Cu doar douăzeci și cinci de ani în urmă, radioamatorii și specialiștii din generația mai veche trebuiau să studieze dispozitive noi la acea vreme - tranzistoarele. Nu a fost ușor să renunțăm la tuburile cu vid cu care eram atât de obișnuiți și să trecem la „familia” aglomerată și în continuă expansiune de dispozitive semiconductoare.

Și acum această „familie” a început din ce în ce mai mult să cedeze loc în inginerie radio și electronică ultimei generații de dispozitive semiconductoare - circuite integrate, adesea numite IC-uri pe scurt.

Ce este un circuit integrat

Circuit integrat este o unitate electronică în miniatură care conține într-o carcasă comună tranzistori, diode, rezistențe și alte elemente active și pasive, al căror număr poate ajunge la câteva zeci de mii.

Un microcircuit poate înlocui o întreagă unitate a unui receptor radio, un computer electronic (calculator) și o mașină electronică. „Mecanismul” unui ceas de mână digital, de exemplu, este doar un cip mai mare.

În funcție de scopul lor funcțional, circuitele integrate sunt împărțite în două grupe principale: microcircuite analogice sau cu impulsuri liniare și microcircuite logice sau digitale.

Microcircuitele analogice sunt destinate amplificarii, generării și conversiei oscilațiilor electrice de diferite frecvențe, de exemplu, pentru receptoare, amplificatoare și cele logice - pentru utilizare în dispozitive de automatizare, în dispozitive cu cronometrare digitală, în computere.

Acest atelier este dedicat familiarizării cu dispozitivul, principiul de funcționare și posibila aplicare a celor mai simple circuite integrate analogice și logice.

Pe un cip analogic

Dintre „familie” uriașe a celor analogice, cele mai simple sunt microcircuitele duble K118UN1A (K1US181A) și K118UN1B (K1US181B), care fac parte din seria K118.

Fiecare dintre ele este un amplificator care conține... Cu toate acestea, este mai bine să vorbim despre „umplutura” electronică. Deocamdată, le vom considera „cutii negre” cu pini pentru conectarea surselor de alimentare, piese suplimentare, circuite de intrare și ieșire la ele.

Diferența dintre ele constă numai în factorii lor de amplificare pentru oscilațiile de joasă frecvență: factorul de câștig al microcircuitului K118UN1A la o frecvență de 12 kHz este 250, iar microcircuitul K118UN1B este 400.

La frecvențe înalte, câștigul acestor microcircuite este același - aproximativ 50. Deci, oricare dintre ele poate fi folosit pentru a amplifica oscilațiile atât la frecvențe joase, cât și la cele înalte și, prin urmare, pentru experimentele noastre. Aspectul și simbolurile acestor microcircuite amplificatoare pe schemele de circuit ale dispozitivelor sunt prezentate în Fig. 88.

Au un corp dreptunghiular din plastic. Pe partea de sus a carcasei există un marcaj care servește ca punct de referință pentru numerele de pin. Microcircuitele sunt proiectate pentru alimentarea de la o sursă de curent continuu cu o tensiune de 6,3 V, care este alimentată prin pinii 7 (+Upit) și 14 (— U Pete).

Sursa de alimentare poate fi o sursă de curent alternativ cu tensiune de ieșire reglabilă sau o baterie formată din patru celule 334 și 343.

Primul experiment cu microcircuitul K118UN1A (sau K118UN1B) a fost efectuat conform diagramei prezentate în Fig. 89. Ca placă de montaj, utilizați o placă de carton cu dimensiunile aproximative de 50X40 mm.

Pini de microcircuit 1, 7, 8 Și 14 lipirea la sârmă capse trecute prin găurile din carton. Toate acestea vor acționa ca suporturi care țin microcircuitul pe placă și suporturile de pini 7. și 14, în plus, conectarea contactelor cu bateria G.B.1 (sau sursa de alimentare).

Între ele, pe ambele părți ale microcircuitului, întărește încă două sau trei contacte, care vor fi intermediare pentru piese suplimentare. Montați condensatori pe placă C1(tip K50-6 sau K50-3) și C2(KYAS, BM, MBM), conectați căștile la ieșirea microcircuitului LA 2.

Conectați-vă la intrarea microcircuitului (printr-un condensator C1) microfon electrodinamic ÎN 1 orice tip sau capsulă de telefon DEM-4m, porniți alimentarea și, apăsând telefoanele mai strâns pe urechi, atingeți ușor microfonul cu un creion. Dacă nu există erori la instalare, în telefoane ar trebui să se audă sunete asemănătoare clicurilor pe o tobă.

Cereți unui prieten să spună ceva în fața microfonului - îi veți auzi vocea pe telefoane. În loc de microfon, puteți conecta un difuzor de transmisie radio (abonat) cu transformatorul său potrivit la intrarea microcircuitului. Efectul va fi cam același.

Continuând experimentul cu un dispozitiv telefonic cu acțiune simplă, conectați între conductorul comun (negativ) al circuitului de alimentare și ieșire 12 condensator electrolitic microcircuit NV, indicat pe diagramă prin linii întrerupte. În același timp, volumul sunetului de pe telefoane ar trebui să crească.

Telefoanele vor suna și mai tare dacă același condensator este conectat la circuitul de ieșire 5 (în Fig. 89 - condensator C4). Dar dacă amplificatorul este excitat, atunci între firul comun și pinul 11 ​​va trebui să conectați un condensator electrolitic cu o capacitate de 5 - 10 µF. tensiune nominala 10 V.

Un alt experiment: porniți-l între pini 10 Și 3 microcircuite condensator ceramic sau hârtie cu o capacitate de 5 - 10 mii picofarads. Ce s-a întâmplat? Pe telefoane a apărut un sunet mediu necontenit. Pe măsură ce capacitatea acestui condensator crește, tonul sunetului din telefoane ar trebui să scadă, iar odată cu scăderea, ar trebui să crească. Verifica acest lucru.

Acum să deschidem această „cutie neagră” și să ne uităm la „umplerea” ei (Fig. 90). Da, acesta este un amplificator în două trepte cu cuplare directă între tranzistorii săi. Tranzistoare din siliciu, structuri n -R-n. Semnalul de joasă frecvență generat de microfon este furnizat (prin condensatorul C1) la intrarea microcircuitului (pin 3).

Căderea de tensiune creată pe rezistor R6 în circuitul emițător al tranzistorului V2, prin rezistențe R4 Și R5 alimentat la baza tranzistorului VI și îl deschide. Rezistor R1 — sarcina acestui tranzistor. Semnalul amplificat preluat de la acesta merge la baza tranzistorului V2 pentru un câștig suplimentar.

Într-un amplificator experimental cu o sarcină de tranzistor V2 erau căști incluse în circuitul său colector, care transformau semnalul de joasă frecvență în sunet.

Dar sarcina sa ar putea fi o rezistență R5 microcircuite, dacă conectați cablurile împreună 10 Și 9. În acest caz, telefoanele trebuie conectate între firul comun și punctul de conectare al acestor borne printr-un condensator electrolitic cu o capacitate de câteva microfaradi (placa pozitivă la microcircuit).

Când conectați un condensator între firul comun și borna 12 microcircuit, volumul sunetului a crescut, de ce? Pentru că manevrează rezistorul R6 microcircuit, a slăbit feedback-ul negativ asupra curentului alternativ care funcționează în el.

Feedback-ul negativ a devenit și mai slab atunci când ați inclus un al doilea condensator în circuitul de bază al tranzistorului V1. Și al treilea condensator conectat între firul comun și ieșire 11, format cu un rezistor R7 filtru de decuplare a microcircuitului care previne excitarea amplificatorului.

Ce s-a întâmplat când ai conectat un condensator între borne? 10 si 5? El a creat un feedback pozitiv între ieșirea și intrarea amplificatorului, care l-a transformat într-un oscilator de frecvență audio.

Deci, după cum puteți vedea, microcircuitul K118UN1B (sau K118UN1A) este un amplificator care poate fi de joasă frecvență sau de înaltă frecvență, de exemplu, într-un receptor. Dar poate deveni și un generator de oscilații electrice atât de frecvențe joase, cât și de înalte.

Microcircuit într-un receptor radio

Ne propunem să testăm acest microcircuit pe calea de înaltă frecvență a unui receptor asamblat, de exemplu, conform circuitului prezentat în Fig. 91. Circuitul de intrare al antenei magnetice a unui astfel de receptor este format dintr-o bobină L1 și un condensator variabil C1. Semnal de înaltă frecvență de la postul de radio la care este acordat circuitul, printr-o bobină de comunicare L2 si condensator de izolare C2 ajunge la intrare (ieșire 3) microcircuite L1.

De la ieșirea microcircuitului (ieșire 10, conectat la ieșire 9) semnalul amplificat este alimentat printr-un condensator C4 pentru detector, diode VI Și V2 care sunt pornite în funcție de circuitul de multiplicare a tensiunii, iar semnalul de joasă frecvență alocat acestuia este telefonul ÎN 1 convertit în sunet. Receptorul este alimentat de la baterie G.B.1, compus din patru elemente 332, 316 sau cinci baterii D-01.

În multe receptoare cu tranzistori, amplificatorul de înaltă frecvență este format din tranzistori, dar în acesta este un microcircuit. Aceasta este singura diferență dintre ele. Având experiența atelierelor anterioare, sper că veți putea monta în mod independent și G configurați un astfel de receptor și chiar dacă doriți, completați-l cu un amplificator de joasă frecvență pentru recepția radio cu voce tare.

Pe un cip logic

O parte integrantă a multor circuite integrate digitale este elementul logic ȘI-NU, al cărui simbol îl vedeți în Fig. 92, A. Simbolul său este semnul „&” plasat în interiorul unui dreptunghi, de obicei în colțul din stânga sus, înlocuind conjuncția „ȘI” în engleză. Există două sau mai multe intrări în stânga, o ieșire în dreapta.

Cercul mic care începe linia de comunicare a semnalului de ieșire simbolizează Negația logică „NU” la ieșirea microcircuitului. În limbajul tehnologiei digitale, „NU” înseamnă că elementul NAND este un invertor, adică un dispozitiv ai cărui parametri de ieșire sunt opuși celor de intrare.

Starea electrică și funcționarea unui element logic sunt caracterizate de nivelurile semnalului la intrările și ieșirile sale. Un semnal de tensiune mic (sau zero), al cărui nivel nu depășește 0,3 - 0,4 V, este de obicei numit (în conformitate cu sistemul de numere binar) zero logic (0) și un semnal de tensiune mai mare (comparativ cu 0 logic). , al cărui nivel poate fi 2,5 - 3,5 V, - unitate logică (1).

De exemplu, ei spun: „ieșirea elementului este 1 logic”. Aceasta înseamnă că în momentul de față a apărut un semnal la ieșirea elementului, a cărui tensiune corespunde nivelului logic 1.

Pentru a nu aprofunda în tehnologia și structura elementului NAND, îl vom considera o „cutie neagră”, care are două intrări și o ieșire pentru un semnal electric.

Logica elementului este că atunci când O logic este aplicat uneia dintre intrările sale, iar 1 logic este aplicat celei de-a doua intrări, la ieșire apare un semnal logic 1, care dispare atunci când semnalele corespunzătoare lui 1 logic sunt aplicate ambelor intrări. .

Pentru experimentele care memorează această proprietate a elementului, veți avea nevoie de cel mai comun microcircuit K155LAZ, un voltmetru DC, o baterie proaspătă 3336L și două rezistențe cu o rezistență de 1...1,2 kOhm.

Microcircuitul K155LAZ este format din patru elemente 2I-NOT (Fig. 92, b), alimentat de o sursă comună de 5 V DC, dar fiecare dintre ele funcționează ca un dispozitiv logic independent. Numărul 2 din numele microcircuitului indică faptul că elementele sale au două intrări.

În aspect și design, acesta, ca toate microcircuitele din seria K155, nu diferă de microcircuitul analogic deja familiar K118UN1, doar polaritatea de conectare a sursei de alimentare este diferită. Prin urmare, placa de carton pe care ați făcut-o mai devreme este potrivită pentru experimente cu acest microcircuit. Sursa de alimentare este conectată: +5 V - la pinul 7" — 5 B - până la concluzie 14.

Dar aceste concluzii nu sunt de obicei indicate pe o diagramă schematică a microcircuitului. Acest lucru se explică prin faptul că pe diagramele de circuit elementele care alcătuiesc microcircuitul sunt reprezentate separat, de exemplu, ca în Fig. 92, v. Pentru experimente, puteți utiliza oricare dintre cele patru elemente ale sale.

Pini de microcircuit 1, 7, 8 Și 14 lipiți la stâlpii de sârmă de pe placa de carton (ca în Fig. 89). Unul dintre pinii de intrare ai oricăruia dintre elementele sale, de exemplu, un element cu pini 1 — 3, conectați printr-un rezistor cu o rezistență de 1...1,2 kOhm la ieșire 14, ieșirea celei de-a doua intrări este direct cu conductorul comun („împământat”) al circuitului de alimentare și conectați un voltmetru DC la ieșirea elementului (Fig. 93, A).

Porniți alimentarea. Ce arată voltmetrul? O tensiune de aproximativ 3 V. Această tensiune corespunde unui semnal logic 1 la ieșirea elementului. Folosind același voltmetru, măsurați tensiunea la ieșirea primei intrări. Și aici, după cum puteți vedea, este și 1 logic. Prin urmare, atunci când una dintre intrările elementului este 1 logic, iar a doua este 0 logic , rezultatul va fi logic 1.

Acum conectați ieșirea celei de-a doua intrări printr-un rezistor cu o rezistență de 1...1,2 kOhm la ieșire 14 și, în același timp, un jumper de sârmă - cu un conductor comun, așa cum se arată în Fig. 93, b.

În acest caz, ieșirea, ca și în primul experiment, va fi 1 logic. Apoi, urmărind acul voltmetrului, scoateți firul jumper, astfel încât un semnal corespunzător 1 logic să fie trimis la a doua intrare.

Ce înregistrează un voltmetru? Semnalul de la ieșirea elementului este convertit la 0 logic. Așa ar trebui să fie! Și dacă oricare dintre intrări este scurtcircuitată periodic la un fir comun și, prin urmare, simulează furnizarea unui 0 logic către acesta, atunci impulsurile de curent vor apărea la ieșirea elementului cu aceeași frecvență, așa cum este demonstrat de fluctuațiile acul voltmetrului. Verificați acest lucru experimental.

Proprietatea elementului NAND de a-și schimba starea sub influența semnalelor de control de intrare este utilizată pe scară largă în diferite dispozitive de calcul digital. Radioamatorii, în special începătorii, folosesc foarte des un element logic ca invertor - un dispozitiv al cărui semnal de ieșire este opus semnalului de intrare.

Următorul experiment poate confirma această proprietate a elementului. Conectați bornele ambelor intrări ale elementului împreună și, printr-un rezistor cu o rezistență de 1...1,2 kOhm, conectați-le la ieșire 14 (Fig. 93, V).

Astfel veți aplica un semnal corespunzător 1 logic la intrarea comună a elementului, a cărui tensiune poate fi măsurată cu un voltmetru. Care este rezultatul?

Acul voltmetrului conectat la acesta s-a abătut ușor de la marcajul zero. Aici, așadar, așa cum era de așteptat, semnalul corespunde cu 0 logic.

Apoi, fără a deconecta rezistorul de la ieșire 14 microcircuite, conectați intrarea elementului la conductorul comun de mai multe ori la rând cu un jumper de sârmă (în Fig. 93, V indicat printr-o linie întreruptă cu săgeți) și, în același timp, urmează acul voltmetrului. Deci veți fi convins că atunci când intrarea invertorului este 0 logic, ieșirea este 1 logic și, invers, când intrarea este 1 logic, ieșirea este 0 logic.

