Mikroelektronika adalah pencapaian ilmiah dan teknis paling signifikan dan, seperti yang diyakini banyak orang, di zaman kita. Hal ini dapat dibandingkan dengan titik balik dalam sejarah teknologi seperti penemuan mesin cetak pada abad ke-16, penciptaan mesin uap pada abad ke-18, dan perkembangan teknik elektro pada abad ke-19. Dan ketika kita berbicara tentang revolusi ilmu pengetahuan dan teknologi, yang kita maksudkan adalah mikroelektronika. Tidak seperti pencapaian teknis lainnya di zaman kita, hal ini meresap ke semua bidang kehidupan dan menjadikan kenyataan yang kemarin tidak dapat dibayangkan. Untuk meyakinkan hal ini, cukup dengan mengingat kalkulator saku, radio mini, perangkat kontrol elektronik pada peralatan rumah tangga, jam tangan, komputer, dan komputer yang dapat diprogram. Dan ini hanya sebagian kecil dari area penerapannya!

Mikroelektronika muncul dan keberadaannya disebabkan oleh penciptaan elemen elektronik subminiatur baru - sirkuit terpadu. Kemunculan sirkuit-sirkuit ini, pada kenyataannya, bukanlah suatu penemuan baru yang fundamental - ini secara langsung mengikuti logika perkembangan perangkat semikonduktor. Pada awalnya, ketika elemen semikonduktor pertama kali digunakan, setiap transistor, resistor, atau dioda digunakan secara terpisah, yaitu ditutup dalam wadahnya masing-masing dan dimasukkan ke dalam rangkaian menggunakan kontak individualnya. Hal ini dilakukan bahkan dalam kasus di mana diperlukan untuk merakit banyak sirkuit serupa dari elemen yang sama. Namun lambat laun muncul pemahaman bahwa lebih rasional untuk tidak merakit perangkat tersebut dari elemen individual, tetapi segera memproduksinya pada satu kristal biasa, terutama karena elektronik semikonduktor menciptakan semua prasyarat untuk ini. Faktanya, semua elemen semikonduktor sangat mirip satu sama lain dalam strukturnya, memiliki prinsip operasi yang sama dan hanya berbeda pada posisi relatif daerah p-n. Daerah p-n ini, seperti yang kita ingat, dibuat dengan memasukkan pengotor dari jenis yang sama ke dalam lapisan permukaan kristal semikonduktor. Selain itu, pengoperasian sebagian besar elemen semikonduktor yang andal dan memuaskan dari semua sudut pandang dipastikan dengan ketebalan lapisan kerja permukaan seperseribu milimeter. Transistor terkecil biasanya hanya menggunakan lapisan atas chip semikonduktor, yang ketebalannya hanya 1%. 99% sisanya bertindak sebagai pembawa atau substrat, karena tanpa substrat, transistor dapat runtuh dengan sedikit sentuhan. Akibatnya, dengan menggunakan teknologi yang digunakan untuk pembuatan komponen elektronik individual, dimungkinkan untuk segera membuat rangkaian lengkap yang terdiri dari beberapa puluh, ratusan, atau bahkan ribuan komponen tersebut dalam satu chip. Manfaat dari hal ini akan sangat besar. Pertama, biaya akan segera berkurang (biaya sebuah sirkuit mikro biasanya ratusan kali lebih kecil dari total biaya semua elemen elektronik komponennya). Kedua, perangkat seperti itu akan jauh lebih andal (seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, ribuan dan puluhan ribu kali lipat), dan ini sangat penting, karena menemukan kesalahan pada rangkaian yang terdiri dari puluhan atau ratusan ribu komponen elektronik berubah menjadi suatu permasalahan yang sangat kompleks. Ketiga, karena fakta bahwa semua elemen elektronik dari sirkuit terpadu ratusan dan ribuan kali lebih kecil daripada elemen elektronik di sirkuit konvensional, konsumsi energinya jauh lebih rendah dan kinerjanya jauh lebih tinggi.

Peristiwa penting yang menandai datangnya integrasi dalam elektronik adalah usulan insinyur Amerika J. Kilby dari Texas Instruments untuk memperoleh elemen ekuivalen untuk keseluruhan rangkaian, seperti register, kapasitor, transistor, dan dioda, dalam sepotong silikon murni monolitik. . Kilby menciptakan sirkuit semikonduktor terintegrasi pertama pada musim panas 1958. Dan sudah pada tahun 1961, Fairchild Semiconductor Corporation merilis chip serial pertama untuk komputer: sirkuit kebetulan, register setengah shift, dan pemicu. Pada tahun yang sama, perusahaan Texas menguasai produksi sirkuit logika terintegrasi semikonduktor. Tahun berikutnya, sirkuit terpadu dari perusahaan lain bermunculan. Dalam waktu singkat, berbagai jenis amplifier diciptakan dalam desain yang terintegrasi. Pada tahun 1962, RCA mengembangkan chip matriks memori terintegrasi untuk perangkat penyimpanan komputer. Secara bertahap, produksi sirkuit mikro diluncurkan di semua negara - era mikroelektronika dimulai.

Bahan awal untuk sirkuit terpadu biasanya berupa wafer mentah silikon murni. Ini memiliki ukuran yang relatif besar, karena beberapa ratus sirkuit mikro dengan jenis yang sama diproduksi secara bersamaan di dalamnya. Operasi pertama adalah di bawah pengaruh oksigen pada suhu 1000 derajat, lapisan silikon dioksida terbentuk di permukaan pelat ini. Silikon oksida memiliki ciri ketahanan kimia dan mekanik yang tinggi serta memiliki sifat dielektrik yang sangat baik, memberikan insulasi yang andal pada silikon yang terletak di bawahnya. Langkah selanjutnya adalah pengenalan pengotor untuk membuat pita konduksi p atau n. Untuk melakukan ini, film oksida dihilangkan dari tempat-tempat di pelat yang sesuai dengan masing-masing komponen elektronik. Pemilihan area yang diinginkan terjadi dengan menggunakan proses yang disebut fotolitografi. Pertama, seluruh lapisan oksida dilapisi dengan senyawa fotosensitif (photoresist), yang berperan sebagai film fotografi - dapat diekspos dan dikembangkan. Setelah itu, melalui masker foto khusus yang berisi pola permukaan kristal semikonduktor, pelat tersebut disinari dengan sinar ultraviolet. Di bawah pengaruh cahaya, pola datar terbentuk pada lapisan oksida, dengan area yang tidak terkena cahaya tetap terang dan area lainnya menjadi gelap. Di tempat fotoresistor terkena cahaya, terbentuk area film yang tidak larut dan tahan terhadap asam. Wafer kemudian diolah dengan pelarut, yang menghilangkan photoresist dari area yang terbuka. Dari area yang terbuka (dan hanya dari area tersebut), lapisan silikon oksida digores menggunakan asam. Hasilnya, silikon oksida larut di tempat yang tepat dan “jendela” silikon murni terbuka, siap untuk masuknya pengotor (ligasi). Untuk melakukan ini, permukaan substrat pada suhu 900-1200 derajat terkena pengotor yang diinginkan, misalnya fosfor atau arsenik, untuk mendapatkan konduktivitas tipe-n. Atom pengotor menembus jauh ke dalam silikon murni, tetapi ditolak oleh oksidanya. Setelah wafer diolah dengan satu jenis pengotor, wafer disiapkan untuk ligasi dengan jenis lain - permukaan wafer ditutup lagi dengan lapisan oksida, fotolitografi dan etsa baru dilakukan, yang menghasilkan “jendela” baru. silikon dibuka. Ini diikuti dengan ligasi baru, misalnya dengan boron, untuk mendapatkan konduktivitas tipe-p. Jadi, daerah p dan n terbentuk di seluruh permukaan kristal pada tempat yang tepat. (Isolasi antara masing-masing elemen dapat dibuat dengan beberapa cara: lapisan silikon oksida dapat berfungsi sebagai insulasi, atau pemblokiran sambungan p-n juga dapat dibuat di tempat yang tepat. ) Tahap pemrosesan selanjutnya dikaitkan dengan penerapan sambungan konduktif (jalur penghantar) antara elemen-elemen rangkaian terpadu, serta antara elemen-elemen tersebut dan kontak untuk menghubungkan rangkaian eksternal. Untuk melakukan ini, lapisan tipis aluminium disemprotkan ke substrat, yang mengendap dalam bentuk film tipis. Itu mengalami pemrosesan fotolitografi dan pengetsaan serupa dengan yang dijelaskan di atas. Akibatnya, hanya garis konduktif tipis dan bantalan kontak yang tersisa dari seluruh lapisan logam. Akhirnya, seluruh permukaan chip semikonduktor ditutupi dengan lapisan pelindung (paling sering kaca silikat), yang kemudian dikeluarkan dari bantalan kontak. Semua sirkuit mikro yang diproduksi harus menjalani pengujian paling ketat di tempat kontrol dan pengujian. Sirkuit yang rusak ditandai dengan titik merah. Terakhir, kristal dipotong menjadi chip wafer individual, yang masing-masing dibungkus dalam wadah tahan lama dengan kabel untuk dihubungkan ke sirkuit eksternal.

Kompleksitas suatu rangkaian terpadu dicirikan oleh suatu indikator yang disebut derajat integrasi. Sirkuit terpadu dengan lebih dari 100 elemen disebut sirkuit integrasi rendah; sirkuit yang berisi hingga 1000 elemen - sirkuit terpadu dengan tingkat integrasi sedang; sirkuit yang mengandung hingga puluhan ribu elemen disebut sirkuit terpadu besar. Sirkuit yang mengandung hingga satu juta elemen sudah diproduksi (disebut ultra-besar). Peningkatan bertahap dalam integrasi telah menyebabkan fakta bahwa setiap tahun skema tersebut menjadi semakin kecil dan, karenanya, semakin kompleks. Sejumlah besar perangkat elektronik yang dulunya berdimensi besar kini muat dalam wafer silikon kecil. Peristiwa yang sangat penting dalam jalur ini adalah penciptaan pada tahun 1971 oleh perusahaan Amerika Intel dari satu sirkuit terintegrasi untuk melakukan operasi aritmatika dan logika - sebuah mikroprosesor. Hal ini memerlukan terobosan besar mikroelektronika ke dalam bidang teknologi komputer.

Implementasi usulan-usulan tersebut pada tahun-tahun tersebut tidak dapat terlaksana karena kurangnya perkembangan teknologi.

Pada akhir tahun 1958 dan paruh pertama tahun 1959, terjadi terobosan dalam industri semikonduktor. Tiga orang, mewakili tiga perusahaan swasta Amerika, memecahkan tiga masalah mendasar yang menghalangi terciptanya sirkuit terpadu. Jack Kilby dari Instrumen Texas mematenkan prinsip kombinasi, menciptakan prototipe IP pertama yang tidak sempurna dan membawanya ke produksi massal. Kurt Lehovec dari Perusahaan Listrik Sprague menemukan metode untuk komponen isolasi listrik yang dibentuk pada chip semikonduktor tunggal (isolasi sambungan p-n). Isolasi persimpangan P – n)). Robert Noyce dari Semikonduktor Fairchild menemukan metode penyambungan komponen IC secara elektrik (metalisasi aluminium) dan mengusulkan versi insulasi komponen yang lebih baik berdasarkan teknologi planar terbaru Jean Herni. Jean Hoerni). Pada tanggal 27 September 1960, band Jay Last Jay Terakhir) dibuat pada Semikonduktor Fairchild yang pertama bekerja semikonduktor IP berdasarkan ide Noyce dan Ernie. Instrumen Texas, yang memiliki paten atas penemuan Kilby, melancarkan perang paten melawan pesaing, yang berakhir pada tahun 1966 dengan kesepakatan penyelesaian mengenai teknologi lisensi silang.

IC logika awal dari seri yang disebutkan di atas sebenarnya dibuat darinya standar komponen, ukuran dan konfigurasinya ditentukan oleh proses teknologi. Perancang sirkuit yang merancang IC logika dari keluarga tertentu dioperasikan dengan dioda dan transistor standar yang sama. Pada tahun 1961-1962 pengembang terkemuka mendobrak paradigma desain Sylvania Tom Longo, untuk pertama kalinya menggunakan IC berbeda dalam satu konfigurasi transistor tergantung pada fungsinya dalam rangkaian. Pada akhir tahun 1962 Sylvania meluncurkan keluarga pertama logika transistor-transistor (TTL) yang dikembangkan oleh Longo - secara historis merupakan jenis logika terintegrasi pertama yang berhasil mendapatkan pijakan jangka panjang di pasar. Dalam sirkuit analog, terobosan level ini dilakukan pada tahun 1964-1965 oleh pengembang penguat operasional anak adil Bob Widlar.

Sirkuit mikro domestik pertama dibuat pada tahun 1961 di TRTI (Taganrog Radio Engineering Institute) di bawah kepemimpinan L. N. Kolesov. Acara ini menarik perhatian komunitas ilmiah negara, dan TRTI disetujui sebagai pemimpin dalam sistem Kementerian Pendidikan Tinggi dalam masalah pembuatan peralatan mikroelektronik yang sangat andal dan otomatisasi produksinya. L.N. Kolesov sendiri diangkat sebagai Ketua Dewan Koordinasi masalah ini.

Sirkuit terpadu film tebal hibrida pertama di Uni Soviet (seri 201 “Trail”) dikembangkan pada tahun 1963-65 di Research Institute of Precision Technology (“Angstrem”), diproduksi massal sejak tahun 1965. Spesialis dari NIEM (sekarang Argon Research Institute) mengambil bagian dalam pengembangan.

