Mikroelektronika je najvýznamnejším a ako mnohí veria, najdôležitejším vedeckým a technickým úspechom našej doby. Možno ho porovnať s takými prelomovými obdobiami v dejinách techniky, ako bol vynález tlače v 16. storočí, vytvorenie parného stroja v 18. storočí a rozvoj elektrotechniky v 19. storočí. A keď dnes hovoríme o vedecko-technickej revolúcii, máme na mysli predovšetkým mikroelektroniku. Ako žiadny iný technický výdobytok našich dní preniká do všetkých sfér života a robí realitou to, čo bolo ešte včera jednoducho nepredstaviteľné. Aby sme sa o tom presvedčili, stačí si spomenúť na vreckové kalkulačky, miniatúrne rádiá, elektronické ovládacie zariadenia v domácich spotrebičoch, hodinky, počítače a programovateľné počítače. A to je len malá časť oblasti jeho použitia!

Mikroelektronika vďačí za svoj vznik a samotnú existenciu vytvoreniu nového subminiatúrneho elektronického prvku – integrovaného obvodu. Vzhľad týchto obvodov v skutočnosti nebol nejakým zásadne novým vynálezom - priamo vyplýval z logiky vývoja polovodičových zariadení. Najprv, keď sa polovodičové prvky práve začali používať, každý tranzistor, rezistor alebo dióda sa používali samostatne, to znamená, že boli uzavreté vo vlastnom individuálnom puzdre a zahrnuté do obvodu pomocou svojich individuálnych kontaktov. Robilo sa to aj v prípadoch, keď bolo potrebné zostaviť veľa podobných obvodov z rovnakých prvkov. Postupne však prišlo k pochopeniu, že bolo racionálnejšie neskladať takéto zariadenia z jednotlivých prvkov, ale okamžite ich vyrábať na jednom spoločnom kryštáli, najmä preto, že polovodičová elektronika na to vytvorila všetky predpoklady. V skutočnosti sú všetky polovodičové prvky svojou štruktúrou navzájom veľmi podobné, majú rovnaký princíp činnosti a líšia sa iba relatívnou polohou oblastí p-n. Tieto p-n oblasti, ako si pamätáme, sú vytvorené zavedením nečistôt rovnakého typu do povrchovej vrstvy polovodičového kryštálu. Spoľahlivá a zo všetkých hľadísk uspokojivá prevádzka veľkej väčšiny polovodičových prvkov je navyše zabezpečená hrúbkou povrchovej pracovnej vrstvy v tisícinách milimetra. Najmenšie tranzistory zvyčajne využívajú iba vrchnú vrstvu polovodičového čipu, ktorá tvorí iba 1 % jeho hrúbky. Zvyšných 99% funguje ako nosič alebo substrát, pretože bez substrátu by sa tranzistor mohol jednoducho zrútiť pri najmenšom dotyku. Vďaka použitej technológii výroby jednotlivých elektronických súčiastok je teda možné okamžite vytvoriť ucelený obvod niekoľkých desiatok, stoviek, ba až tisícov takýchto súčiastok na jednom čipe. Výhody z toho budú obrovské. Po prvé, náklady sa okamžite znížia (náklady na mikroobvod sú zvyčajne stokrát nižšie ako celkové náklady na všetky elektronické prvky jeho komponentov). Po druhé, takéto zariadenie bude oveľa spoľahlivejšie (ako ukazuje skúsenosť, tisíckrát a desaťtisíckrát), a to má obrovský význam, pretože nájdenie chyby v obvode pozostávajúcom z desiatok alebo stoviek tisíc elektronických komponentov sa zmení na mimoriadne zložitý problém. Po tretie, vzhľadom na skutočnosť, že všetky elektronické prvky integrovaného obvodu sú stovky a tisíckrát menšie ako ich náprotivky v bežnom obvode, ich spotreba energie je oveľa nižšia a ich výkon je oveľa vyšší.

Kľúčovou udalosťou, ktorá predznamenala príchod integrácie v elektronike, bol návrh amerického inžiniera J. Kilbyho z Texas Instruments získať ekvivalentné prvky pre celý obvod, ako sú registre, kondenzátory, tranzistory a diódy, v monolitickom kuse čistého kremíka. . Kilby vytvoril prvý integrovaný polovodičový obvod v lete 1958. A už v roku 1961 spoločnosť Fairchild Semiconductor Corporation vydala prvé sériové čipy pre počítače: koincidenčný obvod, polovičný posuvný register a spúšť. V tom istom roku texaská spoločnosť zvládla výrobu polovodičových integrovaných logických obvodov. Nasledujúci rok sa objavili integrované obvody od iných spoločností. V krátkom čase vznikli rôzne typy zosilňovačov v integrovanom prevedení. V roku 1962 RCA vyvinula integrované čipy pamäťovej matrice pre počítačové úložné zariadenia. Postupne sa vo všetkých krajinách etablovala výroba mikroobvodov – začala sa éra mikroelektroniky.

Východiskovým materiálom pre integrovaný obvod je zvyčajne surový plátok čistého kremíka. Má pomerne veľkú veľkosť, pretože sa na ňom súčasne vyrába niekoľko stoviek rovnakých mikroobvodov. Prvá operácia spočíva v tom, že pod vplyvom kyslíka pri teplote 1000 stupňov sa na povrchu tejto platne vytvorí vrstva oxidu kremičitého. Oxid kremičitý sa vyznačuje veľkou chemickou a mechanickou odolnosťou a má vlastnosti vynikajúceho dielektrika, ktoré poskytuje spoľahlivú izoláciu kremíku umiestnenému pod ním. Ďalším krokom je zavedenie nečistôt na vytvorenie p alebo n vodivých pásov. Za týmto účelom sa oxidový film odstráni z tých miest na doske, ktoré zodpovedajú jednotlivým elektronickým komponentom. Výber požadovaných oblastí prebieha pomocou procesu nazývaného fotolitografia. Najprv sa celá vrstva oxidu potiahne fotocitlivou zlúčeninou (fotorezistom), ktorá plní úlohu fotografického filmu – možno ho exponovať a vyvolať. Potom sa pomocou špeciálnej fotomasky obsahujúcej vzor povrchu polovodičového kryštálu doska osvetlí ultrafialovými lúčmi. Vplyvom svetla sa na vrstve oxidu vytvorí plochý obrazec, pričom neexponované miesta zostanú svetlé a všetky ostatné stmavnú. V mieste, kde je fotorezistor vystavený svetlu, vznikajú nerozpustné oblasti fólie, ktoré sú odolné voči kyselinám. Potom sa plátok ošetrí rozpúšťadlom, ktoré odstráni fotorezist z exponovaných oblastí. Z exponovaných oblastí (a len z nich) sa vrstva oxidu kremičitého odleptá pomocou kyseliny. Výsledkom je, že oxid kremičitý sa rozpúšťa na správnych miestach a otvárajú sa „okná“ čistého kremíka, pripravené na vnesenie nečistôt (ligácia). Aby sa to dosiahlo, povrch substrátu pri teplote 900-1200 stupňov je vystavený požadovanej nečistote, napríklad fosforu alebo arzénu, aby sa získala vodivosť typu n. Atómy nečistôt prenikajú hlboko do čistého kremíka, ale sú odpudzované jeho oxidom. Po ošetrení plátku jedným typom nečistôt je pripravený na ligáciu s iným typom - povrch plátku je opäť pokrytý vrstvou oxidu, vykonáva sa nová fotolitografia a leptanie, v dôsledku čoho vznikajú nové „okná“ kremíka sú otvorené. Potom nasleduje nová ligácia, napríklad bórom, aby sa získala vodivosť typu p. Oblasti p a n sú teda vytvorené na celom povrchu kryštálu na správnych miestach. (Izoláciu medzi jednotlivými prvkami je možné vytvoriť niekoľkými spôsobmi: ako taká izolácia môže slúžiť vrstva oxidu kremičitého, alebo môžu byť na správnych miestach vytvorené blokovacie p-n spoje. ) Ďalšia etapa spracovania je spojená s aplikáciou vodivých spojení (vodivých vedení) medzi prvkami integrovaného obvodu, ako aj medzi týmito prvkami a kontaktmi na pripojenie vonkajších obvodov. Na tento účel sa na substrát nastrieka tenká vrstva hliníka, ktorá sa usadí vo forme tenkého filmu. Je podrobený fotolitografickému spracovaniu a leptaniu podobným tým, ktoré sú opísané vyššie. Výsledkom je, že z celej kovovej vrstvy ostanú len tenké vodivé čiary a kontaktné plôšky. Nakoniec sa celý povrch polovodičového čipu pokryje ochrannou vrstvou (najčastejšie silikátové sklo), ktorá sa následne odstráni z kontaktných plôšok. Všetky vyrábané mikroobvody sú podrobené najprísnejšiemu testovaniu na kontrolnom a testovacom stánku. Chybné obvody sú označené červenou bodkou. Nakoniec je kryštál narezaný na jednotlivé doštičkové čipy, z ktorých každý je uzavretý v odolnom puzdre s vodičmi na pripojenie k externým obvodom.

Zložitosť integrovaného obvodu charakterizuje ukazovateľ nazývaný stupeň integrácie. Integrované obvody s viac ako 100 prvkami sa nazývajú nízkointegračné obvody; obvody obsahujúce do 1000 prvkov - integrované obvody so stredným stupňom integrácie; obvody obsahujúce až desaťtisíce prvkov sa nazývajú veľké integrované obvody. Obvody obsahujúce až milión prvkov sa už vyrábajú (nazývajú sa ultraveľké). Postupný nárast integrácie viedol k tomu, že schémy sa každým rokom stávajú miniatúrnejšie, a teda čoraz zložitejšie. Obrovské množstvo elektronických zariadení, ktoré mali kedysi veľké rozmery, sa teraz zmestí na malú kremíkovú dosku. Mimoriadne dôležitou udalosťou na tejto ceste bolo v roku 1971 vytvorenie jediného integrovaného obvodu na vykonávanie aritmetických a logických operácií americkou spoločnosťou Intel - mikroprocesora. To znamenalo grandiózny prielom mikroelektroniky do oblasti výpočtovej techniky.

Realizácia týchto návrhov sa v týchto rokoch nemohla uskutočniť pre nedostatočný rozvoj techniky.

Koncom roku 1958 a v prvej polovici roku 1959 nastal v polovodičovom priemysle prelom. Traja muži zastupujúci tri súkromné ​​americké korporácie vyriešili tri zásadné problémy, ktoré bránili vytvoreniu integrovaných obvodov. Jack Kilby z Texas Instruments patentoval princíp kombinácie, vytvoril prvé, nedokonalé, prototypy IP a priviedol ich do sériovej výroby. Kurt Lehovec z Sprague Electric Company vynašiel spôsob elektrickej izolácie komponentov vytvorených na jedinom polovodičovom čipe (izolácia p-n prechodu). Izolácia P–n križovatky)). Robert Noyce z Fairchild Semiconductor vynašiel metódu elektrického spojenia komponentov IC (pokovovanie hliníka) a navrhol vylepšenú verziu izolácie komponentov založenú na najnovšej planárnej technológii Jeana Herniho. Jean Hoerni). 27. septembra 1960 kapela Jaya Lasta Jay Last) vytvorené na Fairchild Semiconductor prvý pracovný polovodič IP založené na myšlienkach Noycea a Ernieho. Texas Instruments, ktorá vlastnila patent na Kilbyho vynález, spustila patentovú vojnu proti konkurentom, ktorá sa skončila v roku 1966 dohodou o urovnaní krížových licencií technológií.

