VLSI

Съвременни интегрални схеми, предназначени за повърхностен монтаж.

Съветски и чуждестранни цифрови микросхеми.

Интеграл(англ. Integrated circuit, IC, микросхема, микрочип, силиконов чип или чип), ( микро)схема (IS, IMS, m/skh), чип, микрочип(Английски) чип- парче, фрагмент, чип) - микроелектронно устройство - електронна схема с произволна сложност, направена върху полупроводников кристал (или филм) и поставена в неразглобяем корпус. Често под интегрална схема(IC) се отнася до действителния кристал или филм с електронна схема и от микросхема(MS) - ИС, затворена в корпус. В същото време изразът "компоненти на чип" означава "компоненти за повърхностен монтаж", за разлика от традиционните компоненти, запоени през отвори. Следователно е по-правилно да се каже „микросхема на чип“, което означава микросхема за повърхностен монтаж. В момента (година) повечето микросхеми се произвеждат в пакети за повърхностен монтаж.

История

Изобретяването на микросхемите започва с изследването на свойствата на тънките оксидни филми, които се проявяват в ефекта на лоша електрическа проводимост при ниски електрически напрежения. Проблемът беше, че там, където двата метала се допираха, нямаше електрически контакт или беше полярен. Задълбочените изследвания на това явление доведоха до откриването на диоди и по-късно транзистори и интегрални схеми.

Нива на дизайн

• Физически - методи за внедряване на един транзистор (или малка група) под формата на легирани зони върху кристал.
• Електрическа схема (транзистори, кондензатори, резистори и др.).
• Логически - логическа схема (логически инвертори, ИЛИ-НЕ, И-НЕ елементи и др.).
• Ниво на схема и система - проектиране на схема и система (тригери, компаратори, енкодери, декодери, ALU и др.).
• Топологични - топологични фотомаски за производство.
• Програмно ниво (за микроконтролери и микропроцесори) - инструкции за асемблер за програмиста.

В момента повечето интегрални схеми се разработват с помощта на CAD, което ви позволява да автоматизирате и значително да ускорите процеса на получаване на топологични фотомаски.

Класификация

Степен на интеграция

Предназначение

Една интегрална схема може да има пълна, колкото и сложна да е функционалност - до цял микрокомпютър (едночипов микрокомпютър).

Аналогови схеми

• Генератори на сигнали
• Аналогови умножители
• Аналогови атенюатори и променливи усилватели
• Стабилизатори на захранването
• Контролни чипове за импулсно захранване
• Преобразуватели на сигнали
• Времеви вериги
• Различни сензори (температура и др.)

Цифрови схеми

• Логически елементи
• Буферни преобразуватели
• Модули памет
• (Микро)процесори (включително CPU в компютър)
• Едночипови микрокомпютри
• FPGA - програмируеми логически интегрални схеми

Цифровите интегрални схеми имат редица предимства пред аналоговите:

• Намалена консумация на енергиясвързани с използването на импулсни електрически сигнали в цифровата електроника. При получаване и преобразуване на такива сигнали активните елементи на електронните устройства (транзистори) работят в режим „ключ“, тоест транзисторът е или „отворен“ - което съответства на сигнал с високо ниво (1), или „затворен“ ” - (0), в първия случай при Няма спад на напрежението в транзистора, във втория през него не протича ток. И в двата случая консумацията на енергия е близка до 0, за разлика от аналоговите устройства, при които през повечето време транзисторите са в междинно (резистивно) състояние.
• Висока устойчивост на шумцифрови устройства е свързано с голяма разлика между сигнали с високо (например 2,5 - 5 V) и ниско (0 - 0,5 V) ниво. Възможна е грешка при такава намеса, когато високото ниво се възприема като ниско и обратното, което е малко вероятно. Освен това в цифровите устройства е възможно да се използват специални кодове, които позволяват коригиране на грешки.
• Голямата разлика между сигнали с високо и ниско ниво и доста широк диапазон от техните допустими промени прави цифровата технология нечувствителендо неизбежното разпръскване на параметрите на елемента в интегрираната технология, елиминирайки необходимостта от избор и конфигуриране на цифрови устройства.

полупроводник Прилагането на тези предложения през онези години не може да се осъществи поради недостатъчното развитие на технологиите.

В края на 1958 г. и през първата половина на 1959 г. се извършва пробив в производството на полупроводници. Трима мъже, представляващи три частни американски корпорации, решиха три основни проблема, които възпрепятстваха създаването на интегрални схеми. Джак Килби от Texas Instrumentsпатентова принципа на комбиниране, създава първите, несъвършени, прототипи на IP и ги довежда до масово производство. Кърт Леговец от Sprague Electric Companyизобретява метод за електрическа изолация на компоненти, формирани върху единичен полупроводников чип (изолация на p-n преход). P–n изолация на кръстовище)). Робърт Нойс от Fairchild Semiconductorизобретява метод за електрическо свързване на IC компоненти (алуминиева метализация) и предлага подобрена версия на изолация на компоненти, базирана на най-новата планарна технология на Jean Herni. Жан Хьорни). На 27 септември 1960 г. групата на Джей Ласт Джей Ласт) създадено на Fairchild Semiconductorпървата работеща полупроводник IP базиран на идеите на Нойс и Ърни. Texas Instruments, която притежаваше патента за изобретението на Килби, започна патентна война срещу конкурентите, която приключи през 1966 г. с глобално споразумение за технологии за кръстосано лицензиране.

Ранните логически интегрални схеми от споменатата серия са буквално изградени от стандартенкомпоненти, чиито размери и конфигурации са определени от технологичния процес. Дизайнерите на вериги, които проектират логически интегрални схеми от определено семейство, работят със същите стандартни диоди и транзистори. През 1961-1962г водещият разработчик наруши парадигмата на дизайна СилванияТом Лонго, за първи път използва различни интегрални схеми в едно конфигурации на транзистори в зависимост от техните функции във веригата. В края на 1962г Силваниястартира първата фамилия транзисторно-транзисторна логика (TTL), разработена от Longo - исторически първият тип интегрирана логика, която успя да се наложи на пазара за дълго време. В аналоговата схема пробив от това ниво е направен през 1964-1965 г. от разработчика на операционни усилватели ФеърчайлдБоб Видлар.

Първата вътрешна микросхема е създадена през 1961 г. в TRTI (Таганрогски радиотехнически институт) под ръководството на Л. Н. Колесов. Това събитие привлече вниманието на научната общност на страната и TRTI беше одобрен като лидер в системата на Министерството на висшето образование по проблема за създаване на високонадеждно микроелектронно оборудване и автоматизиране на неговото производство. Самият Л. Н. Колесов беше назначен за председател на Координационния съвет по този проблем.

Първата хибридна дебелослойна интегрална схема в СССР (серия 201 „Trail“) е разработена през 1963-65 г. в Изследователския институт за прецизна технология („Angstrem“), масово производство от 1965 г. В разработката са участвали специалисти от НИЕМ (сега Научноизследователски институт Аргон).

Първата полупроводникова интегрална схема в СССР е създадена на базата на планарна технология, разработена в началото на 1960 г. в НИИ-35 (тогава преименуван на Изследователски институт Пулсар) от екип, който по-късно е прехвърлен в НИИМЕ (Микрон). Създаването на първата вътрешна силиконова интегрална схема беше съсредоточено върху разработването и производството с военно приемане на серията TS-100 интегрални силициеви схеми (37 елемента - еквивалент на сложността на схемата на тригер, аналог на американския IC серия SN-51 фирми Texas Instruments). Прототипни образци и производствени образци на силициеви интегрални схеми за възпроизвеждане бяха получени от САЩ. Работата е извършена в НИИ-35 (директор Трутко) и Фрязинския завод за полупроводници (директор Колмогоров) по отбранителна поръчка за използване в автономен висотомер за система за насочване на балистични ракети. Разработката включваше шест стандартни интегрирани силициеви планарни схеми от серията TS-100 и, с организирането на пилотно производство, отне три години в NII-35 (от 1962 до 1965 г.). Отне още две години, за да се разработи фабрично производство с военно приемане във Фрязино (1967 г.).

Успоредно с това работата по разработването на интегрална схема беше извършена в централното конструкторско бюро на Воронежския завод за полупроводникови устройства (сега -). През 1965 г., по време на посещение на VZPP от министъра на електронната промишленост А. И. Шокин, заводът е инструктиран да извърши изследователска работа по създаването на силиконова монолитна верига - R&D „Титан“ (Министерска заповед № 92 от 16 август 1965 г.), който беше завършен предсрочно, завършен до края на годината. Темата беше успешно представена на Държавната комисия и серия от 104 диодно-транзисторни логически микросхеми стана първото фиксирано постижение в областта на микроелектрониката в твърдо състояние, което беше отразено в заповедта на Европейския парламент № 403 от 30 декември 1965 г.

Нива на дизайн

Понастоящем (2014 г.) повечето интегрални схеми са проектирани с помощта на специализирани CAD системи, които позволяват автоматизирането и значително ускоряване на производствените процеси, например получаване на топологични фотомаски.

Класификация

Степен на интеграция

В зависимост от степента на интеграция се използват следните наименования на интегралните схеми:

• малка интегрална схема (MIS) - до 100 елемента на чип,
• средна интегрална схема (SIS) - до 1000 елемента на чип,
• голяма интегрална схема (LSI) - до 10 хиляди елемента на чип,
• ултра-мащабна интегрална схема (VLSI) - повече от 10 хиляди елемента в кристал.

Преди това се използваха и вече остарели имена: ултра-голяма интегрална схема (ULSI) - от 1-10 милиона до 1 милиард елемента в кристал и понякога гига-голяма интегрална схема (GBIC) - повече от 1 милиарди елементи в кристал. В момента, през 2010 г., имената „UBIS“ и „GBIS“ практически не се използват и всички микросхеми с повече от 10 хиляди елемента се класифицират като VLSI.

Технология на производство

• Полупроводников чип - всички елементи и междуелементни връзки са направени на един полупроводников кристал (например силиций, германий, галиев арсенид, хафниев оксид).

• Филмова интегрална схема - всички елементи и междуелементни връзки са направени под формата на филми:
  • дебелослойна интегрална схема;
  • тънкослойна интегрална схема.
• Хибриден чип (често наричан микросборка), съдържа няколко диода, транзистори и/или други електронни активни компоненти. Микровъзелът може също така да включва неопаковани интегрални схеми. Пасивните микрокомпоненти (резистори, кондензатори, индуктори) обикновено се произвеждат с помощта на тънкослойни или дебелослойни технологии върху общ, обикновено керамичен, субстрат на хибриден чип. Целият субстрат с компоненти е поставен в един запечатан корпус.
• Смесена микросхема - в допълнение към полупроводниковия кристал, тя съдържа тънкослойни (дебелослойни) пасивни елементи, разположени на повърхността на кристала.

Тип на обработения сигнал

Технологии на производство

Видове логика

Основният елемент на аналоговите микросхеми са транзистори (биполярни или полеви). Разликата в технологията за производство на транзистори значително влияе върху характеристиките на микросхемите. Поради това технологията на производство често се посочва в описанието на микросхемата, като по този начин се подчертават общите характеристики на свойствата и възможностите на микросхемата. Съвременните технологии комбинират биполярни и полеви транзистори за постигане на подобрена производителност на микросхемите.