Sirkuit terpadu semikonduktor pertama di Uni Soviet dibuat berdasarkan teknologi planar, dikembangkan pada awal tahun 1960 di NII-35 (kemudian berganti nama menjadi Pulsar Research Institute) oleh tim yang kemudian dipindahkan ke NIIME (“Mikron”). Penciptaan sirkuit terintegrasi silikon domestik pertama dikonsentrasikan pada pengembangan dan produksi dengan penerimaan militer dari sirkuit silikon terintegrasi seri TS-100 (37 elemen - setara dengan kompleksitas sirkuit flip-flop, analog dari Amerika seri IC S.N.-51 perusahaan Instrumen Texas). Sampel prototipe dan sampel produksi sirkuit terpadu silikon untuk reproduksi diperoleh dari AS. Pekerjaan tersebut dilakukan di NII-35 (direktur Trutko) dan Pabrik Semikonduktor Fryazino (direktur Kolmogorov) untuk perintah pertahanan untuk digunakan dalam altimeter otonom untuk sistem panduan rudal balistik. Pengembangannya mencakup enam sirkuit planar silikon terintegrasi standar dari seri TS-100 dan, dengan organisasi produksi percontohan, membutuhkan waktu tiga tahun di NII-35 (dari tahun 1962 hingga 1965). Butuh dua tahun lagi untuk mengembangkan produksi pabrik dengan penerimaan militer di Fryazino (1967).

Secara paralel, pekerjaan pengembangan sirkuit terpadu dilakukan di biro desain pusat di Pabrik Perangkat Semikonduktor Voronezh (sekarang -). Pada tahun 1965, selama kunjungan Menteri Perindustrian Elektronika A.I. Shokin ke VZPP, pabrik tersebut diinstruksikan untuk melakukan pekerjaan penelitian tentang pembuatan sirkuit monolitik silikon - R&D "Titan" (Perintah Kementerian No. 92 tanggal 16 Agustus, 1965), yang selesai lebih cepat dari jadwal yang diselesaikan pada akhir tahun. Topik tersebut berhasil disampaikan kepada Komisi Negara, dan rangkaian 104 rangkaian mikro logika dioda-transistor menjadi pencapaian tetap pertama di bidang mikroelektronika solid-state, yang tercermin dalam perintah MEP No. 403 tanggal 30 Desember 1965.

Tingkat Desain

Saat ini (2014), sebagian besar sirkuit terintegrasi dirancang menggunakan sistem CAD khusus, yang memungkinkan untuk mengotomatisasi dan mempercepat proses produksi secara signifikan, misalnya, memperoleh masker foto topologi.

Klasifikasi

Tingkat integrasi

Tergantung pada tingkat integrasinya, nama sirkuit terpadu berikut digunakan:

• sirkuit terpadu kecil (MIS) - hingga 100 elemen per chip,
• sirkuit terpadu menengah (SIS) - hingga 1000 elemen per chip,
• sirkuit terpadu besar (LSI) - hingga 10 ribu elemen per chip,
• sirkuit terintegrasi skala ultra-besar (VLSI) - lebih dari 10 ribu elemen dalam sebuah kristal.

Sebelumnya, nama-nama yang sudah ketinggalan zaman juga digunakan: sirkuit terintegrasi skala ultra-besar (ULSI) - dari 1-10 juta hingga 1 miliar elemen dalam kristal dan, terkadang, sirkuit terintegrasi skala besar giga (GBIC) - lebih dari 1 miliar elemen dalam kristal. Saat ini, pada tahun 2010-an, nama “UBIS” dan “GBIS” praktis tidak digunakan, dan semua sirkuit mikro dengan lebih dari 10 ribu elemen diklasifikasikan sebagai VLSI.

Teknologi manufaktur

Microassembly hybrid STK403-090, dikeluarkan dari casing

• Chip semikonduktor - semua elemen dan koneksi antar elemen dibuat pada satu kristal semikonduktor (misalnya silikon, germanium, galium arsenida).

• Sirkuit terpadu film - semua elemen dan koneksi antar elemen dibuat dalam bentuk film:
  • sirkuit terpadu film tebal;
  • sirkuit terpadu film tipis.
• Chip hibrida (sering disebut perakitan mikro), berisi beberapa dioda, transistor dan/atau komponen aktif elektronik lainnya. Microassembly juga dapat mencakup sirkuit terpadu yang tidak dikemas. Komponen perakitan mikro pasif (resistor, kapasitor, induktor) biasanya diproduksi menggunakan teknologi film tipis atau film tebal pada substrat chip hibrid yang umum, biasanya keramik. Seluruh media dengan komponen ditempatkan dalam satu wadah tertutup.
• Sirkuit mikro campuran - selain kristal semikonduktor, ia mengandung elemen pasif film tipis (film tebal) yang terletak di permukaan kristal.

Jenis sinyal yang diproses

• Analog-digital.

Teknologi manufaktur

Jenis logika

Elemen utama dari sirkuit mikro analog adalah transistor (bipolar atau efek medan). Perbedaan teknologi pembuatan transistor secara signifikan mempengaruhi karakteristik sirkuit mikro. Oleh karena itu, teknologi manufaktur sering kali ditunjukkan dalam deskripsi sirkuit mikro, sehingga menekankan karakteristik umum dari sifat dan kemampuan sirkuit mikro. Teknologi modern menggabungkan teknologi bipolar dan transistor efek medan untuk mencapai peningkatan kinerja sirkuit mikro.

• Sirkuit mikro berdasarkan transistor unipolar (efek medan) adalah yang paling ekonomis (dalam hal konsumsi arus):
  • Logika MOS (logika semikonduktor oksida logam) - sirkuit mikro dibentuk dari transistor efek medan N-MOS atau P-Jenis MOS;
  • Logika CMOS (logika MOS komplementer) - setiap elemen logis dari rangkaian mikro terdiri dari sepasang transistor efek medan komplementer (pelengkap) ( N-MOS dan P-MENGEPEL).
• Sirkuit mikro berdasarkan transistor bipolar:
  • RTL - logika resistor-transistor (usang, digantikan oleh TTL);
  • DTL - logika dioda-transistor (usang, digantikan oleh TTL);
  • TTL - logika transistor-transistor - sirkuit mikro terbuat dari transistor bipolar dengan transistor multi-emitor pada inputnya;
  • TTLSh - logika transistor-transistor dengan dioda Schottky - TTL yang ditingkatkan yang menggunakan transistor bipolar dengan efek Schottky;
  • ECL - logika berpasangan emitor - pada transistor bipolar, mode operasinya dipilih sehingga tidak memasuki mode saturasi - yang secara signifikan meningkatkan kinerja;
  • IIL - logika injeksi integral.
• Sirkuit mikro yang menggunakan transistor efek medan dan bipolar:

Dengan menggunakan jenis transistor yang sama, chip dapat dibuat menggunakan metodologi yang berbeda, seperti statis atau dinamis.

Teknologi CMOS dan TTL (TTLS) adalah chip logika yang paling umum. Jika perlu untuk menghemat konsumsi saat ini, digunakan teknologi CMOS, di mana kecepatan lebih penting dan tidak diperlukan penghematan konsumsi daya, digunakan teknologi TTL. Titik lemah sirkuit mikro CMOS adalah kerentanannya terhadap listrik statis - cukup sentuh output sirkuit mikro dengan tangan Anda, dan integritasnya tidak lagi terjamin. Dengan berkembangnya teknologi TTL dan CMOS, parameter sirkuit mikro semakin dekat dan sebagai hasilnya, misalnya sirkuit mikro seri 1564 dibuat menggunakan teknologi CMOS, dan fungsi serta penempatannya dalam casing mirip dengan teknologi TTL.

Sirkuit mikro yang diproduksi menggunakan teknologi ESL adalah yang tercepat, tetapi juga paling memakan energi, dan digunakan dalam produksi peralatan komputer jika parameter terpenting adalah kecepatan perhitungan. Di Uni Soviet, komputer paling produktif dari tipe ES106x diproduksi dengan sirkuit mikro ESL. Saat ini teknologi ini sudah jarang digunakan.

Proses teknologi

Dalam pembuatan sirkuit mikro, metode fotolitografi (proyeksi, kontak, dll.) digunakan, di mana sirkuit dibentuk pada substrat (biasanya silikon) yang diperoleh dengan memotong kristal silikon tunggal dengan cakram berlian menjadi wafer tipis. Karena dimensi linier kecil dari elemen sirkuit mikro, penggunaan cahaya tampak dan bahkan radiasi ultraviolet dekat untuk penerangan ditinggalkan.

Prosesor berikut dibuat menggunakan sinar UV (laser excimer ArF, panjang gelombang 193 nm). Rata-rata, para pemimpin industri memperkenalkan proses teknologi baru sesuai dengan rencana ITRS setiap 2 tahun, menggandakan jumlah transistor per satuan luas: 45 nm (2007), 32 nm (2009), 22 nm (2011), produksi 14 nm dimulai pada tahun 2014, pengembangan proses 10 nm diharapkan sekitar tahun 2018.

Pada tahun 2015, terdapat perkiraan bahwa pengenalan proses teknologi baru akan melambat.

Kontrol kualitas

Untuk mengontrol kualitas sirkuit terpadu, apa yang disebut struktur uji banyak digunakan.

Tujuan

Sirkuit terpadu dapat memiliki fungsionalitas yang lengkap, betapapun rumitnya, fungsionalitas - hingga seluruh komputer mikro (komputer mikro chip tunggal).

Sirkuit analog

Analog terintegrasi (mikro)skema (AIS, TUJUAN) - sirkuit terpadu yang sinyal masukan dan keluarannya bervariasi menurut hukum fungsi kontinu (yaitu, sinyal analog).

Prototipe laboratorium IC analog dibuat oleh Texas Instruments di AS pada tahun 1958. Itu adalah generator pergeseran fasa. Pada tahun 1962, seri pertama sirkuit mikro analog muncul - SN52. Itu berisi penguat frekuensi rendah berdaya rendah, penguat operasional, dan penguat video.

Di Uni Soviet, sejumlah besar sirkuit terintegrasi analog diperoleh pada akhir tahun 1970-an. Penggunaannya telah meningkatkan keandalan perangkat, menyederhanakan pengaturan peralatan, dan bahkan sering kali menghilangkan kebutuhan akan pemeliharaan selama pengoperasian.

Di bawah ini adalah sebagian daftar perangkat yang fungsinya dapat dijalankan oleh IC analog. Seringkali satu sirkuit mikro menggantikan beberapa sirkuit sekaligus (misalnya, K174XA42 berisi semua komponen penerima radio FM superheterodyne).

• Filter (termasuk efek piezoelektrik).
• Pengganda analog.
• Attenuator analog dan amplifier variabel.
• Stabilisator catu daya: stabilisator tegangan dan arus.
• Mengalihkan sirkuit mikro kontrol catu daya.
• Konverter sinyal.
• Berbagai sensor.

Sirkuit mikro analog digunakan dalam peralatan amplifikasi suara dan reproduksi suara, perekam video, televisi, peralatan komunikasi, alat ukur, komputer analog, dll.

Di komputer analog

• Penguat operasional (LM101, μA741).

Dalam pasokan listrik

Chip penstabil tegangan KR1170EN8

• Stabilisator tegangan linier (KR1170EN12, LM317).
• Beralih stabilisator tegangan (LM2596, LM2663).

Di kamera video dan kamera

• Matriks CCD (ICX404AL).
• Array CCD (MLX90255BA).

Dalam peralatan amplifikasi suara dan reproduksi suara

• Penguat daya frekuensi audio (LA4420, K174UN5, K174UN7).
• UMZCH ganda untuk peralatan stereoponis (TDA2004, K174UN15, K174UN18).
• Berbagai regulator (K174UN10 - UMZCH dua saluran dengan penyesuaian respons frekuensi elektronik, K174UN12 - kontrol volume dan keseimbangan dua saluran).

Dalam alat ukur Dalam perangkat pemancar dan penerima radio

• Detektor sinyal AM (K175DA1).
• Detektor sinyal FM (K174UR7).
• Mixer (K174PS1).
• Amplifier frekuensi tinggi (K157ХА1).
• Penguat frekuensi menengah (K157ХА2, K171UR1).
• Penerima radio chip tunggal (K174ХА10).

Di TV

• Di saluran radio (K174UR8 - penguat dengan AGC, detektor gambar dan suara IF, K174UR2 - penguat tegangan gambar IF, detektor sinkron, pra-penguat sinyal video, sistem kontrol penguatan otomatis kunci).
• Dalam saluran kromatisitas (K174AF5 - pembentuk sinyal warna R-, G-, B, K174ХА8 - saklar elektronik, penguat-pembatas dan demodulator sinyal informasi warna).
• Di unit pemindaian (K174GL1 - generator pemindaian bingkai).
• Dalam rangkaian peralihan, sinkronisasi, koreksi dan kontrol (K174AF1 - pemilih sinyal sinkronisasi amplitudo, generator pulsa frekuensi horizontal, unit untuk penyesuaian otomatis frekuensi dan fase sinyal, generator pulsa master horizontal, K174UP1 - penguat sinyal kecerahan, pengatur output elektronik jangkauan sinyal dan level hitam").

Produksi

Transisi ke ukuran elemen integral submikron mempersulit desain AIMS. Misalnya, transistor MOS dengan panjang gerbang pendek memiliki sejumlah fitur yang membatasi penggunaannya dalam blok analog: tingkat kebisingan kedipan frekuensi rendah yang tinggi; penyebaran tegangan ambang dan kemiringan yang kuat, yang menyebabkan munculnya tegangan bias yang besar pada penguat diferensial dan operasional; nilai rendah dari resistansi sinyal kecil keluaran dan penguatan kaskade dengan beban aktif; tegangan rusaknya rendah pada sambungan p-n dan celah sumber pembuangan, menyebabkan penurunan tegangan suplai dan penurunan rentang dinamis.