Skoré logické integrované obvody spomínanej série boli doslova postavené štandardné komponenty, ktorých veľkosti a konfigurácie boli určené technologickým postupom. Návrhári obvodov, ktorí navrhli logické integrované obvody konkrétnej rodiny, pracovali s rovnakými štandardnými diódami a tranzistormi. V rokoch 1961-1962 popredný vývojár prelomil dizajnovú paradigmu Sylvánia Tom Longo, po prvýkrát používa rôzne integrované obvody v jednom konfigurácie tranzistorov v závislosti od ich funkcií v obvode. Koncom roku 1962 Sylvánia uviedla na trh prvú rodinu tranzistorovo-tranzistorovej logiky (TTL) vyvinutú spoločnosťou Longo – historicky prvý typ integrovanej logiky, ktorej sa podarilo dlhodobo presadiť na trhu. V analógových obvodoch došlo k prelomu tejto úrovne v rokoch 1964-1965 vývojárom operačných zosilňovačov. Fairchild Bob Widlar.

Prvý domáci mikroobvod vznikol v roku 1961 v TRTI (Taganrog Radio Engineering Institute) pod vedením L. N. Kolesova. Táto udalosť pritiahla pozornosť vedeckej komunity v krajine a TRTI bola schválená ako líder v systéme ministerstva vysokého školstva v probléme vytvárania vysoko spoľahlivého mikroelektronického zariadenia a automatizácie jeho výroby. Sám L.N. Kolesov bol vymenovaný za predsedu Koordinačnej rady pre tento problém.

Prvý hybridný hrubovrstvový integrovaný obvod v ZSSR (séria 201 „Trail“) bol vyvinutý v rokoch 1963-65 vo Výskumnom ústave presnej technológie („Angstrem“), sériová výroba od roku 1965. Na vývoji sa podieľali špecialisti z NIEM (dnes Argon Research Institute).

Prvý polovodičový integrovaný obvod v ZSSR bol vytvorený na báze planárnej technológie, vyvinutej začiatkom roku 1960 v NII-35 (vtedy premenovanej na Pulsar Research Institute) tímom, ktorý bol neskôr presunutý do NIIME (Mikron). Vytvorenie prvého domáceho kremíkového integrovaného obvodu sa sústredilo na vývoj a výrobu s vojenskou akceptáciou série integrovaných kremíkových obvodov TS-100 (37 prvkov - ekvivalent zložitosti obvodu klopného obvodu, analógu amerického IC séria SN-51 spoločností Texas Instruments). Prototypové vzorky a výrobné vzorky kremíkových integrovaných obvodov na reprodukciu boli získané z USA. Práce sa vykonali v NII-35 (riaditeľ Trutko) a polovodičovom závode Fryazino (riaditeľ Kolmogorov) pre obrannú objednávku na použitie v autonómnom výškomere pre navádzací systém balistických rakiet. Vývoj zahŕňal šesť štandardných integrovaných kremíkových planárnych obvodov série TS-100 a s organizáciou pilotnej výroby trval na NII-35 tri roky (od roku 1962 do roku 1965). Trvalo ďalšie dva roky, kým sa vyvinula továrenská výroba s vojenskou akceptáciou vo Fryazine (1967).

Paralelne prebiehali práce na vývoji integrovaného obvodu v centrálnej konštrukčnej kancelárii vo Voronežskom závode polovodičových zariadení (teraz -). V roku 1965, počas návštevy VZPP ministrom elektronického priemyslu A.I.Šokina, bol závod poverený vykonaním výskumných prác na vytvorení kremíkového monolitického obvodu - R&D “Titan” (príkaz ministerstva č. 92 zo 16.8. 1965), ktorá bola dokončená v predstihu, dokončenom do konca roka. Téma bola úspešne predložená štátnej komisii a séria 104 diódovo-tranzistorových logických mikroobvodov sa stala prvým pevným počinom v oblasti polovodičovej mikroelektroniky, čo sa odrazilo aj v príkaze poslanca EP č.403 z 30.12.1965.

Úrovne dizajnu

V súčasnosti (2014) sa väčšina integrovaných obvodov navrhuje pomocou špecializovaných CAD systémov, ktoré umožňujú automatizovať a výrazne zrýchliť výrobné procesy, napríklad získavanie topologických fotomasiek.

Klasifikácia

Stupeň integrácie

V závislosti od stupňa integrácie sa používajú tieto názvy integrovaných obvodov:

• malý integrovaný obvod (MIS) - až 100 prvkov na čip,
• stredný integrovaný obvod (SIS) - až 1000 prvkov na čip,
• veľký integrovaný obvod (LSI) - až 10 tisíc prvkov na čip,
• ultra-veľký integrovaný obvod (VLSI) - viac ako 10 tisíc prvkov v kryštáli.

Predtým sa používali aj zastarané názvy: ultra-veľký integrovaný obvod (ULSI) - od 1 do 10 miliónov až 1 miliardy prvkov v kryštáli a niekedy aj giga-veľký integrovaný obvod (GBIC) - viac ako 1 miliarda prvkov v kryštáli. V súčasnosti sa v roku 2010 názvy „UBIS“ a „GBIS“ prakticky nepoužívajú a všetky mikroobvody s viac ako 10 000 prvkami sú klasifikované ako VLSI.

Technológia výroby

Hybridná mikrozostava STK403-090, vybratá z puzdra

• Polovodičový čip - všetky prvky a medziprvkové spojenia sú vyrobené na jednom polovodičovom kryštáli (napríklad kremík, germánium, arzenid gália).

• Filmový integrovaný obvod - všetky prvky a medziprvkové spojenia sú vyrobené vo forme filmov:
  • hrubovrstvový integrovaný obvod;
  • tenkovrstvový integrovaný obvod.
• Hybridný čip (často nazývaný mikromontáž), obsahuje niekoľko diód, tranzistorov a/alebo iných elektronických aktívnych súčiastok. Mikrozostava môže tiež obsahovať nezabalené integrované obvody. Komponenty pasívnej mikrozostavy (rezistory, kondenzátory, tlmivky) sa zvyčajne vyrábajú tenkovrstvovými alebo hrubovrstvovými technológiami na bežnom, zvyčajne keramickom, hybridnom čipovom substráte. Celý substrát s komponentmi je umiestnený v jedinom utesnenom kryte.
• Zmiešaný mikroobvod - okrem polovodičového kryštálu obsahuje tenkovrstvové (hrubovrstvové) pasívne prvky umiestnené na povrchu kryštálu.

Typ spracovávaného signálu

• Analógovo-digitálny.

Výrobné technológie

Typy logiky

Hlavným prvkom analógových mikroobvodov sú tranzistory (bipolárne alebo s efektom poľa). Rozdiel v technológii výroby tranzistorov výrazne ovplyvňuje vlastnosti mikroobvodov. Preto je výrobná technológia často uvedená v popise mikroobvodu, čím sa zdôrazňujú všeobecné charakteristiky vlastností a schopností mikroobvodu. Moderné technológie kombinujú bipolárne a poľné tranzistorové technológie na dosiahnutie zlepšeného výkonu mikroobvodov.

• Najhospodárnejšie (z hľadiska spotreby prúdu) sú mikroobvody založené na unipolárnych tranzistoroch (efekt poľa):
  • MOS logika (metal-oxid-semiconductor logic) - mikroobvody sú vytvorené z tranzistorov s efektom poľa n-MOS alebo p- typ MOS;
  • CMOS logika (komplementárna MOS logika) - každý logický prvok mikroobvodu pozostáva z dvojice komplementárnych (komplementárnych) tranzistorov s efektom poľa ( n-MOS a p-MOP).
• Mikroobvody založené na bipolárnych tranzistoroch:
  • RTL - rezistor-tranzistorová logika (zastaraná, nahradená TTL);
  • DTL - diódovo-tranzistorová logika (zastaraná, nahradená TTL);
  • TTL - tranzistorovo-tranzistorová logika - mikroobvody sú vyrobené z bipolárnych tranzistorov s multiemitorovými tranzistormi na vstupe;
  • TTLSh - tranzistorovo-tranzistorová logika so Schottkyho diódami - vylepšený TTL, ktorý využíva bipolárne tranzistory so Schottkyho efektom;
  • ECL - emitor-coupled logic - na bipolárnych tranzistoroch, ktorých prevádzkový režim je zvolený tak, aby nevstúpili do režimu saturácie - čo výrazne zvyšuje výkon;
  • IIL - integrálna logika vstrekovania.
• Mikroobvody využívajúce poľné aj bipolárne tranzistory:

Použitím rovnakého typu tranzistorov možno čipy vytvárať pomocou rôznych metodológií, ako sú statické alebo dynamické.

CMOS a TTL (TTLS) technológie sú najbežnejšie logické čipy. Tam, kde je potrebné šetriť prúdový odber, sa používa technológia CMOS, kde je dôležitejšia rýchlosť a nie je potrebná úspora na spotrebe energie, využíva sa technológia TTL. Slabou stránkou mikroobvodov CMOS je ich zraniteľnosť voči statickej elektrine - stačí sa dotknúť výstupu mikroobvodu rukou a jeho integrita už nie je zaručená. S rozvojom technológií TTL a CMOS sa parametre mikroobvodov približujú a v dôsledku toho sú napríklad mikroobvody série 1564 vyrobené technológiou CMOS a funkčnosť a umiestnenie v puzdre sú podobné technológii TTL.

Mikroobvody vyrábané technológiou ESL sú najrýchlejšie, ale aj energeticky najnáročnejšie a používali sa pri výrobe výpočtovej techniky v prípadoch, kde bola najdôležitejším parametrom rýchlosť výpočtu. V ZSSR sa najproduktívnejšie počítače typu ES106x vyrábali na mikroobvodoch ESL. V súčasnosti sa táto technológia používa zriedka.

Technologický proces

Pri výrobe mikroobvodov sa používa metóda fotolitografie (projekcia, kontakt a pod.), pri ktorej sa obvod vytvára na substráte (zvyčajne kremíku) získanom rezaním monokryštálov kremíka diamantovými kotúčmi na tenké plátky. Kvôli malým lineárnym rozmerom mikroobvodových prvkov sa upustilo od používania viditeľného svetla a dokonca aj blízkeho ultrafialového žiarenia na osvetlenie.

Nasledujúce procesory boli vyrobené pomocou UV svetla (ArF excimerový laser, vlnová dĺžka 193 nm). V priemere zaviedli lídri v odvetví nové technologické procesy podľa plánu ITRS každé 2 roky, čím sa zdvojnásobil počet tranzistorov na jednotku plochy: 45 nm (2007), 32 nm (2009), 22 nm (2011), spustila sa výroba 14 nm v roku 2014 sa vývoj 10 nm procesov očakáva okolo roku 2018.

V roku 2015 sa objavili odhady, že zavádzanie nových technologických procesov sa spomalí.

Kontrola kvality

Na kontrolu kvality integrovaných obvodov sa široko používajú takzvané testovacie štruktúry.

Účel

Integrovaný obvod môže mať úplnú, akokoľvek zložitú funkčnosť - až po celý mikropočítač (jednočipový mikropočítač).

Analógové obvody

Analógové integrované (mikro)schémy (AIS, CIELE) - integrovaný obvod, ktorého vstupné a výstupné signály sa menia podľa zákona spojitej funkcie (to znamená, že ide o analógové signály).

