Por otro lado, abre una puerta fundamental a la posibilidad de controlar todas las operaciones desde un ordenador. La necesidad de cambios cualitativos en la tecnología y el reequipamiento técnico de la industria también viene dictada por la transición a la siguiente etapa de desarrollo de la microelectrónica: la electrónica funcional, que se basa en fenómenos ópticos, magnéticos, de superficie y de plasma, transiciones de fase, electrones. -interacciones de fonones, efectos de acumulación y transferencia de carga, etc.

El criterio para la "progresividad" del proceso tecnológico, junto con la mejora de los parámetros y características del propio producto, es la alta eficiencia económica, determinada por una serie de criterios privados e interrelacionados que garantizan la posibilidad de construir conjuntos de sistemas totalmente automatizados. Equipos de alto rendimiento y larga vida útil.

Los criterios particulares más importantes son:

universalidad, es decir la capacidad de llevar a cabo la totalidad (o la abrumadora cantidad de operaciones) del ciclo de producción utilizando los mismos métodos tecnológicos;

continuidad, que es un requisito previo para la posterior integración (combinación) de una serie de operaciones tecnológicas del ciclo de producción, combinada con la posibilidad de utilizar el procesamiento grupal simultáneo de un número significativo de productos o productos semiacabados;

alta velocidad de todas las operaciones principales del proceso tecnológico o la posibilidad de su intensificación, por ejemplo, como resultado de la exposición a campos eléctricos y magnéticos, radiación láser, etc.;

reproducibilidad de los parámetros en cada operación y alto porcentaje de rendimiento tanto de productos semiacabados como de productos adecuados;

capacidad de fabricación del diseño de un producto o producto semiacabado que cumpla con los requisitos de la producción automatizada (posibilidad de carga, base, instalación, montaje, etc., automatizados), lo que debe reflejarse en la sencillez de la forma, así como en la limitación. tolerancias para dimensiones generales y básicas;

formalización, es decir la posibilidad de elaborar (basada en dependencias analíticas de los parámetros del producto con los parámetros del proceso tecnológico) una descripción matemática (algoritmo) de cada operación tecnológica y el posterior control de todo el proceso tecnológico mediante una computadora;

adaptabilidad (vitalidad) del proceso, es decir, la capacidad de existir durante mucho tiempo en condiciones de aparición y desarrollo continuo de nuevos procesos competitivos y la capacidad de reconstruir rápidamente equipos para la fabricación de nuevos tipos de productos sin costos de capital significativos.

La mayoría de los criterios enumerados se cumplen mediante procesos que utilizan fenómenos electrónicos e iónicos que ocurren en el vacío y gases enrarecidos, con la ayuda de los cuales es posible producir:

pulverización iónica de metales, aleaciones, dieléctricos y semiconductores para obtener películas de diversos espesores y composiciones, interconexiones, estructuras capacitivas, aislamiento entre capas, cableado entre capas;

grabado iónico de metales, aleaciones, semiconductores y dieléctricos para eliminar áreas localizadas individuales al obtener una configuración IC;

anodizado por plasma para obtener películas de óxido;

polimerización de películas orgánicas en áreas irradiadas con electrones para obtener capas aislantes orgánicas;

limpiar y pulir la superficie de sustratos;

cristales individuales en crecimiento;

evaporación de materiales (incluidos los refractarios) y recristalización de películas;

microfresado de películas;

microsoldadura y microsoldadura para conectar cables IC, así como carcasas de sellado;

Métodos sin contacto para monitorear los parámetros de IC.

La similitud de los fenómenos físicos y químicos en los que se basan los procesos enumerados muestra la posibilidad fundamental de su posterior integración para crear una nueva base tecnológica para la producción automatizada de alto rendimiento de circuitos integrados y dispositivos electrónicos funcionales.

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Desarrollo de una topología de fabricación para un microensamblaje integrado sin paquete basado en tecnología de película delgada. Datos del circuito y materiales utilizados. Desarrollo de un diagrama de conexión de conmutación. Cálculo de elementos de microensamblajes de película delgada.

trabajo del curso, añadido el 07/08/2013


Desarrollo de un amplificador de señal débil en forma de circuito integrado (IC) en una carcasa. Elección de la tecnología de fabricación. Cálculo de dimensiones geométricas y topología de elementos de circuitos integrados. Seleccionar los componentes del accesorio, el tamaño de la placa y el tamaño de la caja.

trabajo del curso, añadido el 29/10/2013


Creación de circuitos integrados y desarrollo de microelectrónica en todo el mundo. Producción de elementos de equipos electrónicos baratos. Principales grupos de circuitos integrados. Creación del primer circuito integrado por Kilby. Los primeros circuitos integrados semiconductores en la URSS.