Saat ini, sirkuit mikro analog diproduksi oleh banyak perusahaan: Analog Devices, Analog Microelectronics, Maxim Integrated Products, National Semiconductor, Texas Instruments, dll.

Sirkuit digital

Sirkuit terpadu digital(sirkuit mikro digital) adalah sirkuit terintegrasi yang dirancang untuk mengubah dan memproses sinyal yang berubah menurut hukum fungsi diskrit.

Sirkuit terpadu digital didasarkan pada sakelar transistor yang dapat berada dalam dua keadaan stabil: terbuka dan tertutup. Penggunaan sakelar transistor memungkinkan untuk membuat berbagai rangkaian logika, pemicu, dan rangkaian terintegrasi lainnya. Sirkuit terpadu digital digunakan dalam perangkat pemrosesan informasi diskrit komputer elektronik (komputer), sistem otomasi, dll.

• Konverter penyangga
• Prosesor (Mikro) (termasuk CPU untuk komputer)
• Chip dan modul memori
• FPGA (sirkuit terintegrasi logika yang dapat diprogram)

Sirkuit terpadu digital memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan sirkuit analog:

• Mengurangi konsumsi daya terkait dengan penggunaan sinyal listrik berdenyut dalam elektronik digital. Saat menerima dan mengubah sinyal tersebut, elemen aktif perangkat elektronik (transistor) beroperasi dalam mode "kunci", yaitu transistor "terbuka" - yang sesuai dengan sinyal tingkat tinggi (1), atau "tertutup ” - (0), dalam kasus pertama pada Tidak ada penurunan tegangan pada transistor, pada kasus kedua tidak ada arus yang mengalir melaluinya. Dalam kedua kasus tersebut, konsumsi daya mendekati 0, berbeda dengan perangkat analog, di mana sebagian besar transistor berada dalam keadaan perantara (aktif).
• Imunitas kebisingan yang tinggi perangkat digital dikaitkan dengan perbedaan besar antara sinyal level tinggi (misalnya, 2,5-5 V) dan rendah (0-0,5 V). Kesalahan keadaan mungkin terjadi pada tingkat interferensi sedemikian rupa sehingga tingkat tinggi ditafsirkan sebagai tingkat rendah dan sebaliknya, yang kecil kemungkinannya. Selain itu, pada perangkat digital dimungkinkan untuk menggunakan kode khusus yang memungkinkan kesalahan diperbaiki.
• Perbedaan besar dalam tingkat status sinyal tingkat tinggi dan rendah (logis “0” dan “1”) dan rentang perubahan yang diizinkan yang cukup luas membuat teknologi digital tidak peka terhadap penyebaran parameter elemen yang tak terhindarkan dalam teknologi terintegrasi, menghilangkan kebutuhan untuk memilih komponen dan mengkonfigurasi elemen penyesuaian pada perangkat digital.

Sirkuit analog-ke-digital

Sirkuit terpadu analog-ke-digital(sirkuit mikro analog-ke-digital) - sirkuit terintegrasi yang dirancang untuk mengubah sinyal yang bervariasi menurut hukum fungsi diskrit menjadi sinyal yang bervariasi menurut hukum fungsi kontinu, dan sebaliknya.

Seringkali, satu chip menjalankan fungsi beberapa perangkat sekaligus (misalnya, ADC aproksimasi berturut-turut berisi DAC, sehingga dapat melakukan konversi dua arah). Daftar perangkat (tidak lengkap) yang fungsinya dapat dijalankan oleh IC analog-ke-digital:

• konverter digital-ke-analog (DAC) dan analog-ke-digital (ADC);
• multiplexer analog (sementara multiplexer digital (de) adalah IC digital murni, multiplexer analog berisi elemen logika digital (biasanya dekoder) dan mungkin berisi sirkuit analog);
• transceiver (misalnya, transceiver antarmuka jaringan Ethernet);
• modulator dan demodulator;
  • modem radio;
  • teleteks, dekoder teks radio VHF;
  • Fast Ethernet dan transceiver jalur optik;
  • Panggilan modem;
  • penerima TV digital;
  • sensor mouse komputer optik;
• sirkuit mikro catu daya untuk perangkat elektronik - stabilisator, konverter tegangan, sakelar daya, dll.;
• attenuator digital;
• sirkuit loop fase-terkunci (PLL);
• generator dan pemulih frekuensi sinkronisasi jam;
• kristal matriks dasar (BMC): berisi sirkuit analog dan digital.

Seri chip

Sirkuit mikro analog dan digital diproduksi secara seri. Seri adalah sekelompok sirkuit mikro yang memiliki desain dan desain teknologi tunggal dan dimaksudkan untuk penggunaan bersama. Sirkuit mikro dari seri yang sama, pada umumnya, memiliki tegangan catu daya yang sama dan dicocokkan dalam hal resistansi input dan output serta level sinyal.

Perumahan

Paket IC Pemasangan Permukaan

Microassembly dengan sirkuit mikro bingkai terbuka yang dilas ke papan sirkuit tercetak

Nama tertentu

Pasar dunia

Pada tahun 2017, pasar sirkuit terpadu global bernilai $700 miliar.

Pada awal Februari 2014, peringatan lima puluh lima tahun kemunculan komunitas dunia sebagai bagian integral dari teknologi sirkuit modern seperti sirkuit terpadu.

Kami mengingatkan Anda bahwa pada tahun 1959, Kantor Paten Federal Amerika Serikat mengeluarkan paten kepada Texas Instruments untuk pembuatan sirkuit terpadu.

Peristiwa ini tercatat sebagai lahirnya era elektronik dan segala manfaat yang didapat dari penggunaannya.

Memang, sirkuit terpadu adalah dasar dari sebagian besar peralatan listrik yang kita kenal.

Ide untuk membuat sirkuit terpadu pertama kali muncul pada awal tahun lima puluhan abad yang lalu. Argumen utama kemunculannya adalah miniaturisasi dan pengurangan biaya peralatan listrik. Pemikiran tentang penerapannya sejak lama masih mengudara, padahal cabang-cabang teknologi sirkuit seperti televisi dan radio, serta teknologi komputer, sedang aktif berkembang di dunia.

Penciptaan sirkuit terpadu menyiratkan pengabaian kabel yang tidak diperlukan, panel pemasangan, dan isolasi dalam produksi sirkuit menggunakan dioda dan transistor semikonduktor. Namun, untuk waktu yang lama tidak ada yang berhasil mewujudkan pemikiran seperti itu. Hanya setelah kerja aktif seorang insinyur berbakat dan terkenal di kalangan ilmuwan modern seperti Jack Kilby (pemenang Hadiah Nobel Fisika untuk penemuan sirkuit terpadu pada tahun 2000), sirkuit mikro pertama diperkenalkan pada tahun 1958. Hampir enam bulan kemudian, penemuan tersebut dipatenkan oleh perusahaan tempat Kilby bekerja (Texas Instruments).

Tentu saja, sekarang kita dapat menyatakan fakta bahwa sirkuit mikro pertama dari ilmuwan Jerman Kilby sama sekali tidak dapat digunakan. Namun, semakin banyak sirkuit terintegrasi yang dibuat atas dasar itu, salah satunya adalah teknologi Robert Noyce - chip silikon planar.

R. Noyce memegang posisi tinggi di Fairchald Semiconductor; lebih tepatnya, dia adalah salah satu pendirinya. Karya Noyce dipatenkan segera setelah paten Kilby diterima. Namun, tidak seperti chip Kilby, pengembangan Noyce telah mendapatkan popularitas di kalangan produsen peralatan listrik besar. Hal ini menyebabkan perselisihan antara Texas Instruments dan Fairchald Semiconductor dan litigasi berikutnya hingga tahun 1969. Hasilnya, Noyce dinobatkan sebagai penemu sirkuit mikro pertama. Meski kebetulan keadaan ini sama sekali tidak membuat marah pemilik kedua perusahaan. Beberapa tahun sebelumnya, mereka mengambil keputusan dengan suara bulat dan mengakui kedua ilmuwan tersebut sebagai pendiri sirkuit terpadu dengan hak yang sama, memberi mereka penghargaan tertinggi dari komunitas ilmiah dan teknik AS - National Medal of Science dan National Medal of Technology. .

Jika Anda menggali lebih dalam ke masa lalu, kita dapat mengatakan dengan yakin bahwa sebelum Noyce dan Kilby memperkenalkan sirkuit mikro ke dunia, sejumlah besar ilmuwan mengerjakan ide ini dan mengusulkan desain yang tidak kalah canggihnya. Diantaranya adalah insinyur Werner Jacobi (Jerman). Perkembangannya bahkan dipatenkan pada tahun 1949. Dalam paten tersebut, insinyur membuat sketsa desain sirkuit mikro yang terdiri dari 5 transistor pada substrat umum. Kemudian, pada tahun 1952, prinsip pengintegrasian komponen rangkaian ke dalam satu unit dijelaskan oleh insinyur Inggris D. Dammer. Setelah lima tahun berikutnya, Jeffrey Dummer mengumumkan contoh kerja pertama dari flip-flop sirkuit terpadu berdasarkan empat transistor. Sayangnya, para ahli militer Inggris tidak menghargai penemuan Dummer, meskipun mereka seharusnya menghargainya. Akibatnya, semua pekerjaan ilmuwan terhenti. Belakangan, penemuan Dummer disebut sebagai nenek moyang sirkuit mikro modern, dan ilmuwan itu sendiri disebut sebagai nabi sirkuit terpadu.

Pada tahun 1957, Amerika Serikat menerima permohonan insinyur lain, Bernard Oliver, untuk mematenkan teknologi yang ia jelaskan untuk memproduksi blok monolitik menggunakan tiga transistor planar.

Di antara nama-nama nabi sirkuit mikro modern adalah inisial insinyur Harvick Johnson, yang mematenkan beberapa jenis pembuatan komponen sirkuit elektronik dalam satu chip, tetapi tidak pernah menerima satu dokumen pun yang mengizinkan implementasi penemuannya. Salah satu metode ini digunakan oleh Jack Kilby, yang menerima semua kemenangan Johnson.

Sirkuit terpadu (IC, sirkuit mikro), chip, microchip (bahasa Inggris microchip, chip silikon, chip - pelat tipis - awalnya istilah ini mengacu pada pelat kristal sirkuit mikro) - perangkat mikroelektronik - sirkuit elektronik dengan kompleksitas sewenang-wenang (kristal), diproduksi pada substrat semikonduktor (wafer atau film) dan ditempatkan dalam wadah yang tidak dapat dipisahkan, atau tanpa wadah, jika disertakan dalam rakitan mikro.

Mikroelektronika adalah pencapaian ilmiah dan teknis paling signifikan dan, seperti yang diyakini banyak orang, di zaman kita. Hal ini dapat dibandingkan dengan titik balik dalam sejarah teknologi seperti penemuan mesin cetak pada abad ke-16, penciptaan mesin uap pada abad ke-18, dan perkembangan teknik elektro pada abad ke-19. Dan ketika kita berbicara tentang revolusi ilmu pengetahuan dan teknologi, yang kita maksudkan adalah mikroelektronika. Tidak seperti pencapaian teknis lainnya di zaman kita, hal ini meresap ke semua bidang kehidupan dan menjadikan kenyataan yang kemarin tidak dapat dibayangkan. Untuk meyakinkan hal ini, cukup dengan mengingat kalkulator saku, radio mini, perangkat kontrol elektronik pada peralatan rumah tangga, jam tangan, komputer, dan komputer yang dapat diprogram. Dan ini hanya sebagian kecil dari area penerapannya!

Mikroelektronika muncul dan keberadaannya disebabkan oleh penciptaan elemen elektronik subminiatur baru - sirkuit terpadu. Kemunculan sirkuit-sirkuit ini, pada kenyataannya, bukanlah suatu penemuan baru yang fundamental - ini secara langsung mengikuti logika perkembangan perangkat semikonduktor. Pada awalnya, ketika elemen semikonduktor pertama kali digunakan, setiap transistor, resistor, atau dioda digunakan secara terpisah, yaitu ditutup dalam wadahnya masing-masing dan dimasukkan ke dalam rangkaian menggunakan kontak individualnya. Hal ini dilakukan bahkan dalam kasus di mana diperlukan untuk merakit banyak sirkuit serupa dari elemen yang sama.

Lambat laun, muncul pemahaman bahwa lebih rasional untuk tidak merakit perangkat tersebut dari elemen individual, tetapi segera memproduksinya pada satu kristal biasa, terutama karena elektronik semikonduktor menciptakan semua prasyarat untuk ini. Faktanya, semua elemen semikonduktor sangat mirip satu sama lain dalam strukturnya, memiliki prinsip operasi yang sama dan hanya berbeda pada posisi relatif daerah p-n.

Daerah p-n ini, seperti yang kita ingat, dibuat dengan memasukkan pengotor dari jenis yang sama ke dalam lapisan permukaan kristal semikonduktor. Selain itu, pengoperasian sebagian besar elemen semikonduktor yang andal dan memuaskan dari semua sudut pandang dipastikan dengan ketebalan lapisan kerja permukaan seperseribu milimeter. Transistor terkecil biasanya hanya menggunakan lapisan atas chip semikonduktor, yang ketebalannya hanya 1%. 99% sisanya bertindak sebagai pembawa atau substrat, karena tanpa substrat, transistor dapat runtuh dengan sedikit sentuhan. Akibatnya, dengan menggunakan teknologi yang digunakan untuk pembuatan komponen elektronik individual, dimungkinkan untuk segera membuat rangkaian lengkap yang terdiri dari beberapa puluh, ratusan, atau bahkan ribuan komponen tersebut dalam satu chip.