Laboratórny prototyp analógového integrovaného obvodu vytvorila spoločnosť Texas Instruments v USA v roku 1958. Bol to generátor fázového posunu. V roku 1962 sa objavila prvá séria analógových mikroobvodov - SN52. Obsahoval nízkovýkonový nízkofrekvenčný zosilňovač, operačný zosilňovač a video zosilňovač.

V ZSSR bol do konca sedemdesiatych rokov získaný veľký rozsah analógových integrovaných obvodov. Ich použitie umožnilo zvýšiť spoľahlivosť zariadení, zjednodušiť nastavenie zariadení a často aj eliminovať potrebu údržby počas prevádzky.

Nižšie je uvedený čiastočný zoznam zariadení, ktorých funkcie môžu vykonávať analógové integrované obvody. Jeden mikroobvod často nahrádza niekoľko z nich naraz (napríklad K174XA42 obsahuje všetky komponenty superheterodynného FM rádiového prijímača).

• Filtre (vrátane piezoelektrického efektu).
• Analógové multiplikátory.
• Analógové atenuátory a variabilné zosilňovače.
• Stabilizátory napájania: stabilizátory napätia a prúdu.
• Riadiace mikroobvody spínaného zdroja.
• Prevodníky signálu.
• Rôzne senzory.

Analógové mikroobvody sa používajú v zariadeniach na zosilnenie a reprodukciu zvuku, videorekordéroch, televízoroch, komunikačných zariadeniach, meracích prístrojoch, analógových počítačoch atď.

V analógových počítačoch

• Operačné zosilňovače (LM101, μA741).

V napájacích zdrojoch

Čip stabilizátora napätia KR1170EN8

• Lineárne stabilizátory napätia (KR1170EN12, LM317).
• Stabilizátory spínaného napätia (LM2596, LM2663).

Vo videokamerách a fotoaparátoch

• CCD matrice (ICX404AL).
• CCD polia (MLX90255BA).

V zariadeniach na zosilnenie a reprodukciu zvuku

• Audiofrekvenčné výkonové zosilňovače (LA4420, K174UN5, K174UN7).
• Duálny UMZCH pre stereofónne zariadenia (TDA2004, K174UN15, K174UN18).
• Rôzne regulátory (K174UN10 - dvojkanálový UMZCH s elektronickým nastavením frekvenčnej odozvy, K174UN12 - dvojkanálové ovládanie hlasitosti a vyváženia).

V meracích prístrojoch V rádiových vysielacích a prijímacích zariadeniach

• Detektory signálu AM (K175DA1).
• Detektory FM signálu (K174UR7).
• Miešačky (K174PS1).
• Vysokofrekvenčné zosilňovače (K157ХА1).
• Stredofrekvenčné zosilňovače (K157ХА2, K171UR1).
• Jednočipové rádiové prijímače (K174ХА10).

Na televízoroch

• V rádiovom kanáli (K174UR8 - zosilňovač s AGC, IF detektorom obrazu a zvuku, K174UR2 - IF zosilňovač napätia obrazu, synchrónny detektor, predzosilňovač video signálu, kľúčový systém automatického riadenia zisku).
• V kanáli chromatickosti (K174AF5 - tvarovač farebných R-, G-, B-signálov, K174ХА8 - elektronický spínač, zosilňovač-obmedzovač a demodulátor farebných informačných signálov).
• V skenovacích jednotkách (K174GL1 - generátor skenovania snímok).
• V spínacích, synchronizačných, korekčných a riadiacich obvodoch (K174AF1 - volič signálu amplitúdovej synchronizácie, generátor impulzov horizontálnej frekvencie, jednotka na automatické nastavenie frekvencie a fázy signálu, generátor horizontálnych hlavných impulzov, K174UP1 - zosilňovač jasového signálu, elektronický regulátor rozsah výstupného signálu a úroveň čiernej ").

Výroba

Prechod integrálnych prvkov na submikrónové veľkosti komplikuje návrh AIMS. Napríklad MOS tranzistory s krátkou dĺžkou brány majú množstvo funkcií, ktoré obmedzujú ich použitie v analógových blokoch: vysoká úroveň nízkofrekvenčného blikajúceho šumu; silné rozšírenie prahového napätia a sklonu, čo vedie k vzniku veľkého predpätia diferenciálnych a operačných zosilňovačov; nízka hodnota výstupného odporu malého signálu a zosilnenia kaskád s aktívnou záťažou; nízke prierazné napätie p-n prechodov a medzera medzi kolektorom a zdrojom, čo spôsobuje pokles napájacieho napätia a pokles dynamického rozsahu.

V súčasnosti analógové mikroobvody vyrába mnoho spoločností: Analog Devices, Analog Microelectronics, Maxim Integrated Products, National Semiconductor, Texas Instruments atď.

Digitálne obvody

Digitálny integrovaný obvod(digitálny mikroobvod) je integrovaný obvod určený na konverziu a spracovanie signálov, ktoré sa menia podľa zákona diskrétnej funkcie.

Digitálne integrované obvody sú založené na tranzistorových spínačoch, ktoré môžu byť v dvoch stabilných stavoch: otvorené a zatvorené. Použitie tranzistorových spínačov umožňuje vytvárať rôzne logické, spúšťacie a iné integrované obvody. Digitálne integrované obvody sa používajú v diskrétnych zariadeniach na spracovanie informácií elektronických počítačov (počítačov), automatizačných systémoch atď.

• Vyrovnávacie konvertory
• (Mikro)procesory (vrátane CPU pre počítače)
• Čipy a pamäťové moduly
• FPGA (programovateľné logické integrované obvody)

Digitálne integrované obvody majú oproti analógovým rad výhod:

• Znížená spotreba energie spojené s používaním impulzných elektrických signálov v digitálnej elektronike. Pri prijímaní a prevode takýchto signálov pracujú aktívne prvky elektronických zariadení (tranzistory) v režime „kľúč“, to znamená, že tranzistor je buď „otvorený“ - čo zodpovedá signálu vysokej úrovne (1), alebo „zatvorený“. ” - (0), v prvom prípade pri V tranzistore nedochádza k poklesu napätia, v druhom ním netečie prúd. V oboch prípadoch je spotreba energie blízka 0, na rozdiel od analógových zariadení, v ktorých sú tranzistory väčšinu času v strednom (aktívnom) stave.
• Vysoká odolnosť proti hluku digitálnych zariadení je spojený s veľkým rozdielom medzi signálmi vysokej (napríklad 2,5-5 V) a nízkej (0-0,5 V) úrovne. Chyba stavu je možná na takej úrovni rušenia, že vysoká úroveň je interpretovaná ako nízka úroveň a naopak, čo je nepravdepodobné. Okrem toho v digitálnych zariadeniach je možné použiť špeciálne kódy, ktoré umožňujú opravu chýb.
• Veľký rozdiel v úrovniach stavov vysoko a nízkoúrovňových signálov (logické „0“ a „1“) a pomerne široký rozsah ich prípustných zmien robí digitálnu technológiu necitlivou na nevyhnutný rozptyl parametrov prvkov v integrovanej technológii, eliminuje potreba výberu komponentov a konfigurácie nastavovacích prvkov v digitálnych zariadeniach.

Analógovo-digitálne obvody

Analógovo-digitálny integrovaný obvod(analógovo-digitálny mikroobvod) - integrovaný obvod určený na konverziu signálov meniacich sa podľa zákona diskrétnej funkcie na signály meniacich sa podľa zákona spojitej funkcie a naopak.

Jeden čip často vykonáva funkcie niekoľkých zariadení naraz (napríklad ADC postupné aproximácie obsahujú DAC, takže môžu vykonávať obojsmerné prevody). Zoznam zariadení (neúplné), ktorých funkcie môžu vykonávať analógovo-digitálne integrované obvody:

• digitálno-analógové (DAC) a analógovo-digitálne prevodníky (ADC);
• analógové multiplexory (zatiaľ čo digitálne (de)multiplexory sú čisto digitálne integrované obvody, analógové multiplexory obsahujú digitálne logické prvky (zvyčajne dekodér) a môžu obsahovať analógové obvody);
• transceivery (napríklad transceiver sieťového rozhrania Ethernet);
• modulátory a demodulátory;
  • Rádiové modemy;
  • teletext, dekodéry rádiového textu VHF;
  • Transceivery rýchleho Ethernetu a optické linky;
  • Vytočiť modemy;
  • digitálne TV prijímače;
  • optický snímač počítačovej myši;
• napájacie mikroobvody pre elektronické zariadenia - stabilizátory, meniče napätia, výkonové spínače atď.;
• digitálne atenuátory;
• obvody fázového závesu (PLL);
• generátory a obnovovače frekvencie synchronizácie hodín;
• kryštály základnej matrice (BMC): obsahuje analógové aj digitálne obvody.

Séria čipov

Analógové a digitálne mikroobvody sa vyrábajú sériovo. Séria je skupina mikroobvodov, ktoré majú jednotný dizajn a technologický dizajn a sú určené na spoločné použitie. Mikroobvody rovnakej série majú spravidla rovnaké napájacie napätia a sú prispôsobené z hľadiska vstupných a výstupných odporov a úrovní signálu.

Púzdra

Balíky IC pre povrchovú montáž

Mikrozostava s mikroobvodom s otvoreným rámom navareným na doske plošných spojov

Konkrétne mená

svetový trh

V roku 2017 bol globálny trh s integrovanými obvodmi ocenený na 700 miliárd dolárov.

Začiatkom februára 2014, päťdesiate piate výročie, kedy sa vo svetovej komunite objavila taká neoddeliteľná súčasť modernej obvodovej technológie, akou je integrovaný obvod.

Pripomíname, že v roku 1959 vydal Federálny patentový úrad Spojených štátov amerických patent spoločnosti Texas Instruments na vytvorenie integrovaného obvodu.

Táto udalosť bola zaznamenaná ako zrodenie éry elektroniky a všetkých výhod vyplývajúcich z jej používania.

Integrovaný obvod je skutočne základom väčšiny nám známych elektrických spotrebičov.

Myšlienka vytvorenia integrovaného obvodu sa prvýkrát objavila začiatkom päťdesiatych rokov minulého storočia. Hlavným argumentom pre jej vzhľad bola miniaturizácia a zlacnenie elektrospotrebičov. Úvahy o jeho realizácii boli dlho jednoducho vo vzduchu, napriek tomu, že vo svete sa aktívne rozvíjali odvetvia obvodovej techniky ako televízia a rozhlas, ako aj výpočtová technika.

Vytvorenie integrovaného obvodu znamenalo opustenie nepotrebných drôtov, montážnych panelov a izolácie pri výrobe obvodov pomocou diód a polovodičových tranzistorov. Takéto myšlienky sa však dlho nikomu nepodarilo zrealizovať. Až po aktívnej práci takého talentovaného a pre moderných vedcov známeho inžiniera, akým je Jack Kilby (nositeľ Nobelovej ceny za fyziku za vynález integrovaného obvodu v roku 2000), bol v roku 1958 predstavený prvý mikroobvod. Takmer o šesť mesiacov neskôr bol vynález patentovaný spoločnosťou, pre ktorú Kilby pracoval (Texas Instruments).

Samozrejme, teraz môžeme konštatovať skutočnosť, že prvý mikroobvod nemeckého vedca Kilbyho bol úplne nepoužiteľný. Na jeho základe však vznikalo stále viac a viac integrovaných obvodov, jedným z nich bola technológia Roberta Noycea – kremíkový planárny čip.