Așa funcționează un invertor, folosit în special de radioamatorii în dispozitivele cu impulsuri pe care le construiesc.

Un exemplu de astfel de dispozitiv este un generator de impulsuri asamblat conform circuitului prezentat în Fig. 94. Îi poți verifica imediat funcționalitatea, petrecându-i doar câteva minute.

Ieșirea elementului D1.1 este conectată la intrările elementului D1.2 același microcircuit, ieșirea lui este cu intrările elementului DJ.3, și ieșirea acestui element (ieșire 8) - cu intrare element D1.1 prin rezistența variabilă R1 . La ieșirea elementului D1.3 (între ieșiri 8 și un conductor comun) conectați căștile B1, o paralelă cu elementele D1.1 și D1.2 condensator electrolitic C1.

Setați motorul cu rezistență variabilă în poziția dreaptă (conform diagramei) și porniți alimentarea - veți auzi un sunet în telefoane, al cărui ton poate fi schimbat cu un rezistor variabil.

În acest experiment elementele D1.1, D1.2 șiD1.3, conectați unul la altul în serie, precum tranzistoarele unui amplificator cu trei trepte, au format un multivibrator - un generator de impulsuri electrice dreptunghiulare.

Microcircuitul a devenit un generator datorită unui condensator și rezistență, care au creat circuite de feedback dependente de frecvență între ieșirea și intrarea elementelor. Folosind un rezistor variabil, frecvența impulsurilor generate de multivibrator poate fi variată fără probleme de la aproximativ 300 Hz la 10 kHz.

Ce aplicație practică poate găsi un astfel de dispozitiv cu puls? Poate deveni, de exemplu, un sonerie de apartament, o sondă pentru verificarea performanței receptorului și a cascadelor de amplificator de joasă frecvență, un generator pentru antrenamentul în ascultarea alfabetului telegraf.

Slot de casă pe un cip

Un astfel de dispozitiv poate fi transformat într-un slot machine „Roșu sau Verde?” Diagrama unui astfel de dispozitiv de impuls este prezentată în Fig. 95. Iată elementele D1.1, D1.2, D1.3 același (sau același) microcircuit și condensator K155LAZ C1 formează un multivibrator similar, ale cărui impulsuri controlează tranzistoarele VI Și V2, conectat conform unui circuit emițător comun.

Element D1.4 functioneaza ca un invertor. Datorită acesteia, impulsurile multivibratoare ajung la bazele tranzistoarelor în antifază și le deschid alternativ. Deci, de exemplu, când nivelul logic este 1 la intrarea invertorului, iar nivelul logic este 0 la ieșire, atunci în aceste momente, tranzistorul ÎN 1 deschis și bec BUNĂ în circuitul său colector este aprins, iar tranzistorul V2 închis și becul său H2 nu arde.

Cu următorul impuls, invertorul își va schimba starea în invers. Acum tranzistorul se va deschide V2 iar lumina se aprinde H2, si tranzistorul VI becul se va închide H1 va ieși.

Dar frecvența impulsurilor generate de multivibrator este relativ mare (cel puțin 15 kHz) și becurile, desigur, nu pot răspunde la fiecare puls.

De aceea strălucesc slab. Dar merită să apăsați butonul S1 pentru a scurtcircuita condensatorul cu contactele sale C1și, prin urmare, perturbă generarea multivibratorului, atunci când becul tranzistorului pe baza căruia în acel moment va exista o tensiune corespunzătoare 1 logic se aprinde imediat puternic, iar celălalt bec se stinge complet.

Este imposibil să spunem în avans care dintre becuri va continua să se aprindă după apăsarea butonului - se poate doar ghici. Acesta este scopul jocului.

Slot machine împreună cu bateria (3336L sau trei elemente 343 conectate în serie) pot fi plasate într-o cutie mică, de exemplu, în cazul unui receptor „de buzunar”.

Becuri cu incandescență BUNĂ Și H2(MH2.5-0.068 sau MH2.5-0.15) puneți-le sub orificiile din peretele frontal al carcasei și acoperiți-le cu capace sau plăci de sticlă organică de culori roșii și verzi. Aici, întăriți întrerupătorul de alimentare (comutator basculant TV-1) și comutatorul cu buton §1(tip P2K sau KM-N) oprirea multivibratorului.

Configurarea unui slot machine implică selectarea cu atenție a unui rezistor R1. Rezistența sa ar trebui să fie astfel încât atunci când opriți multivibratorul cu butonul S1 de cel puțin 80 - 100 de ori numărul de lumini de pe fiecare dintre becuri a fost aproximativ același.

Mai întâi verificați dacă multivibratorul funcționează. Pentru a face acest lucru, paralel cu condensatorul C1, e, a cărui capacitate poate fi de 0,1...0,5 µF, conectați un condensator electrolitic cu o capacitate de 20...30 µF și căști la ieșirea multivibratorului - un sunet joasă ar trebui să apară în telefoane.

Acest sunet este un semn al funcționării multivibratorului. Apoi scoateți condensatorul electrolitic, rezistența R1 înlocuiți cu un rezistor de acord cu o rezistență de 1,2...1,3 kOhm și între bornele 8 și 11 elemente D.I..3 Și D1.4 porniți voltmetrul de curent continuu. Prin schimbarea rezistenței rezistenței de reglare, obțineți o poziție astfel încât voltmetrul să arate tensiune zero între ieșirile acestor elemente ale microcircuitului.

Pot exista orice număr de jucători. Fiecare persoană apasă pe rând pe butonul de oprire al multivibratorului. Câștigător este cel care, cu un număr egal de mișcări, de exemplu, douăzeci de apăsări de buton, ghicește culorile becurilor care se aprind de mai multe ori după ce multivibratorul se oprește.

Din păcate, frecvența multivibratorului celui mai simplu slot machine descris aici se modifică oarecum din cauza descărcării bateriei, ceea ce, desigur, afectează probabilitatea egală de a aprinde diferite becuri, deci este mai bine să-l alimentezi de la o sursă de tensiune stabilizată de 5. V.

Literatură: Borisov V.G. Atelier pentru radioamator începător.ed. a II-a, revăzută. si suplimentare - M.: DOSAAF, 1984. 144 p., ill. 55k.

Implementarea acestor propuneri în acei ani nu a putut avea loc din cauza dezvoltării insuficiente a tehnologiei.

La sfârșitul anului 1958 și în prima jumătate a anului 1959, a avut loc o descoperire în industria semiconductoarelor. Trei bărbați, reprezentând trei corporații private americane, au rezolvat trei probleme fundamentale care împiedicau crearea circuitelor integrate. Jack Kilby de la Texas Instruments a brevetat principiul combinației, a creat primele prototipuri imperfecte de IP și le-a adus la producția de masă. Kurt Lehovec din Sprague Electric Company a inventat o metodă pentru izolarea electrică a componentelor formate pe un singur cip semiconductor (izolarea joncțiunii p-n). Izolarea joncțiunii P–n)). Robert Noyce de la Fairchild Semiconductor a inventat o metodă de conectare electrică a componentelor IC (metalizarea aluminiului) și a propus o versiune îmbunătățită a izolației componentelor bazată pe cea mai recentă tehnologie plană a lui Jean Herni. Jean Hoerni). Pe 27 septembrie 1960, trupa lui Jay Last Jay Last) creat in Fairchild Semiconductor primul de lucru semiconductor IP bazat pe ideile lui Noyce și Ernie. Texas Instruments, care deținea brevetul pentru invenția lui Kilby, a lansat un război de brevete împotriva concurenților, care s-a încheiat în 1966 cu un acord de înțelegere privind tehnologiile de licențiere încrucișată.

CI logice timpurii ale seriei menționate au fost literalmente construite din standard componente ale căror dimensiuni și configurații au fost specificate prin procesul tehnologic. Proiectanții de circuite care au proiectat circuite integrate logice ale unei anumite familii au funcționat cu aceleași diode și tranzistori standard. În 1961-1962 dezvoltatorul principal a spart paradigma de design Sylvania Tom Longo, pentru prima dată folosind diferite circuite integrate într-unul singur configurații ale tranzistorilor în funcție de funcțiile acestora în circuit. La sfârşitul anului 1962 Sylvania a lansat prima familie de logică tranzistor-tranzistor (TTL) dezvoltată de Longo - din punct de vedere istoric, primul tip de logică integrată care a reușit să capete o poziție pe termen lung pe piață. În circuitele analogice, o descoperire la acest nivel a fost făcută în 1964-1965 de către dezvoltatorul de amplificatoare operaționale Fairchild Bob Widlar.

Primul microcircuit intern a fost creat în 1961 la TRTI (Institutul de Inginerie Radio Taganrog) sub conducerea lui L. N. Kolesov. Acest eveniment a atras atenția comunității științifice a țării, iar TRTI a fost aprobat ca lider în sistemul Ministerului Învățământului Superior în problema creării de echipamente microelectronice de înaltă fiabilitate și automatizării producției acestuia. Însuși L.N. Kolesov a fost numit președinte al Consiliului de coordonare pe această problemă.

Primul circuit integrat hibrid cu peliculă groasă din URSS (seria 201 „Trail”) a fost dezvoltat în 1963-65 la Institutul de Cercetare a Tehnologiei de Precizie („Angstrem”), producție în masă din 1965. La dezvoltare au participat specialiști de la NIEM (acum Institutul de Cercetare Argon).

Primul circuit integrat de semiconductor din URSS a fost creat pe baza tehnologiei planare, dezvoltată la începutul anului 1960 la NII-35 (apoi redenumit Institutul de Cercetare Pulsar) de o echipă care a fost ulterior transferată la NIIME (Mikron). Crearea primului circuit integrat intern de siliciu s-a concentrat pe dezvoltarea și producția cu acceptare militară a seriei TS-100 de circuite integrate de siliciu (37 de elemente - echivalentul complexității circuitului unui flip-flop, un analog al americanului). Seria IC SN-51 firme Texas Instruments). Eșantioane prototip și mostre de producție de circuite integrate de siliciu pentru reproducere au fost obținute din SUA. Lucrările au fost efectuate la NII-35 (director Trutko) și Uzina de semiconductori Fryazino (director Kolmogorov) pentru un ordin de apărare pentru utilizare într-un altimetru autonom pentru un sistem de ghidare a rachetelor balistice. Dezvoltarea a inclus șase circuite standard de siliciu plane integrate din seria TS-100 și, odată cu organizarea producției pilot, a durat trei ani la NII-35 (din 1962 până în 1965). A fost nevoie de încă doi ani pentru a dezvolta producția din fabrică cu acceptare militară în Fryazino (1967).

În paralel, s-au desfășurat lucrări privind dezvoltarea unui circuit integrat în biroul central de proiectare de la Uzina de dispozitive semiconductoare Voronezh (acum -). În 1965, în timpul unei vizite la VZPP a ministrului industriei electronice A.I. Shokin, uzina a fost instruită să efectueze lucrări de cercetare privind crearea unui circuit monolitic de siliciu - R&D „Titan” (Ordinul Ministerului nr. 92 din 16 august, 1965), care a fost finalizat înainte de termenul finalizat până la sfârșitul anului. Subiectul a fost înaintat cu succes Comisiei de Stat, iar o serie de 104 microcircuite logice diodă-tranzistor a devenit prima realizare fixă ​​în domeniul microelectronicii în stare solidă, care a fost reflectată în ordinul MEP nr. 403 din 30 decembrie 1965.

Niveluri de proiectare

În prezent (2014), majoritatea circuitelor integrate sunt proiectate folosind sisteme CAD specializate, care fac posibilă automatizarea și accelerarea semnificativă a proceselor de producție, de exemplu, obținerea de măști fototopologice.

Clasificare

Gradul de integrare

În funcție de gradul de integrare, se folosesc următoarele denumiri de circuite integrate:

• circuit integrat mic (MIS) - până la 100 de elemente per cip,
• circuit integrat mediu (SIS) - până la 1000 de elemente per cip,
• circuit integrat mare (LSI) - până la 10 mii de elemente per cip,
• circuit integrat la scară ultra-largă (VLSI) - mai mult de 10 mii de elemente într-un cristal.

Anterior, acum erau folosite și nume învechite: circuit integrat la scară ultralargă (ULSI) - de la 1-10 milioane la 1 miliard de elemente într-un cristal și, uneori, circuit integrat la scară largă giga (GBIC) - mai mult de 1 miliarde de elemente într-un cristal. În prezent, în anii 2010, denumirile „UBIS” și „GBIS” nu sunt practic utilizate, iar toate microcircuitele cu mai mult de 10 mii de elemente sunt clasificate ca VLSI.

Tehnologia de fabricație

Microansamblu hibrid STK403-090, scos din carcasă

• Cip semiconductor - toate elementele și conexiunile între elemente sunt realizate pe un cristal semiconductor (de exemplu, siliciu, germaniu, arseniură de galiu).

• Circuit integrat de film - toate elementele și conexiunile dintre elemente sunt realizate sub formă de filme:
  • circuit integrat film gros;
  • circuit integrat cu peliculă subțire.
• Cip hibrid (deseori numit microasamblare), conține mai multe diode, tranzistoare și/sau alte componente electronice active. Microansamblul poate include, de asemenea, circuite integrate neambalate. Componentele de microasamblare pasive (rezistoare, condensatoare, inductori) sunt de obicei fabricate folosind tehnologii cu peliculă subțire sau cu peliculă groasă pe un substrat comun, de obicei ceramic, cu cip hibrid. Întregul substrat cu componente este plasat într-o singură carcasă etanșă.
• Microcircuit mixt - pe lângă cristalul semiconductor, conține elemente pasive cu peliculă subțire (film gros) situate pe suprafața cristalului.

Tipul semnalului procesat

• Analog-digital.

Tehnologii de fabricație

Tipuri de logică

Elementul principal al microcircuitelor analogice sunt tranzistoarele (bipolare sau cu efect de câmp). Diferența în tehnologia de fabricație a tranzistorilor afectează în mod semnificativ caracteristicile microcircuitelor. Prin urmare, tehnologia de fabricație este adesea indicată în descrierea microcircuitului, subliniind astfel caracteristicile generale ale proprietăților și capacităților microcircuitului. Tehnologiile moderne combină tehnologiile bipolare și cele cu tranzistori cu efect de câmp pentru a obține performanțe îmbunătățite ale microcircuitelor.

• Microcircuitele bazate pe tranzistoare unipolare (cu efect de câmp) sunt cele mai economice (din punct de vedere al consumului de curent):
  • Logica MOS (logica metal-oxid-semiconductor) - microcircuitele sunt formate din tranzistoare cu efect de câmp n-MOS sau p-tip MOS;
  • Logica CMOS (logica MOS complementară) - fiecare element logic al microcircuitului constă dintr-o pereche de tranzistoare cu efect de câmp complementare (complementare) ( n-MOS și p-MOP).
• Microcircuite bazate pe tranzistoare bipolare:
  • RTL - logica rezistor-tranzistor (învechit, înlocuit cu TTL);
  • DTL - logica diodă-tranzistor (învechit, înlocuit cu TTL);
  • TTL - logica tranzistor-tranzistor - microcircuitele sunt realizate din tranzistoare bipolare cu tranzistoare multi-emițător la intrare;
  • TTLSh - logica tranzistor-tranzistor cu diode Schottky - un TTL îmbunătățit care folosește tranzistori bipolari cu efect Schottky;
  • ECL - logica cuplată cu emițător - pe tranzistoarele bipolare, al căror mod de funcționare este selectat astfel încât să nu intre în modul de saturație - ceea ce crește semnificativ performanța;
  • IIL - logica integrală a injecției.
• Microcircuite care utilizează atât tranzistori cu efect de câmp, cât și tranzistori bipolari:

Folosind același tip de tranzistoare, cipurile pot fi create folosind metodologii diferite, cum ar fi statice sau dinamice.