Manfaat dari hal ini akan sangat besar. Pertama, biaya akan segera berkurang (biaya sebuah sirkuit mikro biasanya ratusan kali lebih kecil dari total biaya semua elemen elektronik komponennya). Kedua, perangkat seperti itu akan jauh lebih andal (seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, ribuan dan puluhan ribu kali lipat), dan ini sangat penting, karena menemukan kesalahan pada rangkaian yang terdiri dari puluhan atau ratusan ribu komponen elektronik berubah menjadi suatu permasalahan yang sangat kompleks. Ketiga, karena fakta bahwa semua elemen elektronik dari sirkuit terpadu ratusan dan ribuan kali lebih kecil daripada elemen elektronik di sirkuit konvensional, konsumsi energinya jauh lebih rendah dan kinerjanya jauh lebih tinggi.

Peristiwa penting yang menandai datangnya integrasi dalam elektronik adalah usulan insinyur Amerika J. Kilby dari Texas Instruments untuk memperoleh elemen ekuivalen untuk keseluruhan rangkaian, seperti register, kapasitor, transistor, dan dioda, dalam sepotong silikon murni monolitik. . Kilby menciptakan sirkuit semikonduktor terintegrasi pertama pada musim panas 1958. Dan sudah pada tahun 1961, Fairchild Semiconductor Corporation merilis chip serial pertama untuk komputer: sirkuit kebetulan, register setengah shift, dan pemicu. Pada tahun yang sama, perusahaan Texas menguasai produksi sirkuit logika terintegrasi semikonduktor.

Tahun berikutnya, sirkuit terpadu dari perusahaan lain bermunculan. Dalam waktu singkat, berbagai jenis amplifier diciptakan dalam desain yang terintegrasi. Pada tahun 1962, RCA mengembangkan chip matriks memori terintegrasi untuk perangkat penyimpanan komputer. Secara bertahap, produksi sirkuit mikro diluncurkan di semua negara - era mikroelektronika dimulai.

Bahan awal untuk sirkuit terpadu biasanya berupa wafer mentah silikon murni. Ini memiliki ukuran yang relatif besar, karena beberapa ratus sirkuit mikro dengan jenis yang sama diproduksi secara bersamaan di dalamnya. Operasi pertama adalah di bawah pengaruh oksigen pada suhu 1000 derajat, lapisan silikon dioksida terbentuk di permukaan pelat ini. Silikon oksida memiliki ciri ketahanan kimia dan mekanik yang tinggi serta memiliki sifat dielektrik yang sangat baik, memberikan insulasi yang andal pada silikon yang terletak di bawahnya.

Langkah selanjutnya adalah pengenalan pengotor untuk membuat pita konduksi p atau n. Untuk melakukan ini, film oksida dihilangkan dari tempat-tempat di pelat yang sesuai dengan masing-masing komponen elektronik. Pemilihan area yang diinginkan terjadi dengan menggunakan proses yang disebut fotolitografi. Pertama, seluruh lapisan oksida dilapisi dengan senyawa fotosensitif (photoresist), yang berperan sebagai film fotografi - dapat diekspos dan dikembangkan. Setelah itu, melalui masker foto khusus yang berisi pola permukaan kristal semikonduktor, pelat tersebut disinari dengan sinar ultraviolet.

Di bawah pengaruh cahaya, pola datar terbentuk pada lapisan oksida, dengan area yang tidak terkena cahaya tetap terang dan area lainnya menjadi gelap. Di tempat fotoresistor terkena cahaya, terbentuk area film yang tidak larut dan tahan terhadap asam. Wafer kemudian diolah dengan pelarut, yang menghilangkan photoresist dari area yang terbuka. Dari area yang terbuka (dan hanya dari area tersebut), lapisan silikon oksida digores menggunakan asam.

Hasilnya, silikon oksida larut di tempat yang tepat dan “jendela” silikon murni terbuka, siap untuk masuknya pengotor (ligasi). Untuk melakukan ini, permukaan substrat pada suhu 900-1200 derajat terkena pengotor yang diinginkan, misalnya fosfor atau arsenik, untuk mendapatkan konduktivitas tipe-n. Atom pengotor menembus jauh ke dalam silikon murni, tetapi ditolak oleh oksidanya. Setelah wafer diolah dengan satu jenis pengotor, wafer disiapkan untuk ligasi dengan jenis lain - permukaan wafer ditutup lagi dengan lapisan oksida, fotolitografi dan etsa baru dilakukan, yang menghasilkan “jendela” baru. silikon dibuka.

Ini diikuti dengan ligasi baru, misalnya dengan boron, untuk mendapatkan konduktivitas tipe-p. Jadi, daerah p dan n terbentuk di seluruh permukaan kristal pada tempat yang tepat. Isolasi antara elemen individu dapat dibuat dengan beberapa cara: lapisan silikon oksida dapat berfungsi sebagai isolasi tersebut, atau pemblokiran sambungan p-n juga dapat dibuat di tempat yang tepat.

Tahap pemrosesan selanjutnya dikaitkan dengan penerapan sambungan konduktif (jalur penghantar) antara elemen-elemen rangkaian terpadu, serta antara elemen-elemen tersebut dan kontak untuk menghubungkan rangkaian eksternal. Untuk melakukan ini, lapisan tipis aluminium disemprotkan ke substrat, yang mengendap dalam bentuk film tipis. Itu mengalami pemrosesan fotolitografi dan pengetsaan serupa dengan yang dijelaskan di atas. Akibatnya, hanya garis konduktif tipis dan bantalan kontak yang tersisa dari seluruh lapisan logam.

Akhirnya, seluruh permukaan chip semikonduktor ditutupi dengan lapisan pelindung (paling sering kaca silikat), yang kemudian dikeluarkan dari bantalan kontak. Semua sirkuit mikro yang diproduksi harus menjalani pengujian paling ketat di meja kontrol dan pengujian. Sirkuit yang rusak ditandai dengan titik merah. Terakhir, kristal dipotong menjadi pelat chip individual, yang masing-masing ditutup dalam wadah tahan lama dengan kabel untuk dihubungkan ke sirkuit eksternal.

Kompleksitas suatu rangkaian terpadu dicirikan oleh suatu indikator yang disebut derajat integrasi. Sirkuit terpadu dengan lebih dari 100 elemen disebut sirkuit integrasi rendah; sirkuit yang berisi hingga 1000 elemen - sirkuit terpadu dengan tingkat integrasi sedang; sirkuit yang mengandung hingga puluhan ribu elemen disebut sirkuit terpadu besar. Sirkuit yang mengandung hingga satu juta elemen sudah diproduksi (disebut ultra-besar). Peningkatan bertahap dalam integrasi telah menyebabkan fakta bahwa setiap tahun skema tersebut menjadi semakin kecil dan, karenanya, semakin kompleks.

Sejumlah besar perangkat elektronik yang dulunya berdimensi besar kini muat dalam wafer silikon kecil. Peristiwa yang sangat penting dalam jalur ini adalah penciptaan pada tahun 1971 oleh perusahaan Amerika Intel dari satu sirkuit terintegrasi untuk melakukan operasi aritmatika dan logika - sebuah mikroprosesor. Hal ini memerlukan terobosan besar mikroelektronika ke dalam bidang teknologi komputer.

Baca dan tulis berguna

Sirkuit terpadu pertama

Didedikasikan untuk peringatan 50 tahun tanggal resmi

B.Malashevich

Pada tanggal 12 September 1958, karyawan Texas Instruments (TI) Jack Kilby mendemonstrasikan kepada manajemen tiga perangkat aneh - perangkat yang terbuat dari dua potong silikon berukuran 11,1 x 1,6 mm yang direkatkan dengan lilin lebah pada substrat kaca (Gbr. 1). Ini adalah model tiga dimensi - prototipe sirkuit terintegrasi (IC) generator, yang membuktikan kemungkinan pembuatan semua elemen sirkuit berdasarkan satu bahan semikonduktor. Tanggal ini diperingati dalam sejarah elektronik sebagai hari lahir sirkuit terpadu. Tapi benarkah?

Beras. 1. Tata letak IP pertama oleh J. Kilby. Foto dari situs http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Pada akhir tahun 1950-an, teknologi perakitan peralatan elektronik (REA) dari elemen-elemen diskrit telah kehabisan kemampuannya. Dunia telah mengalami krisis akut akibat REA; tindakan radikal diperlukan. Pada saat ini, teknologi terintegrasi untuk produksi perangkat semikonduktor dan papan sirkuit keramik film tebal dan film tipis telah dikuasai secara industri di Amerika Serikat dan Uni Soviet, yaitu. prasyarat untuk mengatasi krisis ini dengan menciptakan multi-elemen sudah matang. produk standar - sirkuit terpadu.

Sirkuit terpadu (chip, IC) mencakup perangkat elektronik dengan kompleksitas yang berbeda-beda, di mana semua elemen serupa diproduksi secara bersamaan dalam satu siklus teknologi, yaitu. menggunakan teknologi terintegrasi. Tidak seperti papan sirkuit tercetak (di mana semua konduktor penghubung diproduksi secara bersamaan dalam satu siklus menggunakan teknologi terintegrasi), resistor, kapasitor, dan (dalam IC semikonduktor) dioda dan transistor juga dibentuk dalam IC. Selain itu, banyak IC yang diproduksi secara bersamaan, dari puluhan hingga ribuan.

IC dikembangkan dan diproduksi oleh industri dalam bentuk seri, menggabungkan sejumlah sirkuit mikro untuk berbagai keperluan fungsional, yang dimaksudkan untuk digunakan bersama dalam peralatan elektronik. IC seri memiliki desain standar dan sistem kelistrikan dan karakteristik lainnya yang terpadu. IC dipasok oleh produsen ke berbagai konsumen sebagai produk komersial independen yang memenuhi sistem persyaratan standar tertentu. IC adalah produk yang tidak dapat diperbaiki; saat memperbaiki peralatan elektronik, IC yang rusak akan diganti.

Ada dua kelompok utama IC: hybrid dan semikonduktor.

Dalam IC hybrid (HIC), semua konduktor dan elemen pasif dibentuk pada permukaan substrat sirkuit mikro (biasanya keramik) menggunakan teknologi terintegrasi. Elemen aktif berupa dioda tanpa paket, transistor, dan kristal IC semikonduktor dipasang pada substrat secara individual, manual atau otomatis.

Dalam IC semikonduktor, elemen penghubung, pasif dan aktif dibentuk dalam satu siklus teknologi pada permukaan bahan semikonduktor (biasanya silikon) dengan invasi parsial volumenya menggunakan metode difusi. Pada saat yang sama, pada satu wafer semikonduktor, tergantung pada kompleksitas perangkat dan ukuran kristal dan wafernya, beberapa puluh hingga beberapa ribu IC diproduksi. Industri ini memproduksi IC semikonduktor dalam paket standar, dalam bentuk chip individu atau dalam bentuk wafer yang tidak terbagi.

Pengenalan IC hybrid (GIS) dan semikonduktor ke dunia terjadi dengan cara yang berbeda. GIS merupakan produk pengembangan evolusi mikromodul dan teknologi pemasangan papan keramik. Oleh karena itu, mereka muncul tanpa disadari; tidak ada tanggal lahir GIS yang diterima secara umum dan tidak ada penulis yang diakui secara umum. IC semikonduktor adalah hasil alami dan tak terelakkan dari perkembangan teknologi semikonduktor, namun memerlukan generasi ide-ide baru dan penciptaan teknologi baru, yang memiliki tanggal lahir dan penciptanya sendiri. IC hybrid dan semikonduktor pertama muncul di Uni Soviet dan Amerika Serikat hampir secara bersamaan dan independen satu sama lain.

IC hybrid pertama

IC hibrid mencakup IC, yang produksinya menggabungkan teknologi integral pembuatan elemen pasif dengan teknologi individual (manual atau otomatis) untuk memasang dan merakit elemen aktif.

Pada akhir tahun 1940-an, perusahaan Centralab di AS mengembangkan prinsip dasar pembuatan papan sirkuit cetak berbahan dasar keramik film tebal, yang kemudian dikembangkan oleh perusahaan lain. Dasarnya adalah teknologi pembuatan papan sirkuit tercetak dan kapasitor keramik. Dari papan sirkuit tercetak kami mengambil teknologi terintegrasi untuk membentuk topologi konduktor penghubung - sablon sutra. Dari kapasitor - bahan substrat (keramik, seringkali sital), serta bahan pasta dan teknologi termal untuk pemasangannya pada substrat.

Dan pada awal tahun 1950-an, perusahaan RCA menemukan teknologi film tipis: dengan menyemprotkan berbagai bahan dalam ruang hampa dan menyimpannya melalui masker ke substrat khusus, mereka belajar cara memproduksi banyak film mini yang menghubungkan konduktor, resistor, dan kapasitor secara bersamaan dalam satu kesatuan. substrat keramik.

Dibandingkan dengan teknologi film tebal, teknologi film tipis memberikan kemungkinan pembuatan elemen topologi berukuran lebih kecil yang lebih presisi, namun membutuhkan peralatan yang lebih kompleks dan mahal. Perangkat yang diproduksi pada papan sirkuit keramik menggunakan teknologi film tebal atau film tipis disebut “sirkuit hibrida”. Sirkuit hibrida diproduksi sebagai komponen produk produksi mereka sendiri; masing-masing pabrikan memiliki desain, dimensi, dan tujuan fungsionalnya sendiri; mereka tidak memasuki pasar bebas, dan oleh karena itu kurang dikenal.

Sirkuit hibrid juga telah menginvasi mikromodul. Pada awalnya, mereka menggunakan elemen miniatur pasif dan aktif yang terpisah, disatukan oleh kabel cetak tradisional. Teknologi perakitannya rumit, dengan banyak tenaga kerja manual. Oleh karena itu, mikromodul sangat mahal, dan penggunaannya terbatas pada peralatan on-board. Kemudian syal keramik miniatur film tebal digunakan. Selanjutnya, resistor mulai diproduksi menggunakan teknologi film tebal. Namun dioda dan transistor yang digunakan masih terpisah, dikemas tersendiri.