resumen, añadido el 22/01/2013


Principios básicos de la construcción de receptores AM-FM. Análisis del diagrama del circuito eléctrico del IC TA2003. Desarrollo de la estructura física del cristal, ruta de fabricación y topología del circuito integrado. Disposición de elementos y bloques.

tesis, agregada el 01/11/2010


Parámetros eléctricos de un circuito integrado (IC). Cálculo de los parámetros del modelo de un transistor de efecto de campo con unión p-n de control. Simulación del circuito de conmutación seguidor de fuente. Desarrollo de topología y ruta tecnológica para la fabricación de circuitos integrados.

tesis, agregada el 29/09/2010


Etapas de desarrollo de la electrónica de la información. Amplificadores de señales eléctricas. Desarrollo de tecnología de la información de semiconductores. Lógica integrada y microcircuitos analógicos. Máquinas electrónicas con memoria. Microprocesadores y microcontroladores.

Circuito integrado (CI) es un producto microelectrónico que realiza las funciones de conversión y procesamiento de señales, que se caracteriza por un empaquetamiento denso de elementos de modo que todas las conexiones y conexiones entre elementos formen un todo único.

Una parte integral de un IC son elementos que actúan como elementos eléctricos y de radio (transistores, resistencias, etc.) y no se pueden separar como productos independientes. En este caso, los elementos de circuito integrado que realizan las funciones de amplificación u otra conversión de señal (diodos, transistores, etc.) se denominan activos, y los elementos que implementan una función de transferencia lineal (resistencias, condensadores, inductores) se denominan pasivos.

Clasificación de circuitos integrados:

Por método de fabricación:

Según el grado de integración.

El grado de integración de un sistema de información es un indicador de complejidad, caracterizado por la cantidad de elementos y componentes que contiene. El grado de integración está determinado por la fórmula.

donde k es un coeficiente que determina el grado de integración, redondeado al entero mayor más cercano, y N es el número de elementos y componentes incluidos en el SI.

Para caracterizar cuantitativamente el grado de integración, se suelen utilizar los siguientes términos: si k ? 1, un IC se llama IC simple si 1< k ? 2 - средней ИС (СИС), если 2 < k ? 4 - большой ИС (БИС), если k ?4 - сверхбольшой ИС (СБИС).

Además del grado de integración, se utiliza otro indicador como la densidad de empaquetamiento de elementos: el número de elementos (con mayor frecuencia transistores) por unidad de área del cristal. Este indicador caracteriza principalmente el nivel de tecnología, actualmente es más de 1000 elementos/mm 2.

Circuitos integrados de película.- Se trata de circuitos integrados cuyos elementos se depositan sobre la superficie de una base dieléctrica en forma de película. Su peculiaridad es que no existen en forma pura. Se utilizan únicamente para la fabricación de elementos pasivos: resistencias, condensadores, conductores, inductores.

Arroz. 1. Estructura de un CI híbrido de película: 1, 2 - placas de condensador inferior y superior, 3 - capa dieléctrica, 4 - bus de conexión de cables, 5 - transistor montado, 6 - resistencia de película, 7 - terminal de clavija, 8 - sustrato dieléctrico

Los circuitos integrados híbridos son microcircuitos de película delgada que constan de elementos pasivos (resistencias, condensadores, almohadillas) y elementos activos discretos (diodos, transistores). El CI híbrido mostrado en la Fig. 1, es un sustrato dieléctrico al que se le aplican condensadores de película y resistencias y un transistor montado adjunto, cuya base está conectada a la placa superior del condensador mediante un bus en forma de un cable muy delgado.

En circuitos integrados de semiconductores Todos los elementos y conexiones entre elementos se realizan en masa y en la superficie del cristal semiconductor. Los circuitos integrados semiconductores son un cristal semiconductor plano (sustrato), en cuya capa superficial, mediante diversas técnicas tecnológicas, se forman áreas locales equivalentes a los elementos de un circuito eléctrico (diodos, transistores, condensadores, resistencias, etc.), unidas a lo largo la superficie mediante conexiones de película metálica (interconexiones).

Los sustratos de los circuitos integrados semiconductores son obleas redondas de silicio, germanio o arseniuro de galio, con un diámetro de 60 a 150 mm y un espesor de 0,2 a 0,4 mm.

Un sustrato semiconductor es una pieza de trabajo grupal (Fig. 2), sobre la cual se fabrican simultáneamente una gran cantidad de circuitos integrados.