Tehnologiile CMOS și TTL (TTLS) sunt cele mai comune cipuri logice. Acolo unde este necesară economisirea consumului de curent, se folosește tehnologia CMOS, unde viteza este mai importantă și nu este necesară economisirea consumului de energie, se folosește tehnologia TTL. Punctul slab al microcircuitelor CMOS este vulnerabilitatea lor la electricitatea statică - doar atingeți ieșirea microcircuitului cu mâna, iar integritatea acestuia nu mai este garantată. Odată cu dezvoltarea tehnologiilor TTL și CMOS, parametrii microcircuitelor sunt din ce în ce mai aproape și, ca urmare, de exemplu, seria 1564 de microcircuite sunt realizate folosind tehnologia CMOS, iar funcționalitatea și amplasarea în carcasă sunt similare cu tehnologia TTL.

Microcircuitele fabricate folosind tehnologia ESL sunt cele mai rapide, dar si cele mai consumatoare de energie, si au fost folosite in productia de echipamente informatice in cazurile in care cel mai important parametru era viteza de calcul. În URSS, cele mai productive computere de tip ES106x au fost fabricate pe microcircuite ESL. În prezent, această tehnologie este rar folosită.

Proces tehnologic

La fabricarea microcircuitelor se folosește metoda fotolitografiei (proiecție, contact etc.), în care circuitul este format pe un substrat (de obicei siliciu) obținut prin tăierea monocristalelor de siliciu cu discuri de diamant în plachete subțiri. Datorită dimensiunilor liniare mici ale elementelor de microcircuit, s-a renunțat la utilizarea luminii vizibile și chiar a radiațiilor ultraviolete apropiate pentru iluminare.

Următoarele procesoare au fost fabricate folosind lumină UV (laser excimer ArF, lungime de undă 193 nm). În medie, liderii industriei au introdus noi procese tehnologice conform planului ITRS la fiecare 2 ani, dublând numărul de tranzistori pe unitate de suprafață: 45 nm (2007), 32 nm (2009), 22 nm (2011), a început producția de 14 nm. în 2014, dezvoltarea proceselor de 10 nm este așteptată în jurul anului 2018.

În 2015, existau estimări că introducerea de noi procese tehnologice ar încetini.

Control de calitate

Pentru a controla calitatea circuitelor integrate, așa-numitele structuri de testare sunt utilizate pe scară largă.

Scop

Un circuit integrat poate avea o funcționalitate completă, oricât de complexă ar fi - până la un întreg microcomputer (microcomputer cu un singur cip).

Circuite analogice

Analogic integrat (micro)sistem (AIS, OBIECTIVE) - un circuit integrat ale cărui semnale de intrare și ieșire variază în funcție de legea unei funcții continue (adică sunt semnale analogice).

Un prototip de laborator al unui circuit integrat analog a fost creat de Texas Instruments în SUA în 1958. Era un generator de schimbare de fază. În 1962, a apărut prima serie de microcircuite analogice - SN52. Conținea un amplificator de joasă frecvență, un amplificator operațional și un amplificator video.

În URSS, o gamă largă de circuite integrate analogice a fost obținută până la sfârșitul anilor 1970. Utilizarea lor a făcut posibilă creșterea fiabilității dispozitivelor, simplificarea configurației echipamentelor și, adesea, chiar eliminarea necesității de întreținere în timpul funcționării.

Mai jos este o listă parțială a dispozitivelor ale căror funcții pot fi îndeplinite de circuite integrate analogice. Adesea, un microcircuit înlocuiește mai multe dintre ele simultan (de exemplu, K174XA42 conține toate componentele unui receptor radio FM superheterodin).

• Filtre (inclusiv efect piezoelectric).
• Multiplicatori analogici.
• Atenuatoare analogice și amplificatoare variabile.
• Stabilizatori de alimentare: stabilizatori de tensiune și curent.
• Microcircuite de control al sursei de comutare.
• Convertoare de semnal.
• Diversi senzori.

Microcircuitele analogice sunt utilizate în echipamentele de amplificare și reproducere a sunetului, aparate de înregistrare video, televizoare, echipamente de comunicații, instrumente de măsură, calculatoare analogice etc.

În calculatoarele analogice

• Amplificatoare operaționale (LM101, μA741).

În surse de alimentare

Chip stabilizator de tensiune KR1170EN8

• Stabilizatori liniari de tensiune (KR1170EN12, LM317).
• Stabilizatoare de tensiune de comutare (LM2596, LM2663).

În camere video și camere

• Matrici CCD (ICX404AL).
• Rețele CCD (MLX90255BA).

În echipamentele de amplificare și reproducere a sunetului

• Amplificatoare de putere cu frecvență audio (LA4420, K174UN5, K174UN7).
• UMZCH dual pentru echipamente stereofonice (TDA2004, K174UN15, K174UN18).
• Diverse regulatoare (K174UN10 - UMZCH cu două canale cu reglare electronică a răspunsului în frecvență, K174UN12 - control de volum și echilibru cu două canale).

În instrumentele de măsură În dispozitivele de transmisie și recepție radio

• Detectoare de semnal AM (K175DA1).
• Detectoare de semnal FM (K174UR7).
• Mixere (K174PS1).
• Amplificatoare de înaltă frecvență (K157ХА1).
• Amplificatoare de frecvență intermediară (K157ХА2, K171UR1).
• Receptoare radio cu un singur cip (K174ХА10).

Pe televizoare

• În canalul radio (K174UR8 - amplificator cu AGC, detector de imagine și sunet IF, K174UR2 - amplificator de tensiune imagine IF, detector sincron, preamplificator de semnal video, sistem de control automat al câștigului cu cheie).
• În canalul de cromaticitate (K174AF5 - modelator de semnale de culoare R-, G-, B, K174ХА8 - comutator electronic, amplificator-limitator și demodulator de semnale de informații de culoare).
• În unitățile de scanare (K174GL1 - generator de scanare a cadrelor).
• În circuitele de comutare, sincronizare, corecție și control (K174AF1 - selector de semnal de sincronizare a amplitudinii, generator de impulsuri de frecvență orizontală, unitate pentru reglarea automată a frecvenței și fazei semnalului, generator de impulsuri master orizontală, K174UP1 - amplificator de semnal de luminozitate, regulator electronic al domeniul semnalului de ieșire și nivelul de negru ").

Productie

Trecerea la dimensiuni submicronice ale elementelor integrale complică proiectarea AIMS. De exemplu, tranzistoarele MOS cu o lungime scurtă de poartă au o serie de caracteristici care limitează utilizarea lor în blocuri analogice: nivel ridicat de zgomot de pâlpâire de joasă frecvență; o răspândire puternică a tensiunii de prag și a pantei, ceea ce duce la apariția unei tensiuni de polarizare mare a amplificatoarelor diferențiale și operaționale; valoarea scăzută a rezistenței de semnal mic de ieșire și câștigul cascadelor cu sarcină activă; tensiunea de rupere scăzută a joncțiunilor p-n și decalajul dren-sursă, determinând o scădere a tensiunii de alimentare și o scădere a intervalului dinamic.

În prezent, microcircuite analogice sunt produse de multe companii: Analog Devices, Analog Microelectronics, Maxim Integrated Products, National Semiconductor, Texas Instruments etc.

Circuite digitale

Circuit integrat digital(microcircuit digital) este un circuit integrat conceput pentru a converti și procesa semnale care se modifică conform legii unei funcții discrete.

Circuitele integrate digitale se bazează pe comutatoare cu tranzistori care pot fi în două stări stabile: deschis și închis. Utilizarea comutatoarelor cu tranzistori face posibilă crearea diverselor circuite logice, de declanșare și alte circuite integrate. Circuitele integrate digitale sunt utilizate în dispozitivele de procesare a informațiilor discrete ale calculatoarelor electronice (calculatoare), sistemelor de automatizare etc.

• Convertoare tampon
• (Micro)procesoare (inclusiv procesoare pentru computere)
• Chip-uri și module de memorie
• FPGA (circuite integrate logice programabile)

Circuitele integrate digitale au o serie de avantaje față de cele analogice:

• Consum redus de energie asociat cu utilizarea semnalelor electrice pulsate în electronica digitală. La recepționarea și conversia unor astfel de semnale, elementele active ale dispozitivelor electronice (tranzistoare) funcționează în modul „cheie”, adică tranzistorul este fie „deschis” - ceea ce corespunde unui semnal de nivel înalt (1), fie „închis”. ” - (0), în primul caz la Nu există cădere de tensiune în tranzistor, în al doilea nu trece curent prin el. În ambele cazuri, consumul de energie este aproape de 0, spre deosebire de dispozitivele analogice, în care de cele mai multe ori tranzistoarele sunt într-o stare intermediară (activă).
• Imunitate ridicată la zgomot dispozitivele digitale este asociată cu o diferență mare între semnalele de nivel înalt (de exemplu, 2,5-5 V) și scăzut (0-0,5 V). O eroare de stare este posibilă la un astfel de nivel de interferență încât un nivel ridicat este interpretat ca un nivel scăzut și invers, ceea ce este puțin probabil. În plus, în dispozitivele digitale este posibil să se utilizeze coduri speciale care permit corectarea erorilor.
• Diferența mare a nivelurilor stărilor de semnal de nivel înalt și scăzut („0” și „1”) logic și o gamă destul de largă de modificări permise ale acestora fac ca tehnologia digitală să fie insensibilă la dispersarea inevitabilă a parametrilor elementului în tehnologia integrată, elimină necesitatea de a selecta componente și de a configura elemente de reglare în dispozitivele digitale.

Circuite analog-digitale

Circuit integrat analog-digital(microcircuit analog-digital) - un circuit integrat conceput pentru a converti semnale care variază conform legii unei funcții discrete în semnale care variază conform legii unei funcții continue și invers.

Adesea, un cip îndeplinește funcțiile mai multor dispozitive simultan (de exemplu, ADC-urile de aproximare succesive conțin un DAC, astfel încât acestea pot efectua conversii în două sensuri). Lista dispozitivelor (incomplete) ale căror funcții pot fi îndeplinite de circuite integrate analog-digitale:

• convertoare digital-analogic (DAC) și analog-digital (ADC);
• multiplexoare analogice (în timp ce (de)multiplexoarele digitale sunt circuite integrate pur digitale, multiplexoarele analogice conțin elemente logice digitale (de obicei un decodor) și pot conține circuite analogice);
• transceiver (de exemplu, transceiver cu interfață de rețea Ethernet);
• modulatoare și demodulatoare;
  • modemuri radio;
  • teletext, decodor de text radio VHF;
  • Fast Ethernet și transceiver de linie optică;
  • Dial-up modemuri;
  • Receptoare TV digitale;
  • Senzor optic mouse de calculator;
• microcircuite de alimentare pentru dispozitive electronice - stabilizatoare, convertoare de tensiune, întrerupătoare de alimentare etc.;
• atenuatoare digitale;
• circuite cu buclă blocată în fază (PLL);
• generatoare și restauratoare de frecvență pentru sincronizarea ceasului;
• cristale de matrice de bază (BMC): conține atât circuite analogice, cât și digitale.

Seria de cipuri

Microcircuitele analogice și digitale sunt produse în serie. O serie este un grup de microcircuite care au un singur design și design tehnologic și sunt destinate utilizării în comun. Microcircuitele din aceeași serie, de regulă, au aceleași tensiuni de alimentare și sunt potrivite în ceea ce privește rezistențele de intrare și ieșire și nivelurile de semnal.

Locuințe

Pachete IC pentru montare la suprafață

Microansamblu cu un microcircuit cu cadru deschis sudat pe o placă de circuit imprimat

Denumiri specifice

Piața mondială

În 2017, piața globală a circuitelor integrate a fost evaluată la 700 de miliarde de dolari.

semiconductor Implementarea acestor propuneri în acei ani nu a putut avea loc din cauza dezvoltării insuficiente a tehnologiei.

La sfârșitul anului 1958 și în prima jumătate a anului 1959, a avut loc o descoperire în industria semiconductoarelor. Trei bărbați, reprezentând trei corporații private americane, au rezolvat trei probleme fundamentale care împiedicau crearea circuitelor integrate. Jack Kilby de la Texas Instrumente a brevetat principiul combinației, a creat primele prototipuri imperfecte de IP și le-a adus la producția de masă. Kurt Legovets de la Sprague Electric Company a inventat o metodă pentru izolarea electrică a componentelor formate pe un singur cip semiconductor (izolarea joncțiunii p-n). P–n joncțiune izolare)). Robert Noyce de la Fairchild Semiconductor a inventat o metodă de conectare electrică a componentelor IC (metalizarea aluminiului) și a propus o versiune îmbunătățită a izolației componentelor bazată pe cea mai recentă tehnologie plană a lui Jean Herni. Jean Hoerni). Pe 27 septembrie 1960, trupa lui Jay Last Jay Last) creat in Fairchild Semiconductor primul de lucru semiconductor IP bazat pe ideile lui Noyce și Ernie. Texas Instruments, care deținea brevetul pentru invenția lui Kilby, a lansat un război de brevete împotriva concurenților, care s-a încheiat în 1966 cu un acord global privind tehnologiile de licențiere încrucișată.

CI logice timpurii ale seriei menționate au fost literalmente construite din standard componente ale căror dimensiuni și configurații au fost specificate prin procesul tehnologic. Proiectanții de circuite care au proiectat circuite integrate logice ale unei anumite familii au funcționat cu aceleași diode și tranzistori standard. În 1961-1962 dezvoltatorul principal a spart paradigma de design Sylvania Tom Longo, pentru prima dată folosind diferite circuite integrate într-unul singur configurații ale tranzistorilor în funcție de funcțiile acestora în circuit. La sfârşitul anului 1962 Sylvania a lansat prima familie de logică tranzistor-tranzistor (TTL) dezvoltată de Longo - din punct de vedere istoric, primul tip de logică integrată care a reușit să câștige un loc pe piață pentru o lungă perioadă de timp. În circuitele analogice, o descoperire la acest nivel a fost făcută în 1964-1965 de către dezvoltatorul de amplificatoare operaționale Fairchild Bob Vidlar.

Primul microcircuit intern a fost creat în 1961 la TRTI (Institutul de Inginerie Radio Taganrog) sub conducerea lui L. N. Kolesov. Acest eveniment a atras atenția comunității științifice a țării, iar TRTI a fost aprobat ca lider în sistemul Ministerului Învățământului Superior în problema creării de echipamente microelectronice de înaltă fiabilitate și automatizării producției acestuia. Însuși L.N. Kolesov a fost numit președinte al Consiliului de coordonare pe această problemă.

Primul circuit integrat hibrid cu peliculă groasă din URSS (seria 201 „Trail”) a fost dezvoltat în 1963-65 la Institutul de Cercetare a Tehnologiei de Precizie („Angstrem”), producție în masă din 1965. La dezvoltare au participat specialiști de la NIEM (acum Institutul de Cercetare Științifică Argon).

Primul circuit integrat de semiconductor din URSS a fost creat pe baza tehnologiei planare, dezvoltată la începutul anului 1960 la NII-35 (apoi redenumit Institutul de Cercetare Pulsar) de o echipă care a fost ulterior transferată la NIIME (Mikron). Crearea primului circuit integrat intern de siliciu s-a concentrat pe dezvoltarea și producția cu acceptare militară a seriei TS-100 de circuite integrate de siliciu (37 de elemente - echivalentul complexității circuitului unui flip-flop, un analog al americanului). Seria IC SN-51 firme Texas Instrumente). Eșantioane prototip și mostre de producție de circuite integrate de siliciu pentru reproducere au fost obținute din SUA. Lucrările au fost efectuate la NII-35 (director Trutko) și Uzina de semiconductori Fryazino (director Kolmogorov) în temeiul unui ordin de apărare pentru utilizare într-un altimetru autonom pentru un sistem de ghidare a rachetelor balistice. Dezvoltarea a inclus șase circuite standard de siliciu plane integrate din seria TS-100 și, odată cu organizarea producției pilot, a durat trei ani la NII-35 (din 1962 până în 1965). A fost nevoie de încă doi ani pentru a dezvolta producția din fabrică cu acceptare militară în Fryazino (1967).