R. Noyce zastával vysokú funkciu v spoločnosti Fairchald Semiconductor, presnejšie bol jedným z jej zakladateľov. Noyceova práca bola patentovaná takmer okamžite po získaní Kilbyho patentu. Na rozdiel od Kilbyho čipu si však vývoj Noyce získal obľubu medzi veľkými výrobcami elektrických zariadení. To spôsobilo spor medzi Texas Instruments a Fairchald Semiconductor a následné súdne spory až do roku 1969. V dôsledku toho bol Noyce vymenovaný za prvého vynálezcu mikroobvodov. Aj keď táto zhoda okolností majiteľov oboch firiem vôbec nerozladila. O niekoľko rokov skôr dospeli k jednomyseľnému rozhodnutiu a uznali oboch vedcov za zakladateľov integrovaného obvodu s rovnakými právami, pričom im udelili najvyššie ocenenia vedeckej a inžinierskej komunity v USA – Národnú medailu za vedu a Národnú medailu za technológiu. .

Ak sa ponoríte hlboko do minulosti, môžete s istotou povedať, že predtým, ako Noyce a Kilby predstavili svetu mikroobvod, na tejto myšlienke pracovalo pomerne veľké množstvo vedcov a navrhli nemenej pokročilé návrhy. Medzi nimi aj inžinier Werner Jacobi (Nemecko). Jeho vývoj bol dokonca v roku 1949 patentovaný. V patente inžinier načrtol návrh mikroobvodu pozostávajúceho z 5 tranzistorov na spoločnom substráte. Neskôr, v roku 1952, princíp integrácie obvodových komponentov do jedného celku popísal anglický inžinier D. Dammer. Po ďalších piatich rokoch Jeffrey Dummer oznámil prvý funkčný príklad klopného obvodu integrovaného obvodu založeného na štyroch tranzistoroch. Žiaľ, anglickí vojenskí špecialisti Dummerov vynález neocenili, hoci by mali. V dôsledku toho bola všetka práca vedca pozastavená. Neskôr bol Dummerov vynález nazývaný predchodcom moderných mikroobvodov a samotný vedec bol nazývaný prorokom integrovaného obvodu.

V roku 1957 Spojené štáty americké prijali žiadosť iného inžiniera Bernarda Olivera o patent na technológiu, ktorú opísal na výrobu monolitického bloku pomocou troch planárnych tranzistorov.

Medzi menami prorokov moderného mikroobvodu sú iniciály inžiniera Harvicka Johnsona, ktorý patentoval niekoľko typov vytvárania elektronických komponentov obvodov na jednom čipe, ale nikdy nedostal jediný dokument umožňujúci realizáciu jeho objavov. Jednu z týchto metód použil Jack Kilby, ktorý získal všetky Johnsonove vavríny.

Integrovaný obvod (IC, microcircuit), čip, mikročip (angl. microchip, silicon chip, chip - tenká platňa - pôvodne termín označovaný ako platňa mikroobvodového kryštálu) - mikroelektronické zariadenie - elektronický obvod ľubovoľnej zložitosti (kryštál), vyrobený na polovodičovom substráte (platnička alebo film) a umiestnený v neoddeliteľnom puzdre alebo bez neho, ak je súčasťou mikrozostavy.

Mikroelektronika je najvýznamnejším a ako mnohí veria, najdôležitejším vedeckým a technickým úspechom našej doby. Možno ho porovnať s takými prelomovými obdobiami v dejinách techniky, ako bol vynález tlače v 16. storočí, vytvorenie parného stroja v 18. storočí a rozvoj elektrotechniky v 19. storočí. A keď dnes hovoríme o vedecko-technickej revolúcii, máme na mysli predovšetkým mikroelektroniku. Ako žiadny iný technický výdobytok našich dní preniká do všetkých sfér života a robí realitou to, čo bolo ešte včera jednoducho nepredstaviteľné. Aby sme sa o tom presvedčili, stačí si spomenúť na vreckové kalkulačky, miniatúrne rádiá, elektronické ovládacie zariadenia v domácich spotrebičoch, hodinky, počítače a programovateľné počítače. A to je len malá časť oblasti jeho použitia!

Mikroelektronika vďačí za svoj vznik a samotnú existenciu vytvoreniu nového subminiatúrneho elektronického prvku – integrovaného obvodu. Vzhľad týchto obvodov v skutočnosti nebol nejakým zásadne novým vynálezom - priamo vyplýval z logiky vývoja polovodičových zariadení. Najprv, keď sa polovodičové prvky práve začali používať, každý tranzistor, rezistor alebo dióda sa používali samostatne, to znamená, že boli uzavreté vo vlastnom individuálnom puzdre a zahrnuté do obvodu pomocou svojich individuálnych kontaktov. Robilo sa to aj v prípadoch, keď bolo potrebné zostaviť veľa podobných obvodov z rovnakých prvkov.

Postupne prišlo pochopenie, že je racionálnejšie takéto zariadenia neskladať z jednotlivých prvkov, ale okamžite ich vyrábať na jednom spoločnom kryštáli, najmä preto, že polovodičová elektronika na to vytvorila všetky predpoklady. V skutočnosti sú všetky polovodičové prvky svojou štruktúrou navzájom veľmi podobné, majú rovnaký princíp činnosti a líšia sa iba relatívnou polohou oblastí p-n.

Tieto p-n oblasti, ako si pamätáme, sú vytvorené zavedením nečistôt rovnakého typu do povrchovej vrstvy polovodičového kryštálu. Spoľahlivá a zo všetkých hľadísk uspokojivá prevádzka veľkej väčšiny polovodičových prvkov je navyše zabezpečená hrúbkou povrchovej pracovnej vrstvy v tisícinách milimetra. Najmenšie tranzistory zvyčajne využívajú iba vrchnú vrstvu polovodičového čipu, ktorá tvorí iba 1 % jeho hrúbky. Zvyšných 99% funguje ako nosič alebo substrát, pretože bez substrátu by sa tranzistor mohol jednoducho zrútiť pri najmenšom dotyku. Vďaka použitej technológii výroby jednotlivých elektronických súčiastok je teda možné okamžite vytvoriť ucelený obvod niekoľkých desiatok, stoviek, ba až tisícov takýchto súčiastok na jednom čipe.

Výhody z toho budú obrovské. Po prvé, náklady sa okamžite znížia (náklady na mikroobvod sú zvyčajne stokrát nižšie ako celkové náklady na všetky elektronické prvky jeho komponentov). Po druhé, takéto zariadenie bude oveľa spoľahlivejšie (ako ukazuje skúsenosť, tisíckrát a desaťtisíckrát), a to má obrovský význam, pretože nájdenie chyby v obvode pozostávajúcom z desiatok alebo stoviek tisíc elektronických komponentov sa zmení na mimoriadne zložitý problém. Po tretie, vzhľadom na skutočnosť, že všetky elektronické prvky integrovaného obvodu sú stovky a tisíckrát menšie ako ich náprotivky v bežnom obvode, ich spotreba energie je oveľa nižšia a ich výkon je oveľa vyšší.

Kľúčovou udalosťou, ktorá predznamenala príchod integrácie v elektronike, bol návrh amerického inžiniera J. Kilbyho z Texas Instruments získať ekvivalentné prvky pre celý obvod, ako sú registre, kondenzátory, tranzistory a diódy, v monolitickom kuse čistého kremíka. . Kilby vytvoril prvý integrovaný polovodičový obvod v lete 1958. A už v roku 1961 spoločnosť Fairchild Semiconductor Corporation vydala prvé sériové čipy pre počítače: koincidenčný obvod, polovičný posuvný register a spúšť. V tom istom roku texaská spoločnosť zvládla výrobu polovodičových integrovaných logických obvodov.

Nasledujúci rok sa objavili integrované obvody od iných spoločností. V krátkom čase vznikli rôzne typy zosilňovačov v integrovanom prevedení. V roku 1962 RCA vyvinula integrované čipy pamäťovej matrice pre počítačové úložné zariadenia. Postupne sa vo všetkých krajinách etablovala výroba mikroobvodov – začala sa éra mikroelektroniky.

Východiskovým materiálom pre integrovaný obvod je zvyčajne surový plátok čistého kremíka. Má pomerne veľkú veľkosť, pretože sa na ňom súčasne vyrába niekoľko stoviek rovnakých mikroobvodov. Prvá operácia spočíva v tom, že pod vplyvom kyslíka pri teplote 1000 stupňov sa na povrchu tejto platne vytvorí vrstva oxidu kremičitého. Oxid kremičitý sa vyznačuje veľkou chemickou a mechanickou odolnosťou a má vlastnosti vynikajúceho dielektrika, ktoré poskytuje spoľahlivú izoláciu kremíku umiestnenému pod ním.

Ďalším krokom je zavedenie nečistôt na vytvorenie p alebo n vodivých pásov. Za týmto účelom sa oxidový film odstráni z tých miest na doske, ktoré zodpovedajú jednotlivým elektronickým komponentom. Výber požadovaných oblastí prebieha pomocou procesu nazývaného fotolitografia. Najprv sa celá vrstva oxidu potiahne fotocitlivou zlúčeninou (fotorezistom), ktorá plní úlohu fotografického filmu – možno ho exponovať a vyvolať. Potom sa pomocou špeciálnej fotomasky obsahujúcej vzor povrchu polovodičového kryštálu doska osvetlí ultrafialovými lúčmi.

Vplyvom svetla sa na vrstve oxidu vytvorí plochý obrazec, pričom neexponované miesta zostanú svetlé a všetky ostatné stmavnú. V mieste, kde je fotorezistor vystavený svetlu, vznikajú nerozpustné oblasti fólie, ktoré sú odolné voči kyselinám. Potom sa plátok ošetrí rozpúšťadlom, ktoré odstráni fotorezist z exponovaných oblastí. Z exponovaných oblastí (a len z nich) sa vrstva oxidu kremičitého odleptá pomocou kyseliny.

Výsledkom je, že oxid kremičitý sa rozpúšťa na správnych miestach a otvárajú sa „okná“ čistého kremíka, pripravené na vnesenie nečistôt (ligácia). Aby sa to dosiahlo, povrch substrátu pri teplote 900-1200 stupňov je vystavený požadovanej nečistote, napríklad fosforu alebo arzénu, aby sa získala vodivosť typu n. Atómy nečistôt prenikajú hlboko do čistého kremíka, ale sú odpudzované jeho oxidom. Po ošetrení plátku jedným typom nečistôt je pripravený na ligáciu s iným typom - povrch plátku je opäť pokrytý vrstvou oxidu, vykonáva sa nová fotolitografia a leptanie, v dôsledku čoho vznikajú nové „okná“ kremíka sú otvorené.

Potom nasleduje nová ligácia, napríklad bórom, aby sa získala vodivosť typu p. Oblasti p a n sú teda vytvorené na celom povrchu kryštálu na správnych miestach. Izolácia medzi jednotlivými prvkami môže byť vytvorená niekoľkými spôsobmi: ako taká izolácia môže slúžiť vrstva oxidu kremičitého alebo môžu byť vytvorené aj blokovacie p-n prechody na správnych miestach.