Mikromodul menjadi sirkuit terintegrasi hibrida pada saat transistor dan dioda yang tidak dikemas digunakan di dalamnya dan strukturnya disegel dalam wadah umum. Hal ini memungkinkan untuk mengotomatiskan proses perakitannya secara signifikan, menurunkan harga secara tajam, dan memperluas cakupan aplikasi. Berdasarkan metode pembentukan elemen pasif, GIS film tebal dan film tipis dibedakan.

GIS pertama di Uni Soviet

GIS pertama (modul tipe “Kvant”, yang kemudian disebut IS seri 116) di Uni Soviet dikembangkan pada tahun 1963 di NIIRE (kemudian NPO Leninets, Leningrad) dan pada tahun yang sama pabrik percontohan memulai produksi serialnya. Dalam GIS ini, IC semikonduktor “R12-2”, yang dikembangkan pada tahun 1962 oleh Pabrik Perangkat Semikonduktor Riga, digunakan sebagai elemen aktif. Karena sejarah penciptaan IC ini dan karakteristiknya tidak dapat dipisahkan, kami akan mempertimbangkannya bersama-sama di bagian yang dikhususkan untuk P12-2.

Tidak diragukan lagi, modul Kvant adalah yang pertama di dunia GIS dengan integrasi dua tingkat - modul tersebut menggunakan IC semikonduktor daripada transistor paket diskrit sebagai elemen aktif. Kemungkinan besar mereka juga yang pertama di dunia GIS - produk multi-elemen yang lengkap secara struktural dan fungsional, dipasok ke konsumen sebagai produk komersial independen. Produk asing serupa paling awal yang diidentifikasi oleh penulis adalah modul IBM Corporation SLT yang dijelaskan di bawah, tetapi diumumkan pada tahun berikutnya, 1964.

GIS pertama di AS

Kemunculan GIS film tebal sebagai basis elemen utama komputer baru IBM System /360 pertama kali diumumkan oleh IBM pada tahun 1964. Tampaknya ini adalah penggunaan GIS pertama di luar Uni Soviet; penulis tidak dapat menemukan contoh sebelumnya .

Sudah dikenal pada saat itu di kalangan spesialis, seri IC semikonduktor “Microologic” dari Fairchild dan “SN-51” dari TI (kita akan membicarakannya di bawah) masih jarang tersedia dan sangat mahal untuk aplikasi komersial, seperti konstruksi sebuah komputer besar. Oleh karena itu, perusahaan IBM, dengan menggunakan desain mikromodul datar sebagai dasar, mengembangkan seri GIS film tebal, yang diumumkan dengan nama umum (sebagai lawan dari "mikromodul") - "modul SLT" (Teknologi Logika Padat - padat teknologi logika. Biasanya kata "padat" diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia sebagai "padat", yang sama sekali tidak masuk akal. Memang, istilah "modul SLT" diperkenalkan oleh IBM sebagai lawan dari istilah "mikromodul" dan seharusnya mencerminkan perbedaannya kedua modul tersebut “padat”, yaitu terjemahan ini tidak. Kata “padat” juga memiliki arti lain – “padat”, “keseluruhan”, yang berhasil menekankan perbedaan antara “modul SLT” dan “mikromodul” - modul SLT tidak dapat dibagi-bagi. , tidak dapat diperbaiki, yaitu "keseluruhan". Kami tidak menggunakan terjemahan yang diterima secara umum ke dalam bahasa Rusia: Teknologi Logika Padat - teknologi logika padat).

Modul SLT adalah pelat mikro film tebal keramik berukuran setengah inci dengan pin vertikal yang ditekan. Konduktor penghubung dan resistor diaplikasikan pada permukaannya menggunakan sablon sutra (sesuai dengan diagram perangkat yang diterapkan), dan transistor yang tidak dikemas dipasang. Kapasitor, jika perlu, dipasang di sebelah modul SLT pada papan perangkat. Meskipun secara eksternal hampir identik (mikromodul sedikit lebih tinggi, Gambar 2.), modul SLT berbeda dari mikromodul datar dalam hal kepadatan elemen yang lebih tinggi, konsumsi daya yang rendah, kinerja tinggi, dan keandalan yang tinggi. Selain itu, teknologi SLT cukup mudah untuk diotomatisasi sehingga dapat diproduksi dalam jumlah besar dengan biaya yang cukup murah untuk digunakan pada peralatan komersial. Inilah yang dibutuhkan IBM. Perusahaan membangun pabrik otomatis di East Fishkill dekat New York untuk produksi modul SLT, yang memproduksinya dalam jutaan eksemplar.

Beras. 2. Mikromodul Uni Soviet dan modul SLT f. IBM. Foto STL dari situs http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

Mengikuti IBM, perusahaan lain mulai memproduksi GIS, dan GIS menjadi produk komersialnya. Desain standar mikromodul datar dan modul SLT dari IBM telah menjadi salah satu standar IC hybrid.

IC semikonduktor pertama

Pada akhir tahun 1950-an, industri memiliki setiap peluang untuk memproduksi peralatan elektronik yang murah. Namun jika transistor atau dioda terbuat dari germanium dan silikon, maka resistor dan kapasitor dibuat dari bahan lain. Banyak yang kemudian percaya bahwa ketika membuat sirkuit hybrid tidak akan ada masalah dalam merakit elemen-elemen ini, yang diproduksi secara terpisah. Dan jika memungkinkan untuk memproduksi semua elemen dengan ukuran dan bentuk standar dan dengan demikian mengotomatiskan proses perakitan, maka biaya peralatan akan berkurang secara signifikan. Berdasarkan alasan tersebut, para pendukung teknologi hybrid menganggapnya sebagai arah umum perkembangan mikroelektronika.

Namun tidak semua orang sependapat dengan pendapat ini. Faktanya adalah transistor mesa, dan terutama transistor planar, yang sudah dibuat pada periode itu, diadaptasi untuk pemrosesan kelompok, di mana sejumlah operasi untuk pembuatan banyak transistor pada satu pelat substrat dilakukan secara bersamaan. Artinya, banyak transistor diproduksi pada satu wafer semikonduktor sekaligus. Kemudian pelat tersebut dipotong menjadi transistor individual, yang ditempatkan dalam wadah individual. Dan kemudian produsen perangkat keras menggabungkan transistor pada satu papan sirkuit tercetak. Ada orang yang menganggap pendekatan ini konyol - mengapa memisahkan transistor dan menyambungkannya kembali. Apakah mungkin untuk segera menggabungkannya pada wafer semikonduktor? Pada saat yang sama, singkirkan beberapa operasi yang rumit dan mahal! Orang-orang ini menemukan IC semikonduktor.

Idenya sangat sederhana dan sangat jelas. Namun, seperti yang sering terjadi, hanya setelah seseorang mengumumkan dan membuktikannya terlebih dahulu. Ia membuktikan bahwa sekadar mengumumkan hal tersebut sering kali, seperti dalam kasus ini, tidaklah cukup. Ide IC diumumkan kembali pada tahun 1952, sebelum munculnya metode kelompok untuk pembuatan perangkat semikonduktor. Pada konferensi tahunan komponen elektronik yang diadakan di Washington, Jeffrey Dummer, pegawai Kantor Radar Kerajaan Inggris di Malvern, mempresentasikan laporan tentang keandalan komponen radar. Dalam laporannya dia membuat pernyataan kenabian: “ Dengan munculnya transistor dan pekerjaan di bidang teknologi semikonduktor, secara umum peralatan elektronik dapat dibayangkan berbentuk balok padat yang tidak mengandung kabel penghubung. Blok tersebut dapat terdiri dari lapisan bahan insulasi, penghantar, penyearah, dan penguat yang area tertentu dipotong sehingga dapat langsung menjalankan fungsi kelistrikan.”. Namun perkiraan ini luput dari perhatian para ahli. Mereka mengingatnya hanya setelah kemunculan IC semikonduktor pertama, yaitu setelah bukti praktis dari ide yang telah lama dipublikasikan. Seseorang harus menjadi orang pertama yang menemukan kembali dan menerapkan ide IC semikonduktor.

Seperti halnya transistor, pencipta IC semikonduktor yang dikenal secara umum memiliki pendahulu yang kurang lebih sukses. Dammer sendiri berusaha mewujudkan idenya pada tahun 1956, namun gagal. Pada tahun 1953, Harvick Johnson dari RCA menerima paten untuk osilator chip tunggal, dan pada tahun 1958, bersama dengan Torkel Wallmark, mengumumkan konsep “perangkat terintegrasi semikonduktor.” Pada tahun 1956, Ross, seorang karyawan Bell Labs, membuat rangkaian penghitung biner berdasarkan struktur n-p-n-p dalam satu kristal. Pada tahun 1957, Yasuro Taru dari perusahaan Jepang MITI menerima paten untuk menggabungkan berbagai transistor dalam satu kristal. Namun semua ini dan perkembangan serupa lainnya bersifat pribadi, tidak dibawa ke produksi dan tidak menjadi dasar pengembangan elektronika terintegrasi. Hanya tiga proyek yang berkontribusi pada pengembangan IP dalam produksi industri.

Yang beruntung adalah Jack Kilby dari Texas Instruments (TI), Robert Noyce dari Fairchild (keduanya dari AS) dan Yuri Valentinovich Osokin dari biro desain Riga Semiconductor Device Plant (USSR). Orang Amerika menciptakan sampel eksperimental sirkuit terpadu: J. Kilby - prototipe generator IC (1958), dan kemudian pemicu pada transistor mesa (1961), R. Noyce - pemicu menggunakan teknologi planar (1961), dan Yu. Osokin – IC logis “2NOT-OR” segera diproduksi massal di Jerman (1962). Perusahaan-perusahaan ini memulai produksi serial IP hampir secara bersamaan, pada tahun 1962.

IC semikonduktor pertama di AS

IP oleh Jack Kilby. seri IS SN - 51”

Pada tahun 1958, J. Kilby (pelopor penggunaan transistor pada alat bantu dengar) pindah ke Texas Instruments. Pendatang baru Kilby, sebagai perancang sirkuit, “dilemparkan” untuk meningkatkan pengisian mikromodular roket dengan menciptakan alternatif pengganti mikromodul. Pilihan untuk merakit balok dari bagian-bagian berbentuk standar, mirip dengan merakit model mainan dari figur LEGO, telah dipertimbangkan. Namun, Kilby terpesona oleh hal lain. Peran yang menentukan dimainkan oleh efek "tampilan segar": pertama, ia segera menyatakan bahwa mikromodul adalah jalan buntu, dan kedua, setelah mengagumi struktur mesa, ia sampai pada gagasan bahwa rangkaian harus (dan dapat) menjadi diimplementasikan dari satu bahan - semikonduktor. Kilby mengetahui ide Dummer dan upayanya yang gagal untuk mengimplementasikannya pada tahun 1956. Setelah menganalisis, dia memahami alasan kegagalan tersebut dan menemukan cara untuk mengatasinya. “ Penghargaan bagi saya adalah saya mengambil ide ini dan mengubahnya menjadi kenyataan.”, kata J. Kilby kemudian dalam pidato Nobelnya.

Karena belum mendapatkan hak untuk keluar, dia bekerja di laboratorium tanpa gangguan saat semua orang sedang beristirahat. Pada tanggal 24 Juli 1958, Kilby merumuskan sebuah konsep dalam jurnal laboratorium yang disebut Ide Monolitik. Esensinya adalah “. ..elemen rangkaian seperti resistor, kapasitor, kapasitor terdistribusi, dan transistor dapat diintegrasikan ke dalam satu chip - asalkan terbuat dari bahan yang sama... Dalam desain rangkaian flip-flop, semua elemen harus terbuat dari silikon, dengan resistor menggunakan resistansi volume silikon, dan kapasitor - kapasitansi sambungan pn". “Ide monolit” mendapat sikap merendahkan dan ironis dari manajemen Texas Instruments, yang menuntut bukti kemungkinan pembuatan transistor, resistor, dan kapasitor dari semikonduktor dan pengoperasian sirkuit yang dirakit dari elemen-elemen tersebut.

Pada bulan September 1958, Kilby mewujudkan idenya - ia membuat generator dari dua potong germanium berukuran 11,1 x 1,6 mm, direkatkan dengan lilin lebah pada substrat kaca, yang berisi dua jenis daerah difusi (Gbr. 1). Dia menggunakan area ini dan kontak yang ada untuk membuat rangkaian generator, menghubungkan elemen dengan kabel emas tipis dengan diameter 100 mikron menggunakan pengelasan termokompresi. Sebuah mesatransistor dibuat dari satu area, dan sirkuit RC dibuat dari area lain. Tiga buah genset yang telah dirakit tersebut didemonstrasikan kepada manajemen perusahaan. Ketika listrik tersambung, mereka mulai bekerja pada frekuensi 1,3 MHz. Ini terjadi pada 12 September 1958. Seminggu kemudian, Kilby membuat amplifier dengan cara serupa. Tapi ini belum merupakan struktur terintegrasi, ini adalah model tiga dimensi IC semikonduktor, yang membuktikan gagasan untuk membuat semua elemen sirkuit dari satu bahan - semikonduktor.