• Микросхемите, базирани на еднополярни (полеви) транзистори, са най-икономичните (по отношение на потреблението на ток):
  • MOS логика (метал-оксид-полупроводникова логика) - микросхемите се формират от транзистори с полеви ефекти н-MOS или стр-тип MOS;
  • CMOS логика (допълнителна MOS логика) - всеки логически елемент на микросхемата се състои от двойка допълнителни (допълващи се) полеви транзистори ( н-MOS и стр-MOP).
• Микросхеми, базирани на биполярни транзистори:
  • RTL - резисторно-транзисторна логика (остаряла, заменена от TTL);
  • DTL - диодно-транзисторна логика (остаряла, заменена от TTL);
  • TTL - транзисторно-транзисторна логика - микросхемите са направени от биполярни транзистори с многоемитерни транзистори на входа;
  • TTLSh - транзисторно-транзисторна логика с диоди на Шотки - подобрен TTL, който използва биполярни транзистори с ефекта на Шотки;
  • ECL - емитер-свързана логика - на биполярни транзистори, чийто режим на работа е избран така, че да не влизат в режим на насищане - което значително увеличава производителността;
  • IIL - интегрална инжекционна логика.
• Микросхеми, използващи както полеви, така и биполярни транзистори:

Използвайки един и същи тип транзистори, чиповете могат да бъдат създадени с помощта на различни методологии, като статични или динамични.

CMOS и TTL (TTLS) технологиите са най-разпространените логически чипове. Там, където е необходимо да се спести текуща консумация, се използва CMOS технологията, където скоростта е по-важна и не се изисква спестяване на консумация на енергия, се използва TTL технология. Слабото място на CMOS микросхемите е тяхната уязвимост към статично електричество - просто докоснете изхода на микросхемата с ръка и нейната цялост вече не е гарантирана. С развитието на технологиите TTL и CMOS параметрите на микросхемите се доближават и в резултат на това, например, серията микросхеми 1564 се произвеждат по CMOS технология, а функционалността и разположението в корпуса са подобни на TTL технологията.

Микросхемите, произведени по технологията ESL, са най-бързите, но и най-консумиращите енергия и се използват в производството на компютърно оборудване в случаите, когато най-важният параметър е скоростта на изчисление. В СССР най-производителните компютри от типа ES106x са произведени на микросхеми ESL. Днес тази технология се използва рядко.

Технологичен процес

При производството на микросхеми се използва методът на фотолитография (проекция, контакт и др.), При който веригата се формира върху субстрат (обикновено силиций), получен чрез рязане на единични кристали от силиций с диамантени дискове на тънки пластини. Поради малките линейни размери на елементите на микросхемата, използването на видима светлина и дори близко ултравиолетово лъчение за осветяване беше изоставено.

Следните процесори са произведени с помощта на UV радиация (ArF ексимерен лазер, дължина на вълната 193 nm). Средно лидерите в индустрията въведоха нови технологични процеси съгласно плана ITRS на всеки 2 години, удвоявайки броя на транзисторите на единица площ: 45 nm (2007), 32 nm (2009), 22 nm (2011), започна производството на 14 nm през 2014 г., развитието на 10 nm процеси се очаква около 2018 г.

През 2015 г. имаше оценки, че въвеждането на нови технологични процеси ще се забави.

Контрол на качеството

За контрол на качеството на интегралните схеми широко се използват така наречените тестови структури.

Предназначение

Една интегрална схема може да има пълна, колкото и сложна да е функционалност - до цял микрокомпютър (едночипов микрокомпютър).

Аналогови схеми

• Филтри (включително пиезоелектричен ефект).
• Аналогов умножители.
• Аналогови атенюатори и променливи усилватели.
• Стабилизатори за захранване: стабилизатори на напрежение и ток.
• Микросхеми за управление на импулсно захранване.
• Преобразуватели на сигнали.
• Вериги за синхронизация.
• Различни сензори (например температура).

Цифрови схеми

• Буферни преобразуватели
• (Микро)процесори (включително централни процесори за компютри)
• Чипове и модули памет
• FPGA (програмируеми логически интегрални схеми)

Цифровите интегрални схеми имат редица предимства пред аналоговите:

• Намалена консумация на енергиясвързани с използването на импулсни електрически сигнали в цифровата електроника. При получаване и преобразуване на такива сигнали активните елементи на електронните устройства (транзистори) работят в режим „ключ“, тоест транзисторът е или „отворен“ - което съответства на сигнал с високо ниво (1), или „затворен“ ” - (0), в първия случай при Няма спад на напрежението в транзистора, във втория през него не протича ток. И в двата случая консумацията на енергия е близка до 0, за разлика от аналоговите устройства, при които през повечето време транзисторите са в междинно (активно) състояние.
• Висока устойчивост на шумцифрови устройства е свързано с голяма разлика между сигнали с високо (например 2,5-5 V) и ниско (0-0,5 V) ниво. Възможна е грешка в състоянието при такова ниво на смущение, че високо ниво се интерпретира като ниско ниво и обратно, което е малко вероятно. Освен това в цифровите устройства е възможно да се използват специални кодове, които позволяват коригиране на грешки.
• Голямата разлика в нивата на високо и ниско ниво на сигнални състояния (логически "0" и "1") и доста широк диапазон от техните допустими промени прави цифровата технология нечувствителна към неизбежната дисперсия на параметрите на елемента в интегрираната технология, елиминира необходимостта от избор на компоненти и конфигуриране на елементи за настройка в цифрови устройства.

Аналогово-цифрови схеми

• цифрово-аналогови (DAC) и аналогово-цифрови преобразуватели (ADC);
• трансивъри (например интерфейсен конвертор Ethernet);
• модулатори и демодулатори;
  • радио модеми
  • телетекст, VHF радиотекстови декодери
  • Fast Ethernet и оптични приемо-предаватели
  • Набираммодеми
  • приемници за цифрова телевизия
  • сензор за оптична мишка
• захранващи микросхеми за електронни устройства - стабилизатори, преобразуватели на напрежение, захранващи ключове и др.;
• цифрови атенюатори;
• вериги с фазово заключване (PLL);
• Генератори и възстановители на честотата на часовниковата синхронизация;
• базови матрични кристали (BMC): съдържа както аналогови, така и цифрови схеми;

Серия чипове

Серийно се произвеждат аналогови и цифрови микросхеми. Серията е група от микросхеми, които имат един дизайн и технологичен дизайн и са предназначени за съвместна употреба. Микросхемите от една и съща серия като правило имат еднакви захранващи напрежения и съвпадат по отношение на входно и изходно съпротивление и нива на сигнала.

Корпуси

Конкретни имена

Правна защита

Руското законодателство предоставя правна защита на топологиите на интегрални схеми. Топологията на интегралната схема е пространствено-геометричното разположение на набор от елементи на интегрална схема и връзките между тях, записани на материален носител (член 1448

Интегрална схема (IC)е микроелектронен продукт, който изпълнява функциите на преобразуване и обработка на сигнали, който се характеризира с плътно опаковане на елементи, така че всички връзки и връзки между елементите да образуват едно цяло.

Неразделна част от ИС са елементи, които действат като електрически и радиоелементи (транзистори, резистори и др.) и не могат да бъдат отделени като самостоятелни продукти. В този случай елементите на IC, които изпълняват функциите на усилване или друго преобразуване на сигнала (диоди, транзистори и др.), Се наричат ​​активни, а елементите, които изпълняват линейна трансферна функция (резистори, кондензатори, индуктори), се наричат ​​пасивни.

Класификация на интегралните схеми:

По метод на производство:

Според степента на интеграция.

Степента на интеграция на една информационна система е показател за сложност, характеризиращ се с броя на елементите и компонентите, които съдържа. Степента на интеграция се определя по формулата

където k е коефициент, който определя степента на интеграция, закръглен до най-близкото по-голямо цяло число, а N е броят на елементите и компонентите, включени в IS.

За количествено характеризиране на степента на интеграция често се използват следните термини: ако k ? 1, IC се нарича проста IC, ако 1< k ? 2 - средней ИС (СИС), если 2 < k ? 4 - большой ИС (БИС), если k ?4 - сверхбольшой ИС (СБИС).

В допълнение към степента на интеграция, друг показател се използва като плътност на опаковане на елементи - броят на елементите (най-често транзистори) на единица площ от кристала. Този показател характеризира главно нивото на технологията, в момента е повече от 1000 елемента / mm 2.

Филмови интегрални схеми- това са интегрални схеми, чиито елементи са нанесени върху повърхността на диелектрична основа под формата на филм. Тяхната особеност е, че те не съществуват в чист вид. Те се използват само за производство на пасивни елементи - резистори, кондензатори, проводници, индуктори.

Ориз. 1. Структура на филмова хибридна интегрална схема: 1, 2 - долна и горна кондензаторни пластини, 3 - диелектричен слой, 4 - проводник за свързване на шина, 5 - монтиран транзистор, 6 - филмов резистор, 7 - щифтов извод, 8 - диелектрична подложка

Хибридните интегрални схеми са тънкослойни микросхеми, състоящи се от пасивни елементи (резистори, кондензатори, подложки) и дискретни активни елементи (диоди, транзистори). Хибридният IC, показан на фиг. 1, е диелектричен субстрат с филмови кондензатори и резистори, приложени към него и прикрепен монтиран транзистор, чиято основа е свързана към горната плоча на кондензатора чрез шина под формата на много тънък проводник.

В полупроводникови ИСВсички елементи и междуелементни връзки са направени в обема и на повърхността на полупроводниковия кристал. Полупроводниковите ИС са плосък полупроводников кристал (субстрат), в повърхностния слой на който с помощта на различни технологични техники се формират локални зони, еквивалентни на елементи на електрическа верига (диоди, транзистори, кондензатори, резистори и др.), обединени по повърхността чрез филмови метални връзки (взаимни връзки).

Подложките на полупроводниковите ИС са кръгли пластини от силициев, германиев или галиев арсенид с диаметър 60 - 150 mm и дебелина 0,2 - 0,4 mm.

Полупроводниковата подложка е групова заготовка (фиг. 2), върху която едновременно се произвеждат голям брой ИС.

Ориз. 2. Групова силиконова пластина: 1 - основен разрез, 2 - отделни кристали (чипове)

След приключване на основните технологични операции се нарязва на части - кристали 2, наричани още чипове. Размерите на кристалните страни могат да бъдат от 3 до 10 мм. Базовият срез 1 на плочата служи за ориентирането й при различни технологични процеси.

Структурите на елементите на полупроводникова ИС - транзистор, диод, резистор и кондензатор, произведени чрез подходящо легиране на локални секции на полупроводника по методи на планарна технология, са показани на фиг. 3, а-д. Планарната технология се характеризира с факта, че всички клеми на IC елементите са разположени в една и съща равнина на повърхността и са едновременно свързани в електрическа верига с помощта на тънкослойни връзки. При планарната технология се извършва групова обработка, т.е. по време на един технологичен процес се произвеждат голям брой интегрални схеми върху субстрати, което осигурява висока технологичност и ефективност, а също така позволява автоматизиране на производството.

Ориз. 3. Структури на елементи на полупроводникова ИС: a - транзистор, b - диод, c - резистор, d - кондензатор, 1 - тънкослоен контакт, 2 - диелектричен слой, H - емитер; 4 - основа, 5 - колектор, 6 - катод, 7 - анод, 8 - изолационен слой; 9 - резистивен слой, 10 - изолационен слой, 11 - плоча, 12, 14 - горни и долни електроди на кондензатора, 13 - диелектричен слой

В комбинирани ИС(фиг. 4), които са разновидност на полупроводниковите, създават полупроводникови и тънкослойни елементи върху силиконова подложка. Предимството на тези схеми е, че е технологично трудно да се произвеждат резистори с дадено съпротивление в твърдо тяло, тъй като зависи не само от дебелината на легирания полупроводников слой, но и от разпределението на съпротивлението по дебелината. Регулирането на съпротивлението до номиналната стойност след производството на резистора също представлява значителни трудности. Полупроводниковите резистори имат забележима температурна зависимост, което усложнява разработването на IC.

Ориз. 4. Структура на комбинирания IC: 1 - филм от силициев диоксид, 2 - диод, 3 - филмови връзки във веригата, 4 - тънкослоен резистор, 5, 6, 7 - горни и долни електроди на тънкослойния кондензатор и диелектрик, 8 - тънкослойни контакти, 9 - транзистор, 10 - силиконова пластина.