Ďalšia etapa spracovania je spojená s aplikáciou vodivých spojení (vodivých vedení) medzi prvkami integrovaného obvodu, ako aj medzi týmito prvkami a kontaktmi na pripojenie vonkajších obvodov. Na tento účel sa na substrát nastrieka tenká vrstva hliníka, ktorá sa usadí vo forme tenkého filmu. Je podrobený fotolitografickému spracovaniu a leptaniu podobným tým, ktoré sú opísané vyššie. Výsledkom je, že z celej kovovej vrstvy ostanú len tenké vodivé čiary a kontaktné plôšky.

Nakoniec sa celý povrch polovodičového čipu pokryje ochrannou vrstvou (najčastejšie silikátové sklo), ktorá sa následne odstráni z kontaktných plôšok. Všetky vyrábané mikroobvody sú podrobené najprísnejšiemu testovaniu na kontrolnej a skúšobnej stolici. Chybné obvody sú označené červenou bodkou. Nakoniec je kryštál narezaný na jednotlivé čipové dosky, z ktorých každá je uzavretá v odolnom puzdre s vývodmi na pripojenie k externým obvodom.

Zložitosť integrovaného obvodu charakterizuje ukazovateľ nazývaný stupeň integrácie. Integrované obvody s viac ako 100 prvkami sa nazývajú nízkointegračné obvody; obvody obsahujúce do 1000 prvkov - integrované obvody so stredným stupňom integrácie; obvody obsahujúce až desaťtisíce prvkov sa nazývajú veľké integrované obvody. Obvody obsahujúce až milión prvkov sa už vyrábajú (nazývajú sa ultraveľké). Postupný nárast integrácie viedol k tomu, že schémy sa každým rokom stávajú miniatúrnejšie, a teda čoraz zložitejšie.

Obrovské množstvo elektronických zariadení, ktoré mali kedysi veľké rozmery, sa teraz zmestí na malú kremíkovú dosku. Mimoriadne dôležitou udalosťou na tejto ceste bolo v roku 1971 vytvorenie jediného integrovaného obvodu na vykonávanie aritmetických a logických operácií americkou spoločnosťou Intel - mikroprocesora. To znamenalo grandiózny prielom mikroelektroniky do oblasti výpočtovej techniky.

Čítaj a píš užitočné

Prvé integrované obvody

Venované 50. výročiu oficiálneho dátumu

B. Malaševič

Zamestnanec Texas Instruments (TI) Jack Kilby predviedol 12. septembra 1958 vedeniu tri podivné zariadenia - zariadenia vyrobené z dvoch kusov kremíka s rozmermi 11,1 x 1,6 mm zlepených včelím voskom na sklenenom substráte (obr. 1). Išlo o trojrozmerné makety - prototypy integrovaného obvodu (IC) generátora, dokazujúce možnosť výroby všetkých obvodových prvkov na báze jedného polovodičového materiálu. Tento dátum sa v histórii elektroniky oslavuje ako narodeniny integrovaných obvodov. Ale je to tak?

Ryža. 1. Layout prvej IP od J. Kilbyho. Fotografia zo stránky http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Minaturized.html

Koncom 50-tych rokov vyčerpala technológia zostavovania elektronických zariadení (REA) z diskrétnych prvkov svoje možnosti. Svet sa dostal do akútnej krízy REA, boli potrebné radikálne opatrenia. V tom čase už boli v USA a ZSSR priemyselne zvládnuté integrované technológie na výrobu polovodičových súčiastok, ako aj hrubovrstvových a tenkovrstvových keramických dosiek plošných spojov, t. j. boli zrelé predpoklady na prekonanie tejto krízy vytvorením viacprvkových štandardné produkty - integrované obvody.

Integrované obvody (čipy, IO) zahŕňajú elektronické zariadenia rôznej zložitosti, v ktorých sa všetky podobné prvky vyrábajú súčasne v jedinom technologickom cykle, t.j. pomocou integrovanej technológie. Na rozdiel od dosiek plošných spojov (v ktorých sú všetky spojovacie vodiče súčasne vyrábané v jednom cykle pomocou integrovanej technológie), rezistory, kondenzátory a (v polovodičových integrovaných obvodoch) diódy a tranzistory sú v integrovaných obvodoch vytvorené podobne. Okrem toho sa mnohé integrované obvody vyrábajú súčasne, od desiatok po tisíce.

Integrované obvody sú vyvíjané a vyrábané priemyslom vo forme sérií, kombinujúcich množstvo mikroobvodov na rôzne funkčné účely, určených na spoločné použitie v elektronických zariadeniach. Sériové integrované obvody majú štandardný dizajn a jednotný systém elektrických a iných charakteristík. IC dodáva výrobca rôznym spotrebiteľom ako nezávislé komerčné produkty, ktoré spĺňajú určitý systém štandardizovaných požiadaviek. Integrované obvody sú neopraviteľné produkty; pri opravách elektronických zariadení sa chybné integrované obvody vymieňajú.

Existujú dve hlavné skupiny integrovaných obvodov: hybridné a polovodičové.

V hybridných integrovaných obvodoch (HIC) sú všetky vodiče a pasívne prvky vytvorené na povrchu mikroobvodového substrátu (zvyčajne keramického) pomocou integrovanej technológie. Aktívne prvky v podobe bezbalíkových diód, tranzistorov a polovodičových IC kryštálov sa inštalujú na substrát jednotlivo, ručne alebo automaticky.

V polovodičových integrovaných obvodoch sa spojovacie, pasívne a aktívne prvky vytvárajú v jedinom technologickom cykle na povrchu polovodičového materiálu (spravidla kremíka) s čiastočnou inváziou jeho objemu pomocou difúznych metód. Zároveň sa na jednom polovodičovom plátku v závislosti od zložitosti zariadenia a veľkosti jeho kryštálu a plátku vyrába od niekoľkých desiatok až po niekoľko tisíc IC. Priemysel vyrába polovodičové integrované obvody v štandardných baleniach, vo forme jednotlivých čipov alebo vo forme nerozdelených doštičiek.

Uvedenie hybridných (GIS) a polovodičových integrovaných obvodov do sveta prebiehalo rôznymi spôsobmi. GIS je produktom evolučného vývoja mikromodulov a technológie montáže keramických dosiek. Preto sa javili nepovšimnuté, neexistuje všeobecne uznávaný dátum narodenia GIS ani všeobecne uznávaný autor. Polovodičové integrované obvody boli prirodzeným a nevyhnutným výsledkom vývoja polovodičovej techniky, ale vyžadovali si generovanie nových nápadov a vytváranie novej technológie, ktoré majú svoje vlastné dátumy narodenia a vlastných autorov. Prvé hybridné a polovodičové integrované obvody sa objavili v ZSSR a USA takmer súčasne a nezávisle od seba.

Prvé hybridné integrované obvody

Hybridné integrované obvody zahŕňajú integrované obvody, ktorých výroba spája integrálnu technológiu výroby pasívnych prvkov s individuálnou (manuálnou alebo automatizovanou) technológiou inštalácie a montáže aktívnych prvkov.

Koncom štyridsiatych rokov minulého storočia vyvinula spoločnosť Centralab v USA základné princípy výroby dosiek plošných spojov na báze keramiky s hrubou vrstvou, ktoré potom vyvinuli ďalšie spoločnosti. Základom bola technológia výroby dosiek plošných spojov a keramických kondenzátorov. Z dosiek plošných spojov sme prevzali integrovanú technológiu tvarovania topológie spojovacích vodičov - sieťotlač. Z kondenzátorov - materiál substrátu (keramika, často sital), ako aj materiály pást a tepelná technológia ich fixácie na substráte.

A začiatkom 50-tych rokov spoločnosť RCA vynašla tenkovrstvovú technológiu: striekaním rôznych materiálov vo vákuu a ich ukladaním cez masku na špeciálne substráty sa naučili súčasne vyrábať mnoho miniatúrnych fólií spájajúcich vodiče, odpory a kondenzátory na jednom keramický substrát.

V porovnaní s hrubovrstvovou technológiou poskytovala tenkovrstvová technológia možnosť presnejšej výroby menších prvkov topológie, ale vyžadovala si zložitejšie a drahšie vybavenie. Zariadenia vyrábané na keramických doskách plošných spojov pomocou technológie s hrubým alebo tenkým filmom sa nazývajú „hybridné obvody“. Hybridné obvody sa vyrábali ako komponenty produktov vlastnej výroby, každý výrobca mal svoj dizajn, rozmery a funkčné účely, nedostali sa na voľný trh, a preto sú málo známe.

Hybridné obvody tiež napadli mikromoduly. Najprv používali diskrétne pasívne a aktívne miniatúrne prvky, zjednotené tradičnými plošnými spojmi. Technológia montáže bola zložitá, s obrovským podielom ručnej práce. Preto boli mikromoduly veľmi drahé a ich použitie bolo obmedzené na palubné zariadenia. Potom sa použili hrubovrstvové miniatúrne keramické šatky. Ďalej sa rezistory začali vyrábať technológiou hrubého filmu. Ale použité diódy a tranzistory boli stále diskrétne, jednotlivo zabalené.

Z mikromodulu sa stal hybridný integrovaný obvod v momente, keď v ňom boli použité nezabalené tranzistory a diódy a konštrukcia bola utesnená v spoločnom puzdre. To umožnilo výrazne zautomatizovať proces ich montáže, výrazne znížiť ceny a rozšíriť rozsah použitia. Na základe spôsobu tvarovania pasívnych prvkov sa rozlišujú hrubovrstvové a tenkovrstvové GIS.

Prvý GIS v ZSSR

Prvé GIS (moduly typu „Kvant“, neskôr označené IS séria 116) v ZSSR boli vyvinuté v roku 1963 v NIIRE (neskôr NPO Leninets, Leningrad) a v tom istom roku začala ich sériová výroba v jej pilotnom závode. V týchto GIS sa ako aktívne prvky použili polovodičové integrované obvody „R12-2“, vyvinuté v roku 1962 závodom na výrobu polovodičových zariadení v Rige. Vzhľadom na neoddeliteľnosť histórie vzniku týchto integrovaných obvodov a ich charakteristík sa nimi budeme zaoberať spoločne v časti venovanej P12-2.

Moduly Kvant boli nepochybne prvé vo svete GIS s dvojúrovňovou integráciou – ako aktívne prvky používali skôr polovodičové integrované obvody ako diskrétne zabalené tranzistory. Je pravdepodobné, že boli aj prví vo svete GIS - štrukturálne a funkčne kompletné viacprvkové produkty, dodávané spotrebiteľovi ako samostatný komerčný produkt. Najstaršími zahraničnými podobnými produktmi, ktoré autor identifikoval, sú moduly IBM Corporation SLT opísané nižšie, ale boli ohlásené v nasledujúcom roku 1964.

Prvý GIS v USA

Vzhľad hrubovrstvového GIS ako hlavnej základne prvkov nového počítača IBM System /360 bol prvýkrát oznámený spoločnosťou IBM v roku 1964. Zdá sa, že išlo o prvé použitie GIS mimo ZSSR, autorovi sa nepodarilo nájsť predchádzajúce príklady .