În paralel, s-au desfășurat lucrări privind dezvoltarea unui circuit integrat în biroul central de proiectare de la Uzina de dispozitive semiconductoare Voronezh (acum -). În 1965, în timpul unei vizite la VZPP a ministrului industriei electronice A.I. Shokin, uzina a fost instruită să efectueze lucrări de cercetare privind crearea unui circuit monolitic de siliciu - R&D „Titan” (Ordinul Ministerului nr. 92 din 16 august, 1965), care a fost finalizat înainte de termenul finalizat până la sfârșitul anului. Subiectul a fost înaintat cu succes Comisiei de Stat, iar o serie de 104 microcircuite logice diodă-tranzistor a devenit prima realizare fixă ​​în domeniul microelectronicii în stare solidă, care a fost reflectată în ordinul MEP nr. 403 din 30 decembrie 1965.

Niveluri de proiectare

În prezent (2014), majoritatea circuitelor integrate sunt proiectate folosind sisteme CAD specializate, care fac posibilă automatizarea și accelerarea semnificativă a proceselor de producție, de exemplu, obținerea de măști fototopologice.

Clasificare

Gradul de integrare

În funcție de gradul de integrare, se folosesc următoarele denumiri de circuite integrate:

• circuit integrat mic (MIS) - până la 100 de elemente per cip,
• circuit integrat mediu (SIS) - până la 1000 de elemente per cip,
• circuit integrat mare (LSI) - până la 10 mii de elemente per cip,
• circuit integrat la scară ultra-largă (VLSI) - mai mult de 10 mii de elemente într-un cristal.

Anterior, acum erau folosite și nume învechite: circuit integrat la scară ultralargă (ULSI) - de la 1-10 milioane la 1 miliard de elemente într-un cristal și, uneori, circuit integrat la scară largă giga (GBIC) - mai mult de 1 miliarde de elemente într-un cristal. În prezent, în anii 2010, denumirile „UBIS” și „GBIS” nu sunt practic utilizate, iar toate microcircuitele cu mai mult de 10 mii de elemente sunt clasificate ca VLSI.

Tehnologia de fabricație

• Cip semiconductor - toate elementele și conexiunile dintre elemente sunt realizate pe un cristal semiconductor (de exemplu, siliciu, germaniu, arseniură de galiu, oxid de hafniu).

• Circuit integrat de film - toate elementele și conexiunile dintre elemente sunt realizate sub formă de filme:
  • circuit integrat film gros;
  • circuit integrat cu peliculă subțire.
• Cip hibrid (deseori numit microasamblare), conține mai multe diode, tranzistoare și/sau alte componente electronice active. Microansamblul poate include, de asemenea, circuite integrate neambalate. Componentele de microasamblare pasive (rezistoare, condensatoare, inductori) sunt de obicei fabricate folosind tehnologii cu peliculă subțire sau cu peliculă groasă pe un substrat comun, de obicei ceramic, al unui cip hibrid. Întregul substrat cu componente este plasat într-o singură carcasă etanșă.
• Microcircuit mixt - pe lângă cristalul semiconductor, conține elemente pasive cu peliculă subțire (film gros) situate pe suprafața cristalului.

Tipul semnalului procesat

Tehnologii de fabricație

Tipuri de logică

Elementul principal al microcircuitelor analogice sunt tranzistoarele (bipolare sau cu efect de câmp). Diferența în tehnologia de fabricație a tranzistorilor afectează în mod semnificativ caracteristicile microcircuitelor. Prin urmare, tehnologia de fabricație este adesea indicată în descrierea microcircuitului, subliniind astfel caracteristicile generale ale proprietăților și capacităților microcircuitului. Tehnologiile moderne combină tehnologiile bipolare și cele cu tranzistori cu efect de câmp pentru a obține performanțe îmbunătățite ale microcircuitelor.

• Microcircuitele bazate pe tranzistoare unipolare (cu efect de câmp) sunt cele mai economice (din punct de vedere al consumului de curent):
  • Logica MOS (logica metal-oxid-semiconductor) - microcircuitele sunt formate din tranzistoare cu efect de câmp n-MOS sau p-tip MOS;
  • Logica CMOS (logica MOS complementară) - fiecare element logic al microcircuitului constă dintr-o pereche de tranzistoare cu efect de câmp complementare (complementare) ( n-MOS și p-MOP).
• Microcircuite bazate pe tranzistori bipolari:
  • RTL - logica rezistor-tranzistor (învechit, înlocuit cu TTL);
  • DTL - logica diodă-tranzistor (învechit, înlocuit cu TTL);
  • TTL - logica tranzistor-tranzistor - microcircuitele sunt realizate din tranzistoare bipolare cu tranzistoare multi-emițător la intrare;
  • TTLSh - logica tranzistor-tranzistor cu diode Schottky - un TTL îmbunătățit care folosește tranzistori bipolari cu efect Schottky;
  • ECL - logica cuplată cu emițător - pe tranzistoarele bipolare, al căror mod de funcționare este selectat astfel încât să nu intre în modul de saturație - ceea ce crește semnificativ performanța;
  • IIL - logica integrală a injecției.
• Microcircuite care utilizează atât tranzistori cu efect de câmp, cât și tranzistori bipolari:

Folosind același tip de tranzistoare, cipurile pot fi create folosind metodologii diferite, cum ar fi statice sau dinamice.

Tehnologiile CMOS și TTL (TTLS) sunt cele mai comune cipuri logice. Acolo unde este necesară economisirea consumului de curent, se folosește tehnologia CMOS, unde viteza este mai importantă și nu este necesară economisirea consumului de energie, se folosește tehnologia TTL. Punctul slab al microcircuitelor CMOS este vulnerabilitatea lor la electricitatea statică - doar atingeți ieșirea microcircuitului cu mâna, iar integritatea acestuia nu mai este garantată. Odată cu dezvoltarea tehnologiilor TTL și CMOS, parametrii microcircuitelor sunt din ce în ce mai aproape și, ca urmare, de exemplu, seria 1564 de microcircuite sunt realizate folosind tehnologia CMOS, iar funcționalitatea și amplasarea în carcasă sunt similare cu tehnologia TTL.

Microcircuitele fabricate folosind tehnologia ESL sunt cele mai rapide, dar si cele mai consumatoare de energie, si au fost folosite in productia de echipamente informatice in cazurile in care cel mai important parametru era viteza de calcul. În URSS, cele mai productive computere de tip ES106x au fost fabricate pe microcircuite ESL. În prezent, această tehnologie este rar folosită.

Proces tehnologic

La fabricarea microcircuitelor se folosește metoda fotolitografiei (proiecție, contact etc.), în care circuitul este format pe un substrat (de obicei siliciu) obținut prin tăierea monocristalelor de siliciu cu discuri de diamant în plachete subțiri. Datorită dimensiunilor liniare mici ale elementelor de microcircuit, s-a renunțat la utilizarea luminii vizibile și chiar a radiațiilor ultraviolete apropiate pentru iluminare.

Următoarele procesoare au fost fabricate folosind radiații UV (laser excimer ArF, lungime de undă 193 nm). În medie, liderii industriei au introdus noi procese tehnologice conform planului ITRS la fiecare 2 ani, dublând numărul de tranzistori pe unitate de suprafață: 45 nm (2007), 32 nm (2009), 22 nm (2011), a început producția de 14 nm. în 2014, dezvoltarea proceselor de 10 nm este așteptată în jurul anului 2018.

În 2015, existau estimări că introducerea de noi procese tehnologice ar încetini.

Control de calitate

Pentru a controla calitatea circuitelor integrate, așa-numitele structuri de testare sunt utilizate pe scară largă.

Scop

Un circuit integrat poate avea o funcționalitate completă, oricât de complexă ar fi - până la un întreg microcomputer (microcomputer cu un singur cip).

Circuite analogice

• Filtre (inclusiv efect piezoelectric).
• Analogic multiplicatori.
• Atenuatoare analogice și amplificatoare variabile.
• Stabilizatori de alimentare: stabilizatori de tensiune și curent.
• Microcircuite de control al sursei de comutare.
• Convertoare de semnal.
• Circuite de sincronizare.
• Diversi senzori (de exemplu, temperatura).

Circuite digitale

• Convertoare tampon
• (Micro)procesoare (inclusiv procesoare pentru computere)
• Chip-uri și module de memorie
• FPGA (circuite integrate logice programabile)

Circuitele integrate digitale au o serie de avantaje față de cele analogice:

• Consum redus de energie asociat cu utilizarea semnalelor electrice pulsate în electronica digitală. La recepționarea și conversia unor astfel de semnale, elementele active ale dispozitivelor electronice (tranzistoare) funcționează în modul „cheie”, adică tranzistorul este fie „deschis” - ceea ce corespunde unui semnal de nivel înalt (1), fie „închis”. ” - (0), în primul caz la Nu există o cădere de tensiune în tranzistor; în al doilea, nu trece curent prin el. În ambele cazuri, consumul de energie este aproape de 0, spre deosebire de dispozitivele analogice, în care de cele mai multe ori tranzistoarele sunt într-o stare intermediară (activă).
• Imunitate ridicată la zgomot dispozitivele digitale este asociată cu o diferență mare între semnalele de nivel înalt (de exemplu, 2,5-5 V) și scăzut (0-0,5 V). O eroare de stare este posibilă la un astfel de nivel de interferență încât un nivel ridicat este interpretat ca un nivel scăzut și invers, ceea ce este puțin probabil. În plus, în dispozitivele digitale este posibil să se utilizeze coduri speciale pentru a corecta erorile.
• Diferența mare a nivelurilor stărilor de semnal de nivel înalt și scăzut („0” și „1”) logic și o gamă destul de largă de modificări permise ale acestora fac ca tehnologia digitală să fie insensibilă la dispersarea inevitabilă a parametrilor elementului în tehnologia integrată, elimină necesitatea de a selecta componente și de a configura elemente de reglare în dispozitivele digitale.

Circuite analog-digitale

• convertoare digital-analogic (DAC) și analog-digital (ADC);
• transceiver (de exemplu, convertor de interfață Ethernet);
• modulatoare și demodulatoare;
  • modemuri radio
  • teletext, decodor de text radio VHF
  • Emițătoare-recepție rapide Ethernet și optice
  • Dial-up modemuri
  • receptoare TV digitale
  • senzor optic mouse
• microcircuite de alimentare pentru dispozitive electronice - stabilizatoare, convertoare de tensiune, întrerupătoare de alimentare etc.;
• atenuatoare digitale;
• circuite cu buclă blocată în fază (PLL);
• generatoare și restauratoare de frecvență pentru sincronizarea ceasului;
• cristale de bază matrix  (BMC): conține atât circuite analogice, cât și digitale;

Seria de cipuri

Microcircuitele analogice și digitale sunt produse în serie. O serie este un grup de microcircuite care au un singur design și design tehnologic și sunt destinate utilizării în comun. Microcircuitele din aceeași serie, de regulă, au aceleași tensiuni de alimentare și sunt potrivite în ceea ce privește rezistențele de intrare și ieșire și nivelurile de semnal.

Locuințe

Denumiri specifice

Protectie legala

Legislația rusă oferă protecție legală topologiilor de circuite integrate. Topologia unui circuit integrat este aranjarea spațial-geometrică a mulțimii de elemente ale unui circuit integrat și conexiunile dintre acestea înregistrate pe un suport material (articolul 1448).

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

postat pe http://www.allbest.ru/

Ministerul Educației și Științei din Rusia

Instituția de învățământ unitar de stat federal de învățământ profesional superior

„Universitatea Electrotehnică de Stat din Sankt Petersburg „LETI” numită după V.I. Ulyanov (Lenin)”

(SPbSETU „LETI”)

Catedra de Filosofie

Eseu

pe tema:" Istoria dezvoltării electronicii integrate"

Student postuniversitar al SA „NPP SRadar MMSS”

Popova A.B.

Consilier stiintific:

Doctor în științe tehnice, prof. Balashov V.M.

Sankt Petersburg 2015

• Introducere
• Capitolul 1. Principalele direcții de dezvoltare a microelectronicii
• 1.1 Electronice și tipuri de electronice
• 1.2 Dezvoltarea microelectronicii
• Capitolul 2. Evoluția electronicii integrate
• 2.1 Circuite integrate și etape de dezvoltare a electronicii integrate
• 2.2 Rolul tehnologiei filmului subțire în dezvoltarea electronicii integrate
• Concluzie
• Literatură

Introducere

Originea și dezvoltarea microelectronicii ca nouă direcție științifică și tehnică care asigură crearea de echipamente radio-electronice complexe (REA) este direct legată de situația de criză apărută la începutul anilor ’60, când metodele tradiționale de fabricare a REA din elemente discrete prin asamblarea lor secvențială nu a putut oferi fiabilitatea, eficiența, consumul de energie, timpul de fabricație și dimensiunile acceptabile ale REA necesare.

În ciuda perioadei scurte de existență, interconectarea microelectronicii cu alte domenii ale științei și tehnologiei a asigurat rate neobișnuit de ridicate de dezvoltare a acestei industrii și a redus semnificativ timpul pentru implementarea industrială a ideilor noi. Acest lucru a fost facilitat și de apariția unor legături de feedback deosebite între dezvoltarea circuitelor integrate, care stau la baza automatizării producției și managementului, și utilizarea acestor dezvoltări pentru a automatiza însuși procesul de proiectare, producție și testare a circuitelor integrate.

Dezvoltarea microelectronicii a adus schimbări fundamentale în principiile de proiectare a dispozitivelor electronice și a condus la utilizarea integrării complexe, care constă în: integrarea structurală sau a circuitelor (adică integrarea funcțiilor circuitului într-o singură unitate structurală); cu gradul de integrare de ordinul a sute și mii de componente, metodele existente de împărțire a sistemelor în componente, dispozitive, subsisteme și blocuri, precum și formele de coordonare a dezvoltării componentelor, dispozitivelor și subsistemelor, devin ineficiente; În același timp, centrul de greutate se mută în zona circuitului, ceea ce necesită o restructurare radicală a metodelor de implementare a sistemelor electronice cu construcția de echipamente la nivel supermodular.

Capitolul 1. Principalele direcții de dezvoltare a microelectronicii

1.1 Electronice și tipuri de electronice

Electronica este o știință care studiază fenomenele de interacțiune a electronilor și a altor particule încărcate cu câmpurile electrice, magnetice și electromagnetice, care reprezintă baza fizică pentru funcționarea dispozitivelor și dispozitivelor electronice (vid, încărcare cu gaz, semiconductor și altele) utilizate pentru transmiterea, prelucrarea și stocarea informațiilor.

Acoperind o gamă largă de probleme științifice, tehnice și industriale, electronica se bazează pe progrese în diverse domenii ale cunoașterii. În același timp, pe de o parte, electronica pune noi sarcini pentru alte științe și producție, stimulând dezvoltarea lor ulterioară și, pe de altă parte, le furnizează mijloace tehnice și metode de cercetare calitativ noi.

Principalele direcții de dezvoltare a electronicii sunt: ​​vacuum, electronică solidă și cuantică.