Освен това е много трудно да се създадат кондензатори в твърди вещества. За да се разширят номиналните стойности на резистора и кондензатора на полупроводниковите интегрални схеми и да се подобрят характеристиките им на работа, е разработена комбинирана технология, базирана на тънкослойна технология, наречена технология на взаимосвързани вериги. В този случай активните елементи на IC (евентуално някои резистори, които не са критични по отношение на номиналното съпротивление) се произвеждат в тялото на силициевия кристал чрез метода на дифузия, а след това пасивните елементи - резистори, кондензатори и връзки - се произвеждат образувани чрез вакуумно отлагане на филми (както при филмовите ИС).

Елементната база на електрониката се развива с все по-бързи темпове. Всяко поколение, появило се в определен момент, продължава да се усъвършенства в най-обоснованите посоки. Развитието на електронните продукти от поколение на поколение се движи в посока на тяхната функционална сложност, увеличаване на надеждността и експлоатационния живот, намаляване на габаритните размери, тегло, цена и консумация на енергия, опростяване на технологията и подобряване на параметрите на електронното оборудване.

Възникването на микроелектрониката като самостоятелна наука стана възможно благодарение на използването на богатия опит и основата на индустрията, произвеждаща дискретни полупроводникови устройства. Въпреки това, с развитието на полупроводниковата електроника станаха ясни сериозни ограничения в използването на електронни явления и системи, базирани на тях. Следователно микроелектрониката продължава да напредва с бързи темпове както в посока на подобряване на полупроводниковата интегрирана технология, така и в посока на използване на нови физични явления. радиоелектронна интегрална схема

Микроелектронни продукти: интегрални схеми с различна степен на интеграция, микровъзли, микропроцесори, мини- и микрокомпютри - направиха възможно проектирането и промишленото производство на функционално сложно радио и изчислително оборудване, което се различава от оборудването от предишни поколения по-добро параметри, по-висока надеждност и експлоатационен живот, по-кратък разход на енергия и цена. Оборудването, базирано на микроелектронни продукти, се използва широко във всички области на човешката дейност.

Микроелектрониката допринася за създаването на системи за компютърно проектиране, индустриални роботи, автоматизирани и автоматични производствени линии, комуникационно оборудване и много други.

Първи етап

Първият етап включва изобретяването на лампата с нажежаема жичка през 1809 г. от руския инженер Ладигин.

Откриването през 1874 г. от немския учен Браун на изправителния ефект в контактите метал-полупроводник. Използването на този ефект от руския изобретател Попов за откриване на радиосигнали му позволи да създаде първия радиоприемник. За дата на изобретяването на радиото се счита 7 май 1895 г., когато Попов изнася доклад и демонстрация на заседание на отдела по физика на Руското физико-химическо дружество в Санкт Петербург. В различни страни бяха извършени разработки и изследвания на различни видове прости и надеждни детектори на високочестотни вибрации - детектори.

Втора фаза

Вторият етап в развитието на електрониката започва през 1904 г., когато английският учен Флеминг конструира електрически вакуумен диод. Това е последвано от изобретяването на първата усилвателна тръба, триода, през 1907 г.

1913 - 1919 г. е период на бързо развитие на електронните технологии. През 1913 г. немският инженер Майснер разработва схема за тръбен регенеративен приемник и с помощта на триод получава незатихващи хармонични трептения.

В Русия първите радиолампи са произведени през 1914 г. в Санкт Петербург от Николай Дмитриевич Папалекси, консултант на Руското дружество по безжична телеграфия, бъдещ академик на Академията на науките на СССР.

Трети етап

Третият период в развитието на електрониката е периодът на създаване и внедряване на дискретни полупроводникови устройства, който започва с изобретяването на транзистора точка-точка. През 1946 г. в Bell Telephone Laboratory е създадена група, ръководена от Уилям Шокли, която провежда изследвания върху свойствата на полупроводниците върху силиций и Германия. Групата проведе както теоретични, така и експериментални изследвания на физическите процеси на интерфейса между два полупроводника с различни видове електрическа проводимост. В резултат на това са изобретени триелектродни полупроводникови устройства - транзистори. В зависимост от броя на носителите на заряд транзисторите са разделени на:

• - еднополярни (поле), където се използват еднополярни среди.
• - биполярни, където са използвани носители с различна полярност (електрони и дупки).

Изобретяването на транзистора е важен крайъгълен камък в историята на електрониката и затова неговите автори Джон Бардийн, Уолтър Братейн и Уилям Шокли са удостоени с Нобелова награда по физика за 1956 г.

Появата на микроелектрониката

С появата на биполярни полеви транзистори започнаха да се реализират идеи за разработване на малки компютри. На тяхна основа те започнаха да създават бордови електронни системи за авиационна и космическа техника. Тъй като тези устройства съдържаха хиляди отделни електрорадио елементи и непрекъснато се изискваха все повече и повече от тях, възникнаха технически затруднения. С увеличаването на броя на елементите на електронните системи беше практически невъзможно да се осигури тяхната работоспособност веднага след монтажа и да се гарантира в бъдеще надеждността на системите. Проблемът с качеството на монтажните и монтажните работи се превърна в основен проблем за производителите при осигуряване на работоспособността и надеждността на радиоелектронните устройства. Решението на проблема с взаимното свързване беше предпоставка за появата на микроелектрониката. Прототипът на бъдещите микросхеми беше печатна платка, в която всички единични проводници са комбинирани в едно цяло и произведени едновременно по групов метод чрез ецване на медно фолио с равнината на диелектрика от фолио. Единственият вид интеграция в този случай са проводниците. Въпреки че използването на печатни платки не решава проблема с миниатюризацията, то решава проблема с увеличаването на надеждността на взаимовръзките. Технологията за производство на печатни платки не дава възможност за едновременно производство на други пасивни елементи, различни от проводници. Ето защо печатните платки не са се превърнали в интегрални схеми в съвременния смисъл. Дебелослойните хибридни схеми са първите, разработени в края на 40-те години; тяхното производство се основава на вече доказана технология за производство на керамични кондензатори, използвайки метода за нанасяне на пасти, съдържащи сребро и стъклен прах, върху керамичен субстрат чрез шаблони.

Тънкослойната технология за производство на интегрални схеми включва нанасяне на тънки филми от различни материали (проводящи, диелектрични, резистивни) върху гладката повърхност на диелектрични субстрати във вакуум.

Четвърти етап

През 1960 г. Робърт Нойс от Fairchild предлага и патентова идеята за монолитна интегрална схема и, използвайки планарна технология, произвежда първите силициеви монолитни интегрални схеми.

Семейство от монолитни транзисторно-транзисторни логически елементи с четири или повече биполярни транзистора на един силиконов чип беше пуснато от Fairchild още през февруари 1960 г. и беше наречено „micrologics“. Планарната технология на Хорни и монолитната технология на Нойс поставиха основата за разработването на интегрални схеми през 1960 г., първо с биполярни транзистори, а след това през 1965-85 г. върху транзистори с полеви ефекти и комбинации от двете.

Две политически решения, приети през 1961-1962 г. повлияха върху развитието на производството на силициеви транзистори и ИС. Решението на IBM (Ню Йорк) да разработи за обещаващ компютър не феромагнитни устройства за съхранение, а електронни памети (устройства за съхранение), базирани на n-канални полеви транзистори (метал-оксид-полупроводник - MOS). Резултатът от успешното изпълнение на този план беше освобождаването през 1973 г. универсален компютър с MOS памет - IBM-370/158. Директивни решения на Fairchild, предвиждащи разширяване на работата в лабораторията за изследване на полупроводници за изследване на силициеви устройства и материали за тях.

Междувременно през юли 1968 г. Гордън Мур и Робърт Нойс напускат отдела за полупроводници на Fairchild и на 28 юни 1968 г. организират малка компания Intel с дванадесет души, които наемат стая в Маунтин Вю, Калифорния. Задачата, която Мур, Нойс и специалистът по химически технологии, който се присъедини към тях, Андрю Гроув, си поставиха, беше да използват огромния потенциал на интегрирането на голям брой електронни компоненти в един полупроводников чип за създаване на нови видове електронни устройства.

През 1997 г. Андрю Гроув става „човек на годината“, а компанията, която той оглавява, Intel, която се превръща в една от водещите компании в Силиконовата долина в Калифорния, започва да произвежда микропроцесори за 90% от всички персонални компютри на планетата. Появата на интегралните схеми изигра решаваща роля в развитието на електрониката, поставяйки началото на нов етап на микроелектрониката. Микроелектрониката от четвъртия период се нарича схематична, тъй като в състава на основните основни елементи е възможно да се разграничат елементи, еквивалентни на дискретни електрорадио елементи и всяка интегрална схема съответства на определена основна електрическа верига, както за електронните компоненти на оборудването на предишни поколения.

Интегралните схеми започват да се наричат ​​микроелектронни устройства, разглеждани като единичен продукт с висока плътност на елементи, еквивалентни на елементите на конвенционална схема. Сложността на функциите, изпълнявани от микросхемите, се постига чрез увеличаване на степента на интеграция.

Налична електроника

В момента микроелектрониката преминава към качествено ново ниво - наноелектроника.

Наноелектрониката се основава предимно на резултатите от фундаментални изследвания на атомните процеси в нискоразмерни полупроводникови структури. Квантовите точки или системите с нулево измерение са краен случай на системи с намалено измерение, които се състоят от масив от атомни клъстери или острови с нанометров размер в полупроводникова матрица, които показват самоорганизация в епитаксиални хетероструктури.

Една от възможните работи, свързани с наноелектрониката, е създаването на материали и елементи на IR технологията. Те са търсени от индустриалните предприятия и са в основата на създаването в близко бъдеще на „изкуствени“ (технически) системи за зрение с разширен спектрален диапазон, в сравнение с биологичното зрение, в ултравиолетовата и инфрачервената област на спектъра. Системи за техническо зрение и фотонни компоненти върху наноструктури, способни да приемат и обработват огромни количества информация, ще станат основата на фундаментално нови телекомуникационни устройства, системи за мониторинг на околната среда и космоса, термични изображения, нанодиагностика, роботика, прецизни оръжия, оборудване за борба с тероризма, и т.н. Използването на полупроводникови наноструктури значително ще намали размера на устройствата за наблюдение и запис, ще намали консумацията на енергия, ще подобри разходните характеристики и ще направи възможно използването на масовото производство в микро- и наноелектрониката на близкото бъдеще.

Първи интегрални схеми

Посвещава се на 50-годишнината от официалната дата

Б. Малашевич

На 12 септември 1958 г. служителят на Texas Instruments (TI) Джак Килби демонстрира на ръководството три странни устройства - устройства, направени от две парчета силиций с размери 11,1 х 1,6 мм, залепени заедно с пчелен восък върху стъклена подложка (фиг. 1). Това бяха триизмерни макети - прототипи на интегрална схема (IC) на генератора, доказващи възможността за производство на всички елементи на веригата на базата на един полупроводников материал. Тази дата се отбелязва в историята на електрониката като рожден ден на интегралните схеми. Но дали е така?

Ориз. 1. Оформление на първия IP от J. Kilby. Снимка от сайта http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

До края на 50-те години на миналия век технологията за сглобяване на електронно оборудване (REA) от отделни елементи е изчерпала своите възможности. Светът беше изпаднал в остра криза на REA, бяха необходими радикални мерки. По това време интегрираните технологии за производство както на полупроводникови устройства, така и на дебелослойни и тънкослойни керамични платки вече бяха промишлено усвоени в САЩ и СССР, т.е. бяха назрели предпоставките за преодоляване на тази криза чрез създаване на многоелементни стандартни продукти - интегрални схеми.