Arroz. 2. Oblea de silicio grupal: 1 - corte básico, 2 - cristales individuales (chips)

Después de completar las principales operaciones tecnológicas, se corta en partes: cristales 2, también llamados chips. Las dimensiones de los lados del cristal pueden ser de 3 a 10 mm. El corte base 1 de la placa sirve para orientarla durante diversos procesos tecnológicos.

En la Fig. 3, ad. La tecnología plana se caracteriza por el hecho de que todos los terminales de los elementos IC están ubicados en el mismo plano en la superficie y están conectados simultáneamente a un circuito eléctrico mediante interconexiones de película delgada. Con la tecnología plana, el procesamiento en grupo se lleva a cabo, es decir, durante un proceso tecnológico, se produce una gran cantidad de circuitos integrados sobre sustratos, lo que garantiza una alta capacidad de fabricación y eficiencia, y también permite la automatización de la producción.

Arroz. 3. Estructuras de elementos de un IC semiconductor: a - transistor, b - diodo, c - resistencia, d - condensador, 1 - contacto de película delgada, 2 - capa dieléctrica, H - emisor; 4 - base, 5 - colector, 6 - cátodo, 7 - ánodo, 8 - capa aislante; 9 - capa resistiva, 10 - capa aislante, 11 - placa, 12, 14 - electrodos superior e inferior del condensador, 13 - capa dieléctrica

En circuitos integrados combinados(Fig. 4), que son una variante de los semiconductores, crean elementos semiconductores y de película delgada sobre un sustrato de silicio. La ventaja de estos circuitos es que es tecnológicamente difícil fabricar resistencias de una determinada resistencia en un cuerpo sólido, ya que depende no sólo del espesor de la capa semiconductora dopada, sino también de la distribución de la resistividad sobre el espesor. El ajuste de la resistencia al valor nominal después de fabricar la resistencia también presenta dificultades importantes. Las resistencias semiconductoras tienen una notable dependencia de la temperatura, lo que complica el desarrollo de circuitos integrados.

Arroz. 4. Estructura del circuito integrado combinado: 1 - película de dióxido de silicio, 2 - diodo, 3 - conexiones de película en el circuito, 4 - resistencia de película delgada, 5, 6, 7 - electrodos superior e inferior del condensador de película delgada y dieléctrico, 8 - contactos de película fina, 9 - transistor, 10 - oblea de silicio.

Además, también es muy difícil crear condensadores en sólidos. Para ampliar las clasificaciones de resistencias y condensadores de los circuitos integrados de semiconductores y mejorar sus características de rendimiento, se ha desarrollado una tecnología combinada basada en tecnología de película delgada llamada tecnología de circuitos interconectados. En este caso, los elementos activos del circuito integrado (posiblemente algunas resistencias que no son críticas en términos de resistencia nominal) se fabrican en el cuerpo del cristal de silicio mediante el método de difusión, y luego los elementos pasivos (resistencias, condensadores e interconexiones) se fabrican. formado por deposición al vacío de películas (como en los circuitos integrados de películas).

La base de elementos electrónicos se está desarrollando a un ritmo cada vez mayor. Cada generación, que ha aparecido en un momento determinado, continúa mejorando en las direcciones más justificadas. El desarrollo de productos electrónicos de generación en generación avanza hacia su complejidad funcional, aumentando la confiabilidad y la vida útil, reduciendo las dimensiones generales, el peso, el costo y el consumo de energía, simplificando la tecnología y mejorando los parámetros de los equipos electrónicos.

El surgimiento de la microelectrónica como ciencia independiente fue posible gracias al uso de una rica experiencia y la base de la industria que produce dispositivos semiconductores discretos. Sin embargo, a medida que se desarrolló la electrónica semiconductora, se hicieron evidentes serias limitaciones en el uso de fenómenos electrónicos y sistemas basados ​​en ellos. Por lo tanto, la microelectrónica continúa avanzando a un ritmo rápido tanto en la dirección de mejorar la tecnología integrada de semiconductores como en la dirección de utilizar nuevos fenómenos físicos. circuito integrado radioelectrónico

Los productos de microelectrónica: circuitos integrados de diversos grados de integración, microconjuntos, microprocesadores, mini y microcomputadoras, permitieron llevar a cabo el diseño y la producción industrial de equipos de radio e informática funcionalmente complejos, que se diferencian de los equipos de generaciones anteriores en mejores Parámetros, mayor confiabilidad y vida útil, menor consumo de energía y costo. Los equipos basados ​​en productos microelectrónicos se utilizan ampliamente en todas las áreas de la actividad humana.