Polovodičové integrované obvody série „Micrologic“ od Fairchild a „SN-51“ od TI (budeme o nich hovoriť nižšie), už v tom čase v odborných kruhoch, boli stále nedostupne zriedkavé a neúmerne drahé pre komerčné aplikácie, ako je konštrukcia veľký počítač. Preto spoločnosť IBM, ktorá vychádza z návrhu plochého mikromodulu, vyvinula svoju sériu hrubovrstvových GIS, ohlásených pod všeobecným názvom (na rozdiel od „mikromodulov“) – „moduly SLT“ (Solid Logic Technology – pevné logická technológia. Slovo „pevné“ sa do ruštiny zvyčajne prekladá ako „pevné“, čo je absolútne nelogické. V skutočnosti termín „moduly SLT“ zaviedla spoločnosť IBM na rozdiel od termínu „mikromodul“ a mal by odrážať ich rozdiel. moduly sú „pevné“, teda tento preklad nie je Slovo „pevné“ má iné významy – „pevné“, „celé“, ktoré úspešne zdôrazňujú rozdiel medzi „modulmi SLT“ a „mikromodulmi“ – moduly SLT sú nedeliteľné, neopraviteľné, teda „celé.“ Nepoužili sme všeobecne uznávaný preklad do ruštiny: Solid Logic Technology – technológia pevnej logiky).

Modul SLT bola polpalcová štvorcová keramická hrubovrstvová mikroplatnička so zalisovanými vertikálnymi kolíkmi. Na jeho povrch sa pomocou sieťotlače naniesli spojovacie vodiče a odpory (podľa schémy realizovaného zariadenia) a osadili sa nezabalené tranzistory. V prípade potreby boli kondenzátory inštalované vedľa modulu SLT na doske zariadenia. Kým navonok takmer identické (mikromoduly sú o niečo vyššie, obr. 2.), moduly SLT sa od plochých mikromodulov líšili vyššou hustotou prvkov, nízkou spotrebou energie, vysokým výkonom a vysokou spoľahlivosťou. Okrem toho sa technológia SLT dala celkom ľahko automatizovať, a preto sa dali vyrábať vo veľkých množstvách za dostatočne nízke náklady na použitie v komerčných zariadeniach. Presne toto IBM potrebovalo. Spoločnosť vybudovala automatizovaný závod v East Fishkill pri New Yorku na výrobu SLT modulov, ktorý ich vyrábal v miliónoch kópií.

Ryža. 2. Mikromodul ZSSR a modul SLT f. IBM. Fotografia STL zo stránky http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

Po IBM začali GIS vyrábať aj ďalšie spoločnosti, pre ktoré sa GIS stal komerčným produktom. Štandardný dizajn plochých mikromodulov a SLT modulov od IBM sa stal jedným zo štandardov pre hybridné integrované obvody.

Prvé polovodičové integrované obvody

Koncom 50. rokov 20. storočia mal priemysel všetky príležitosti na výrobu lacných prvkov elektronických zariadení. Ale ak boli tranzistory alebo diódy vyrobené z germánia a kremíka, potom rezistory a kondenzátory boli vyrobené z iných materiálov. Mnohí potom verili, že pri vytváraní hybridných obvodov nebudú žiadne problémy s montážou týchto prvkov, vyrábaných samostatne. A ak je možné vyrobiť všetky prvky štandardnej veľkosti a tvaru, a tým automatizovať proces montáže, potom sa náklady na zariadenie výrazne znížia. Na základe takýchto úvah ju priaznivci hybridnej technológie považovali za všeobecný smer rozvoja mikroelektroniky.

Ale nie všetci zdieľali tento názor. Faktom je, že mesa tranzistory a najmä planárne tranzistory, ktoré už v tom období vznikli, boli prispôsobené na skupinové spracovanie, v ktorom sa súčasne vykonávalo množstvo operácií na výrobu mnohých tranzistorov na jednej podložnej doske. To znamená, že na jednom polovodičovom plátku bolo naraz vyrobených veľa tranzistorov. Potom bola doska rozrezaná na jednotlivé tranzistory, ktoré boli umiestnené v jednotlivých prípadoch. A potom výrobca hardvéru spojil tranzistory na jednej doske plošných spojov. Boli ľudia, ktorí si mysleli, že tento prístup je smiešny - prečo oddeľovať tranzistory a potom ich znova spájať. Je možné ich okamžite spojiť na polovodičovom plátku? Zároveň sa zbavte niekoľkých zložitých a nákladných operácií! Títo ľudia prišli s polovodičovými integrovanými obvodmi.

Myšlienka je veľmi jednoduchá a úplne jasná. Ale, ako sa to často stáva, až potom, čo to niekto prvýkrát oznámil a dokázal. Dokázal, že obyčajné oznámenie často, ako v tomto prípade, nestačí. Myšlienka integrovaného obvodu bola oznámená už v roku 1952, pred príchodom skupinových metód na výrobu polovodičových zariadení. Na výročnej konferencii o elektronických komponentoch, ktorá sa konala vo Washingtone, zamestnanec Britského kráľovského radarového úradu v Malverne, Jeffrey Dummer, predstavil správu o spoľahlivosti radarových komponentov. V správe urobil prorocké vyhlásenie: „ S nástupom tranzistora a prácou v oblasti polovodičovej techniky je vo všeobecnosti možné si predstaviť elektronické zariadenie vo forme pevného bloku, ktorý neobsahuje žiadne spojovacie vodiče. Blok môže pozostávať z vrstiev izolačných, vodivých, rektifikačných a výstužných materiálov, v ktorých sú určité oblasti vyrezané tak, aby mohli priamo vykonávať elektrické funkcie.. Ale táto predpoveď zostala bez povšimnutia odborníkov. Spomenuli si na to až po objavení sa prvých polovodičových integrovaných obvodov, teda po praktickom dôkaze dlho propagovanej myšlienky. Niekto musel byť prvý, kto znovu objavil a implementoval myšlienku polovodičového integrovaného obvodu.

Podobne ako v prípade tranzistora, aj tu mali všeobecne uznávaní tvorcovia polovodičových integrovaných obvodov viac či menej úspešných predchodcov. Sám Dammer sa pokúsil realizovať svoj nápad v roku 1956, ale neuspel. V roku 1953 získal Harvick Johnson z RCA patent na jednočipový oscilátor a v roku 1958 spolu s Torkelom Wallmarkom oznámili koncept „polovodičového integrovaného zariadenia“. V roku 1956 Ross, zamestnanec Bell Labs, vyrobil binárny počítací obvod založený na n-p-n-p štruktúrach v jedinom kryštáli. V roku 1957 získal Yasuro Taru z japonskej spoločnosti MITI patent na kombináciu rôznych tranzistorov v jednom kryštáli. Ale všetky tieto a ďalšie podobné vývojové trendy mali súkromný charakter, neboli uvedené do výroby a nestali sa základom pre vývoj integrovanej elektroniky. Len tri projekty prispeli k rozvoju duševného vlastníctva v priemyselnej výrobe.

Tými šťastlivcami boli už spomínaný Jack Kilby z Texas Instruments (TI), Robert Noyce z Fairchild (obaja z USA) a Yuri Valentinovich Osokin z dizajnérskej kancelárie závodu Riga Semiconductor Device Plant (ZSSR). Američania vytvorili experimentálne vzorky integrovaných obvodov: J. Kilby - prototyp IC generátora (1958), a potom spúšť na mesa tranzistoroch (1961), R. Noyce - spúšť využívajúca planárnu technológiu (1961) a Yu. Osokin – logické IC „2NOT-OR“ sa okamžite začalo sériovo vyrábať v Nemecku (1962). Tieto spoločnosti začali sériovú výrobu IP takmer súčasne, v roku 1962.

Prvé polovodičové integrované obvody v USA

IP od Jacka Kilbyho. Séria IS SN - 51"

V roku 1958 sa J. Kilby (priekopník v používaní tranzistorov v načúvacích prístrojoch) presťahoval do Texas Instruments. Nováčik Kilby ako dizajnér obvodov bol „vrhnutý“ do zlepšovania mikromodulárneho plnenia rakiet vytvorením alternatívy k mikromodulom. Zvažovala sa možnosť skladania kociek z dielov štandardného tvaru, podobne ako pri skladaní modelov hračiek z figúrok LEGO. Kilbyho však zaujalo niečo iné. Rozhodujúcu úlohu zohral efekt „sviežeho vzhľadu“: po prvé, okamžite uviedol, že mikromoduly sú slepou uličkou, a po druhé, keď obdivoval mesa štruktúry, dospel k myšlienke, že obvod by mal (a môže) byť realizované z jedného materiálu - polovodiča. Kilby vedel o Dummerovom nápade a jeho neúspešnom pokuse o jeho realizáciu v roku 1956. Po analýze pochopil dôvod zlyhania a našiel spôsob, ako ho prekonať. “ Mojou zásluhou je, že som sa chopil tejto myšlienky a pretavil ju do reality.“, povedal J. Kilby neskôr vo svojom Nobelovom prejave.

Keďže ešte nezískal právo odísť, pracoval v laboratóriu bez zasahovania, zatiaľ čo všetci odpočívali. 24. júla 1958 Kilby sformuloval koncept v laboratórnom časopise s názvom Monolithic Idea. Jeho podstatou bolo, že „. ..obvodové prvky ako rezistory, kondenzátory, distribuované kondenzátory a tranzistory môžu byť integrované do jedného čipu - za predpokladu, že sú vyrobené z rovnakého materiálu... Pri konštrukcii klopného obvodu musia byť všetky prvky vyrobené z kremíka, pričom odpory využívajú objemový odpor kremíka a kondenzátory - kapacitu p-n prechodov". Nápad „monolitu“ sa stretol s blahosklonným a ironickým postojom vedenia Texas Instruments, ktoré požadovalo dôkaz o možnosti výroby tranzistorov, rezistorov a kondenzátorov z polovodiča a prevádzkyschopnosti obvodu zostaveného z takýchto prvkov.

V septembri 1958 Kilby zrealizoval svoj nápad - vyrobil generátor z dvoch kusov germánia s rozmermi 11,1 x 1,6 mm, zlepených včelím voskom na sklenenom substráte, obsahujúci dva typy difúznych oblastí (obr. 1). Tieto oblasti a existujúce kontakty využil na vytvorenie obvodu generátora, pričom prvky spojil tenkými zlatými drôtmi s priemerom 100 mikrónov pomocou termokompresného zvárania. Z jednej oblasti vznikol mezatranzistor a z druhej RC obvod. Zmontované tri generátory boli predvedené vedeniu spoločnosti. Po pripojení napájania začali pracovať na frekvencii 1,3 MHz. Stalo sa tak 12. septembra 1958. O týždeň neskôr Kilby vyrobil zosilňovač podobným spôsobom. Ale to ešte neboli integrované štruktúry, boli to trojrozmerné makety polovodičových integrovaných obvodov, čo dokazuje myšlienku výroby všetkých prvkov obvodu z jedného materiálu - polovodiča.

Ryža. 3. Typ spúšte 502 J. Kilby. Fotografia zo stránky http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Minaturized.html

Prvým skutočne integrovaným Kilbyho obvodom, vyrobeným z jedného kusu monolitického germánia, bol experimentálny spúšťací obvod typu 502 (obr. 3). Využíval tak objemový odpor germánia, ako aj kapacitu p-n prechodu. Jeho predstavenie sa uskutočnilo v marci 1959. Malý počet takýchto integrovaných obvodov bol vyrobený v laboratórnych podmienkach a predávaný malému okruhu za 450 dolárov. Integrovaný obvod obsahoval šesť prvkov: štyri mesa tranzistory a dva odpory, umiestnené na kremíkovej doštičke s priemerom 1 cm, ale Kilby IC mal vážnu nevýhodu - mesa tranzistory, ktoré sa v podobe mikroskopických „aktívnych“ stĺpcov týčili nad zvyšok, „pasívna“ časť kryštálu. Vzájomné spojenie stolových stĺpov v IS Kilby sa uskutočňovalo varením tenkých zlatých drôtov - všetkými nenávidená „chlpatá technológia“. Ukázalo sa, že s takýmito prepojeniami nie je možné vytvoriť mikroobvod s veľkým počtom prvkov - drôtená pavučina sa zlomí alebo znovu spojí. A germánium sa už vtedy považovalo za neperspektívny materiál. K žiadnemu prelomu nedošlo.