Интегралните схеми (чипове, ИС) включват електронни устройства с различна сложност, в които всички подобни елементи се произвеждат едновременно в един технологичен цикъл, т.е. използване на интегрирана технология. За разлика от печатните платки (в които всички свързващи проводници се произвеждат едновременно в един цикъл с помощта на интегрирана технология), резисторите, кондензаторите и (в полупроводниковите ИС) диодите и транзисторите са формирани по подобен начин в ИС. В допълнение, много интегрални схеми се произвеждат едновременно, от десетки до хиляди.

ИС се разработват и произвеждат от индустрията под формата на серии, съчетаващи редица микросхеми с различни функционални цели, предназначени за съвместно използване в електронно оборудване. ИС от серията имат стандартен дизайн и унифицирана система от електрически и други характеристики. ИС се доставят от производителя на различни потребители като независими търговски продукти, които отговарят на определена система от стандартизирани изисквания. ИС са продукти, които не подлежат на ремонт; при ремонт на електронно оборудване повредените ИС се сменят.

Има две основни групи интегрални схеми: хибридни и полупроводникови.

В хибридните интегрални схеми (HIC) всички проводници и пасивни елементи се формират върху повърхността на субстрата на микросхемата (обикновено керамичен), като се използва интегрирана технология. Активните елементи под формата на диоди, транзистори и полупроводникови IC кристали се инсталират върху подложката индивидуално, ръчно или автоматично.

В полупроводниковите ИС свързващите, пасивните и активните елементи се формират в един технологичен цикъл върху повърхността на полупроводников материал (обикновено силиций) с частично нахлуване в обема му с помощта на дифузионни методи. В същото време на една полупроводникова пластина, в зависимост от сложността на устройството и размера на нейния кристал и пластина, се произвеждат от няколко десетки до няколко хиляди ИС. Индустрията произвежда полупроводникови интегрални схеми в стандартни опаковки, под формата на отделни чипове или под формата на неразделени пластини.

Въвеждането на хибридни (GIS) и полупроводникови интегрални схеми в света се случи по различни начини. GIS е продукт на еволюционното развитие на микромодулите и технологията за монтаж на керамични плоскости. Следователно те се появиха незабелязани, няма общоприета дата на раждане на ГИС и няма общопризнат автор. Полупроводниковите ИС бяха естествен и неизбежен резултат от развитието на полупроводниковата технология, но те изискваха генериране на нови идеи и създаване на нови технологии, които имат свои дати на раждане и свои автори. Първите хибридни и полупроводникови ИС се появяват в СССР и САЩ почти едновременно и независимо една от друга.

Първите хибридни интегрални схеми

Хибридните ИС включват ИС, чието производство съчетава интегралната технология за производство на пасивни елементи с индивидуална (ръчна или автоматизирана) технология за инсталиране и сглобяване на активни елементи.

Още в края на 40-те години на миналия век компанията Centralab в САЩ разработи основните принципи за производство на печатни платки на основата на дебелослойна керамика, които след това бяха разработени от други компании. Основата беше технологията на производство на печатни платки и керамични кондензатори. От печатни платки взехме интегрирана технология за формиране на топологията на свързващите проводници - ситопечат. От кондензатори - материалът на субстрата (керамика, често ситал), както и материалите на пастите и термичната технология на тяхното фиксиране върху субстрата.

А в началото на 50-те години на миналия век компанията RCA изобрети технологията за тънък слой: чрез пръскане на различни материали във вакуум и нанасянето им през маска върху специални субстрати, те се научиха как едновременно да произвеждат много миниатюрни филми, свързващи проводници, резистори и кондензатори на един керамичен субстрат.

В сравнение с дебелослойната технология, тънкослойната технология предоставя възможност за по-прецизно производство на топологични елементи с по-малък размер, но изисква по-сложно и скъпо оборудване. Устройствата, произведени върху керамични платки с помощта на дебелослойна или тънкослойна технология, се наричат ​​„хибридни схеми“. Хибридните схеми се произвеждат като компоненти на продукти от собствено производство; всеки производител има свой собствен дизайн, размери и функционални цели; те не навлизат на свободния пазар и следователно са малко известни.

Хибридните вериги също нахлуха в микромодулите. Първоначално те използваха дискретни пасивни и активни миниатюрни елементи, обединени от традиционно печатно окабеляване. Технологията на сглобяване беше сложна, с голям дял ръчен труд. Следователно микромодулите бяха много скъпи и използването им беше ограничено до бордовото оборудване. Тогава бяха използвани миниатюрни керамични шалове с дебел филм. След това резисторите започнаха да се произвеждат по технология с дебел филм. Но използваните диоди и транзистори все още бяха дискретни, индивидуално опаковани.

Микромодулът се превърна в хибридна интегрална схема в момента, в който в него бяха използвани неопаковани транзистори и диоди и структурата беше запечатана в общ корпус. Това направи възможно значително автоматизиране на процеса на тяхното сглобяване, рязко намаляване на цените и разширяване на обхвата на приложение. Въз основа на метода на формиране на пасивни елементи се разграничават дебелослойни и тънкослойни ГИС.

Първата ГИС в СССР

Първите ГИС (модули от типа „Квант“, по-късно обозначени като ИС серия 116) в СССР са разработени през 1963 г. в НИИРЕ (по-късно НПО Ленинец, Ленинград) и през същата година неговият пилотен завод започва серийното им производство. В тези ГИС като активни елементи са използвани полупроводникови ИС „R12-2“, разработени през 1962 г. от завода за полупроводникови устройства в Рига. Поради неразривността на историите на създаването на тези ИС и техните характеристики, ще ги разгледаме заедно в раздела, посветен на P12-2.

Несъмнено модулите Kvant бяха първите в света на ГИС с двустепенна интеграция - те използваха полупроводникови ИС, а не дискретни опаковани транзистори като активни елементи. Вероятно те са и първите в света на ГИС - структурно и функционално завършени многоелементни продукти, доставяни на потребителя като независим търговски продукт. Най-ранните чуждестранни подобни продукти, идентифицирани от автора, са SLT модулите на IBM Corporation, описани по-долу, но те бяха обявени през следващата година, 1964 г.

Първата ГИС в САЩ

Появата на дебелослойна ГИС като основна елементна база на новия компютър IBM System /360 беше обявена за първи път от IBM през 1964 г. Изглежда, че това беше първото използване на ГИС извън СССР; авторът не успя да намери по-ранни примери .

Вече известни по това време в специализираните кръгове, серията полупроводникови ИС “Micrologic” от Fairchild и “SN-51” от TI (ще говорим за тях по-долу) бяха все още недостъпни редки и непосилно скъпи за търговски приложения, като например изграждането на голям компютър. Ето защо корпорацията IBM, като взе за основа дизайна на плосък микромодул, разработи своята серия от дебелослойни ГИС, обявени под общото име (за разлика от „микромодули“) - „SLT модули“ (Solid Logic Technology - solid логическа технология. Обикновено думата "солид" се превежда на руски като "твърд", което е абсолютно нелогично. Всъщност терминът "SLT модули" е въведен от IBM за разлика от термина "микромодул" и трябва да отразява тяхната разлика. Но и двете модулите са „твърди“, т.е. този превод не е Думата „твърд“ има други значения – „твърд“, „цял“, които успешно подчертават разликата между „SLT-модули“ и „микромодули“ - SLT-модулите са неделими, „цял“. Ние не използвахме общоприетия превод на руски: Solid Logic Technology - технология на солидна логика).

Модулът SLT беше половин инчова квадратна керамична дебелослойна микроплака с притиснати вертикални щифтове. Свързващи проводници и резистори бяха нанесени върху повърхността му с помощта на копринен печат (според схемата на устройството, което се изпълнява), и бяха инсталирани неопаковани транзистори. Кондензаторите, ако е необходимо, бяха инсталирани до SLT модула на платката на устройството. Въпреки че външно са почти идентични (микромодулите са малко по-високи, фиг. 2.), SLT модулите се различават от плоските микромодули по по-висока плътност на елементите, ниска консумация на енергия, висока производителност и висока надеждност. В допълнение, технологията SLT беше доста лесна за автоматизиране, поради което те можеха да бъдат произведени в огромни количества на достатъчно ниска цена за използване в търговско оборудване. Точно от това се нуждаеше IBM. Компанията построи автоматизиран завод в East Fishkill близо до Ню Йорк за производство на SLT модули, който ги произвежда в милиони копия.

Ориз. 2. Микромодул на СССР и SLT модул f. IBM. Снимка STL от сайта http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

След IBM други компании започнаха да произвеждат ГИС, за които ГИС стана търговски продукт. Стандартният дизайн на плоски микромодули и SLT модули от IBM се превърна в един от стандартите за хибридни ИС.

Първите полупроводникови ИС

До края на 50-те години индустрията имаше всички възможности да произвежда евтини елементи на електронно оборудване. Но ако транзисторите или диодите са направени от германий и силиций, тогава резисторите и кондензаторите са направени от други материали. Мнозина тогава вярваха, че при създаването на хибридни схеми няма да има проблеми при сглобяването на тези елементи, произведени отделно. И ако е възможно да се произвеждат всички елементи със стандартен размер и форма и по този начин да се автоматизира процесът на сглобяване, тогава цената на оборудването ще бъде значително намалена. Въз основа на тези разсъждения привържениците на хибридната технология я смятат за обща посока за развитие на микроелектрониката.

Но не всички споделяха това мнение. Факт е, че меза транзисторите и особено планарните транзистори, вече създадени от този период, бяха адаптирани за групова обработка, при която редица операции за производство на много транзистори на една субстратна плоча се извършват едновременно. Тоест много транзистори са произведени наведнъж на една полупроводникова пластина. След това плочата беше нарязана на отделни транзистори, които бяха поставени в отделни кутии. И тогава производителят на хардуер комбинира транзисторите на една печатна платка. Имаше хора, които смятаха този подход за смешен - защо да разделяте транзисторите и след това да ги свързвате отново. Възможно ли е да ги комбинирате веднага върху полупроводникова пластина? В същото време се отървете от няколко сложни и скъпи операции! Тези хора излязоха с полупроводникови интегрални схеми.

Идеята е изключително проста и напълно очевидна. Но, както често се случва, само след като някой първи го обяви и го докаже. Той доказа, че просто обявяването му често не е достатъчно, както в този случай. Идеята за IC е обявена през 1952 г., преди появата на групови методи за производство на полупроводникови устройства. На годишната конференция за електронни компоненти, проведена във Вашингтон, служителят на британския кралски радарен офис в Малвърн Джефри Дъмър представи доклад за надеждността на радарните компоненти. В доклада той направи пророческо изявление: „ С появата на транзистора и работата в областта на полупроводниковите технологии обикновено е възможно да си представим електронно оборудване под формата на солиден блок, който не съдържа свързващи проводници. Блокът може да се състои от слоеве от изолационни, проводящи, коригиращи и подсилващи материали, в които определени области са изрязани, така че да могат директно да изпълняват електрически функции.. Но тази прогноза остана незабелязана от експертите. За това се сетиха едва след появата на първите полупроводникови ИС, тоест след практическото доказване на една отдавна рекламирана идея. Някой трябваше да бъде първият, който преоткри и внедри идеята за полупроводникови интегрални схеми.

Както в случая с транзистора, общопризнатите създатели на полупроводникови интегрални схеми имаха повече или по-малко успешни предшественици. Самият Дамер прави опит да реализира идеята си през 1956 г., но не успява. През 1953 г. Харвик Джонсън от RCA получава патент за осцилатор с един чип, а през 1958 г., заедно с Торкел Уолмарк, обявява концепцията за „полупроводниково интегрирано устройство“. През 1956 г. Рос, служител на Bell Labs, произвежда двоична верига на брояча, базирана на n-p-n-p структури в един единствен кристал. През 1957 г. Ясуро Тару от японската компания MITI получава патент за комбиниране на различни транзистори в един кристал. Но всички тези и други подобни разработки бяха от частен характер, не бяха доведени до производство и не станаха основа за развитието на интегрирана електроника. Само три проекта допринесоха за развитието на ИС в индустриалното производство.