Electronica în vid este o ramură a electronicii care include studii ale interacțiunii fluxurilor de electroni liberi cu câmpurile electrice și magnetice în vid, precum și metode de creare a dispozitivelor electronice și a dispozitivelor în care este utilizată această interacțiune. Cele mai importante domenii de cercetare în domeniul electronicii în vid includ: emisia de electroni (în special, emisia termică și fotoelectronul); generarea unui flux de electroni și/sau ioni și controlul acestor fluxuri; formarea câmpurilor electromagnetice folosind dispozitive de intrare și ieșire a energiei; fizica și tehnologia vidului înalt etc.

Principalele direcții de dezvoltare a electronicii cu vid sunt asociate cu crearea de dispozitive electrice de vid de următoarele tipuri: tuburi electronice (diode, triode, tetrode etc.); dispozitive de electro-vid de ultraînaltă frecvență (de exemplu, magnetroni, klystroni, tuburi de călătorie și unde înapoi); fascicul de electroni și dispozitive fotoelectronice (de exemplu, tuburi de imagine, vidiconi, convertoare electron-optice, fotomultiplicatoare); dispozitive de descărcare a gazelor (de exemplu, tiratroni, indicatoare de încărcare a gazelor).

Electronica solidă rezolvă probleme legate de studiul proprietăților materialelor în stare solidă (semiconductor, dielectric, magnetic etc.), influența impurităților și a caracteristicilor structurale ale materialului asupra acestor proprietăți; studierea proprietăților suprafețelor și interfețelor dintre straturi de diferite materiale; crearea de regiuni cu diferite tipuri de conductivitate într-un cristal folosind diverse metode; crearea de heterojoncții și structuri monocristaline; crearea de dispozitive funcționale de dimensiuni micron și submicron, precum și metode de măsurare a parametrilor acestora.

Principalele domenii ale electronicii cu semiconductori sunt: ​​electronica semiconductoare, asociată cu dezvoltarea diferitelor tipuri de dispozitive semiconductoare, și microelectronica, asociată cu dezvoltarea circuitelor integrate.

Electronica cuantică acoperă o gamă largă de probleme legate de dezvoltarea metodelor și mijloacelor de amplificare și generare de oscilații electromagnetice bazate pe efectul emisiei stimulate de atomi și molecule. Principalele direcții ale electronicii cuantice: crearea de generatoare cuantice optice (lasere), amplificatoare cuantice, generatoare moleculare etc.

Caracteristicile dispozitivelor electronice cuantice sunt următoarele: stabilitate ridicată a frecvenței de oscilație, nivel scăzut de zgomot intrinsec, putere mare în impulsul de radiație - care le permit să fie utilizate pentru a crea telemetru de înaltă precizie, standarde de frecvență cuantică, giroscoape cuantice, optice sisteme de comunicații multicanal, comunicații în spațiu adânc, echipamente medicale, înregistrare și redare a sunetului cu laser, etc. Chiar și pointerii laser în miniatură au fost create pentru un acompaniament minim.

1.2 Dezvoltarea microelectronicii

Microelectronica este un domeniu complex de cunoștințe, al cărui obiect de studiu și dezvoltare îl reprezintă circuitele integrate complexe funcțional, structura, tehnologia, diagnosticarea, fiabilitatea și funcționarea acestora. Dispozitivele microelectronice influențează în mod intenționat procesele electromagnetice dintr-un corp solid, ceea ce face posibilă procesarea informațiilor la viteză mare și stocarea informațiilor pentru o lungă perioadă de timp în volume destul de mici ale unui corp solid.

Microelectronica a fost formată pe baza cercetării științifice cuprinzătoare și a realizărilor practicii inginerești, în conformitate cu cerințele progresului științific și tehnologic. Conceptele și metodele ME, care au apărut și s-au dezvoltat de-a lungul a peste 30 de ani, sunt utilizate pe scară largă în informatică, informatică, automatizare și fizica stării solide. Microelectronica progresează rapid în dezvoltarea și utilizarea practică a rezultatelor și s-a transformat dintr-un domeniu foarte specializat într-unul fizic general.

Fiind, parcă, în zona de graniță a fizicii stării solide, chimiei, electrodinamicii și radiofizicii, și-a dobândit baza teoretică extinsă.

Ca direcție științifică cu o anumită implementare tehnică. ME se bazează pe ideile de integrare funcțională a microdispozitivelor pe un cip, tehnologia plană a cipurilor integrate pe o șaibă, procesarea în grup a materialului de spălare și controlul funcțional al memoriei LSI.

Controlul funcțional se bazează pe sinteza de idei care reflectă relația dintre procesele fizico-chimice și electromagnetice care au loc în microdispozitive și transformarea funcțională (țintită) a semnalelor informaționale.

Datorită unei abordări integrate, controlul funcțional combină o serie de domenii științifice, creează mijloace tehnologice de implementare a ingineriei, diagnosticarea LSI-urilor și face posibilă determinarea fiabilității acestora. Pentru a înțelege premisele pentru apariția monitorizării diagnostice funcționale a LSI și a caracteristicilor sale distinctive, este necesar să se urmărească tranziția de la electronica discretă (DE) la microelectronica (ME), precum și să se stabilească diferența dintre obiectele de monitorizare și de diagnosticare.

Până la mijlocul anilor 1950. Direcția principală de dezvoltare a echipamentelor electronice (ET) a fost specializarea bazei sale de elemente, inclusiv îmbunătățirea designului, miniaturizarea și îmbunătățirea parametrilor componentelor electronice discrete (active și pasive) ale echipamentelor electronice (EA). Acestea includ dispozitive de vid (lămpi), rezistențe, condensatoare, bobine, panouri, conectori etc. Fiecare dintre componentele electronice (EC) a fost fabricată independent și nu a fost conectată structural și cu atât mai puțin funcțional la cealaltă.

De aici și numele - elemente discrete ale EA.

Această metodă de proiectare și producere a EA are avantajele sale. Acestea includ în primul rând:

posibilitatea controlului individual al fiecărei CE;

o procedură simplă pentru măsurarea și evaluarea adecvării unui EC folosind instrumente elementare și echipamente de control (KIA);

setări convenabile care vă permit să atingeți caracteristicile electrice necesare ale unităților electronice și EA în general;

ușurință în detectarea și localizarea defectelor atât la instalarea unităților electronice, cât și în cazul defecțiunii echipamentelor electronice

în timpul operației;

mentenabilitatea EA (disponibilitatea oricărui EC, posibilitatea înlocuirii lui în EA)

Toate acestea ajută la reducerea defectelor la produsele finite și la controlul tehnic al componentelor electronice și al echipamentului în sine.

La începutul anilor 1950. Au apărut primele computere de uz general. De asemenea, au folosit tuburi cu vid pentru a crea noduri pentru calcularea, controlul, procesarea și stocarea informațiilor. Aceste computere erau voluminoase, imobile și emiteau o cantitate mare de energie termică, ceea ce necesita răcire forțată. Ocupau săli mari și necesitau întreținere constantă. Fiabilitatea funcționării computerului a fost scăzută, iar costul de producție a fost ridicat.

Pentru stocarea programelor de control și calcul, capacitatea dispozitivelor de stocare (memorie) a crescut continuu. Dezvoltarea accelerată a științei, tehnologiei aerospațiale și militare a dus la apariția unor probleme serioase nu numai în studiul și gestionarea proceselor care apar rapid, ci și în procesarea unor volume mari de informații în perioade scurte de timp.

Rezultatele tehnice ale cercetării în domeniul fizicii și chimiei stării solide, precum și producția de semiconductori și feromagneți puri din punct de vedere chimic, sinteza straturilor subțiri de metale și dielectrici au primit aplicații practice specifice. La sfârșitul anilor 1950, au început să folosească EC cu stare solidă - tranzistoare (Tr) și diode (D) - elemente montate discret, care au făcut posibilă reducerea semnificativă a dimensiunilor și consumului de energie al computerelor și, în consecință, reducerea căldurii. generare și crește fiabilitatea.

Elementele active discrete (D, Tr), precum și masive (R, C, L) au continuat să fie îmbunătățite: dimensiunile și consumul de energie lor au scăzut, controlul s-a îmbunătățit și fiabilitatea EC a crescut. Acest lucru a făcut posibilă modificarea dimensiunilor dispozitivelor complete funcțional - micromodule, care au luat forma unei structuri stivuite sau plane în care elementele discrete sunt conectate prin lipire sau sudură. Testerii s-au concentrat pe controlul și fiabilitatea semnalului. Astfel, extinderea complexității funcționale a EA a necesitat utilizarea unui număr mare de EC și, în consecință, o creștere a rațiilor, ceea ce a redus fiabilitatea. Echipamentul de control și măsurare nu a fost automatizat, iar controlul complet al fiecărui EC pentru EA a durat mult timp, ceea ce, la rândul său, a afectat costul echipamentului.

Domeniile de dezvoltare rapidă ale tehnologiei pentru stocarea și procesarea de mare viteză a informațiilor au necesitat asigurarea unei fiabilități ridicate și a funcționării fără probleme pe termen lung a echipamentelor electronice operate sub diferite influențe externe. În același timp, gama de modificări ale factorilor de influență este foarte largă (poate include și condițiile de funcționare). Era nevoie de crearea REA care să îndeplinească cerințele progresului tehnic. Acestea includ:

creșterea complexității funcționale a echipamentelor pentru rezolvarea problemelor de control al procesului;

performanță crescută în calcule și control al procesului;

reducerea caracteristicilor de greutate și dimensiuni ale echipamentelor;

reducerea consumului de energie în timpul funcționării;

fiabilitate crescută;

reducerea costurilor cu echipamentele.

Noile caracteristici ale EA ar putea fi realizate numai cu miniaturizarea semnificativă a componentelor EA și eliminarea utilizării lipirii. Producția de EA de dimensiuni mici, bazată pe elemente discrete, a întâmpinat obstacole tehnologice fundamentale, de netrecut.

Următorul dezavantaj este asociat cu operațiunile de asamblare a EA și a elementelor discrete. Acest proces care necesită forță de muncă nu a putut fi automatizat, iar costul EA a rămas ridicat.

Dezavantajele includ și numeroasele contacte externe de pe placă, adică. un număr mic de funcții pe contact.

Factorii limitatori ai acestui principiu de proiectare includ, de asemenea, lungimea mare a circuitelor de comutare ale circuitului, ceea ce reduce performanța și imunitatea la zgomot a EA.

Astfel, îmbunătățirea suplimentară a EA pe o bază de elemente discrete a fost limitată de metodele tehnologice de fabricație și monitorizare a EC, și nu de motive de natură fizică.

Limitările considerate ale principiului proiectării dispozitivelor electronice pe elemente discrete au fost descoperite în timpul creării de computere de bord de dimensiuni mici, foarte fiabile, a căror viteză este proporțională cu viteza proceselor din aceste dispozitive (care funcționează în timp real) . Acest lucru a confirmat nevoia de a îmbunătăți EA și de a crește fiabilitatea acestuia ca problemă centrală în tehnologia electronică. Scopul a fost definit - microminiaturizarea ca urmare a integrării funcționale a componentelor circuitelor electronice pe bază de stare solidă, i.e. crearea de circuite integrate (IC) prin integrarea EC. Pentru implementarea tehnică a ideii de microminiaturizare a EA bazată pe integrarea funcțională a EC pasiv și activ, au fost necesare materiale și echipamente noi și alte principii tehnologice pentru implementarea și controlul lor. Toate componentele IC similare ar trebui să fie fabricate simultan într-un singur ciclu tehnologic, folosind o metodă de grup de prelucrare a materialelor, efectuând controlul automat, pe un principiu funcțional. Această direcție a electronicii se numește microelectronică. Astfel, baza microelectronicii sunt următoarele principii:

EA este creat pe baza unui IS cu integrare constructivă și funcțională a microdispozitivelor - EC;

procesele fizice din microdispozitive au loc în microvolume, în structuri stratificate subțiri;

producerea simultană a elementelor de proiectare similare ale microdispozitivelor IC folosind tehnologia plană și prelucrarea în grup a materialului;

controlul funcțional al circuitelor integrate și al circuitelor de testare.

Apariția primelor dispozitive microelectronice - CI - a fost precedată de cercetări fundamentale și dezvoltări tehnice în domeniul fizicii stării solide, chimiei și electronicii radio.

Capitolul 2. Evoluția electronicii integrate

2.1 Circuite integrate și etape de dezvoltare a electronicii integrate

Circuit integrat (IC) este un produs microelectronic care îndeplinește funcțiile de conversie și procesare a semnalului, care se caracterizează prin ambalarea densă a elementelor, astfel încât toate conexiunile și conexiunile dintre elemente să formeze un singur întreg.

O parte integrantă a unui circuit integrat sunt elementele care acționează ca elemente electrice și radio (tranzistoare, rezistențe etc.) și nu pot fi separate ca produse independente. În acest caz, elementele IC care îndeplinesc funcțiile de amplificare sau alte conversii de semnal (diode, tranzistoare etc.) sunt numite active, iar elementele care implementează o funcție de transfer liniar (rezistențe, condensatoare, inductori) sunt numite pasive.

Clasificarea circuitelor integrate:

După metoda de fabricație:

După gradul de integrare.

Gradul de integrare a unui sistem informatic este un indicator de complexitate, caracterizat prin numărul de elemente și componente pe care le conține. Gradul de integrare este determinat de formula

k=log(N),

unde k este un coeficient care determină gradul de integrare, rotunjit la cel mai apropiat număr întreg mai mare, iar N este numărul de elemente și componente incluse în IS.

Pentru a caracteriza cantitativ gradul de integrare se folosesc adesea următorii termeni: dacă k ? 1, un IC se numește IC simplu dacă 1< k ? 2 - средней ИС (СИС), если 2 < k ? 4 - большой ИС (БИС), если k ?4 - сверхбольшой ИС (СБИС).

În plus față de gradul de integrare, un alt indicator este utilizat ca densitate de ambalare a elementelor - numărul de elemente (cel mai adesea tranzistori) pe unitatea de suprafață a cristalului. Acest indicator caracterizează în principal nivelul de tehnologie; în prezent este de peste 1000 de elemente/mm2.

Circuite integrate de film- acestea sunt circuite integrate ale căror elemente sunt depuse pe suprafața unei baze dielectrice sub formă de peliculă. Particularitatea lor este că nu există în forma lor pură. Sunt utilizate numai pentru fabricarea elementelor pasive - rezistențe, condensatoare, conductori, inductori.

Orez. 1. Structura unui CI hibrid cu film: 1, 2 - plăci de condensatoare inferioare și superioare, 3 - strat dielectric, 4 - magistrală de conectare, 5 - tranzistor montat, 6 - rezistor de film, 7 - pini, 8 - substrat dielectric

Circuitele integrate hibride sunt microcircuite cu peliculă subțire formate din elemente pasive (rezistoare, condensatoare, pad-uri) și elemente active discrete (diode, tranzistori). IC hibrid prezentat în Fig. 1, este un substrat dielectric cu condensatoare și rezistențe de film aplicate și un tranzistor montat atașat, a cărui bază este conectată la placa superioară a condensatorului printr-o magistrală sub forma unui fir foarte subțire.

În circuitele integrate semiconductoare Toate elementele și conexiunile între elemente sunt realizate în vrac și pe suprafața cristalului semiconductor. Circuitele integrate semiconductoare sunt un cristal semiconductor plat (substrat), în stratul de suprafață al căruia, folosind diferite tehnici tehnologice, se formează zone locale echivalente cu elementele unui circuit electric (diode, tranzistoare, condensatoare, rezistențe etc.), unite de-a lungul suprafața prin conexiuni metalice de film (interconexiuni).

Substraturile circuitelor integrate semiconductoare sunt plachete rotunde de arseniură de siliciu, germaniu sau galiu, având un diametru de 60 - 150 mm și o grosime de 0,2 - 0,4 mm.