Beras. 3. Pemicu Tipe 502 J. Kilby. Foto dari situs http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Sirkuit terintegrasi Kilby yang pertama, dibuat dari satu bagian germanium monolitik, adalah IC pemicu Tipe 502 eksperimental (Gbr. 3). Ini menggunakan resistansi volume germanium dan kapasitansi sambungan pn. Presentasinya berlangsung pada bulan Maret 1959. Sejumlah kecil IC semacam itu diproduksi di laboratorium dan dijual kepada kalangan kecil seharga $450. IC tersebut berisi enam elemen: empat transistor mesa dan dua resistor, ditempatkan pada wafer silikon dengan diameter 1 cm. Namun IC Kilby memiliki kelemahan serius - transistor mesa, yang berbentuk kolom "aktif" mikroskopis yang menjulang tinggi di atas yang lain. , bagian "pasif" dari kristal. Sambungan kolom mesa satu sama lain di Kilby IS dilakukan dengan merebus kabel emas tipis - “teknologi berbulu” yang dibenci semua orang. Menjadi jelas bahwa dengan interkoneksi seperti itu, sirkuit mikro dengan sejumlah besar elemen tidak dapat dibuat - jaringan kawat akan putus atau tersambung kembali. Dan germanium pada saat itu sudah dianggap sebagai bahan yang tidak menjanjikan. Tidak ada terobosan.

Saat ini, Fairchild telah mengembangkan teknologi silikon planar. Mengingat semua ini, Texas Instruments harus mengesampingkan semua yang telah dilakukan Kilby dan mulai, tanpa Kilby, mengembangkan serangkaian IC berdasarkan teknologi silikon planar. Pada bulan Oktober 1961, perusahaan mengumumkan pembuatan serangkaian IC tipe SN-51, dan pada tahun 1962 memulai produksi massal dan pengiriman untuk kepentingan Departemen Pertahanan AS dan NASA.

IP oleh Robert Noyce. seri ISMikrologi”

Pada tahun 1957, karena beberapa alasan, W. Shockley, penemu transistor planar, meninggalkan sekelompok delapan insinyur muda yang ingin mencoba menerapkan ide mereka sendiri. “Delapan Pengkhianat,” demikian Shockley menyebut mereka, yang pemimpinnya adalah R. Noyce dan G. Moore, mendirikan perusahaan Fairchild Semiconductor (“anak cantik”). Perusahaan ini dipimpin oleh Robert Noyce, saat itu dia berusia 23 tahun.

Pada akhir tahun 1958, fisikawan D. Horney, yang bekerja di Fairchild Semiconductor, mengembangkan teknologi planar untuk pembuatan transistor. Dan fisikawan kelahiran Ceko Kurt Lehovec, yang bekerja di Sprague Electric, mengembangkan teknik menggunakan sambungan np yang terhubung terbalik untuk mengisolasi komponen secara elektrik. Pada tahun 1959, Robert Noyce, setelah mendengar tentang desain IC Kilby, memutuskan untuk mencoba membuat sirkuit terpadu dengan menggabungkan proses yang diusulkan oleh Horney dan Lehovec. Dan alih-alih “teknologi berbulu” interkoneksi, Noyce mengusulkan pengendapan selektif lapisan tipis logam di atas struktur semikonduktor berinsulasi silikon dioksida dengan koneksi ke kontak elemen melalui lubang yang tersisa di lapisan isolasi. Hal ini memungkinkan untuk “membenamkan” elemen aktif ke dalam badan semikonduktor, mengisolasinya dengan silikon oksida, dan kemudian menghubungkan elemen-elemen ini dengan jejak aluminium atau emas yang tergagap, yang dibuat menggunakan proses fotolitografi, metalisasi, dan etsa di tahap terakhir pembuatan produk. Dengan demikian, diperoleh versi yang benar-benar “monolitik” dalam menggabungkan komponen-komponen ke dalam satu sirkuit, dan teknologi baru ini disebut “planar”. Namun gagasan itu harus diuji terlebih dahulu.

Beras. 4. Pemicu eksperimental oleh R. Noyce. Foto dari situs http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Beras. 5. Foto Micrologic IC di majalah Life. Foto dari situs http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Pada bulan Agustus 1959, R. Noyce menugaskan Joy Last untuk mengembangkan versi IC berdasarkan teknologi planar. Pertama, seperti Kilby, mereka membuat prototipe pemicu pada beberapa kristal silikon, yang di dalamnya dibuat 4 transistor dan 5 resistor. Kemudian, pada tanggal 26 Mei 1960, pemicu chip tunggal pertama diproduksi. Untuk mengisolasi unsur-unsur di dalamnya, alur dalam diukir di sisi belakang wafer silikon dan diisi dengan resin epoksi. Pada tanggal 27 September 1960, versi ketiga dari pelatuk diproduksi (Gbr. 4), di mana elemen-elemennya diisolasi oleh sambungan p-n yang terhubung terbalik.

Sampai saat itu, Fairchild Semiconductor hanya terlibat dalam transistor; tidak memiliki perancang sirkuit untuk membuat IC semikonduktor. Oleh karena itu, Robert Norman dari Sperry Gyroscope diundang sebagai perancang sirkuit. Norman akrab dengan logika resistor-transistor, yang atas sarannya dipilih oleh perusahaan sebagai dasar rangkaian IC “Mikrologis” di masa depan, yang pertama kali diterapkan pada peralatan roket Minuteman. Pada bulan Maret 1961, Fairchild mengumumkan IC eksperimental pertama dari seri ini (F-flip-flop yang berisi enam elemen: empat transistor bipolar dan dua resistor ditempatkan pada pelat dengan diameter 1 cm) dengan publikasi fotonya (Gbr. 5 ) di majalah Kehidupan(tanggal 10 Maret 1961). 5 IP lainnya diumumkan pada bulan Oktober. Dan sejak awal tahun 1962, Fairchild meluncurkan produksi massal IC dan pasokannya juga untuk kepentingan Departemen Pertahanan AS dan NASA.

Kilby dan Noyce harus mendengarkan banyak kritik tentang inovasi mereka. Diyakini bahwa hasil praktis dari sirkuit terpadu yang sesuai akan sangat rendah. Jelas bahwa itu harus lebih rendah dari pada transistor (karena mengandung beberapa transistor), yang kemudian tidak lebih tinggi dari 15%. Kedua, banyak yang percaya bahwa bahan yang tidak pantas digunakan dalam sirkuit terpadu, karena resistor dan kapasitor tidak terbuat dari semikonduktor pada saat itu. Ketiga, banyak yang tidak dapat menerima gagasan IP yang tidak dapat diperbaiki. Tampaknya merupakan penghujatan bagi mereka jika membuang produk yang hanya salah satu dari banyak elemennya yang gagal. Semua keraguan secara bertahap disingkirkan ketika sirkuit terpadu berhasil digunakan dalam program militer dan luar angkasa AS.

Salah satu pendiri Fairchild Semiconductor, G. Moore, merumuskan hukum dasar perkembangan mikroelektronika silikon, yang menyatakan bahwa jumlah transistor dalam kristal sirkuit terpadu meningkat dua kali lipat setiap tahun. Undang-undang ini, yang disebut “Hukum Moore”, berlaku cukup jelas selama 15 tahun pertama (dimulai pada tahun 1959), dan kemudian penggandaannya terjadi dalam waktu sekitar satu setengah tahun.

Selanjutnya, industri kekayaan intelektual di Amerika Serikat mulai berkembang dengan pesat. Di Amerika Serikat, proses munculnya perusahaan-perusahaan yang hanya berorientasi pada planar dimulai seperti longsoran salju, kadang-kadang mencapai titik di mana selusin perusahaan terdaftar setiap minggunya. Berjuang untuk para veteran (perusahaan W. Shockley dan R. Noyce), serta berkat insentif pajak dan layanan yang diberikan oleh Universitas Stanford, “pendatang baru” berkumpul terutama di Santa Clara Valley (California). Oleh karena itu, tidak mengherankan bahwa pada tahun 1971, dengan tangan ringan jurnalis dan pemopuler inovasi teknis Don Hofler, citra romantis-teknologi “Silicon Valley” mulai beredar, selamanya menjadi identik dengan Mekah revolusi teknologi semikonduktor. Ngomong-ngomong, di daerah itu memang ada sebuah lembah yang sebelumnya terkenal dengan banyaknya kebun aprikot, ceri, dan plum, yang sebelum munculnya perusahaan Shockley memiliki nama lain yang lebih menyenangkan - Lembah Kegembiraan Hati, sekarang sayangnya , hampir terlupakan.

Pada tahun 1962, produksi massal sirkuit terpadu dimulai di Amerika Serikat, meskipun volume pengirimannya ke pelanggan hanya beberapa ribu. Insentif terkuat bagi pengembangan industri pembuatan instrumen dan elektronik dengan basis baru adalah teknologi roket dan luar angkasa. Amerika Serikat saat itu tidak memiliki rudal balistik antarbenua sekuat yang dimiliki Soviet, dan untuk meningkatkan muatannya, mereka terpaksa meminimalkan massa kapal induk, termasuk sistem kendali, melalui pengenalan kemajuan terbaru dalam teknologi elektronik. . Texas Instrument dan Fairchild Semiconductor telah menandatangani kontrak besar untuk desain dan pembuatan sirkuit terpadu dengan Departemen Pertahanan AS dan NASA.

IC semikonduktor pertama di Uni Soviet

Pada akhir tahun 1950-an, industri Soviet sangat membutuhkan dioda semikonduktor dan transistor sehingga diperlukan tindakan radikal. Pada tahun 1959, pabrik perangkat semikonduktor didirikan di Aleksandrov, Bryansk, Voronezh, Riga, dll. Pada bulan Januari 1961, Komite Sentral CPSU dan Dewan Menteri Uni Soviet mengadopsi Resolusi lain “Tentang pengembangan industri semikonduktor,” yang mengatur tentang pembangunan pabrik dan lembaga penelitian di Kyiv, Minsk, Yerevan, Nalchik dan kota-kota lain.

Kami akan tertarik pada salah satu pabrik baru - Pabrik Perangkat Semikonduktor Riga yang disebutkan di atas (RZPP, berganti nama beberapa kali, untuk kesederhanaan kami menggunakan yang paling terkenal, yang masih beroperasi sampai sekarang). Gedung sekolah teknik koperasi yang sedang dibangun dengan luas 5.300 m2 dialokasikan sebagai landasan peluncuran pabrik baru, dan pada saat yang sama dimulailah pembangunan gedung khusus. Pada bulan Februari 1960, pabrik tersebut telah menciptakan 32 layanan, 11 laboratorium dan produksi percontohan, yang dimulai pada bulan April untuk mempersiapkan produksi perangkat pertama. Pabrik tersebut telah mempekerjakan 350 orang, 260 di antaranya dikirim untuk belajar di Institut Penelitian Moskow-35 (kemudian Institut Penelitian Pulsar) dan pabrik Leningrad Svetlana sepanjang tahun. Dan pada akhir tahun 1960, jumlah karyawannya mencapai 1.900 orang. Awalnya, jalur teknologi terletak di gimnasium gedung sekolah teknik koperasi yang dibangun kembali, dan laboratorium OKB terletak di bekas ruang kelas. Pabrik memproduksi perangkat pertama (transistor germanium difusi dan konversi paduan P-401, P-403, P-601 dan P-602 yang dikembangkan oleh NII-35) 9 bulan setelah perintah pembuatannya ditandatangani, pada bulan Maret 1960. Dan pada akhir Juli, dia memproduksi seribu transistor P-401 pertama. Kemudian dia menguasai produksi banyak transistor dan dioda lainnya. Pada bulan Juni 1961, pembangunan gedung khusus selesai, di mana produksi massal perangkat semikonduktor dimulai.

Sejak tahun 1961, pabrik memulai pekerjaan teknologi dan pengembangan independen, termasuk mekanisasi dan otomatisasi produksi transistor berdasarkan fotolitografi. Untuk tujuan ini, pengulang foto domestik pertama (stempel foto) dikembangkan - instalasi untuk menggabungkan dan mencetak foto kontak (dikembangkan oleh A.S. Gotman). Bantuan besar dalam pembiayaan dan pembuatan peralatan unik diberikan oleh perusahaan Kementerian Perindustrian Radio, termasuk KB-1 (kemudian NPO Almaz, Moskow) dan NIIRE. Pada saat itu, pengembang peralatan radio berukuran kecil yang paling aktif, yang tidak memiliki basis teknologi semikonduktor sendiri, sedang mencari cara untuk berinteraksi secara kreatif dengan pabrik semikonduktor yang baru didirikan.

Di RZPP, pekerjaan aktif dilakukan untuk mengotomatisasi produksi transistor germanium tipe P401 dan P403 berdasarkan jalur produksi Ausma yang dibuat oleh pabrik. Kepala desainernya (GC) A.S. Gottman mengusulkan pembuatan jalur pembawa arus pada permukaan germanium dari elektroda transistor ke pinggiran kristal untuk memudahkan pengelasan kabel transistor pada wadahnya. Namun yang paling penting, trek ini dapat digunakan sebagai terminal eksternal transistor ketika dirakit menjadi papan (berisi elemen penghubung dan pasif) tanpa kemasan, menyoldernya langsung ke bantalan kontak yang sesuai (sebenarnya, teknologi untuk membuat IC hybrid adalah diajukan). Metode yang diusulkan, di mana jalur kristal yang membawa arus tampak mencium bantalan kontak papan, menerima nama asli - "teknologi ciuman". Namun karena sejumlah permasalahan teknologi yang ternyata tidak dapat diselesaikan pada saat itu, terutama terkait dengan permasalahan keakuratan perolehan kontak pada papan sirkuit tercetak, maka “teknologi ciuman” tersebut tidak dapat diterapkan secara praktis. Beberapa tahun kemudian, ide serupa diterapkan di AS dan Uni Soviet dan diterapkan secara luas dalam apa yang disebut “ball lead” dan teknologi “chip-to-board”.

Namun, perusahaan perangkat keras yang bekerja sama dengan RZPP, termasuk NIIRE, mengharapkan “ciuman teknologi” dan merencanakan penggunaannya. Pada musim semi tahun 1962, ketika menjadi jelas bahwa pelaksanaannya ditunda tanpa batas waktu, chief engineer NIIRE V.I. Smirnov bertanya kepada direktur RZPP S.A. Bergman menemukan cara lain untuk mengimplementasikan sirkuit 2NOR multi-elemen, universal untuk membuat perangkat digital.