Щастливците бяха вече споменатият Джак Килби от Texas Instruments (TI), Робърт Нойс от Fairchild (и двамата от САЩ) и Юрий Валентинович Осокин от конструкторското бюро на Рижския завод за полупроводникови устройства (СССР). Американците създадоха експериментални образци на интегрални схеми: Дж. Килби - прототип на IC генератор (1958 г.), а след това тригер на меза транзистори (1961 г.), Р. Нойс - тригер, използващ планарна технология (1961 г.) и Ю. Osokin – логичният IC “2NOT-OR” веднага влиза в масово производство в Германия (1962). Тези компании започват серийно производство на IP почти едновременно, през 1962 г.

Първите полупроводникови интегрални схеми в САЩ

IP от Джак Килби. серия IS SN - 51”

През 1958 г. J. Kilby (пионер в използването на транзистори в слуховите апарати) се премества в Texas Instruments. Новодошлият Килби, като дизайнер на схеми, беше „хвърлен“ в подобряването на микромодулния пълнеж на ракетите чрез създаване на алтернатива на микромодулите. Разгледа се вариантът за сглобяване на блокове от детайли със стандартна форма, подобно на сглобяването на модели играчки от LEGO фигури. Килби обаче беше очарован от нещо друго. Решаваща роля изигра ефектът на „свеж поглед“: първо, той веднага заяви, че микромодулите са задънена улица, и второ, възхищавайки се на меза структурите, той стигна до идеята, че веригата трябва (и може) да бъде изпълнени от един материал - полупроводник. Килби знае за идеята на Дъмър и неуспешния му опит да я реализира през 1956 г. След като анализира, той разбира причината за провала и намира начин да го преодолее. “ Моята заслуга е, че взех тази идея и я превърнах в реалност.”, каза Дж. Килби по-късно в Нобеловата си реч.

Тъй като все още не е спечелил правото да напусне, той работеше в лабораторията без намеса, докато всички почиваха. На 24 юли 1958 г. Килби формулира концепция в лабораторно списание, наречена Monolithic Idea. Същността му беше, че „. ..елементи на веригата като резистори, кондензатори, разпределени кондензатори и транзистори могат да бъдат интегрирани в един чип - при условие, че са направени от един и същ материал... В схемата на тригер всички елементи трябва да бъдат направени от силиций, като резисторите използват обемното съпротивление на силиция, а кондензаторите - капацитета на p-n преходите". „Идеята за монолит“ се срещна със снизходително и иронично отношение от страна на ръководството на Texas Instruments, което поиска доказателство за възможността за производство на транзистори, резистори и кондензатори от полупроводник и работоспособността на схема, сглобена от такива елементи.

През септември 1958 г. Килби реализира идеята си - той прави генератор от две парчета германий с размери 11,1 х 1,6 mm, залепени с пчелен восък върху стъклена подложка, съдържаща два вида дифузионни области (фиг. 1). Той използва тези зони и съществуващите контакти, за да създаде генераторна верига, свързвайки елементите с тънки златни жици с диаметър 100 микрона, използвайки термокомпресионно заваряване. От едната област е създаден мезатранзистор, а от другата - RC верига. Сглобените три генератора бяха демонстрирани на ръководството на компанията. Когато захранването беше свързано, те започнаха да работят на честота от 1,3 MHz. Това се случи на 12 септември 1958 г. Седмица по-късно Килби прави усилвател по подобен начин. Но това все още не бяха интегрирани структури, това бяха триизмерни макети на полупроводникови интегрални схеми, доказващи идеята за производство на всички елементи на веригата от един материал - полупроводник.

Ориз. 3. Спусък тип 502 J. Kilby. Снимка от сайта http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Първата наистина интегрирана схема на Kilby, направена от едно парче монолитен германий, беше експерименталната тригерна IC тип 502 (фиг. 3). Той използва както обемното съпротивление на германия, така и капацитета на p-n прехода. Представянето му се състоя през март 1959 г. Малък брой такива ИС са произведени в лабораторни условия и са продадени на тесен кръг за 450 долара. IC съдържаше шест елемента: четири меза транзистора и два резистора, поставени върху силиконова пластина с диаметър 1 см. Но Килби IC имаше сериозен недостатък - меза транзистори, които под формата на микроскопични „активни“ колони се извисяваха над почивка, "пасивна" част от кристала. Свързването на меса колони една с друга в Kilby IS се извършва чрез кипене на тънки златни жици - „космата технология“, мразена от всички. Стана ясно, че с такива връзки не може да се направи микросхема с голям брой елементи - телената мрежа ще се скъса или ще се свърже отново. А германият по това време вече се смяташе за неперспективен материал. Нямаше пробив.

По това време Феърчайлд е разработил планарна силиконова технология. Като се има предвид всичко това, Texas Instruments трябваше да остави настрана всичко, което Килби беше направил, и да започне, без Килби, да разработи серия от интегрални схеми, базирани на планарна силициева технология. През октомври 1961 г. компанията обяви създаването на серия от ИС от типа SN-51, а през 1962 г. започна тяхното масово производство и доставки в интерес на Министерството на отбраната на САЩ и НАСА.

IP от Робърт Нойс. серия ISMicrologic”

През 1957 г. поради редица причини У. Шокли, изобретателят на планарния транзистор, напуска група от осем млади инженери, които искат да се опитат да реализират собствените си идеи. „Осемте предатели“, както ги нарича Шокли, чиито лидери са Р. Нойс и Г. Мур, основават компанията Fairchild Semiconductor („красиво дете“). Компанията се оглавява от Робърт Нойс, тогава той е на 23 години.

В края на 1958 г. физикът Д. Хорни, който работи във Fairchild Semiconductor, разработи планарна технология за производство на транзистори. Роденият в Чехия физик Курт Леховец, който е работил в Sprague Electric, разработи техника за използване на обратно свързан n-p преход за електрическо изолиране на компоненти. През 1959 г. Робърт Нойс, след като чува за дизайна на IC на Килби, решава да се опита да създаде интегрална схема чрез комбиниране на процесите, предложени от Хорни и Леховец. И вместо „космата технология“ на връзките, Нойс предложи селективно отлагане на тънък слой метал върху изолираните със силициев диоксид полупроводникови структури с връзка към контактите на елементите през дупки, оставени в изолационния слой. Това направи възможно „потапянето“ на активните елементи в тялото на полупроводника, изолирането им със силициев оксид и след това свързването на тези елементи с разпръснати писти от алуминий или злато, които се създават с помощта на процесите на фотолитография, метализация и ецване при последният етап от производството на продукта. По този начин беше получена наистина „монолитна“ версия на комбиниране на компоненти в една верига и новата технология беше наречена „планарна“. Но първо трябваше да се тества идеята.

Ориз. 4. Експериментален тригер от Р. Нойс. Снимка от сайта http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Ориз. 5. Снимка на Micrologic IC в списание Life. Снимка от сайта http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

През август 1959 г. Р. Нойс възлага на Joy Last да разработи версия на IC, базирана на планарна технология. Първо, подобно на Килби, те направиха прототип на тригер върху няколко силициеви кристала, върху който бяха направени 4 транзистора и 5 резистора. Тогава, на 26 май 1960 г., е произведен първият тригер с един чип. За да се изолират елементите в нея, върху задната страна на силиконовата пластина са гравирани дълбоки бразди и запълнени с епоксидна смола. На 27 септември 1960 г. е произведена трета версия на тригера (фиг. 4), в която елементите са изолирани чрез обратно свързан p-n преход.

До този момент Fairchild Semiconductor се занимаваше само с транзистори; не разполагаше с дизайнери на схеми за създаване на полупроводникови интегрални схеми. Затова Робърт Норман от Sperry Gyroscope е поканен като дизайнер на вериги. Норман беше запознат с резисторно-транзисторната логика, която компанията, по негово предложение, избра като основа за бъдещата си серия микросхеми "Micrologic", която намери първото си приложение в оборудването на ракетата Minuteman. През март 1961 г. Fairchild обяви първия експериментален IC от тази серия (F-тригер, съдържащ шест елемента: четири биполярни транзистора и два резистора, поставени върху плоча с диаметър 1 cm) с публикуването на неговата снимка (фиг. 5 ) в списанието живот(от 10 март 1961 г.). През октомври бяха обявени още 5 IP. А от началото на 1962 г. Fairchild започва масово производство на ИС и доставката им също в интерес на Министерството на отбраната на САЩ и НАСА.

Килби и Нойс трябваше да изслушат много критики относно своите иновации. Смяташе се, че практическият добив на подходящи интегрални схеми ще бъде много нисък. Ясно е, че трябва да е по-нисък от този на транзисторите (тъй като съдържа няколко транзистора), за които тогава не беше по-висок от 15%. Второ, мнозина вярваха, че в интегралните схеми са използвани неподходящи материали, тъй като по това време резисторите и кондензаторите не са били направени от полупроводници. Трето, мнозина не можаха да приемат идеята за непоправимост на IP. Струваше им се богохулство да изхвърлят продукт, в който само един от многото елементи е повреден. Всички съмнения постепенно бяха отхвърлени, когато интегралните схеми бяха успешно използвани в американските военни и космически програми.

Един от основателите на Fairchild Semiconductor Г. Мур формулира основния закон за развитието на силициевата микроелектроника, според който броят на транзисторите в кристала на интегралната схема се удвоява всяка година. Този закон, наречен „закон на Мур“, действаше доста ясно през първите 15 години (започвайки от 1959 г.), а след това това удвояване се случи за около година и половина.

Освен това IP индустрията в Съединените щати започна да се развива с бързи темпове. В Съединените щати започна лавинообразен процес на възникване на предприятия, ориентирани изключително „за равнина“, понякога достигайки точката, че се регистрират дузина компании на седмица. Стремейки се към ветерани (фирмите на У. Шокли и Р. Нойс), както и благодарение на данъчните стимули и услугите, предоставени от Станфордския университет, „новодошлите“ се струпват главно в долината Санта Клара (Калифорния). Ето защо не е изненадващо, че през 1971 г., с леката ръка на журналиста и популяризатор на техническите иновации Дон Хофлер, романтично-технологичният образ на „Силиконовата долина“ влезе в обращение, завинаги ставайки синоним на Меката на полупроводниковата технологична революция. Между другото, в този район наистина има долина, която преди беше известна с многобройните си кайсиеви, черешови и сливови овощни градини, която преди появата на компанията Shockley имаше друго, по-приятно име - Долината на насладата на сърцето, сега, за съжаление , почти забравен.

През 1962 г. в Съединените щати започва масово производство на интегрални схеми, въпреки че обемът на доставките им до клиенти възлиза само на няколко хиляди. Най-силният стимул за развитието на инструменталната и електронната индустрия на нова основа беше ракетната и космическата технология. Тогава Съединените щати не разполагаха със същите мощни междуконтинентални балистични ракети като съветските и за да увеличат заряда, бяха принудени да минимизират масата на носителя, включително системите за управление, чрез въвеждането на най-новите постижения в електронните технологии . Texas Instrument и Fairchild Semiconductor са сключили големи договори за проектиране и производство на интегрални схеми с Министерството на отбраната на САЩ и НАСА.

Първите полупроводникови ИС в СССР

До края на 50-те години на миналия век съветската индустрия беше толкова отчаяна за полупроводникови диоди и транзистори, че бяха необходими радикални мерки. През 1959 г. са основани заводи за полупроводникови устройства в Александров, Брянск, Воронеж, Рига и др. През януари 1961 г. ЦК на КПСС и Съветът на министрите на СССР приемат друга Резолюция „За развитието на полупроводниковата индустрия“, която предвижда изграждане на заводи и изследователски институти в Киев, Минск, Ереван, Налчик и други градове.