Do tejto doby Fairchild vyvinul planárnu kremíkovú technológiu. Vzhľadom na toto všetko musel Texas Instruments odložiť všetko, čo urobil Kilby, a začať bez Kilbyho vyvíjať sériu integrovaných obvodov založených na technológii planárneho kremíka. V októbri 1961 spoločnosť oznámila vytvorenie série integrovaných obvodov typu SN-51 a v roku 1962 začala ich sériovú výrobu a dodávky v záujme Ministerstva obrany USA a NASA.

IP od Roberta Noycea. Séria ISMikrologic”

V roku 1957 z viacerých dôvodov W. Shockley, vynálezca planárneho tranzistora, opustil skupinu ôsmich mladých inžinierov, ktorí sa chceli pokúsiť realizovať svoje vlastné nápady. „Osem zradcov“, ako ich nazval Shockley, ktorých lídrami boli R. Noyce a G. Moore, založili spoločnosť Fairchild Semiconductor („krásne dieťa“). Na čele spoločnosti stál Robert Noyce, mal vtedy 23 rokov.

Koncom roku 1958 fyzik D. Horney, ktorý pracoval v spoločnosti Fairchild Semiconductor, vyvinul planárnu technológiu výroby tranzistorov. A český fyzik Kurt Lehovec, ktorý pracoval v spoločnosti Sprague Electric, vyvinul techniku ​​​​na použitie reverzne zapojeného n-p prechodu na elektrickú izoláciu komponentov. V roku 1959 sa Robert Noyce, ktorý sa dopočul o návrhu Kilbyho integrovaného obvodu, rozhodol pokúsiť sa vytvoriť integrovaný obvod kombináciou procesov navrhnutých Horneym a Lehovcom. A namiesto „chlpatej technológie“ prepojení, Noyce navrhol selektívne nanášanie tenkej vrstvy kovu na vrchol polovodičových štruktúr izolovaných oxidom kremičitým s pripojením ku kontaktom prvkov cez otvory ponechané v izolačnej vrstve. To umožnilo „ponoriť“ aktívne prvky do tela polovodiča, izolovať ich oxidom kremičitým a následne tieto prvky spojiť s naprašovanými stopami hliníka alebo zlata, ktoré vznikajú procesmi fotolitografie, metalizácie a leptania. posledná fáza výroby produktu. Takto sa získala skutočne „monolitická“ verzia kombinovania komponentov do jedného obvodu a nová technológia sa nazývala „planárna“. Najprv však bolo potrebné vyskúšať tento nápad.

Ryža. 4. Experimentálna spúšť od R. Noycea. Fotografia zo stránky http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Ryža. 5. Fotografia Micrologic IC v časopise Life. Fotografia zo stránky http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

V auguste 1959 poveril R. Noyce Joy Last, aby vyvinula verziu integrovaného obvodu založenú na planárnej technológii. Najprv ako Kilby vyrobili prototyp spúšte na niekoľkých kremíkových kryštáloch, na ktorých boli vyrobené 4 tranzistory a 5 rezistorov. Potom, 26. mája 1960, bola vyrobená prvá jednočipová spúšť. Na izoláciu prvkov v ňom boli na zadnej strane kremíkovej dosky vyleptané hlboké drážky a vyplnené epoxidovou živicou. 27. septembra 1960 bola vyrobená tretia verzia spúšte (obr. 4), v ktorej boli prvky izolované reverzne zapojeným p-n prechodom.

Dovtedy sa Fairchild Semiconductor zaoberal iba tranzistormi, nemal návrhárov obvodov na vytváranie polovodičových integrovaných obvodov. Preto bol ako návrhár obvodov pozvaný Robert Norman zo Sperry Gyroscope. Norman poznal odporovo-tranzistorovú logiku, ktorú si spoločnosť na jeho návrh vybrala ako základ pre svoju budúcu sériu integrovaných obvodov „Micrologic“, ktoré našli svoje prvé uplatnenie vo výbave rakety Minuteman. V marci 1961 Fairchild oznámil prvý experimentálny integrovaný obvod tejto série (F-klopný obvod obsahujúci šesť prvkov: štyri bipolárne tranzistory a dva odpory umiestnené na doske s priemerom 1 cm) s uverejnením svojej fotografie (obr. 5 ) v časopise Život(z 10. marca 1961). Ďalších 5 IP bolo oznámených v októbri. A od začiatku roku 1962 Fairchild spustil sériovú výrobu integrovaných obvodov a ich dodávky aj v záujme amerického ministerstva obrany a NASA.

Kilby a Noyce si museli vypočuť veľa kritiky na svoje inovácie. Verilo sa, že praktický výťažok vhodných integrovaných obvodov by bol veľmi nízky. Je jasné, že by mala byť nižšia ako pri tranzistoroch (keďže obsahuje niekoľko tranzistorov), u ktorých vtedy nebola vyššia ako 15 %. Po druhé, mnohí verili, že v integrovaných obvodoch boli použité nevhodné materiály, pretože odpory a kondenzátory v tom čase neboli vyrobené z polovodičov. Po tretie, mnohí nemohli prijať myšlienku neopraviteľnosti IP. Zdalo sa im rúhaním vyhodiť výrobok, v ktorom zlyhal iba jeden z mnohých prvkov. Všetky pochybnosti boli postupne zavrhnuté, keď sa integrované obvody úspešne použili v amerických vojenských a vesmírnych programoch.

Jeden zo zakladateľov Fairchild Semiconductor G. Moore sformuloval základný zákon vývoja kremíkovej mikroelektroniky, podľa ktorého sa počet tranzistorov v kryštáli integrovaného obvodu každoročne zdvojnásobil. Tento zákon, nazývaný „Mooreov zákon“, fungoval celkom jasne počas prvých 15 rokov (od roku 1959), a potom k tomuto zdvojnásobeniu došlo asi za rok a pol.

Ďalej sa priemysel duševného vlastníctva v Spojených štátoch začal rozvíjať rýchlym tempom. V Spojených štátoch sa začal lavínovitý proces vzniku podnikov orientovaných výlučne „na planár“, niekedy až do bodu, keď sa za týždeň zaregistrovalo tucet spoločností. V snahe o veteránov (firmy W. Shockleyho a R. Noycea), ako aj vďaka daňovým stimulom a službám poskytovaným Stanfordskou univerzitou sa „nováčikovia“ sústredili najmä v údolí Santa Clara (Kalifornia). Preto nie je prekvapujúce, že v roku 1971 sa ľahkou rukou novinára a popularizátora technických inovácií Dona Hoflera dostal do obehu romanticko-technologický obraz „Silicon Valley“, ktorý sa navždy stal synonymom Mekky polovodičovej technologickej revolúcie. Mimochodom, v tejto oblasti sa skutočne nachádza údolie, ktoré bolo predtým známe svojimi početnými marhuľovými, čerešňovými a slivkovými sadmi, ktoré pred objavením sa spoločnosti Shockley mali iné, príjemnejšie meno - Valley of Heart's Delight, teraz bohužiaľ , takmer zabudnutý.

V roku 1962 sa v USA rozbehla masová výroba integrovaných obvodov, hoci ich objem dodávok zákazníkom predstavoval len niekoľko tisíc. Najsilnejším stimulom pre rozvoj priemyslu výroby nástrojov a elektroniky na novom základe boli raketové a vesmírne technológie. Spojené štáty vtedy nemali také výkonné medzikontinentálne balistické rakety ako sovietske a v záujme zvýšenia náboja boli nútené minimalizovať hmotnosť nosiča, vrátane riadiacich systémov, zavedením najnovších pokrokov v elektronickej technológii. . Texas Instrument a Fairchild Semiconductor uzavreli veľké zmluvy na návrh a výrobu integrovaných obvodov s americkým ministerstvom obrany a NASA.

Prvé polovodičové integrované obvody v ZSSR

Koncom 50. rokov 20. storočia sovietsky priemysel tak zúfalo hľadal polovodičové diódy a tranzistory, že boli potrebné radikálne opatrenia. V roku 1959 boli založené továrne na polovodičové zariadenia v Aleksandrove, Brjansku, Voroneži, Rige atď. V januári 1961 Ústredný výbor CPSU a Rada ministrov ZSSR prijali ďalšiu rezolúciu „O rozvoji polovodičového priemyslu“, ktorá stanovila tzv. výstavba tovární a výskumných ústavov v Kyjeve, Minsku, Jerevane, Nalčiku a ďalších mestách.

Nás bude zaujímať jedna z nových fabrík - vyššie spomínaná Riga Semiconductor Devices Plant (RZPP, niekoľkokrát menila názvy, pre jednoduchosť používame tú najznámejšiu, ktorá funguje dodnes). Ako štartovacia rampa pre nový závod bola vyčlenená rozostavaná budova SOŠ o ploche 5300 m2 a zároveň sa začala výstavba špeciálnej budovy. Do februára 1960 už závod vytvoril 32 služieb, 11 laboratórií a pilotnú výrobu, ktorá sa začala v apríli pripravovať na výrobu prvých prístrojov. Závod už zamestnával 350 ľudí, z ktorých 260 bolo v priebehu roka poslaných študovať do Moskovského výskumného inštitútu-35 (neskôr Pulsar Research Institute) a závodu Leningrad Svetlana. A do konca roku 1960 dosiahol počet zamestnancov 1900 osôb. Spočiatku boli technologické linky umiestnené v prestavanej športovej hale budovy družstevnej technickej školy a laboratóriá OKB boli umiestnené v bývalých učebniach. Závod vyrobil prvé zariadenia (zliatinovo-difúzne a konverzné germániové tranzistory P-401, P-403, P-601 a P-602 vyvinuté NII-35) 9 mesiacov po podpísaní objednávky na jeho vytvorenie, v marci 1960. A do konca júla vyrobil prvých tisíc tranzistorov P-401. Potom zvládol výrobu mnohých ďalších tranzistorov a diód. V júni 1961 bola dokončená výstavba špeciálnej budovy, v ktorej sa začala sériová výroba polovodičových zariadení.

Od roku 1961 sa v závode začali samostatné technologické a vývojové práce vrátane mechanizácie a automatizácie výroby tranzistorov na báze fotolitografie. Na tento účel bol vyvinutý prvý domáci fotoopakovač (fotoznámka) - inštalácia na kombinovanie a kontaktnú tlač fotografií (vyvinutý A.S. Gotmanom). Veľkú pomoc pri financovaní a výrobe unikátnych zariadení poskytli podniky ministerstva rádiového priemyslu vrátane KB-1 (neskôr NPO Almaz, Moskva) a NIIRE. V tom čase najaktívnejší vývojári malých rádiových zariadení, ktorí nemali vlastnú technologickú polovodičovú základňu, hľadali spôsoby, ako kreatívne interagovať s novovytvorenými polovodičovými továrňami.