Substratul semiconductor este o piesă de lucru în grup (Fig. 2), pe care sunt fabricate simultan un număr mare de circuite integrate.

Orez. 2. Plachetă de siliciu de grup: 1 - tăietură de bază, 2 - cristale individuale (cipuri)

După finalizarea principalelor operațiuni tehnologice, acesta este tăiat în părți - cristale 2, numite și așchii. Dimensiunile laturilor de cristal pot fi de la 3 la 10 mm. Tăierea de bază 1 a plăcii servește la orientarea acesteia în timpul diferitelor procese tehnologice.

Structurile elementelor unui circuit integrat semiconductor - tranzistor, diodă, rezistor și condensator, fabricate prin dopare adecvată a secțiunilor locale ale semiconductorului folosind metode de tehnologie plană, sunt prezentate în Fig. 3, a-d. Tehnologia plană se caracterizează prin faptul că toate bornele elementelor IC sunt situate în același plan pe suprafață și sunt conectate simultan într-un circuit electric folosind interconexiuni cu peliculă subțire. Cu tehnologia plană, se realizează procesarea în grup, adică în timpul unui proces tehnologic, un număr mare de circuite integrate sunt produse pe substraturi, ceea ce asigură o fabricabilitate și eficiență ridicate și, de asemenea, permite automatizarea producției.

Orez. 3. Structuri ale elementelor unui circuit integrat semiconductor: a - tranzistor, b - diodă, c - rezistor, d - condensator, 1 - contact cu peliculă subțire, 2 - strat dielectric, 3 - emițător; 4 - bază, 5 - colector, 6 - catod, 7 - anod, 8 - strat izolator; 9 - strat rezistiv, 10 - strat izolator, 11 - placă, 12, 14 - electrozii superiori și inferiori ai condensatorului, 13 - strat dielectric

ÎNIP combinat(Fig. 4), care sunt o variantă a celor semiconductoare, creează elemente semiconductoare și cu peliculă subțire pe un substrat de siliciu. Avantajul acestor circuite este că este dificil din punct de vedere tehnologic să produci rezistențe cu o anumită rezistență într-un corp solid, deoarece depinde nu numai de grosimea stratului semiconductor dopat, ci și de distribuția rezistivității pe grosime. Reglarea rezistenței la valoarea nominală după fabricarea rezistenței prezintă și dificultăți semnificative. Rezistoarele semiconductoare au o dependență notabilă de temperatură, ceea ce complică dezvoltarea circuitului integrat.

Orez. 4. Structura unui CI combinat: 1 - film de dioxid de siliciu, 2 - diodă, 3 - conexiuni în circuit de film, 4 - rezistor cu peliculă subțire, 5, 6, 7 - electrozi superiori și inferiori ai unui condensator cu peliculă subțire și dielectric, 8 - contacte cu peliculă subțire, 9 - tranzistor, 10 - wafer de siliciu.

În plus, este, de asemenea, foarte dificil să se creeze condensatori în solide. Pentru a extinde valorile rezistoarelor și condensatoarelor circuitelor integrate semiconductoare și a îmbunătăți caracteristicile lor de performanță, a fost dezvoltată o tehnologie combinată bazată pe tehnologia filmului subțire numită tehnologie de circuite interconectate. În acest caz, elementele active ale circuitului integrat (eventual unele rezistențe care nu sunt critice în ceea ce privește rezistența nominală) sunt fabricate în corpul cristalului de siliciu folosind metoda difuziei, iar apoi elementele pasive - rezistențe, condensatoare și interconexiuni - sunt format prin depunerea în vid a filmelor (ca în circuitele integrate de film).

Baza elementului electronic se dezvoltă într-un ritm din ce în ce mai mare. Fiecare generație, care a apărut la un anumit moment în timp, continuă să se îmbunătățească în direcțiile cele mai justificate. Dezvoltarea produselor electronice din generație în generație se îndreaptă în direcția complexității lor funcționale, sporind fiabilitatea și durata de viață, reducerea dimensiunilor totale, greutatea, costul și consumul de energie, simplificarea tehnologiei și îmbunătățirea parametrilor echipamentelor electronice.

Apariția microelectronicii ca știință independentă a devenit posibilă datorită utilizării unei experiențe bogate și a bazei industriei care produce dispozitive semiconductoare discrete. Cu toate acestea, pe măsură ce electronica semiconductoare s-a dezvoltat, au devenit clare limitări serioase în utilizarea fenomenelor electronice și a sistemelor bazate pe acestea. Prin urmare, microelectronica continuă să avanseze într-un ritm rapid atât în ​​direcția îmbunătățirii tehnologiei integrate cu semiconductori, cât și în direcția utilizării noilor fenomene fizice. circuit integrat radio electronic

Produse microelectronice: circuite integrate de diferite grade de integrare, microansambluri, microprocesoare, mini și microcalculatoare - au făcut posibilă realizarea de proiectare și producție industrială a echipamentelor radio și de calcul complexe funcțional, care diferă de echipamentele generațiilor anterioare în mai bine parametri, fiabilitate și durată de viață mai ridicate, consum de energie și costuri mai scurte. Echipamentele bazate pe produse microelectronice sunt utilizate pe scară largă în toate domeniile activității umane.

Microelectronica contribuie la crearea de sisteme de proiectare asistată de computer, roboți industriali, linii de producție automate și automate, echipamente de comunicații și multe altele.

Primul stagiu

Prima etapă a inclus inventarea lămpii incandescente în 1809 de către inginerul rus Ladygin.

Descoperirea în 1874 de către omul de știință german Brown a efectului de redresare în contactele metal-semiconductor. Utilizarea acestui efect de către inventatorul rus Popov pentru a detecta semnalele radio i-a permis să creeze primul receptor radio. Data inventării radioului este considerată a fi 7 mai 1895, când Popov a dat un raport și o demonstrație la o reuniune a departamentului de fizică al Societății Ruse de Fizico-Chimie din Sankt Petersburg. În diferite țări, s-au desfășurat dezvoltarea și cercetarea pe diferite tipuri de detectoare simple și fiabile de vibrații de înaltă frecvență - detectoare.

Faza a doua

A doua etapă în dezvoltarea electronicii a început în 1904, când omul de știință englez Fleming a proiectat o diodă electrică în vid. Aceasta a fost urmată de inventarea primului tub de amplificare, trioda, în 1907.

1913 - 1919 a fost o perioadă de dezvoltare rapidă a tehnologiei electronice. În 1913, inginerul german Meissner a dezvoltat un circuit pentru un receptor regenerativ cu tub și, folosind o triodă, a obținut oscilații armonice neamortizate.

În Rusia, primele tuburi radio au fost fabricate în 1914 la Sankt Petersburg de Nikolai Dmitrievich Papaleksi, consultant al Societății Ruse de Telegrafie fără fir, viitor academician al Academiei de Științe a URSS.

A treia etapă

A treia perioadă în dezvoltarea electronicii este perioada creării și implementării dispozitivelor semiconductoare discrete, care a început odată cu inventarea tranzistorului punct-punct. În 1946, la Bell Telephone Laboratory a fost creat un grup condus de William Shockley, care a efectuat cercetări asupra proprietăților semiconductorilor pe siliciu și Germania. Grupul a efectuat atât studii teoretice, cât și experimentale ale proceselor fizice la interfața dintre doi semiconductori cu diferite tipuri de conductivitate electrică. Ca urmare, au fost inventate dispozitive semiconductoare cu trei electrozi - tranzistoare. În funcție de numărul de purtători de încărcare, tranzistoarele au fost împărțite în:

Unipolar (câmp), unde au fost utilizate medii unipolare.

Bipolar, unde s-au folosit diferiți purtători de polaritate (electroni și găuri).

Invenția tranzistorului a reprezentat o piatră de hotar semnificativă în istoria electronicii și, prin urmare, autorii săi John Bardeen, Walter Brattain și William Shockley au primit Premiul Nobel pentru Fizică pentru 1956.

Apariția microelectronicii

Odată cu apariția tranzistoarelor bipolare cu efect de câmp, au început să se realizeze idei pentru dezvoltarea computerelor de dimensiuni mici. Pe baza lor, au început să creeze sisteme electronice la bord pentru aviație și tehnologia spațială. Deoarece aceste dispozitive conțineau mii de elemente electroradio individuale și din ce în ce mai multe dintre ele erau necesare în mod constant, au apărut dificultăți tehnice. Odată cu creșterea numărului de elemente ale sistemelor electronice, a fost practic imposibil să se asigure operabilitatea acestora imediat după asamblare și să se asigure, pe viitor, fiabilitatea sistemelor. Problema calității lucrărilor de instalare și asamblare a devenit principala problemă pentru producători în asigurarea operabilității și fiabilității dispozitivelor radio-electronice. Soluția problemei de interconectare a fost o condiție prealabilă pentru apariția microelectronicii. Prototipul viitorului microcircuite a fost o placă de circuit imprimat, în care toți conductorii individuali sunt combinați într-un singur întreg și fabricați simultan într-o metodă de grup prin gravarea foliei de cupru cu planul dielectricului foliei. Singurul tip de integrare în acest caz este conductorii. Deși utilizarea plăcilor cu circuite imprimate nu rezolvă problema miniaturizării, rezolvă problema creșterii fiabilității interconexiunilor. Tehnologia de fabricație a plăcilor de circuit imprimat nu face posibilă fabricarea simultană a altor elemente pasive, altele decât conductoarele. Acesta este motivul pentru care plăcile de circuite imprimate nu au evoluat în circuite integrate în sensul modern. Circuitele hibride cu peliculă groasă au fost primele care au fost dezvoltate la sfârșitul anilor 40; producția lor s-a bazat pe tehnologia deja dovedită de fabricare a condensatoarelor ceramice, folosind metoda de aplicare a pastelor care conțin argint și pulbere de sticlă pe un substrat ceramic prin șabloane.

Tehnologia cu peliculă subțire pentru producția de circuite integrate presupune aplicarea de pelicule subțiri din diverse materiale (conductoare, dielectrice, rezistive) pe suprafața netedă a substraturilor dielectrice în vid.

Etapa a patra

În 1960, Robert Noyce de la Fairchild a propus și brevetat ideea unui circuit integrat monolitic și, folosind tehnologia plană, a produs primele circuite integrate monolitice de siliciu.

O familie de elemente logice tranzistor-tranzistor monolitice cu patru sau mai multe tranzistoare bipolare pe un singur cip de siliciu a fost lansată de Fairchild deja în februarie 1960 și a fost numită „micrologics”. Tehnologia plană a lui Horney și tehnologia monolitică a lui Noyce au pus bazele dezvoltării circuitelor integrate în 1960, mai întâi cu tranzistori bipolari, iar apoi 1965-85. pe tranzistoare cu efect de câmp și combinații ale ambelor.

Două decizii politice adoptate în 1961-1962. a influențat dezvoltarea producției de tranzistori și circuite integrate cu siliciu. Decizia IBM (New York) de a dezvolta pentru un computer promițător nu dispozitive de stocare feromagnetice, ci memorii electronice (dispozitive de stocare) bazate pe tranzistori cu efect de câmp cu canale n (metal-oxid-semiconductor - MOS). Rezultatul implementării cu succes a acestui plan a fost lansarea în 1973. computer universal cu memorie MOS - IBM-370/158. Deciziile directoare ale Fairchild care prevăd extinderea lucrărilor în laboratorul de cercetare a semiconductorilor pentru studiul dispozitivelor și materialelor din siliciu pentru acestea.

Între timp, în iulie 1968, Gordon Moore și Robert Noyce au părăsit divizia de semiconductori a Fairchild și, pe 28 iunie 1968, au organizat o companie minusculă, Intel, cu doisprezece oameni care au închiriat o cameră în Mountain View, California. Sarcina pe care și-au propus-o Moore, Noyce și specialistul în tehnologie chimică care li s-a alăturat, Andrew Grove, a fost să folosească potențialul enorm al integrării unui număr mare de componente electronice pe un singur cip semiconductor pentru a crea noi tipuri de dispozitive electronice.

În 1997, Andrew Grove a devenit „persoana anului”, iar compania pe care a condus-o, Intel, care a devenit una dintre cele mai importante companii din Silicon Valley din California, a început să producă microprocesoare pentru 90% din toate computerele personale de pe planetă. Apariția circuitelor integrate a jucat un rol decisiv în dezvoltarea electronicii, deschizând o nouă etapă a microelectronicii. Microelectronica din perioada a patra se numește schematică, deoarece în compoziția principalelor elemente de bază se pot distinge elemente echivalente cu elemente electro-radio discrete și fiecărui circuit integrat îi corespunde un anumit circuit electric de bază, ca și pentru componentele electronice ale echipamentelor de generațiile anterioare.

Circuitele integrate au început să fie numite dispozitive microelectronice, considerate ca un singur produs cu o densitate mare de elemente echivalentă cu elementele unui circuit convențional. Complexitatea funcțiilor îndeplinite de microcircuite se realizează prin creșterea gradului de integrare.

Reala eiElectronicăȘi

În prezent, microelectronica trece la un nivel calitativ nou - nanoelectronica.

Nanoelectronica se bazează în primul rând pe rezultatele studiilor fundamentale ale proceselor atomice în structurile semiconductoare cu dimensiuni joase. Punctele cuantice, sau sistemele zero-dimensionale, sunt un caz extrem de sisteme cu dimensiuni reduse care constau dintr-o serie de clustere sau insule atomice de dimensiuni nanometrice într-o matrice semiconductoare care prezintă auto-organizare în heterostructuri epitaxiale.

Una dintre posibilele lucrări legate de nanoelectronica este crearea de materiale și elemente de tehnologie IR. Sunt solicitate de întreprinderile din industrie și stau la baza creării în viitorul apropiat a sistemelor de viziune „artificială” (tehnică) cu o gamă spectrală extinsă, în comparație cu vederea biologică, în regiunile ultraviolete și infraroșii ale spectrului. Sistemele tehnice de viziune și componentele fotonice pe nanostructuri, capabile să recepționeze și să prelucreze cantități uriașe de informații, vor deveni baza unor dispozitive de telecomunicații fundamental noi, sisteme de monitorizare a mediului și a spațiului, imagini termice, nanodiagnostic, robotică, arme de precizie, echipamente anti-terorism, etc. Utilizarea nanostructurilor semiconductoare va reduce semnificativ dimensiunea dispozitivelor de monitorizare și înregistrare, va reduce consumul de energie, va îmbunătăți caracteristicile costurilor și va face posibilă profitarea de producția de masă în micro și nanoelectronica din viitorul apropiat.

2.2 Rolul tehnologiei filmului subțire în dezvoltarea electronicii integrate

Direcția de film subțire a electronicii integrate se bazează pe creșterea secvențială a peliculelor din diverse materiale pe o bază comună (substrat) cu formarea simultană de micro părți (rezistoare, condensatoare, plăci de contact etc.) și conexiuni în circuit de la aceste filme.

Relativ recent, circuitele integrate hibride semiconductoare (solide) și cu peliculă subțire au fost considerate direcții concurente în dezvoltarea electronicii integrate. În ultimii ani, a devenit evident că aceste două direcții nu sunt deloc exclusive, ci, dimpotrivă, se completează și se îmbogățesc reciproc. Mai mult decât atât, până în prezent, circuitele integrate care utilizează niciun tip de tehnologie nu au fost create (și, aparent, nu este nevoie de acest lucru). Chiar și circuitele monolitice de siliciu, fabricate în principal folosind tehnologia semiconductoarelor, folosesc simultan metode precum depunerea în vid a peliculelor de aluminiu și alte metale pentru a produce conexiuni în circuit, de ex. metode pe care se bazează tehnologia filmelor subțiri.