Ще се интересуваме от една от новите фабрики - гореспоменатия Рижски завод за полупроводникови устройства (RZPP, той променя имената си няколко пъти, за простота използваме най-известния, който все още работи днес). Сградата на строящия се кооперативен техникум с площ от 5300 м2 беше определена като стартова площадка за новия завод, като в същото време започна изграждането на специална сграда. До февруари 1960 г. заводът вече е създал 32 услуги, 11 лаборатории и пилотно производство, което започва през април, за да се подготви за производството на първите устройства. В завода вече работят 350 души, 260 от които през годината са изпратени да учат в Московския научноизследователски институт-35 (по-късно Изследователски институт Пулсар) и Ленинградския завод Светлана. И до края на 1960 г. броят на служителите достига 1900 души. Първоначално технологичните линии бяха разположени в преустроената спортна зала на сградата на кооперативния техникум, а лабораториите на ОКБ бяха разположени в бившите класни стаи. Заводът произвежда първите устройства (сплавно-дифузионни и преобразуващи германиеви транзистори П-401, П-403, П-601 и П-602, разработка на НИИ-35) 9 месеца след подписването на заповедта за създаването му, през март 1960 г. И до края на юли той произвежда първите хиляда транзистора P-401. След това усвоява производството на много други транзистори и диоди. През юни 1961 г. е завършено изграждането на специална сграда, в която започва масовото производство на полупроводникови устройства.

От 1961 г. заводът започва самостоятелна технологична и развойна работа, включително механизация и автоматизация на производството на транзистори на базата на фотолитография. За тази цел е разработен първият домашен фоторетранслатор (фотопечат) - инсталация за комбиниране и контактен фотопечат (разработен от A.S. Gotman). Голяма помощ при финансирането и производството на уникално оборудване беше предоставена от предприятия на Министерството на радиоиндустрията, включително KB-1 (по-късно NPO Almaz, Москва) и NIIRE. По това време най-активните разработчици на малко радиооборудване, без собствена технологична база за полупроводници, търсеха начини за творческо взаимодействие с новосъздадените фабрики за полупроводници.

В RZPP се извършва активна работа за автоматизиране на производството на германиеви транзистори от типа P401 и P403 на базата на производствената линия Ausma, създадена от завода. Неговият главен дизайнер (GC) A.S. Готман предложи да се направят токопроводими пътища по повърхността на германий от електродите на транзистора до периферията на кристала, за да се улесни заваряването на проводниците на транзистора в корпуса. Но най-важното е, че тези писти могат да се използват като външни клеми на транзистора, когато се сглобяват в платки (съдържащи свързващи и пасивни елементи) без опаковка, като ги запояват директно към съответните контактни площадки (всъщност технологията за създаване на хибридни интегрални схеми беше предложен). Предложеният метод, при който тоководещите пътеки на кристала сякаш целуват контактните площадки на платката, получи оригиналното име - „технология на целуване“. Но поради редица технологични проблеми, които се оказаха неразрешими по това време, свързани главно с проблеми с точността на получаване на контакти на печатна платка, не беше възможно практическото прилагане на „технологията на целувката“. Няколко години по-късно подобна идея беше реализирана в САЩ и СССР и намери широко приложение в т. нар. “ball leads” и в технологията “chip-to-board”.

Въпреки това хардуерните компании, които си сътрудничат с RZPP, включително NIIRE, се надяваха на „технология за целувки“ и планираха нейното използване. През пролетта на 1962 г., когато стана ясно, че изпълнението му се отлага за неопределено време, главният инженер на NIIRE V.I. Смирнов попита директора на RZPP S.A. Бергман да намери друг начин за реализиране на многоелементна 2NOR схема, универсална за изграждане на цифрови устройства.

Ориз. 7. Еквивалентна схема на IC R12-2 (1LB021). Чертеж от проспекта на IP от 1965 г.

Първите ИС и ГИС от Юрий Осокин. Солидна схема R12-2(серия IS 102 И 116 )

Директорът на RZPP поверява тази задача на младия инженер Юрий Валентинович Осокин. Организирахме отдел, състоящ се от технологична лаборатория, лаборатория за разработка и производство на фото маски, измервателна лаборатория и пилотна производствена линия. По това време технологията за производство на германиеви диоди и транзистори беше доставена на RZPP и беше взета като основа за новата разработка. И още през есента на 1962 г. бяха получени първите прототипи на германиевата твърда верига 2NOT-OR (тъй като тогава терминът IS не съществуваше, от уважение към делата от онези дни, ще запазим името „твърда верига“ - TS), който получи фабричното обозначение „P12-2“. Запазена е рекламна книжка от 1965 г. на P12-2 (фиг. 6), информация и илюстрации от която ще използваме. TS R12-2 съдържа два германиеви p - n - p -транзистора (модифицирани транзистори от тип P401 и P403) с общ товар под формата на разпределен германиев p-тип резистор (фиг. 7).

Ориз. 8. Структура на IC R12-2. Чертеж от проспекта на IP от 1965 г.

Ориз. 9. Чертеж с размери на превозно средство R12-2. Чертеж от проспекта на IP от 1965 г.

Външните проводници се образуват чрез термокомпресионно заваряване между германиеви области на TC структурата и златото на водещите проводници. Това осигурява стабилна работа на веригите при външни влияния в условия на тропическа и морска мъгла, което е особено важно за работата във военноморските квазиелектронни автоматични телефонни централи, произведени от завода VEF в Рига, който също се интересуваше от това развитие.

Конструктивно R12-2 TS (и последващият R12-5) са направени под формата на „таблетка“ (фиг. 9) от кръгла метална чаша с диаметър 3 mm и височина 0,8 mm. Кристалът ТС беше поставен в него и запълнен с полимерно съединение, от което произлизаха късите външни краища на изводите, изработени от мека златна тел с диаметър 50 микрона, заварени към кристала. Масата на P12-2 не надвишава 25 mg. В този дизайн превозните средства са устойчиви на относителна влажност от 80% при околна температура от 40 ° C и на циклични температурни промени от -60 ° до 60 ° C.

До края на 1962 г. пилотното производство на RZPP произвежда около 5 хиляди автомобила R12-2, а през 1963 г. са направени няколко десетки хиляди от тях. Така 1962 г. става година на раждане на микроелектронната индустрия в САЩ и СССР.

Ориз. 10. Групи TS R12-2

Ориз. 11. Основни електрически характеристики на R12-2

Тогава полупроводниковата технология беше в начален стадий и все още не гарантираше стриктна повторяемост на параметрите. Следователно работещите устройства бяха сортирани в групи от параметри (това често се прави в наше време). Жителите на Рига направиха същото, като инсталираха 8 стандартни оценки на автомобила R12-2 (фиг. 10). Всички други електрически и други характеристики са еднакви за всички стандартни номинални стойности (Фиг. 11).

Производството на TS R12-2 започва едновременно с научноизследователската и развойна дейност „Твърдост“, която завършва през 1964 г. (GK Yu.V. Osokin). Като част от тази работа беше разработена подобрена групова технология за серийно производство на превозни средства с германий, базирана на фотолитография и галванично отлагане на сплави чрез фотомаска. Основните му технически решения са регистрирани като изобретение на Ю. В. Осокин. и Михалович Д.Л. (A.S. № 36845). В класифицираното списание „Спецрадиоелектроника“ бяха публикувани няколко статии на Ю.В. Осокина в сътрудничество със специалисти от КБ-1 И.В. Нищо, G.G. Смолко и Ю.Е. Наумов с описание на конструкцията и характеристиките на превозното средство R12-2 (и последващото превозно средство R12-5).

Дизайнът на P12-2 беше добър във всичко, с изключение на едно нещо - потребителите не знаеха как да използват толкова малки продукти с най-тънките проводници. По правило хардуерните компании нямаха нито технологията, нито оборудването за това. През целия период на производство на R12-2 и R12-5 тяхното използване беше усвоено от NIIRE, Жигулевския радиозавод на Министерството на радиоиндустрията, VEF, NIIP (от 1978 г. NPO Radiopribor) и няколко други предприятия. Разбирайки проблема, разработчиците на TS, заедно с NIIRE, веднага се сетиха за второ ниво на дизайн, което в същото време увеличи плътността на оформлението на оборудването.

Ориз. 12. Модул от 4 автомобила R12-2

През 1963 г. в NIIRE, в рамките на проектно-развойната работа на Kvant (GK A.N. Pelipenko, с участието на E.M. Lyakhovich), е разработен модулен дизайн, който комбинира четири превозни средства R12-2 (фиг. 12). От две до четири устройства R12-2 (в корпус) бяха поставени върху микроплатка, изработена от тънко фибростъкло, която колективно изпълняваше определен функционален възел. До 17 пина (броят варира за конкретен модул) с дължина 4 мм бяха притиснати върху платката. Микроплатката беше поставена в щампована метална чаша с размери 21,6 ? 6,6 мм и 3,1 мм дълбочина и запълнена с полимерна смес. Резултатът е хибридна интегрална схема (HIC) с двойно запечатване на елементите. И както вече казахме, това беше първата в света ГИС с двустепенна интеграция и може би първата ГИС изобщо. Бяха разработени осем вида модули с общо наименование „Квант“, които изпълняваха различни логически функции. Като част от такива модули, превозните средства R12-2 остават в експлоатация, когато са изложени на постоянни ускорения до 150 g и вибрационни натоварвания в честотния диапазон от 5–2000 Hz с ускорение до 15 g.

Модулите Kvant бяха произведени първо от пилотното производство на NIIRE, а след това бяха прехвърлени в Жигулевския радиозавод на Министерството на радиоиндустрията на СССР, който ги доставяше на различни потребители, включително завода VEF.

TS R12-2 и базираните на тях модули „Квант“ са се доказали добре и се използват широко. През 1968 г. е издаден стандарт, установяващ единна система за обозначаване на интегрални схеми в страната, а през 1969 г. Общи технически спецификации за полупроводникови (NP0.073.004TU) и хибридни (NP0.073.003TU) ИС с единна система от изисквания . В съответствие с тези изисквания Централното бюро за прилагане на интегрални схеми (ЦБПИМС, по-късно CDB Дейтън, Зеленоград) на 6 февруари 1969 г. одобри нови технически спецификации ShT3.369.001-1TU за превозното средство. В същото време в обозначението на продукта за първи път се появява терминът „интегрална схема“ от серия 102. TS R12-2 започва да се нарича IS: 1LB021V, 1LB021G, 1LB021Zh, 1LB021I. Всъщност това беше една IC, сортирана в четири групи според изходното напрежение и товароносимостта.

Ориз. 13. ИС от серии 116 и 117

И на 19 септември 1970 г. ЦБПИМС одобри техническите спецификации AB0.308.014TU за модулите Kvant, обозначени като IS серия 116 (фиг. 13). Серията включва девет ИС: 1ХЛ161, 1ХЛ162 и 1ХЛ163 – многофункционални цифрови схеми; 1LE161 и 1LE162 – два и четири логически елемента 2NOR; 1TP161 и 1TP1162 – един и два тригера; 1UP161 – усилвател на мощност, както и 1LP161 – логически елемент “забрана” за 4 входа и 4 изхода. Всяка от тези интегрални схеми имаше от четири до седем варианта на дизайн, различаващи се по напрежение на изходния сигнал и капацитет на натоварване, за общо 58 типа интегрални схеми. Дизайните бяха маркирани с буква след цифровата част на обозначението IS, например 1ХЛ161ж. Впоследствие гамата от модули се разширява. ИС от серия 116 всъщност бяха хибридни, но по искане на RZPP те бяха етикетирани като полупроводникови (първата цифра в обозначението е "1", хибридните трябва да имат "2").

През 1972 г. със съвместно решение на Министерството на електронната промишленост и Министерството на радиоиндустрията производството на модули е прехвърлено от Жигулевския радиозавод към RZPP. Това елиминира възможността за транспортиране на IC от серия 102 на дълги разстояния, така че те изоставиха необходимостта да запечатват матрицата на всяка IC. В резултат на това дизайнът на интегралните схеми от серия 102 и 116 беше опростен: нямаше нужда да се опаковат интегралните схеми от серия 102 в метална чаша, пълна със смес. Неопаковани интегрални схеми от серия 102 в технологични контейнери бяха доставени в съседен цех за монтаж на интегрални схеми от серия 116, монтирани директно върху тяхната микроплатка и запечатани в корпуса на модула.