Beras. 7. Rangkaian ekivalen IC R12-2 (1LB021). Mengambil dari prospektus IP tahun 1965.

IS dan GIS pertama oleh Yuri Osokin. Skema yang solid R12-2(Seri IS 102 Dan 116 )

Direktur RZPP mempercayakan tugas ini kepada insinyur muda Yuri Valentinovich Osokin. Kami membentuk departemen yang terdiri dari laboratorium teknologi, laboratorium pengembangan dan produksi masker foto, laboratorium pengukuran, dan jalur produksi percontohan. Saat itu, teknologi pembuatan dioda dan transistor germanium dipasok ke RZPP, dan dijadikan dasar pengembangan baru. Dan pada musim gugur tahun 1962, prototipe pertama dari sirkuit padat germanium 2NOT-OR diperoleh (karena istilah IS belum ada pada saat itu, untuk menghormati keadaan pada masa itu, kami akan mempertahankan nama "sirkuit keras" - TS), yang menerima sebutan pabrik “P12-2”. Sebuah buku iklan dari tahun 1965 di P12-2 masih ada (Gbr. 6), informasi dan ilustrasi yang akan kami gunakan. TS R12-2 berisi dua transistor germanium p - n - p (transistor yang dimodifikasi tipe P401 dan P403) dengan beban umum dalam bentuk resistor tipe p germanium terdistribusi (Gbr. 7).

Beras. 8. Struktur IC R12-2. Mengambil dari prospektus IP tahun 1965.

Beras. 9. Gambar dimensi kendaraan R12-2. Mengambil dari prospektus IP tahun 1965.

Sadapan eksternal dibentuk oleh pengelasan termokompresi antara daerah germanium pada struktur TC dan emas konduktor timbal. Hal ini memastikan pengoperasian sirkuit yang stabil di bawah pengaruh eksternal dalam kondisi tropis dan kabut laut, yang sangat penting untuk pengoperasian pertukaran telepon otomatis kuasi-elektronik angkatan laut yang diproduksi oleh pabrik VEF Riga, yang juga tertarik dengan pengembangan ini.

Secara struktural, R12-2 TS (dan selanjutnya R12-5) dibuat dalam bentuk “tablet” (Gbr. 9) dari cangkir logam bundar dengan diameter 3 mm dan tinggi 0,8 mm. Kristal TC ditempatkan di dalamnya dan diisi dengan senyawa polimer, yang darinya muncul ujung luar pendek dari kabel yang terbuat dari kawat emas lunak dengan diameter 50 mikron, dilas ke kristal. Massa P12-2 tidak melebihi 25 mg. Dalam desain ini, kendaraan tahan terhadap kelembaban relatif 80% pada suhu sekitar 40°C dan terhadap perubahan suhu siklik dari -60° hingga 60°C.

Pada akhir tahun 1962, produksi percontohan RZPP menghasilkan sekitar 5 ribu kendaraan R12-2, dan pada tahun 1963 dibuat beberapa puluh ribu unit. Dengan demikian, tahun 1962 menjadi tahun lahirnya industri mikroelektronik di Amerika Serikat dan Uni Soviet.

Beras. 10. Grup TS R12-2

Beras. 11. Karakteristik kelistrikan dasar R12-2

Teknologi semikonduktor masih dalam masa pertumbuhan dan belum menjamin pengulangan parameter yang ketat. Oleh karena itu, perangkat yang dapat dioperasikan diurutkan ke dalam kelompok parameter (hal ini sering dilakukan di zaman kita). Penduduk Riga melakukan hal yang sama dengan memasang 8 rating standar kendaraan R12-2 (Gbr. 10). Semua karakteristik kelistrikan dan lainnya adalah sama untuk semua peringkat standar (Gbr. 11).

Produksi TS R12-2 dimulai bersamaan dengan R&D “Hardness”, yang berakhir pada tahun 1964 (GK Yu.V. Osokin). Sebagai bagian dari pekerjaan ini, teknologi kelompok yang ditingkatkan untuk produksi serial kendaraan germanium dikembangkan berdasarkan fotolitografi dan pengendapan paduan galvanik melalui photomask. Solusi teknis utamanya didaftarkan sebagai penemuan oleh Yu.V. dan Mikhalovich D.L. (AS No. 36845). Beberapa artikel oleh Yu.V. diterbitkan di jurnal rahasia Spetsradioelektronik. Osokina bekerja sama dengan spesialis KB-1 I.V. Tidak ada apa-apa, GG. Smolko dan Yu.E. Naumov dengan deskripsi desain dan karakteristik kendaraan R12-2 (dan kendaraan R12-5 berikutnya).

Desain P12-2 bagus dalam segala hal, kecuali satu hal - konsumen tidak tahu cara menggunakan produk sekecil itu dengan lead tertipis. Biasanya, perusahaan perangkat keras tidak memiliki teknologi maupun peralatan untuk melakukan hal ini. Selama seluruh periode produksi R12-2 dan R12-5, penggunaannya dikuasai oleh NIIRE, Pabrik Radio Zhigulevsky dari Kementerian Perindustrian Radio, VEF, NIIP (sejak 1978 NPO Radiopribor) dan beberapa perusahaan lainnya. Memahami permasalahan tersebut, pengembang TS bersama NIIRE segera memikirkan desain tingkat kedua, yang sekaligus meningkatkan kepadatan tata letak peralatan.

Beras. 12. Modul 4 kendaraan R12-2

Pada tahun 1963, di NIIRE, dalam kerangka pekerjaan desain dan pengembangan Kvant (GK A.N. Pelipenko, dengan partisipasi E.M. Lyakhovich), desain modul dikembangkan yang menggabungkan empat kendaraan R12-2 (Gbr. 12). Dari dua hingga empat perangkat R12-2 (dalam satu wadah) ditempatkan pada papan mikro yang terbuat dari fiberglass tipis, yang secara kolektif menerapkan unit fungsional tertentu. Hingga 17 pin (jumlah bervariasi untuk modul tertentu) dengan panjang 4 mm ditekan ke papan. Microboard ditempatkan dalam cangkir logam yang dicap berukuran 21,6? Kedalaman 6,6 mm dan 3,1 mm dan diisi dengan senyawa polimer. Hasilnya adalah sirkuit terintegrasi hybrid (HIC) dengan elemen penyegelan ganda. Dan, seperti yang telah kami katakan, ini adalah GIS pertama di dunia dengan integrasi dua tingkat, dan, mungkin, GIS pertama secara umum. Delapan jenis modul dikembangkan dengan nama umum “Quantum”, yang menjalankan berbagai fungsi logis. Sebagai bagian dari modul tersebut, kendaraan R12-2 tetap beroperasi ketika terkena akselerasi konstan hingga 150 g dan beban getaran dalam rentang frekuensi 5–2000 Hz dengan akselerasi hingga 15 g.

Modul Kvant pertama kali diproduksi oleh produksi percontohan NIIRE, dan kemudian dipindahkan ke Pabrik Radio Zhigulevsky Kementerian Industri Radio Uni Soviet, yang memasoknya ke berbagai konsumen, termasuk pabrik VEF.

Modul TS R12-2 dan “Kvant” berdasarkan modul tersebut telah membuktikan diri dengan baik dan digunakan secara luas. Pada tahun 1968, sebuah standar dikeluarkan untuk menetapkan sistem penunjukan terpadu untuk sirkuit terpadu di negara tersebut, dan pada tahun 1969, Spesifikasi Teknis Umum untuk IC Semikonduktor (NP0.073.004TU) dan Hibrida (NP0.073.003TU) dengan sistem persyaratan terpadu . Sesuai dengan persyaratan ini, Biro Pusat Penerapan Sirkuit Terpadu (TsBPIMS, kemudian CDB Dayton, Zelenograd) pada tanggal 6 Februari 1969 menyetujui spesifikasi teknis baru ShT3.369.001-1TU untuk kendaraan. Pada saat yang sama, istilah "sirkuit terpadu" seri 102 muncul untuk pertama kalinya dalam penunjukan produk. TS R12-2 mulai disebut IS: 1LB021V, 1LB021G, 1LB021Zh, 1LB021I. Faktanya, itu adalah satu IC, diurutkan menjadi empat kelompok menurut tegangan keluaran dan kapasitas beban.

Beras. 13. IC seri 116 dan 117

Dan pada tanggal 19 September 1970, TsBPIMS menyetujui spesifikasi teknis AB0.308.014TU untuk modul Kvant, yang diberi nama IS seri 116 (Gbr. 13). Seri ini mencakup sembilan IC: 1ХЛ161, 1ХЛ162 dan 1ХЛ163 – sirkuit digital multifungsi; 1LE161 dan 1LE162 – dua dan empat elemen logis 2NOR; 1TP161 dan 1TP1162 – satu dan dua pemicu; 1UP161 – penguat daya, serta 1LP161 – elemen logika “penghambatan” untuk 4 input dan 4 output. Masing-masing IC ini memiliki empat hingga tujuh pilihan desain, berbeda dalam tegangan sinyal keluaran dan kapasitas beban, dengan total 58 jenis IC. Desainnya ditandai dengan huruf setelah bagian digital dari penunjukan IS, misalnya 1ХЛ161ж. Selanjutnya, jangkauan modul diperluas. IC seri 116 sebenarnya adalah hybrid, tetapi atas permintaan RZPP mereka diberi label sebagai semikonduktor (digit pertama dalam penunjukannya adalah "1", yang hybrid harus memiliki "2").

Pada tahun 1972, dengan keputusan bersama Kementerian Perindustrian Elektronika dan Kementerian Industri Radio, produksi modul dipindahkan dari Pabrik Radio Zhigulevsky ke RZPP. Hal ini menghilangkan kemungkinan pengangkutan IC seri 102 dalam jarak jauh, sehingga mereka mengabaikan kebutuhan untuk menutup cetakan setiap IC. Hasilnya, desain IC seri 102 dan 116 disederhanakan: tidak perlu mengemas IC seri 102 dalam wadah logam yang berisi kompon. IC seri 102 yang belum dikemas dalam wadah teknologi dikirim ke bengkel tetangga untuk perakitan IC seri 116, dipasang langsung pada papan mikronya dan disegel di rumah modul.

Pada pertengahan tahun 1970-an, standar baru untuk sistem penunjukan IP dirilis. Setelah itu, misalnya, IS 1LB021V menerima sebutan 102LB1V.

IS dan GIS kedua oleh Yuri Osokin. Skema yang solid R12-5(Seri IS 103 Dan 117 )

Pada awal tahun 1963, sebagai hasil kerja serius dalam pengembangan transistor n - p - n frekuensi tinggi, tim Yu.V. Osokina telah mengumpulkan pengalaman luas bekerja dengan lapisan-p pada wafer n-germanium asli. Hal ini dan kehadiran semua komponen teknologi yang diperlukan memungkinkan Osokin pada tahun 1963 untuk mulai mengembangkan teknologi baru dan merancang versi kendaraan yang lebih cepat. Pada tahun 1964, atas perintah NIIRE, pengembangan kendaraan R12-5 dan modul berdasarkan itu selesai. Berdasarkan hasilnya, Litbang Palanga dibuka pada tahun 1965 (GK Yu.V. Osokin, wakilnya - D.L. Mikhalovich, selesai pada tahun 1966). Modul berdasarkan R12-5 dikembangkan dalam proyek R&D yang sama “Kvant” dengan modul berdasarkan R12-2. Bersamaan dengan spesifikasi teknis seri 102 dan 116, spesifikasi teknis ShT3.369.002-2TU untuk IC seri 103 (R12-5) dan AV0.308.016TU untuk IC seri 117 (modul berdasarkan IC seri 103) adalah disetujui. Nomenklatur tipe dan rating standar TS R12-2, modul di dalamnya dan IS seri 102 dan 116 masing-masing identik dengan nomenklatur TS R12-5 dan IS seri 103 dan 117. Mereka hanya berbeda dalam kecepatan dan teknologi pembuatan kristal IC. Waktu tunda propagasi tipikal seri 117 adalah 55 ns versus 200 ns untuk seri 116.

Secara struktural, R12-5 TS adalah struktur semikonduktor empat lapis (Gbr. 14), di mana substrat tipe-n dan emitor tipe p+ dihubungkan ke bus ground bersama. Solusi teknis utama untuk konstruksi kendaraan R12-5 didaftarkan sebagai penemuan Yu.V. Kaydalova Zh.A dan Akmensa Ya.P. (AS No. 248847). Saat membuat struktur empat lapis TC R12-5, pengetahuan penting adalah pembentukan lapisan p tipe-n pada pelat germanium asli. Hal ini dicapai dengan difusi seng dalam ampul kuarsa tertutup, di mana pelat ditempatkan pada suhu sekitar 900 °C, dan seng terletak di ujung lain ampul pada suhu sekitar 500 °C. struktur TS pada lapisan-p yang dibuat mirip dengan P12-2 TS. Teknologi baru telah memungkinkan untuk menghindari bentuk kompleks kristal TS. Wafer dengan P12-5 juga digiling dari belakang hingga ketebalan sekitar 150 mikron, mempertahankan sebagian wafer asli, dan kemudian digores menjadi chip IC persegi panjang individual.