Marele avantaj al tehnologiei cu peliculă subțire este flexibilitatea acesteia, exprimată în capacitatea de a selecta materiale cu parametri și caracteristici optime și de a obține, de fapt, orice configurație și parametri necesari elementelor pasive. În acest caz, toleranțele cu care se mențin parametrii individuali ai elementelor pot fi crescute la 1-2%. Acest avantaj este deosebit de eficient în cazurile în care valoarea exactă a valorilor nominale și stabilitatea parametrilor componentelor pasive sunt critice (de exemplu, în fabricarea de circuite liniare, circuite rezistive și RC, unele tipuri de filtre, sensibile la fază și circuite selective, generatoare etc.).

Datorită dezvoltării și îmbunătățirii continue atât a tehnologiei semiconductoarelor, cât și a filmelor subțiri, precum și a complexității tot mai mari a circuitelor integrate, care se reflectă într-o creștere a numărului de componente și a complexității funcțiilor acestora, ar trebui să fie de așteptat ca în aproape în viitor va exista un proces de integrare a metodelor și tehnicilor tehnologice și majoritatea circuitelor integrate complexe vor fi fabricate folosind tehnologie convergentă. În acest caz, este posibil să se obțină astfel de parametri și o astfel de fiabilitate a IC care nu pot fi obținute folosind fiecare tip de tehnologie separat. De exemplu, în fabricarea unui circuit integrat semiconductor, toate elementele (pasive și active) sunt realizate într-un singur proces tehnologic, astfel încât parametrii elementelor sunt interrelaționați. Elementele active sunt decisive, deoarece de obicei joncțiunea bază-colector a tranzistorului este folosită ca condensator, iar regiunea de difuzie rezultată din crearea bazei tranzistorului este folosită ca rezistor. Este imposibil să optimizați parametrii unui element fără a modifica simultan caracteristicile altora. Având în vedere caracteristicile elementelor active, evaluările elementelor pasive pot fi modificate doar prin modificarea dimensiunilor acestora.

Când se utilizează tehnologia combinată, elementele active sunt cel mai adesea fabricate folosind tehnologia plană într-o placă de siliciu, iar elementele pasive sunt fabricate folosind tehnologia stratului subțire pe element oxidat element cu element (rezistoare și uneori condensatoare) - suprafața aceleiași plăci de siliciu . Cu toate acestea, procesele de fabricație ale părților active și pasive ale IC sunt separate în timp. Prin urmare, caracteristicile elementelor pasive sunt în mare măsură independente și sunt determinate de alegerea materialului, grosimea filmului și geometria. Deoarece tranzistoarele unui circuit integrat hibrid sunt amplasate în interiorul substratului, dimensiunea unui astfel de circuit poate fi redusă semnificativ în comparație cu circuitele integrate hibride, care utilizează elemente active discrete care ocupă o cantitate relativ mare de spațiu pe substrat.

Circuitele realizate folosind tehnologia combinată au o serie de avantaje indubitabile. De exemplu, în acest caz este posibil să se obțină rezistențe cu o valoare mare și un coeficient de rezistență mic de temperatură, având o lățime foarte îngustă și o rezistență de suprafață mare, într-o zonă mică. Controlul vitezei de depunere în timpul producției de rezistențe permite fabricarea acestora cu o precizie foarte mare. Rezistoarele obținute prin depunerea filmului nu se caracterizează prin curenți de scurgere prin substrat chiar și la temperaturi ridicate, iar conductivitatea termică relativ ridicată a substratului previne posibilitatea apariției unor zone cu temperaturi ridicate în circuite.

Concluzie

Etapa actuală de dezvoltare a electronicii integrate este caracterizată de tendințe de a crește în continuare frecvențele de operare și de a reduce timpii de comutare, de a crește fiabilitatea și de a reduce costurile pentru materiale și procesul de fabricație IC.

Reducerea costului circuitelor integrate necesită dezvoltarea unor principii noi calitativ pentru fabricarea acestora, folosind procese bazate pe fenomene fizice și chimice similare, ceea ce, pe de o parte, este o condiție prealabilă pentru integrarea ulterioară a operațiunilor tehnologice omogene ale ciclului de producție și, pe de altă parte, deschide fundamental capacitatea de a controla toate operațiunile de la un computer. Necesitatea unor schimbări calitative în tehnologie și reechipare tehnică a industriei este dictată și de trecerea la următoarea etapă de dezvoltare a microelectronicii - electronică funcțională, care se bazează pe fenomene optice, magnetice, de suprafață și plasmă, tranziții de fază, electroni. -interacțiunile fononului, efectele acumulării și transferului de sarcină etc.

Criteriul „progresivității” procesului tehnologic, alături de îmbunătățirea parametrilor și caracteristicilor produsului în sine, este o eficiență economică ridicată, determinată de o serie de criterii private, interdependente, care asigură posibilitatea construirii unor seturi complet automatizate. , echipamente performante cu o durata de viata indelungata.

Cele mai importante criterii specifice sunt:

universalitatea, adică capacitatea de a efectua întregul (sau numărul copleșitor de operațiuni) ciclului de producție folosind aceleași metode tehnologice;

continuitatea, care este o condiție prealabilă pentru integrarea (combinarea) ulterioară a unui număr de operațiuni tehnologice ale ciclului de producție, combinată cu posibilitatea utilizării prelucrării simultane în grup a unui număr semnificativ de produse sau semifabricate;

viteza mare a tuturor operațiunilor principale ale procesului tehnologic sau posibilitatea intensificării lor, de exemplu, ca urmare a expunerii la câmpuri electrice și magnetice, radiații laser etc.;

reproductibilitatea parametrilor la fiecare operațiune și un procent ridicat de randament atât a semifabricatelor, cât și a produselor adecvate;

fabricabilitatea designului unui produs sau semifabricat care îndeplinește cerințele producției automate (posibilitatea de încărcare automată, bazare, instalare, asamblare etc.), care ar trebui să se reflecte în simplitatea formei, precum și limitat toleranțe pentru dimensiunile generale și de bază;

formalizarea, adică posibilitatea de a întocmi (pe baza dependențelor analitice ale parametrilor produsului de parametrii procesului tehnologic) a unei descrieri matematice (algoritm) a fiecărei operațiuni tehnologice și controlul ulterior al întregului proces tehnologic cu ajutorul unui calculator;

adaptabilitatea (vitalitatea) procesului, adică capacitatea de a exista o perioadă lungă de timp în condițiile apariției și dezvoltării continue de noi procese competitive și capacitatea de a reconstrui rapid echipamente pentru fabricarea de noi tipuri de produse fără costuri de capital semnificative.

Cele mai multe dintre criteriile enumerate sunt îndeplinite de procese care utilizează fenomene electronice și ionice care apar în vid și gaze rarefiate, cu ajutorul cărora este posibil să se producă:

pulverizarea ionică a metalelor, aliajelor, dielectricilor și semiconductorilor în vederea obținerii de pelicule de diferite grosimi și compoziții, interconexiuni, structuri capacitive, izolație interstrat, cablare interstrat;

gravarea ionică a metalelor, aliajelor, semiconductorilor și dielectricilor pentru a elimina zonele localizate individuale la obținerea unei configurații IC;

anodizare cu plasmă pentru a obține pelicule de oxid;

polimerizarea peliculelor organice în zone iradiate cu electroni pentru a obține straturi organice izolante;

curățarea și lustruirea suprafeței substraturilor;

creșterea monocristalelor;

evaporarea materialelor (inclusiv cele refractare) și recristalizarea peliculelor;

micro-frezare de pelicule;

micro-sudare și micro-lipire pentru conectarea cablurilor IC, precum și carcase de etanșare;

metode fără contact pentru monitorizarea parametrilor IC.

Caracterul comun al fenomenelor fizico-chimice pe care se bazează procesele enumerate arată posibilitatea fundamentală a integrării lor ulterioare în vederea creării unei noi baze tehnologice pentru producția automată performantă de circuite integrate și dispozitive electronice funcționale.

Literatură

1. Rosado L. Energie fizică și microelectronică. - M.: Liceu, 1991.

2. Ferri D., Akers L., Grinich E. Electronics of ultra-large integrated circuits. - M.: Mir, 1991.

3. Broday I., Merey J. Fundamentele fizice ale microtehnologiei. - M.: Mir, 1985.

4. Herman M. Superrețele semiconductoare. - M.: Mir, 1989.

5. Likharev K.K., Semenov V.K., Zorin A.B. Noi oportunități pentru electronicele supraconductoare. „Rezultatele științei și tehnologiei”, ser. „Superconductivitate”. - M.: 1989.

6. Bekker Ya.M., Gurevici A.S. Material izolator nou și utilizarea acestuia în cablurile de comunicații. - Lenjerie. Industrie, 1958, nr. 5-6, p. 89.

7. Bua D., Rosenscher E. Physical boundaries of the possible in microelectronics. „Fizica în străinătate”, ser. A. - M.: Mir, 1991.

8. Zentuit E. Fizica suprafetelor. - M.: Mir, 1990.

9. Bekker Ya.M., Berg I.V. Fabricarea elementelor de memorie integrată în miniatură folosind radiații laser/Sb. „Utilizarea generatoarelor cuantice optice în fabricarea instrumentelor”. - LDNTP, 1967, p. 10.

10. Semenov Yu.G., Controlul calității. - M.: Liceu, 1990.

11. Efimov I.E., Kalman I.G., Martynov E.I. Fiabilitatea circuitelor integrate în stare solidă. - M: Editura Standarde, 1979.

12. Chirikhin S.N. Instrumente de automatizare pentru instrumentarea cunoștințelor de diagnosticare în sisteme expert. - „Electronica radio străină”, 1991, nr. 8, p.7.

13. Becker Ya.M. Manual de electronică moleculară. - LITMO, 1990.

14. Margolin V.I., Zharbeev V.A., Tupik V.A. Fundamentele fizice ale microelectronicii din: Academia, 2008 - 400 p.

15. Bekker Ya.M., Tkalich V.L. Diagnosticarea, controlul și prognozarea fiabilității LSI ZU, Sankt Petersburg, Universitatea de Stat din Sankt Petersburg din ITMO, 2005.

16. Nanotehnologia în electronică. Editat de Chaplytin Yu.A. - M.: Tehnosfera, 2005 - 448 p.

Postat pe Allbest.ru

...

Documente similare

Concept, domenii, secțiuni principale și direcții de dezvoltare a electronicii. Caracteristicile generale ale electronicii cuantice, în stare solidă și în vid, direcții de dezvoltare și aplicare a acestora în societatea modernă. Avantajele și dezavantajele electronicii cu plasmă.

rezumat, adăugat 02.08.2013


Reacții catalitice și necatalitice, metoda de anodizare, metoda de depunere a filmului electrochimic pentru electronică integrată. Esența metodei de depunere în fază gazoasă pentru obținerea acoperirilor de AlN. Chimia fizică a producerii acoperirilor de film.

lucrare curs, adaugat 29.04.2011


Utilizarea stabilizatorilor parametrici de tensiune ferorezonanți. Proiectarea structurală și tehnologică a unui circuit integrat. Calculul unui tranzistor integrat și caracteristicile acestuia. Dezvoltarea cerințelor tehnice și a topologiei cipului.

lucrare curs, adaugat 15.07.2012


Studiul originilor și etapelor de dezvoltare a electronicii cu stare solidă. Descoperirile științifice ale lui Michael Faraday, Ferdinand Brown (crearea telegrafiei fără fir). Detectorul cu cristale „bișcată de pisică” al lui Picard. Dezvoltarea detector-generator O.V. Losev.

rezumat, adăugat 12.09.2010


Dezvoltarea unei topologii de producție pentru un microansamblu integrat fără pachete bazat pe tehnologia filmului subțire. Datele circuitului și materialele utilizate. Elaborarea unei scheme de conexiuni de comutare. Calculul elementelor de microasamblare cu peliculă subțire.

lucrare curs, adăugată 08.07.2013


Dezvoltarea unui amplificator de semnal slab sub forma unui circuit integrat (IC) într-o carcasă. Alegerea tehnologiei de fabricație. Calculul dimensiunilor geometrice și topologiei elementelor circuitelor integrate. Selectarea componentelor atașării, dimensiunea plăcii și dimensiunea carcasei.

lucrare curs, adaugat 29.10.2013


Crearea de circuite integrate și dezvoltarea microelectronicii în întreaga lume. Producția de elemente de echipamente electronice ieftine. Principalele grupuri de circuite integrate. Crearea primului circuit integrat de către Kilby. Primele circuite integrate semiconductoare din URSS.

rezumat, adăugat 22.01.2013


Principii de bază ale construirii receptoarelor AM-FM. Analiza schemei circuitului electric al CI TA2003. Dezvoltarea structurii fizice a cristalului, traseul de fabricație și topologia circuitului integrat. Dispunerea elementelor și blocurilor.

teză, adăugată 11.01.2010


Parametrii electrici ai unui circuit integrat (IC). Calculul parametrilor modelului unui tranzistor cu efect de câmp cu o joncțiune p-n de control. Simularea circuitului de comutare ai sursei. Dezvoltarea topologiei și rutei tehnologice pentru fabricarea circuitelor integrate.

teză, adăugată 29.09.2010


Etapele dezvoltării electronicii informaționale. Amplificatoare electrice de semnal. Dezvoltarea tehnologiei informației semiconductoare. Microcircuite logice și analogice integrate. Mașini electronice cu memorie. Microprocesoare și microcontrolere.

Circuit integrat (IC) este un produs microelectronic care îndeplinește funcțiile de conversie și procesare a semnalului, care se caracterizează prin ambalarea densă a elementelor, astfel încât toate conexiunile și conexiunile dintre elemente să formeze un singur întreg.

O parte integrantă a unui circuit integrat sunt elementele care acționează ca elemente electrice și radio (tranzistoare, rezistențe etc.) și nu pot fi separate ca produse independente. În acest caz, elementele IC care îndeplinesc funcțiile de amplificare sau alte conversii de semnal (diode, tranzistoare etc.) sunt numite active, iar elementele care implementează o funcție de transfer liniar (rezistențe, condensatoare, inductori) sunt numite pasive.

Clasificarea circuitelor integrate:

După metoda de fabricație:

După gradul de integrare.

Gradul de integrare a unui sistem informatic este un indicator de complexitate, caracterizat prin numărul de elemente și componente pe care le conține. Gradul de integrare este determinat de formula

unde k este un coeficient care determină gradul de integrare, rotunjit la cel mai apropiat număr întreg mai mare, iar N este numărul de elemente și componente incluse în IS.

Pentru a caracteriza cantitativ gradul de integrare se folosesc adesea următorii termeni: dacă k ? 1, un IC se numește IC simplu dacă 1< k ? 2 - средней ИС (СИС), если 2 < k ? 4 - большой ИС (БИС), если k ?4 - сверхбольшой ИС (СБИС).

În plus față de gradul de integrare, un alt indicator este utilizat ca densitate de ambalare a elementelor - numărul de elemente (cel mai adesea tranzistori) pe unitatea de suprafață a cristalului. Acest indicator caracterizează în principal nivelul de tehnologie; în prezent este de peste 1000 de elemente/mm2.

Circuite integrate de film- acestea sunt circuite integrate ale căror elemente sunt depuse pe suprafața unei baze dielectrice sub formă de peliculă. Particularitatea lor este că nu există în forma lor pură. Sunt utilizate numai pentru fabricarea elementelor pasive - rezistențe, condensatoare, conductori, inductori.