В средата на 70-те години беше пуснат нов стандарт за системата за обозначаване на IP. След това, например, IS 1LB021V получи обозначението 102LB1V.

Втори ИС и ГИС от Юрий Осокин. Солидна схема R12-5(серия IS 103 И 117 )

До началото на 1963 г., в резултат на сериозна работа по разработването на високочестотни n - p - n транзистори, екипът на Ю.В. Osokina е натрупал богат опит в работата с p-слоеве върху оригиналната n-германиева пластина. Това и наличието на всички необходими технологични компоненти позволяват на Osokin през 1963 г. да започне разработването на нова технология и дизайна на по-бърза версия на превозното средство. През 1964 г. по поръчка на NIIRE е завършена разработката на превозното средство R12-5 и модулите, базирани на него. Въз основа на неговите резултати през 1965 г. е открита научноизследователската и развойна дейност в Паланга (GK Yu.V. Osokin, неговият заместник - D.L. Mikhalovich, завършен през 1966 г.). Модули, базирани на R12-5, са разработени в рамките на същия научноизследователски и развойен проект „Квант“, както и модулите, базирани на R12-2. Едновременно с техническите спецификации за сериите 102 и 116 бяха публикувани техническите спецификации ShT3.369.002-2TU за IC от серия 103 (R12-5) и AV0.308.016TU за IC от серия 117 (модули, базирани на IC от серия 103). одобрени. Номенклатурата на типовете и стандартните характеристики на TS R12-2, модулите върху тях и IS серия 102 и 116 беше идентична с номенклатурата на TS R12-5 и IS серия 103 и 117, съответно. Те се различаваха само по скоростта и технологията на производство на IC кристала. Типичното време на забавяне на разпространението на серия 117 е 55 ns срещу 200 ns за серия 116.

Структурно, R12-5 TS беше четирислойна полупроводникова структура (фиг. 14), където n-тип субстрат и p + -тип емитери бяха свързани към обща заземяваща шина. Основните технически решения за конструиране на автомобила R12-5 са регистрирани като изобретение на Ю. В. Осокин, Д. Л. Михалович. Кайдалова Ж.А и Акменса Я.П. (A.S. № 248847). При производството на четирислойната структура на TC R12-5 важно ноу-хау беше формирането на p-слой от n-тип в оригиналната германиева плоча. Това се постига чрез дифузия на цинк в запечатана кварцова ампула, където плочите са разположени при температура от около 900 ° C, а цинкът се намира в другия край на ампулата при температура от около 500 ° C. По-нататъшното образуване на TS структурата в създадения p-слой е подобен на P12-2 TS. Новата технология направи възможно избягването на сложната форма на TS кристала. Вафли с P12-5 също бяха смлени от задната страна до дебелина от около 150 микрона, запазвайки част от оригиналната вафла, след което бяха надписани в отделни правоъгълни IC чипове.

Ориз. 14. Структура на кристала TS R12-5 от AS № 248847. 1 и 2 – маса, 3 и 4 – входове, 5 – изход, 6 – мощност

След първите положителни резултати от производството на експериментални превозни средства R12-5, изследователският проект Mezon-2 беше открит по поръчка на KB-1, насочен към създаване на превозно средство с четири R12-5. През 1965 г. са получени работещи проби в плосък металокерамичен корпус. Но P12-5 се оказа труден за производство, главно поради трудността при формирането на p-слой, легиран с цинк върху оригиналната n-Ge пластина. Кристалът се оказа трудоемък за производство, процентът на добив е нисък, а цената на превозното средство е висока. По същите причини R12-5 TC се произвежда в малки количества и не може да измести по-бавния, но по-технологично напреднал R12-2. А изследователският проект Mezon-2 изобщо не беше продължен, включително поради проблеми с взаимното свързване.

По това време изследователският институт Pulsar и NIIME вече извършват обширна работа по разработването на планарна силициева технология, която има редица предимства пред германиевата технология, основното от които е по-висок работен температурен диапазон (+150°C за силиций и +70°C за германий) и наличието на естествен защитен филм от SiO 2 върху силиций. И специализацията на RZPP беше преориентирана към създаването на аналогови ИС. Поради това специалистите на RZPP смятат развитието на германиевата технология за производство на ИС за нецелесъобразно. Въпреки това, в производството на транзистори и диоди, германият не губи позицията си за известно време. В отдела на Ю.В. Осокин, след 1966 г. са разработени и произведени германиеви планарни микровълнови транзистори с нисък шум RZPP GT329, GT341, GT 383 и др., Създаването им е удостоено с Държавната награда на Латвийския СССР.

Приложение

Ориз. 15. Аритметично устройство на модули с твърда верига. Снимка от книжката на TS от 1965 г.

Ориз. 16. Сравнителни размери на устройството за управление на автоматична телефонна централа, направено на реле и превозно средство. Снимка от книжката на TS от 1965 г.

Клиентите и първите потребители на R12-2 TS и модули бяха създателите на специфични системи: компютърът Gnome (фиг. 15) за бордовата самолетна система Kupol (NIIRE, GK Lyakhovich E.M.) и военноморски и граждански автоматични телефонни централи (завод VEF, GK Misulovin L.Ya.). Активно участва във всички етапи на създаването на превозни средства R12-2, R12-5 и модули върху тях и KB-1, главният куратор на това сътрудничество от KB-1 беше N.A. Бърканов. Те помогнаха с финансирането, производството на оборудване и изследването на превозни средства и модули в различни режими и работни условия.

TS R12-2 и базираните на него модули „Квант“ бяха първите микросхеми в страната. И в света те бяха едни от първите - едва в САЩ Texas Instruments и Fairchild Semiconductor започнаха да произвеждат първите си полупроводникови ИС, а през 1964 г. IBM Corporation започна да произвежда дебелослойни хибридни ИС за своите компютри. В други страни все още не се е мислило за IP. Поради това интегралните схеми бяха любопитство за обществеността; ефективността на тяхното използване направи поразително впечатление и беше изиграна в рекламите. В оцелялата брошура за превозното средство R12-2 от 1965 г. (въз основа на действителни приложения) се казва: „ Използването на твърдотелни схеми P12-2 в бордови изчислителни устройства позволява да се намалят теглото и размерите на тези устройства с 10-20 пъти, да се намали консумацията на енергия и да се повиши надеждността на работа. ... Използването на твърди вериги P12-2 в системите за управление и превключването на пътищата за предаване на информация на автоматичните телефонни централи позволява да се намали обемът на управляващите устройства с приблизително 300 пъти, както и значително да се намали консумацията на електроенергия (30-50 пъти)". Тези твърдения бяха илюстрирани със снимки на аритметичното устройство на компютъра Gnome (фиг. 15) и сравнение на базираната на реле ATS стойка, произведена от завода VEF по това време с малък блок върху дланта на момичето (фиг. 16) . Имаше и други многобройни приложения на първите интегрални схеми на Рига.

производство

Сега е трудно да се възстанови пълна картина на производствените обеми на IC серии 102 и 103 по години (днес RZPP се превърна от голям завод в малко производство и много архиви са загубени). Но според мемоарите на Ю.В. Осокин, през втората половина на 60-те години производството възлиза на много стотици хиляди годишно, през 70-те години - милиони. Според оцелелите му лични бележки през 1985 г. са произведени интегрални схеми от серия 102 - 4 100 000 бр., модули от серия 116 - 1 025 000 бр., интегрални схеми от серия 103 - 700 000 бр., модули от серия 117 - 175 000 бр. .

В края на 1989 г. Ю.В. Осокин, тогава генерален директор на Alpha Production Association, се обърна към ръководството на Военно-промишлената комисия към Съвета на министрите на СССР (ВПК) с искане за премахване на сериите 102, 103, 116 и 117 от производство поради тяхната остарялост и висока трудоемкост (за 25 години микроелектрониката далеч не е напреднала), но получи категоричен отказ. Заместник-председателят на Военно-промишления комплекс V.L. Коблов му каза, че самолетите летят надеждно, подмяна е изключена. След разпадането на СССР IC серии 102, 103, 116 и 117 се произвеждат до средата на 90-те години, т.е. повече от 30 години. Компютрите Gnome все още са инсталирани в навигационната кабина на Ил-76 и някои други самолети. „Това е суперкомпютър“, нашите пилоти не са на загуба, когато чуждестранните им колеги са изненадани от интереса им към това безпрецедентно устройство.

За приоритетите

Въпреки факта, че J. Kilby и R. Noyce са имали предшественици, те са признати от световната общност като изобретатели на интегралната схема.

Р. Килби и Дж. Нойс, чрез своите фирми, подават заявления за патент за изобретението на интегрална схема. Texas Instruments кандидатства за патент по-рано, през февруари 1959 г., а Fairchild не го прави до юли същата година. Но патент номер 2981877 е издаден през април 1961 г. на R. Noyce. Дж. Килби заведе дело и едва през юни 1964 г. получи своя патент номер 3138743. След това имаше десетгодишна война за приоритетите, в резултат на която (в редки случаи) „приятелството победи“. В крайна сметка Апелативният съд подкрепи твърдението на Нойс за технологично предимство, но постанови, че Дж. Килби трябва да бъде признат за създаването на първата работеща микросхема. А Texas Instruments и Fairchild Semiconductor подписаха споразумение за технологии за кръстосано лицензиране.

В СССР патентоването на изобретения не дава на авторите нищо друго освен караница, незначително еднократно плащане и морално удовлетворение, така че много изобретения изобщо не са регистрирани. И Осокин също не бързаше. Но за предприятията броят на изобретенията беше един от показателите, така че те все още трябваше да бъдат регистрирани. Следователно Ю. Осокина и Д. Михалович получават авторско свидетелство на СССР № 36845 за изобретяването на автомобила R12-2 едва на 28 юни 1966 г.

А Дж. Килби през 2000 г. стана един от лауреатите на Нобелова награда за изобретяването на IP. Р. Нойс не получи световно признание, той почина през 1990 г. и според правилата Нобеловата награда не се присъжда посмъртно. Което в този случай не е съвсем справедливо, тъй като цялата микроелектроника следва пътя, започнат от Р. Нойс. Авторитетът на Нойс сред специалистите беше толкова висок, че той дори получи прозвището „кмет на Силиконовата долина“, тъй като тогава той беше най-популярният от учените, работещи в тази част на Калифорния, която получи неофициалното име Силиконовата долина (наричаха В. Шокли „Моисей от Силиконовата долина“). Но пътят на Дж. Килби ("косматият" германий) се оказа задънена улица и не беше приложен дори в неговата компания. Но животът не винаги е справедлив.

Нобеловата награда беше присъдена на трима учени. Половината беше получена от 77-годишния Джак Килби, а другата половина беше разделена между академика на Руската академия на науките Жорес Алферов и професора в Калифорнийския университет в Санта Барбара, германо-американеца Хърбърт Кремер, за „ развитие на полупроводникови хетероструктури, използвани във високоскоростната оптоелектроника.

Оценявайки тези произведения, експертите отбелязват, че „интегралните схеми са, разбира се, откритието на века, което има дълбоко въздействие върху обществото и световната икономика“. За позабравения Дж. Килби Нобеловата награда беше изненада. В интервю за сп Еврофизика НовиниТой призна: " Тогава мислех само за това, което би било важно за развитието на електрониката от икономическа гледна точка. Но тогава не разбирах, че намаляването на цената на електронните продукти ще предизвика лавинообразен растеж на електронните технологии..

И произведенията на Ю. Осокин не са оценени не само от Нобеловия комитет. Те също са забравени у нас, не е защитен приоритетът на страната в създаването на микроелектроника. И той несъмнено беше такъв.