Beras. 14. Struktur kristal TS R12-5 dari AS No.248847. 1 dan 2 – ground, 3 dan 4 – input, 5 – output, 6 – daya

Setelah hasil positif pertama dari produksi kendaraan eksperimental R12-5, proyek penelitian Mezon-2 dibuka atas perintah KB-1, yang bertujuan untuk menciptakan kendaraan dengan empat R12-5. Pada tahun 1965, sampel kerja dalam wadah logam-keramik datar diperoleh. Namun P12-5 ternyata sulit untuk diproduksi, terutama karena sulitnya membentuk lapisan p yang didoping seng pada wafer n-Ge asli. Kristal tersebut ternyata membutuhkan banyak tenaga kerja untuk diproduksi, persentase hasil yang rendah, dan harga kendaraan yang tinggi. Untuk alasan yang sama, R12-5 TC diproduksi dalam volume kecil dan tidak dapat menggantikan R12-2 yang lebih lambat namun lebih berteknologi maju. Dan proyek penelitian Mezon-2 tidak dilanjutkan sama sekali, termasuk karena kendala interkoneksi.

Pada saat ini, Pulsar Research Institute dan NIIME telah melakukan pekerjaan ekstensif dalam pengembangan teknologi silikon planar, yang memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan teknologi germanium, yang utama adalah kisaran suhu pengoperasian yang lebih tinggi (+150°C) untuk silikon dan +70°C untuk germanium) dan adanya lapisan pelindung alami SiO 2 pada silikon. Dan spesialisasi RZPP direorientasi pada pembuatan IC analog. Oleh karena itu, pakar RZPP menilai pengembangan teknologi germanium untuk produksi IC tidak tepat. Namun, dalam produksi transistor dan dioda, germanium tidak kehilangan posisinya selama beberapa waktu. Di departemen Yu.V. Osokin, setelah tahun 1966, transistor gelombang mikro kebisingan rendah planar germanium RZPP GT329, GT341, GT 383, dll. dikembangkan dan diproduksi.

Aplikasi

Beras. 15. Perangkat aritmatika pada modul sirkuit padat. Foto dari buklet TS tertanggal 1965.

Beras. 16. Perbandingan dimensi alat pengendali pertukaran telepon otomatis, dibuat pada relai dan kendaraan. Foto dari buklet TS tertanggal 1965.

Pelanggan dan konsumen pertama R12-2 TS dan modulnya adalah pencipta sistem khusus: komputer Gnome (Gbr. 15) untuk sistem pesawat terbang Kupol (NIIRE, GK Lyakhovich E.M.) dan pertukaran telepon otomatis angkatan laut dan sipil (tanaman VEF, GK Misulovin L.Ya.). Berpartisipasi aktif dalam semua tahapan pembuatan kendaraan R12-2, R12-5 beserta modul-modulnya dan KB-1, kurator utama kerjasama dari KB-1 ini adalah N.A. Barkanov. Mereka membantu pembiayaan, pembuatan peralatan, dan penelitian kendaraan dan modul dalam berbagai mode dan kondisi pengoperasian.

Modul TS R12-2 dan “Kvant” berdasarkan itu adalah sirkuit mikro pertama di negara ini. Dan di dunia mereka termasuk yang pertama - hanya di AS Texas Instruments dan Fairchild Semiconductor mulai memproduksi IC semikonduktor pertama mereka, dan pada tahun 1964 IBM Corporation mulai memproduksi IC hybrid film tebal untuk komputernya. Di negara-negara lain, IP belum dipikirkan. Oleh karena itu, sirkuit terpadu yang menjadi keingintahuan masyarakat; efektivitas penggunaannya memberikan kesan yang mencolok dan ditampilkan dalam iklan. Buklet yang masih ada tentang kendaraan R12-2 dari tahun 1965 (berdasarkan penerapan sebenarnya) mengatakan: “ Penggunaan sirkuit solid-state P12-2 pada perangkat komputasi terpasang memungkinkan pengurangan bobot dan dimensi perangkat ini hingga 10-20 kali lipat, mengurangi konsumsi daya, dan meningkatkan keandalan operasional. ... Penggunaan sirkuit P12-2 padat dalam sistem kontrol dan peralihan jalur transmisi informasi pertukaran telepon otomatis memungkinkan untuk mengurangi volume perangkat kontrol sekitar 300 kali lipat, serta secara signifikan mengurangi konsumsi listrik (30-50 waktu)". Pernyataan-pernyataan ini diilustrasikan oleh foto-foto perangkat aritmatika komputer Gnome (Gbr. 15) dan perbandingan rak ATS berbasis relai yang diproduksi oleh pabrik VEF pada waktu itu dengan balok kecil di telapak tangan gadis itu (Gbr. 16) . Ada banyak aplikasi lain dari IC Riga pertama.

Produksi

Sekarang sulit untuk mengembalikan gambaran lengkap tentang volume produksi IC seri 102 dan 103 dari tahun ke tahun (saat ini RZPP telah berubah dari pabrik besar menjadi produksi kecil dan banyak arsip telah hilang). Namun menurut memoar Yu.V. Osokin, pada paruh kedua tahun 1960-an, produksinya mencapai ratusan ribu per tahun, pada tahun 1970-an - jutaan. Menurut catatan pribadinya yang masih ada, pada tahun 1985, IC seri 102 diproduksi - 4.100.000 pcs., modul seri 116 - 1.025.000 pcs., IC seri 103 - 700.000 pcs., modul seri 117 - 175.000 pcs. .

Pada akhir tahun 1989, Yu.V. Osokin, yang saat itu menjabat sebagai direktur umum Asosiasi Produksi Alpha, mengajukan banding kepada pimpinan Komisi Industri-Militer di bawah Dewan Menteri Uni Soviet (MIC) dengan permintaan untuk menghapus seri 102, 103, 116 dan 117 dari produksi karena keusangan dan intensitas tenaga kerja yang tinggi (dalam 25 tahun, mikroelektronika masih jauh dari maju), tetapi ditolak mentah-mentah. Wakil Ketua Kompleks Industri Militer V.L. Koblov mengatakan kepadanya bahwa pesawat terbang dengan andal, penggantian tidak termasuk. Setelah runtuhnya Uni Soviet, IC seri 102, 103, 116 dan 117 diproduksi hingga pertengahan 1990-an, yaitu selama lebih dari 30 tahun. Komputer Gnome masih dipasang di kabin navigasi Il-76 dan beberapa pesawat lainnya. “Ini adalah superkomputer,” pilot kami tidak terkejut ketika rekan-rekan asing mereka terkejut dengan ketertarikan mereka pada perangkat yang belum pernah ada sebelumnya ini.

Tentang prioritas

Meskipun J. Kilby dan R. Noyce memiliki pendahulu, mereka diakui oleh masyarakat dunia sebagai penemu sirkuit terpadu.

R. Kilby dan J. Noyce, melalui perusahaannya, mengajukan permohonan paten atas penemuan sirkuit terpadu. Texas Instruments mengajukan paten lebih awal, pada bulan Februari 1959, dan Fairchild baru melakukannya pada bulan Juli tahun itu. Namun paten nomor 2981877 dikeluarkan pada bulan April 1961 kepada R. Noyce. J. Kilby menggugat dan baru pada bulan Juni 1964 menerima nomor patennya 3138743. Kemudian terjadi perang sepuluh tahun mengenai prioritas, sebagai akibatnya (dalam kasus yang jarang terjadi) “persahabatan menang”. Pada akhirnya, Pengadilan Banding menguatkan klaim Noyce atas keunggulan teknologi, tetapi memutuskan bahwa J. Kilby harus diberi penghargaan karena menciptakan sirkuit mikro pertama yang berfungsi. Dan Texas Instruments dan Fairchild Semiconductor menandatangani perjanjian tentang lisensi silang teknologi.

Di Uni Soviet, mematenkan penemuan tidak memberikan apa pun kepada penulis selain kerumitan, pembayaran satu kali yang tidak signifikan, dan kepuasan moral, sehingga banyak penemuan tidak didaftarkan sama sekali. Dan Osokin juga tidak terburu-buru. Namun bagi perusahaan, jumlah penemuan menjadi salah satu indikatornya, sehingga tetap harus didaftarkan. Oleh karena itu, Yu. Osokina dan D. Mikhalovich menerima Sertifikat Penulis Uni Soviet No. 36845 untuk penemuan kendaraan R12-2 hanya pada tanggal 28 Juni 1966.

Dan J. Kilby pada tahun 2000 menjadi salah satu peraih Hadiah Nobel atas penemuan IP. R. Noyce tidak menerima pengakuan dunia; dia meninggal pada tahun 1990, dan menurut peraturan, Hadiah Nobel tidak diberikan secara anumerta. Yang mana, dalam hal ini, tidak sepenuhnya adil, karena semua mikroelektronika mengikuti jalur yang dimulai oleh R. Noyce. Kewibawaan Noyce di kalangan spesialis begitu tinggi sehingga ia bahkan mendapat julukan "walikota Silicon Valley", karena ia adalah ilmuwan paling populer yang bekerja di bagian California tersebut, yang menerima nama tidak resmi Silicon Valley (disebut V. Shockley “Musa dari Lembah Silikon”). Namun jalan J. Kilby (germanium (“berbulu”) ternyata menemui jalan buntu, dan tidak diterapkan bahkan di perusahaannya. Namun hidup tidak selalu adil.

Hadiah Nobel dianugerahkan kepada tiga ilmuwan. Separuh darinya diterima oleh Jack Kilby yang berusia 77 tahun, dan separuh lainnya dibagi antara akademisi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia Zhores Alferov dan profesor di Universitas California di Santa Barbara, Jerman-Amerika Herbert Kremer, untuk “the pengembangan heterostruktur semikonduktor yang digunakan dalam optoelektronik berkecepatan tinggi.”

Saat mengevaluasi karya-karya ini, para ahli mencatat bahwa “sirkuit terpadu, tentu saja, merupakan penemuan abad ini, yang memiliki dampak besar terhadap masyarakat dan perekonomian dunia.” Bagi J. Kilby yang terlupakan, Hadiah Nobel merupakan sebuah kejutan. Dalam sebuah wawancara dengan majalah tersebut Berita Eurofisika Dia mengakui: " Saat itu, saya hanya memikirkan apa yang penting bagi perkembangan elektronika dari sudut pandang ekonomi. Namun saat itu saya tidak mengerti bahwa pengurangan biaya produk elektronik akan menyebabkan lonjakan pertumbuhan teknologi elektronik.”.

Dan karya Yu.Osokin tidak hanya diapresiasi oleh Komite Nobel. Hal ini juga dilupakan di negara kita; prioritas negara dalam penciptaan mikroelektronika tidak dilindungi. Dan dia tidak diragukan lagi.

Pada tahun 1950-an, bahan dasar diciptakan untuk pembentukan produk multi-elemen - sirkuit terpadu - dalam satu kristal monolitik atau pada satu substrat keramik. Oleh karena itu, tidak mengherankan bahwa hampir bersamaan gagasan tentang IP secara mandiri muncul di benak banyak spesialis. Dan kecepatan implementasi ide baru bergantung pada kemampuan teknologi penulis dan minat produsen, yaitu kehadiran konsumen pertama. Dalam hal ini, Yu.Osokin berada dalam posisi yang lebih baik daripada rekan-rekannya di Amerika. Kilby masih baru di TI, ia bahkan harus membuktikan kepada manajemen perusahaan kemungkinan mendasar penerapan sirkuit monolitik dengan membuat prototipenya. Sebenarnya peran J. Kilby dalam pembuatan IP adalah untuk mendidik kembali manajemen TI dan memprovokasi R. Noyce untuk mengambil tindakan aktif dengan tata letaknya. Penemuan Kilby tidak diproduksi massal. R. Noyce, di perusahaannya yang masih muda dan belum kuat, berupaya menciptakan teknologi planar baru, yang benar-benar menjadi dasar mikroelektronika berikutnya, tetapi tidak serta merta menyerah kepada penulisnya. Sehubungan dengan hal tersebut di atas, baik mereka maupun perusahaannya harus menghabiskan banyak tenaga dan waktu untuk mengimplementasikan ide-ide mereka secara praktis dalam membangun IC yang diproduksi secara massal. Sampel pertama mereka tetap bersifat eksperimental, tetapi sirkuit mikro lain, bahkan yang belum mereka kembangkan, mulai diproduksi massal. Berbeda dengan Kilby dan Noyce, yang masih jauh dari produksi, pemilik pabrik Yu.Osokin mengandalkan teknologi semikonduktor RZPP yang dikembangkan secara industri, dan dia telah menjamin konsumen kendaraan pertama dalam bentuk pemrakarsa pengembangan NIIRE dan pabrik VEF di dekatnya. yang membantu dalam pekerjaan ini. Karena alasan ini, versi pertama kendaraannya segera masuk ke produksi eksperimental, yang dengan lancar beralih ke produksi massal, yang terus berlanjut selama lebih dari 30 tahun. Jadi, setelah mulai mengembangkan TS lebih lambat dari Kilby dan Noyce, Yu.Osokin (tidak mengetahui tentang kompetisi ini) dengan cepat menyusul mereka. Selain itu, karya Yu.Osokin sama sekali tidak ada hubungannya dengan karya orang Amerika, buktinya adalah ketidaksamaan mutlak antara kendaraannya dan solusi yang diterapkan di dalamnya dari sirkuit mikro Kilby dan Noyce. Texas Instruments (bukan penemuan Kilby), Fairchild dan RZPP memulai produksi IC mereka hampir bersamaan, pada tahun 1962. Hal ini memberikan hak untuk menganggap Yu.Osokin sebagai salah satu penemu sirkuit terpadu yang setara dengan R. Noyce dan lebih dari J. Kilby, dan akan adil jika berbagi sebagian dari Hadiah Nobel untuk J. Kilby dengan Yu. Osokin. Adapun penemuan GIS pertama dengan integrasi dua tingkat (dan mungkin GIS secara umum), di sini prioritas A. Pelipenko dari NIIRE benar-benar tidak terbantahkan.

Sayangnya, tidak mungkin menemukan sampel kendaraan dan perangkat berdasarkan bahan tersebut, yang diperlukan untuk museum. Penulis akan sangat berterima kasih atas contoh atau fotonya.