Orez. 1. Structura unui CI hibrid cu film: 1, 2 - plăci de condensatoare inferioare și superioare, 3 - strat dielectric, 4 - magistrală de conectare, 5 - tranzistor montat, 6 - rezistor de film, 7 - pini, 8 - substrat dielectric

Circuitele integrate hibride sunt microcircuite cu peliculă subțire formate din elemente pasive (rezistoare, condensatoare, pad-uri) și elemente active discrete (diode, tranzistori). IC hibrid prezentat în Fig. 1, este un substrat dielectric cu condensatoare și rezistențe de film aplicate și un tranzistor montat atașat, a cărui bază este conectată la placa superioară a condensatorului printr-o magistrală sub forma unui fir foarte subțire.

În circuitele integrate semiconductoare Toate elementele și conexiunile între elemente sunt realizate în vrac și pe suprafața cristalului semiconductor. Circuitele integrate semiconductoare sunt un cristal semiconductor plat (substrat), în stratul de suprafață al căruia, folosind diferite tehnici tehnologice, se formează zone locale echivalente cu elementele unui circuit electric (diode, tranzistoare, condensatoare, rezistențe etc.), unite de-a lungul suprafața prin conexiuni metalice de film (interconexiuni).

Substraturile circuitelor integrate semiconductoare sunt plachete rotunde de arseniură de siliciu, germaniu sau galiu, având un diametru de 60 - 150 mm și o grosime de 0,2 - 0,4 mm.

Substratul semiconductor este o piesă de lucru în grup (Fig. 2), pe care sunt fabricate simultan un număr mare de circuite integrate.

Orez. 2. Plachetă de siliciu de grup: 1 - tăietură de bază, 2 - cristale individuale (cipuri)

După finalizarea principalelor operațiuni tehnologice, acesta este tăiat în părți - cristale 2, numite și așchii. Dimensiunile laturilor de cristal pot fi de la 3 la 10 mm. Tăierea de bază 1 a plăcii servește la orientarea acesteia în timpul diferitelor procese tehnologice.

Structurile elementelor unui circuit integrat semiconductor - tranzistor, diodă, rezistor și condensator, fabricate prin dopare adecvată a secțiunilor locale ale semiconductorului folosind metode de tehnologie plană, sunt prezentate în Fig. 3, a-d. Tehnologia plană se caracterizează prin faptul că toate bornele elementelor IC sunt situate în același plan pe suprafață și sunt conectate simultan într-un circuit electric folosind interconexiuni cu peliculă subțire. Cu tehnologia plană, se realizează procesarea în grup, adică în timpul unui proces tehnologic, un număr mare de circuite integrate sunt produse pe substraturi, ceea ce asigură o fabricabilitate și eficiență ridicate și, de asemenea, permite automatizarea producției.

Orez. 3. Structuri ale elementelor unui circuit integrat semiconductor: a - tranzistor, b - diodă, c - rezistor, d - condensator, 1 - contact cu peliculă subțire, 2 - strat dielectric, H - emițător; 4 - bază, 5 - colector, 6 - catod, 7 - anod, 8 - strat izolator; 9 - strat rezistiv, 10 - strat izolator, 11 - placă, 12, 14 - electrozii superiori și inferiori ai condensatorului, 13 - strat dielectric

În circuitele integrate combinate(Fig. 4), care sunt o variantă a celor semiconductoare, creează elemente semiconductoare și cu peliculă subțire pe un substrat de siliciu. Avantajul acestor circuite este că este dificil din punct de vedere tehnologic să produci rezistențe cu o anumită rezistență într-un corp solid, deoarece depinde nu numai de grosimea stratului semiconductor dopat, ci și de distribuția rezistivității pe grosime. Reglarea rezistenței la valoarea nominală după fabricarea rezistenței prezintă și dificultăți semnificative. Rezistoarele semiconductoare au o dependență notabilă de temperatură, ceea ce complică dezvoltarea circuitului integrat.

Orez. 4. Structura circuitului integrat combinat: 1 - film de dioxid de siliciu, 2 - diodă, 3 - conexiuni în circuit de film, 4 - rezistor cu peliculă subțire, 5, 6, 7 - electrozi superiori și inferiori ai condensatorului cu peliculă subțire și dielectric, 8 - contacte cu peliculă subțire, 9 - tranzistor, 10 - wafer de siliciu.

În plus, este, de asemenea, foarte dificil să se creeze condensatori în solide. Pentru a extinde valorile rezistoarelor și condensatoarelor circuitelor integrate semiconductoare și a îmbunătăți caracteristicile lor de performanță, a fost dezvoltată o tehnologie combinată bazată pe tehnologia filmului subțire numită tehnologie de circuite interconectate. În acest caz, elementele active ale circuitului integrat (eventual unele rezistențe care nu sunt critice în ceea ce privește rezistența nominală) sunt fabricate în corpul cristalului de siliciu folosind metoda difuziei, iar apoi elementele pasive - rezistențe, condensatoare și interconexiuni - sunt format prin depunerea în vid a filmelor (ca în circuitele integrate de film).

Baza elementului electronic se dezvoltă într-un ritm din ce în ce mai mare. Fiecare generație, care a apărut la un anumit moment în timp, continuă să se îmbunătățească în direcțiile cele mai justificate. Dezvoltarea produselor electronice din generație în generație se îndreaptă în direcția complexității lor funcționale, sporind fiabilitatea și durata de viață, reducerea dimensiunilor totale, greutatea, costul și consumul de energie, simplificarea tehnologiei și îmbunătățirea parametrilor echipamentelor electronice.

Apariția microelectronicii ca știință independentă a devenit posibilă datorită utilizării unei experiențe bogate și a bazei industriei care produce dispozitive semiconductoare discrete. Cu toate acestea, pe măsură ce electronica semiconductoare s-a dezvoltat, au devenit clare limitări serioase în utilizarea fenomenelor electronice și a sistemelor bazate pe acestea. Prin urmare, microelectronica continuă să avanseze într-un ritm rapid atât în ​​direcția îmbunătățirii tehnologiei integrate cu semiconductori, cât și în direcția utilizării noilor fenomene fizice. circuit integrat radio electronic

Produse microelectronice: circuite integrate de diferite grade de integrare, microansambluri, microprocesoare, mini și microcalculatoare - au făcut posibilă realizarea de proiectare și producție industrială a echipamentelor radio și de calcul complexe funcțional, care diferă de echipamentele generațiilor anterioare în mai bine parametri, fiabilitate și durată de viață mai ridicate, consum de energie și costuri mai scurte. Echipamentele bazate pe produse microelectronice sunt utilizate pe scară largă în toate domeniile activității umane.

Microelectronica contribuie la crearea de sisteme de proiectare asistată de computer, roboți industriali, linii de producție automate și automate, echipamente de comunicații și multe altele.

Primul stagiu

Prima etapă a inclus inventarea lămpii incandescente în 1809 de către inginerul rus Ladygin.

Descoperirea în 1874 de către omul de știință german Brown a efectului de redresare în contactele metal-semiconductor. Utilizarea acestui efect de către inventatorul rus Popov pentru a detecta semnalele radio i-a permis să creeze primul receptor radio. Data inventării radioului este considerată a fi 7 mai 1895, când Popov a dat un raport și o demonstrație la o reuniune a departamentului de fizică al Societății Ruse de Fizico-Chimie din Sankt Petersburg. În diferite țări, s-au desfășurat dezvoltarea și cercetarea pe diferite tipuri de detectoare simple și fiabile de vibrații de înaltă frecvență - detectoare.

Faza a doua

A doua etapă în dezvoltarea electronicii a început în 1904, când omul de știință englez Fleming a proiectat o diodă electrică în vid. Aceasta a fost urmată de inventarea primului tub de amplificare, trioda, în 1907.

1913 - 1919 a fost o perioadă de dezvoltare rapidă a tehnologiei electronice. În 1913, inginerul german Meissner a dezvoltat un circuit pentru un receptor regenerativ cu tub și, folosind o triodă, a obținut oscilații armonice neamortizate.

În Rusia, primele tuburi radio au fost fabricate în 1914 la Sankt Petersburg de Nikolai Dmitrievich Papaleksi, consultant al Societății Ruse de Telegrafie fără fir, viitor academician al Academiei de Științe a URSS.

A treia etapă

A treia perioadă în dezvoltarea electronicii este perioada creării și implementării dispozitivelor semiconductoare discrete, care a început odată cu inventarea tranzistorului punct-punct. În 1946, la Bell Telephone Laboratory a fost creat un grup condus de William Shockley, care a efectuat cercetări asupra proprietăților semiconductorilor pe siliciu și Germania. Grupul a efectuat atât studii teoretice, cât și experimentale ale proceselor fizice la interfața dintre doi semiconductori cu diferite tipuri de conductivitate electrică. Ca urmare, au fost inventate dispozitive semiconductoare cu trei electrozi - tranzistoare. În funcție de numărul de purtători de încărcare, tranzistoarele au fost împărțite în:

• - unipolar (câmp), unde s-au folosit medii unipolare.
• - bipolar, unde s-au folosit diferiți purtători de polaritate (electroni și găuri).

Invenția tranzistorului a reprezentat o piatră de hotar semnificativă în istoria electronicii și, prin urmare, autorii săi John Bardeen, Walter Brattain și William Shockley au primit Premiul Nobel pentru Fizică pentru 1956.

Apariția microelectronicii

Odată cu apariția tranzistoarelor bipolare cu efect de câmp, au început să se realizeze idei pentru dezvoltarea computerelor de dimensiuni mici. Pe baza lor, au început să creeze sisteme electronice la bord pentru aviație și tehnologia spațială. Deoarece aceste dispozitive conțineau mii de elemente electroradio individuale și din ce în ce mai multe dintre ele erau necesare în mod constant, au apărut dificultăți tehnice. Odată cu creșterea numărului de elemente ale sistemelor electronice, a fost practic imposibil să se asigure operabilitatea acestora imediat după asamblare și să se asigure, pe viitor, fiabilitatea sistemelor. Problema calității lucrărilor de instalare și asamblare a devenit principala problemă pentru producători în asigurarea operabilității și fiabilității dispozitivelor radio-electronice. Soluția problemei de interconectare a fost o condiție prealabilă pentru apariția microelectronicii. Prototipul viitorului microcircuite a fost o placă de circuit imprimat, în care toți conductorii individuali sunt combinați într-un singur întreg și fabricați simultan într-o metodă de grup prin gravarea foliei de cupru cu planul dielectricului foliei. Singurul tip de integrare în acest caz este conductorii. Deși utilizarea plăcilor cu circuite imprimate nu rezolvă problema miniaturizării, rezolvă problema creșterii fiabilității interconexiunilor. Tehnologia de fabricație a plăcilor de circuit imprimat nu face posibilă fabricarea simultană a altor elemente pasive, altele decât conductoarele. Acesta este motivul pentru care plăcile de circuite imprimate nu au evoluat în circuite integrate în sensul modern. Circuitele hibride cu peliculă groasă au fost primele care au fost dezvoltate la sfârșitul anilor 40; producția lor s-a bazat pe tehnologia deja dovedită de fabricare a condensatoarelor ceramice, folosind metoda de aplicare a pastelor care conțin argint și pulbere de sticlă pe un substrat ceramic prin șabloane.

Tehnologia cu peliculă subțire pentru producția de circuite integrate presupune aplicarea de pelicule subțiri din diverse materiale (conductoare, dielectrice, rezistive) pe suprafața netedă a substraturilor dielectrice în vid.

Etapa a patra

În 1960, Robert Noyce de la Fairchild a propus și brevetat ideea unui circuit integrat monolitic și, folosind tehnologia plană, a produs primele circuite integrate monolitice de siliciu.

O familie de elemente logice tranzistor-tranzistor monolitice cu patru sau mai multe tranzistoare bipolare pe un singur cip de siliciu a fost lansată de Fairchild deja în februarie 1960 și a fost numită „micrologics”. Tehnologia plană a lui Horney și tehnologia monolitică a lui Noyce au pus bazele dezvoltării circuitelor integrate în 1960, mai întâi cu tranzistori bipolari, iar apoi 1965-85. pe tranzistoare cu efect de câmp și combinații ale ambelor.

Două decizii politice adoptate în 1961-1962. a influențat dezvoltarea producției de tranzistori și circuite integrate cu siliciu. Decizia IBM (New York) de a dezvolta pentru un computer promițător nu dispozitive de stocare feromagnetice, ci memorii electronice (dispozitive de stocare) bazate pe tranzistori cu efect de câmp cu canale n (metal-oxid-semiconductor - MOS). Rezultatul implementării cu succes a acestui plan a fost lansarea în 1973. computer universal cu memorie MOS - IBM-370/158. Deciziile directoare ale Fairchild care prevăd extinderea lucrărilor în laboratorul de cercetare a semiconductorilor pentru studiul dispozitivelor și materialelor din siliciu pentru acestea.

Între timp, în iulie 1968, Gordon Moore și Robert Noyce au părăsit divizia de semiconductori a Fairchild și, pe 28 iunie 1968, au organizat o companie minusculă, Intel, cu doisprezece oameni care au închiriat o cameră în Mountain View, California. Sarcina pe care și-au propus-o Moore, Noyce și specialistul în tehnologie chimică care li s-a alăturat, Andrew Grove, a fost să folosească potențialul enorm al integrării unui număr mare de componente electronice pe un singur cip semiconductor pentru a crea noi tipuri de dispozitive electronice.

În 1997, Andrew Grove a devenit „persoana anului”, iar compania pe care a condus-o, Intel, care a devenit una dintre cele mai importante companii din Silicon Valley din California, a început să producă microprocesoare pentru 90% din toate computerele personale de pe planetă. Apariția circuitelor integrate a jucat un rol decisiv în dezvoltarea electronicii, deschizând o nouă etapă a microelectronicii. Microelectronica din perioada a patra se numește schematică, deoarece în compoziția principalelor elemente de bază se pot distinge elemente echivalente cu elemente electro-radio discrete și fiecărui circuit integrat îi corespunde un anumit circuit electric de bază, ca și pentru componentele electronice ale echipamentelor de generațiile anterioare.

Circuitele integrate au început să fie numite dispozitive microelectronice, considerate ca un singur produs cu o densitate mare de elemente echivalentă cu elementele unui circuit convențional. Complexitatea funcțiilor îndeplinite de microcircuite se realizează prin creșterea gradului de integrare.

Electronice prezente

În prezent, microelectronica trece la un nivel calitativ nou - nanoelectronica.

Nanoelectronica se bazează în primul rând pe rezultatele studiilor fundamentale ale proceselor atomice în structurile semiconductoare cu dimensiuni joase. Punctele cuantice, sau sistemele zero-dimensionale, sunt un caz extrem de sisteme cu dimensiuni reduse care constau dintr-o serie de clustere sau insule atomice de dimensiuni nanometrice într-o matrice semiconductoare care prezintă auto-organizare în heterostructuri epitaxiale.

Una dintre posibilele lucrări legate de nanoelectronica este crearea de materiale și elemente de tehnologie IR. Sunt solicitate de întreprinderile din industrie și stau la baza creării în viitorul apropiat a sistemelor de viziune „artificială” (tehnică) cu o gamă spectrală extinsă, în comparație cu vederea biologică, în regiunile ultraviolete și infraroșii ale spectrului. Sistemele tehnice de viziune și componentele fotonice pe nanostructuri, capabile să recepționeze și să prelucreze cantități uriașe de informații, vor deveni baza unor dispozitive de telecomunicații fundamental noi, sisteme de monitorizare a mediului și a spațiului, imagini termice, nanodiagnostic, robotică, arme de precizie, echipamente anti-terorism, etc. Utilizarea nanostructurilor semiconductoare va reduce semnificativ dimensiunea dispozitivelor de monitorizare și înregistrare, va reduce consumul de energie, va îmbunătăți caracteristicile costurilor și va face posibilă profitarea de producția de masă în micro și nanoelectronica din viitorul apropiat.