През 50-те години на миналия век е създадена материалната основа за формирането на многоелементни продукти - интегрални схеми - в един монолитен кристал или върху една керамична подложка. Ето защо не е изненадващо, че идеята за IP независимо възниква в съзнанието на много специалисти почти едновременно. И скоростта на внедряване на нова идея зависи от технологичните възможности на автора и интереса на производителя, т.е. от наличието на първия потребител. В това отношение Ю. Осокин се оказа в по-добра позиция от американските си колеги. Килби беше нов в TI, той дори трябваше да докаже на ръководството на компанията фундаменталната възможност за внедряване на монолитна верига, като направи нейния прототип. Всъщност ролята на J. Kilby в създаването на IP се свежда до превъзпитаване на ръководството на TI и провокиране на R. Noyce към активни действия с неговото оформление. Изобретението на Килби не влезе в масово производство. Р. Нойс в своята млада и все още не силна компания отиде да създаде нова планарна технология, която наистина стана основа за последваща микроелектроника, но не се поддаде веднага на автора. Във връзка с гореизложеното, и двамата, и техните компании трябваше да отделят много усилия и време, за да реализират на практика идеите си за изграждане на масово произвеждани ИС. Първите им образци останаха експериментални, но други микросхеми, дори не разработени от тях, влязоха в масово производство. За разлика от Килби и Нойс, които бяха далеч от производството, собственикът на фабриката Ю. Осокин разчиташе на промишлено развитите полупроводникови RZPP технологии и той гарантираше потребителите на първите превозни средства под формата на инициатора на развитието на NIIRE и близкия завод VEF, което помогна в тази работа. Поради тези причини първата версия на неговото превозно средство веднага влезе в експериментално производство, което плавно премина в масово производство, което продължи непрекъснато повече от 30 години. Така, след като започна да разработва TS по-късно от Килби и Нойс, Ю. Осокин (без да знае за тази конкуренция) бързо ги настигна. Освен това произведенията на Ю. Осокин по никакъв начин не са свързани с произведенията на американците, доказателство за това е абсолютната разлика на неговото превозно средство и внедрените в него решения от микросхемите Килби и Нойс. Texas Instruments (не изобретението на Килби), Fairchild и RZPP започват производството на своите интегрални схеми почти едновременно през 1962 г. Това дава пълното право да се счита Ю. Осокин за един от изобретателите на интегралната схема наравно с Р. Нойс и повече от Дж. Килби и би било честно да се сподели част от Нобеловата награда за Дж. Килби с Ю. Осокин. Що се отнася до изобретяването на първата ГИС с интеграция на две нива (и евентуално ГИС като цяло), тук приоритет А. Пелипенко от НИИРЕ е абсолютно безспорен.

За съжаление не беше възможно да се намерят образци на превозни средства и устройства, базирани на тях, необходими за музеите. Авторът ще бъде много благодарен за такива образци или техни снимки.

Назовете първото изчислително устройство. Сметало Калкулатор Сумираща машина Руско сметало Каква идея изложи той по средата

Английският математик от 19 век Чарлз Бабидж?

Идеята за създаване на програмно управлявана изчислителна машина с аритметично устройство, управляващо устройство, както и входно и печатащо устройство

Идеята за създаване на мобилен телефон

Идеята за създаване на компютърно управлявани роботи

През коя година и къде е създаден първият компютър, базиран на вакуумни тръби?

1945 г., САЩ

1944 г., Англия

1946 г., Франция

На каква основа са създадени компютрите от трето поколение?

Интегрални схеми

полупроводници

вакуумни тръби

свръхмащабни интегрални схеми

Как се казваше първият персонален компютър?

Назовете централното устройство на компютъра.

процесор

Системна единица

захранващ агрегат

Дънна платка

Процесорът обработва представената информация:

В десетичната бройна система

На английски

На руски

На машинен език (в двоичен код)

За да въведете цифрова и текстова информация, използвайте

Клавиатура

Скенерът се използва за...

За въвеждане на изображения и текстови документи в компютър

За рисуване върху него със специален химикал

Преместване на курсора върху екрана на монитора

Получаване на холографски изображения

10. Какъв тип принтер е подходящо да се използва за отпечатване на финансови документи?

Матричен принтер

Реактивен принтер

Лазерен принтер

Какъв тип принтер е подходящ да се използва за отпечатване на резюмета?

Матричен принтер

Реактивен принтер

Лазерен принтер

Какъв тип принтер е подходящ да се използва за отпечатване на снимки?

Матричен принтер

Реактивен принтер

Лазерен принтер

Неспазването на санитарно-хигиенните изисквания на компютъра може да има вредно въздействие върху човешкото здраве...

Монитор с катодна тръба

LCD монитор

Плазмени панели

Когато изключите компютъра си, цялата информация се изтрива от...

Оперативна памет

Харддиск

лазерен диск

В какво компютърно устройство се съхранява информация?

Външна памет;

ПРОЦЕСОР;

Оптичните пътеки са по-тънки и по-плътно разположени върху...

Цифров видео диск (DVD диск)

Компактен диск (CD-диск)

Входните устройства включват...

Изходните устройства включват...

Клавиатура, мишка, джойстик, светеща писалка, скенер, цифрова камера, микрофон

Тонколони, монитор, принтер, слушалки

Хард диск, процесор, модули памет, дънна платка, флопи диск

Програмата се казва...

Компютърна програма може да управлява работата на компютър, ако е...

В RAM

На дискета

На твърд диск

На CD

Данните са...

Последователността от команди, които компютърът изпълнява, докато обработва данни

Информацията се представя в цифров вид и се обработва на компютър

Данни, които имат име и се съхраняват в дългосрочната памет

Файлът е...

Текст, отпечатан на компютър

Информацията се представя в цифров вид и се обработва на компютър

Програма или данни, които имат име и се съхраняват в дългосрочната памет

При бързо форматиране на дискета...

Дисковата директория се изчиства

Всички данни се изтриват

Извършва се дефрагментиране на диска

Повърхността на диска се проверява

При пълно форматиране на дискета...

всички данни се изтриват

извършва се пълно сканиране на диска

Директорията на диска се почиства

дискът става системен

В многостепенна йерархична файлова система...

Файловете се съхраняват в система, която е система от вложени папки

Файловете се съхраняват в система, която е линейна последователност

История на развитието на компютърните технологии:

1. Назовете първото изчислително устройство.
1) Сметало
2) Калкулатор
3) Аритмометър
4) Руско сметало

2. Каква идея е представена от английския математик Чарлз Бабидж в средата на 19 век?
1) Идеята за създаване на програмно управлявана изчислителна машина с аритметично устройство, управляващо устройство, както и входно и печатащо устройство
2) Идеята за създаване на мобилен телефон
3) Идеята за създаване на компютърно управлявани роботи
3. Посочете името на първия компютърен програмист.
1) Ада Лавлейс
2) Сергей Лебедев
3) Бил Гейтс
4) София Ковалевская

4. През коя година и къде е създаден първият компютър, базиран на вакуумни тръби?
1) 1945 г., САЩ
2) 1950 г., СССР
3) 1944 г., Англия
4) 1946 г., Франция

5. На каква основа са създадени компютрите от трето поколение?
1) Интегрални схеми
2) полупроводници
3) вакуумни тръби
4) ултра-мащабни интегрални схеми

6. Как се казваше първият персонален компютър?
1) Apple II
2) IBM PC
3) Dell
4) Корвет
Структура на компютъра.....................15
1. Назовете централното устройство на компютъра.
1) Процесор
2) Системен блок
3) Захранване
4) Дънна платка
2. Как се записва физическата информация и се предава на компютър?
1) числа;
2) използване на програми;
3) се представя под формата на електрически сигнали.

3. Процесорът обработва представената информация:
1) В десетичната бройна система
2) На английски
3) На руски
4) На машинен език (в двоичен код)
4. За да въведете цифрова и текстова информация, използвайте
1) Клавиатура
2) Мишка
3) Трекбол
4) Дръжка
5. Най-важната характеристика на устройствата за въвеждане на координати е разделителната способност, която обикновено е 500 dpi (точка на инч (1 инч = 2,54 см)), което означава...
1) Когато преместите мишката с един инч, показалецът на мишката се премества с 500 точки
2) Когато преместите мишката с 500 точки, показалецът на мишката се премества с един инч
6. Скенерът се използва за...
1) За въвеждане на изображения и текстови документи в компютър
2) Да рисува върху него със специална химикалка
3) Преместване на курсора върху екрана на монитора
4) Получаване на холографски изображения
Изходни устройства................................21
1. Какъв тип принтер е подходящ за отпечатване на финансови документи?
1) Матричен принтер
2) Мастиленоструен принтер
3) Лазерен принтер
2. Какъв тип принтер е подходящо да се използва за отпечатване на резюмета?
1) Матричен принтер
2) Мастиленоструен принтер
3) Лазерен принтер

1. Какъв тип принтер е подходящ за отпечатване на снимки?
1) Матричен принтер
2) Мастиленоструен принтер
3) Лазерен принтер
2. Неспазването на санитарно-хигиенните изисквания на компютъра може да има вредно въздействие върху човешкото здраве...
1) Монитор с електронно-лъчева тръба
2) Монитор с течни кристали
4) Плазмени панели
3. Устройство, което осигурява запис и четене на информация, се нарича...
1) Дисково устройство или устройство за съхранение

4. Когато изключите компютъра, цялата информация се изтрива от...
4) RAM
5) Твърд диск
6) Лазерен диск
7) Флопи дискове
13. В какво компютърно устройство се съхранява информацията?
1) Външна памет;
2) монитор;
3) процесор;
2. Оптичните пътеки са по-тънки и са разположени по-плътно върху...
1) Цифров видео диск (DVD диск)
2) Компактен диск (CD - диск)
3) Флопи диск
3. На кой диск информацията се съхранява на концентрични писти, на които се редуват намагнитизирани и немагнетизирани области?
1) На флопи диск
2) На CD
3) На DVD

4. Входните устройства включват...

1) Твърд диск, процесор, модули памет, дънна платка, флопи диск
5. Изходните устройства включват...
1) Клавиатура, мишка, джойстик, светеща писалка, скенер, цифрова камера, микрофон
2) Високоговорители, монитор, принтер, слушалки
3) Твърд диск, процесор, модули памет, дънна платка, флопи диск
6. Една програма се нарича...

7. Компютърна програма може да управлява работата на компютър, ако се намира...
1) В RAM
2) На флопи диск
3) На твърдия диск
4) На CD
8. Данните са...
1) Последователността от команди, които компютърът изпълнява по време на обработка на данни
2) Информация, представена в цифров вид и обработена на компютър
3) Данни, които имат име и се съхраняват в дългосрочната памет
9. Файлът е...
1) Текст, отпечатан на компютър
2) Информация, представена в цифров вид и обработена на компютър
3) Програма или данни, които имат име и се съхраняват в дългосрочната памет

10. При бързо форматиране на дискета...
1) Дисковата директория се почиства
2) Всички данни се изтриват
3) Дискът се дефрагментира
4) Извършва се проверка съгласно

1. Кога и от кого са изобретени машините за броене и щанцоване? Какви проблеми са решени на тях?

2. Какво е електромеханично реле? Кога са създадени релейните компютри? Колко бързи бяха?
3. Къде и кога е създаден първият компютър? Как се казваше?
4. Каква е ролята на Джон фон Нойман в създаването на компютъра?
5. Кой е дизайнерът на първите домашни компютри?
6. На каква елементна база са създадени машините от първо поколение? Какви бяха основните им характеристики?
7. На каква елементна база са създадени машините от второ поколение? Какви са техните предимства в сравнение с първото поколение компютри?
8. Какво е интегрална схема? Кога са създадени първите компютри с интегрални схеми? Как се казваха?
9. Какви нови области на компютърно приложение се появиха с появата на машини от трето поколение?