La microelectrónica contribuye a la creación de sistemas de diseño asistidos por computadora, robots industriales, líneas de producción automáticas y automatizadas, equipos de comunicaciones y mucho más.

Primera etapa

La primera etapa incluyó la invención de la lámpara incandescente en 1809 por el ingeniero ruso Ladygin.

El descubrimiento en 1874 por el científico alemán Brown del efecto rectificador en los contactos metal-semiconductores. El uso de este efecto por parte del inventor ruso Popov para detectar señales de radio le permitió crear el primer receptor de radio. Se considera que la fecha de la invención de la radio es el 7 de mayo de 1895, cuando Popov dio un informe y una demostración en una reunión del departamento de física de la Sociedad Físico-Química Rusa en San Petersburgo. En diferentes países, se llevaron a cabo desarrollos e investigaciones sobre varios tipos de detectores de vibraciones de alta frecuencia simples y confiables: detectores.

Segunda fase

La segunda etapa en el desarrollo de la electrónica comenzó en 1904, cuando el científico inglés Fleming diseñó un diodo eléctrico de vacío. A esto le siguió la invención del primer tubo de amplificación, el triodo, en 1907.

1913-1919 fue un período de rápido desarrollo de la tecnología electrónica. En 1913, el ingeniero alemán Meissner desarrolló un circuito para un receptor regenerativo de válvulas y, utilizando un triodo, obtuvo oscilaciones armónicas no amortiguadas.

En Rusia, los primeros tubos de radio fueron fabricados en 1914 en San Petersburgo por Nikolai Dmitrievich Papaleksi, consultor de la Sociedad Rusa de Telegrafía Inalámbrica y futuro académico de la Academia de Ciencias de la URSS.

Tercera etapa

El tercer período en el desarrollo de la electrónica es el período de creación e implementación de dispositivos semiconductores discretos, que comenzó con la invención del transistor punto-punto. En 1946, se creó un grupo liderado por William Shockley en el Laboratorio Bell Telephone, que realizó investigaciones sobre las propiedades de los semiconductores en silicio y Alemania. El grupo llevó a cabo estudios teóricos y experimentales de procesos físicos en la interfaz entre dos semiconductores con diferentes tipos de conductividad eléctrica. Como resultado, se inventaron dispositivos semiconductores de tres electrodos: los transistores. Dependiendo del número de portadores de carga, los transistores se dividieron en:

• - unipolar (campo), donde se utilizaron medios unipolares.
• - bipolar, donde se utilizaron diferentes portadores de polaridad (electrones y huecos).

La invención del transistor fue un hito importante en la historia de la electrónica y por ello sus autores John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley recibieron el Premio Nobel de Física de 1956.

El surgimiento de la microelectrónica.

Con la llegada de los transistores de efecto de campo bipolares, comenzaron a hacerse realidad ideas para el desarrollo de computadoras de pequeño tamaño. Sobre esta base, comenzaron a crear sistemas electrónicos a bordo para tecnología aeronáutica y espacial. Como estos dispositivos contenían miles de elementos electroradioeléctricos individuales y cada vez se necesitaban más, surgieron dificultades técnicas. Con el aumento del número de elementos de los sistemas electrónicos, era prácticamente imposible garantizar su operatividad inmediatamente después del montaje y garantizar, en el futuro, la fiabilidad de los sistemas. El problema de la calidad de los trabajos de instalación y montaje se ha convertido en el principal problema para los fabricantes a la hora de garantizar la operatividad y fiabilidad de los dispositivos radioelectrónicos. La solución al problema de la interconexión fue un requisito previo para el surgimiento de la microelectrónica. El prototipo de los futuros microcircuitos era una placa de circuito impreso, en la que todos los conductores individuales se combinan en un solo conjunto y se fabrican simultáneamente en grupo grabando una lámina de cobre con el plano del dieléctrico de la lámina. El único tipo de integración en este caso son los conductores. Aunque el uso de placas de circuito impreso no resuelve el problema de la miniaturización, sí resuelve el problema de aumentar la fiabilidad de las interconexiones. La tecnología de fabricación de placas de circuito impreso no permite fabricar simultáneamente otros elementos pasivos distintos de los conductores. Esta es la razón por la que las placas de circuito impreso no han evolucionado hasta convertirse en circuitos integrados en el sentido moderno. Los circuitos híbridos de película gruesa fueron los primeros en desarrollarse a finales de los años 40; su producción se basó en la tecnología ya probada de fabricación de condensadores cerámicos, utilizando el método de aplicación de pastas que contienen polvo de plata y vidrio a un sustrato cerámico mediante plantillas.

La tecnología de película delgada para la producción de circuitos integrados implica la aplicación de películas delgadas de diversos materiales (conductores, dieléctricos, resistivos) a la superficie lisa de sustratos dieléctricos en el vacío.

Cuarta etapa

En 1960, Robert Noyce de Fairchild propuso y patentó la idea de un circuito integrado monolítico y, utilizando tecnología plana, produjo los primeros circuitos integrados monolíticos de silicio.

Fairchild lanzó en febrero de 1960 una familia de elementos lógicos monolíticos de transistor-transistor con cuatro o más transistores bipolares en un solo chip de silicio y los llamó "micrologics". La tecnología planar de Horney y la tecnología monolítica de Noyce sentaron las bases para el desarrollo de circuitos integrados en 1960, primero con transistores bipolares y luego entre 1965 y 1985. sobre transistores de efecto de campo y combinaciones de ambos.

Dos decisiones políticas adoptadas en 1961-1962. Influyó en el desarrollo de la producción de transistores de silicio y circuitos integrados. La decisión de IBM (Nueva York) de desarrollar para una computadora prometedora no dispositivos de almacenamiento ferromagnéticos, sino memorias electrónicas (dispositivos de almacenamiento) basadas en transistores de efecto de campo de canal n (semiconductores de óxido metálico - MOS). El resultado de la implementación exitosa de este plan fue el lanzamiento en 1973. Computadora universal con memoria MOS - IBM-370/158. Decisiones directivas de Fairchild que prevén la ampliación del trabajo en el laboratorio de investigación de semiconductores para el estudio de dispositivos de silicio y materiales para ellos.

Mientras tanto, en julio de 1968, Gordon Moore y Robert Noyce abandonaron la división de semiconductores de Fairchild y el 28 de junio de 1968 organizaron una pequeña empresa, Intel, con doce personas que alquilaban una habitación en Mountain View, California. La tarea que se propusieron Moore, Noyce y el especialista en tecnología química que se les unió, Andrew Grove, fue utilizar el enorme potencial que supone integrar un gran número de componentes electrónicos en un único chip semiconductor para crear nuevos tipos de dispositivos electrónicos.

En 1997, Andrew Grove se convirtió en "personaje del año" y la empresa que dirigía, Intel, que se convirtió en una de las empresas líderes en Silicon Valley en California, comenzó a producir microprocesadores para el 90% de todas las computadoras personales del planeta. La aparición de los circuitos integrados jugó un papel decisivo en el desarrollo de la electrónica, marcando el comienzo de una nueva etapa de la microelectrónica. La microelectrónica del cuarto período se denomina esquemática, porque en la composición de los elementos básicos principales se pueden distinguir elementos equivalentes a elementos electroradioeléctricos discretos y cada circuito integrado corresponde a un determinado circuito eléctrico básico, como ocurre con los componentes electrónicos de los equipos de Generaciones previas.

Los circuitos integrados comenzaron a denominarse dispositivos microelectrónicos, considerados como un producto único con una alta densidad de elementos equivalente a los elementos de un circuito convencional. La complejidad de las funciones realizadas por los microcircuitos se logra aumentando el grado de integración.

Electrónica presente

Actualmente, la microelectrónica está avanzando a un nivel cualitativamente nuevo: la nanoelectrónica.

La nanoelectrónica se basa principalmente en los resultados de estudios fundamentales de procesos atómicos en estructuras semiconductoras de bajas dimensiones. Los puntos cuánticos, o sistemas de dimensión cero, son un caso extremo de sistemas de dimensiones reducidas que consisten en una serie de grupos o islas atómicas de tamaño nanométrico en una matriz semiconductora que exhiben autoorganización en heteroestructuras epitaxiales.

Uno de los posibles trabajos relacionados con la nanoelectrónica es la creación de materiales y elementos de tecnología IR. Son demandados por las empresas industriales y son la base para la creación en un futuro próximo de sistemas de visión "artificiales" (técnicos) con un rango espectral ampliado, en comparación con la visión biológica, en las regiones ultravioleta e infrarroja del espectro. Los sistemas técnicos de visión y los componentes fotónicos en nanoestructuras, capaces de recibir y procesar grandes cantidades de información, se convertirán en la base de dispositivos de telecomunicaciones fundamentalmente nuevos, sistemas de monitoreo ambiental y espacial, imágenes térmicas, nanodiagnósticos, robótica, armas de precisión, equipos antiterroristas, etc. El uso de nanoestructuras semiconductoras reducirá significativamente el tamaño de los dispositivos de seguimiento y registro, reducirá el consumo de energía, mejorará las características de costes y permitirá aprovechar la producción en masa de micro y nanoelectrónica en el futuro próximo.