V RZPP sa aktívne pracovalo na automatizácii výroby germániových tranzistorov typu P401 a P403 na základe výrobnej linky Ausma vytvorenej závodom. Jeho hlavný dizajnér (GC) A.S. Gottman navrhol vytvoriť prúdové cesty na povrchu germánia od elektród tranzistora k okraju kryštálu, aby sa uľahčilo zváranie vodičov tranzistora v kryte. Najdôležitejšie však je, že tieto stopy mohli byť použité ako externé terminály tranzistora, keď boli zmontované do dosiek (obsahujúcich spojovacie a pasívne prvky) bez obalu, pripájaním ich priamo k zodpovedajúcim kontaktným plôškam (v skutočnosti bola technológia na vytváranie hybridných integrovaných obvodov navrhované). Navrhovaná metóda, pri ktorej sa zdá, že prúdové dráhy kryštálu bozkávajú kontaktné podložky dosky, dostala pôvodný názov - „technológia bozkávania“. Ale kvôli množstvu technologických problémov, ktoré sa v tom čase ukázali ako neriešiteľné, najmä v súvislosti s problémami s presnosťou získavania kontaktov na doske plošných spojov, nebolo možné prakticky implementovať „technológiu bozku“. O niekoľko rokov neskôr bola podobná myšlienka implementovaná v USA a ZSSR a našla široké uplatnenie v takzvaných „guličkových vedeniach“ a v technológii „chip-to-board“.

Hardvérové ​​spoločnosti spolupracujúce s RZPP, vrátane NIIRE, však dúfali v „technológiu bozkov“ a plánovali jej použitie. Na jar 1962, keď bolo jasné, že jeho realizácia sa odkladá na neurčito, hlavný inžinier NIIRE V.I. Smirnov požiadal riaditeľa RZPP S.A. Bergmana nájsť iný spôsob implementácie viacprvkového obvodu 2NOR, univerzálneho pre stavbu digitálnych zariadení.

Ryža. 7. Ekvivalentný obvod IC R12-2 (1LB021). Čerpanie z prospektu IP z roku 1965.

Prvý IS a GIS od Jurija Osokina. Pevná schéma R12-2(séria IS 102 A 116 )

Riaditeľ RZPP poveril touto úlohou mladého inžiniera Jurija Valentinoviča Osokina. Zorganizovali sme oddelenie pozostávajúce z technologického laboratória, laboratória na vývoj a výrobu fotomasiek, meracieho laboratória a poloprevádzkovej výrobnej linky. V tom čase bola do RZPP dodaná technológia výroby germániových diód a tranzistorov, ktorá bola braná ako základ pre nový vývoj. A už na jeseň roku 1962 boli získané prvé prototypy germánového tuhého okruhu 2NOT-OR (keďže výraz IS vtedy ešte neexistoval, z úcty k vtedajším záležitostiam si ponecháme názov „tvrdý okruh“ - TS), ktorý dostal výrobné označenie „P12-2“. Zachovala sa reklamná brožúra z roku 1965 na P12-2 (obr. 6), informácie a ilustrácie, z ktorých budeme čerpať. TS R12-2 obsahoval dva germániové p - n - p -tranzistory (upravené tranzistory typu P401 a P403) so spoločnou záťažou v podobe distribuovaného germániového odporu typu p (obr. 7).

Ryža. 8. Štruktúra integrovaného obvodu R12-2. Čerpanie z prospektu IP z roku 1965.

Ryža. 9. Rozmerový výkres vozidla R12-2. Čerpanie z prospektu IP z roku 1965.

Vonkajšie vodiče sú vytvorené termokompresným zváraním medzi oblasťami germánia v štruktúre TC a zlatom vodičov vodičov. Tým je zabezpečená stabilná prevádzka obvodov pri vonkajších vplyvoch v podmienkach tropických a morských hml, čo je dôležité najmä pre prevádzku v námorných kvázi elektronických automatických telefónnych ústredniach vyrábaných závodom VEF v Rige, ktorý sa o tento vývoj tiež zaujímal.

Konštrukčne boli R12-2 TS (a následné R12-5) vyrobené vo forme „tablety“ (obr. 9) z okrúhleho kovového pohára s priemerom 3 mm a výškou 0,8 mm. V nej bol umiestnený kryštál TC a vyplnený polymérnou zlúčeninou, z ktorej vychádzali krátke vonkajšie konce vývodov z mäkkého zlatého drôtu s priemerom 50 mikrónov, privarené ku kryštálu. Hmotnosť P12-2 nepresiahla 25 mg. V tomto prevedení boli vozidlá odolné voči relatívnej vlhkosti 80 % pri teplote okolia 40 °C a voči cyklickým zmenám teploty od -60 °C do 60 °C.

Do konca roku 1962 sa v pilotnej výrobe RZPP vyrobilo asi 5 tisíc vozidiel R12-2 a v roku 1963 ich bolo vyrobených niekoľko desiatok tisíc. Rok 1962 sa tak stal rokom zrodu mikroelektronického priemyslu v USA a ZSSR.

Ryža. 10. Skupiny TS R12-2

Ryža. 11. Základné elektrické charakteristiky R12-2

Polovodičová technológia bola vtedy v plienkach a ešte nezaručovala striktnú opakovateľnosť parametrov. Preto boli prevádzkyschopné zariadenia zoradené do skupín parametrov (v našej dobe sa to často robí). Obyvatelia Rigy urobili to isté a nainštalovali 8 štandardných hodnotení vozidla R12-2 (obr. 10). Všetky ostatné elektrické a iné charakteristiky sú rovnaké pre všetky štandardné menovité hodnoty (obr. 11).

Výroba TS R12-2 sa začala súčasne s výskumom a vývojom „Tvrdosť“, ktorý skončil v roku 1964 (GK Yu.V. Osokin). V rámci tejto práce bola vyvinutá vylepšená skupinová technológia pre sériovú výrobu germánových vozidiel na báze fotolitografie a galvanického nanášania zliatin cez fotomasku. Jeho hlavné technické riešenia sú registrované ako vynález Yu.V. Osokina. a Mikhalovič D.L. (A.S. č. 36845). Niekoľko článkov od Yu.V. bolo publikovaných v utajovanom časopise Spetsradioelectronics. Osokina v spolupráci so špecialistami KB-1 I.V. Nič, G.G. Smolko a Yu.E. Naumova s ​​popisom konštrukcie a vlastností vozidla R12-2 (a následného vozidla R12-5).

Dizajn P12-2 bol dobrý vo všetkom, až na jednu vec – spotrebitelia nevedeli, ako používať také malé produkty s najtenšími vývodmi. Hardvérové ​​spoločnosti na to spravidla nemali technológiu ani vybavenie. Počas celého obdobia výroby R12-2 a R12-5 ich používanie ovládali NIIRE, Žigulevský rozhlasový závod Ministerstva rádiového priemyslu, VEF, NIIP (od roku 1978 NPO Radiopribor) a niekoľko ďalších podnikov. S pochopením problému vývojári TS spolu s NIIRE okamžite mysleli na druhú úroveň dizajnu, ktorá zároveň zvýšila hustotu usporiadania zariadení.

Ryža. 12. Modul 4 vozidiel R12-2

V roku 1963 bol v NIIRE v rámci projektových a vývojových prác Kvant (GK A.N. Pelipenko, za účasti E.M. Lyakhovicha) vyvinutý modulový návrh, ktorý kombinoval štyri vozidlá R12-2 (obr. 12). Dva až štyri zariadenia R12-2 (v kryte) boli umiestnené na mikrodoske z tenkého sklolaminátu, ktoré spoločne implementovali určitý funkčný celok. Na dosku bolo nalisovaných až 17 pinov (počet sa líšil pre konkrétny modul) s dĺžkou 4 mm. Mikrodoska bola vložená do vyrazeného kovového pohára s rozmermi 21,6 ? 6,6 mm a 3,1 mm hlboké a vyplnené polymérnou zmesou. Výsledkom je hybridný integrovaný obvod (HIC) s dvojitým tesnením prvkov. A ako sme už povedali, bol to prvý GIS na svete s dvojúrovňovou integráciou a možno aj prvý GIS vo všeobecnosti. Bolo vyvinutých osem typov modulov so všeobecným názvom „Quantum“, ktoré vykonávali rôzne logické funkcie. V rámci takýchto modulov zostali vozidlá R12-2 prevádzkyschopné pri stálom zrýchlení do 150 g a zaťažení vibráciami vo frekvenčnom rozsahu 5–2000 Hz so zrýchlením do 15 g.

Moduly Kvant boli najprv vyrobené v pilotnej výrobe NIIRE a potom boli prevedené do Žigulevského rozhlasového závodu Ministerstva rádiového priemyslu ZSSR, ktorý ich dodal rôznym spotrebiteľom vrátane závodu VEF.

Moduly TS R12-2 a „Kvant“ založené na nich sa osvedčili a sú široko používané. V roku 1968 bola vydaná norma stanovujúca jednotný systém označovania integrovaných obvodov v krajine a v roku 1969 Všeobecné technické špecifikácie pre polovodičové (NP0.073.004TU) a hybridné (NP0.073.003TU) integrované obvody s jednotným systémom požiadaviek. . V súlade s týmito požiadavkami Ústredný úrad pre aplikáciu integrovaných obvodov (TsBPIMS, neskôr CDB Dayton, Zelenograd) 6. februára 1969 schválil pre vozidlo nové technické špecifikácie ShT3.369.001-1TU. Zároveň sa v označení produktu prvýkrát objavil pojem „integrovaný obvod“ radu 102. TS R12-2 sa začal nazývať IS: 1LB021V, 1LB021G, 1LB021Zh, 1LB021I. V skutočnosti išlo o jeden IC, zoradený do štyroch skupín podľa výstupného napätia a zaťažiteľnosti.

Ryža. 13. Integrované obvody radu 116 a 117

A 19. septembra 1970 TsBPIMS schválila technické špecifikácie AB0.308.014TU pre moduly Kvant, označené IS série 116 (obr. 13). Séria obsahovala deväť integrovaných obvodov: 1ХЛ161, 1ХЛ162 a 1ХЛ163 – multifunkčné digitálne obvody; 1LE161 a 1LE162 – dva a štyri logické prvky 2NOR; 1TP161 a 1TP1162 – jeden a dva spúšťače; 1UP161 – výkonový zosilňovač, ako aj 1LP161 – „inhibičný“ logický prvok pre 4 vstupy a 4 výstupy. Každý z týchto integrovaných obvodov mal štyri až sedem možností dizajnu, ktoré sa líšili napätím výstupného signálu a zaťažiteľnosťou, celkovo pre 58 typov integrovaných obvodov. Dizajny boli označené písmenom za digitálnou časťou označenia IS, napríklad 1ХЛ161ж. Následne sa ponuka modulov rozšírila. IO série 116 boli skutočne hybridné, ale na žiadosť RZPP boli označené ako polovodičové (prvá číslica v označení je „1“, hybridné by mali mať „2“).

V roku 1972 spoločným rozhodnutím Ministerstva elektronického priemyslu a Ministerstva rádiového priemyslu bola výroba modulov prevedená z Žigulevského rozhlasového závodu do RZPP. To eliminovalo možnosť prepravy IC série 102 na veľké vzdialenosti, takže upustili od potreby zapečatiť matricu každého IC. Výsledkom bolo zjednodušenie konštrukcie integrovaných obvodov série 102 a 116: nebolo potrebné zabaliť integrované obvody série 102 do kovovej misky naplnenej zmesou. Nezabalené IO radu 102 v technologických kontajneroch boli dodané do susednej dielne na montáž IO radu 116, osadené priamo na ich mikrodoske a zatavené v kryte modulu.

V polovici 70. rokov 20. storočia bol vydaný nový štandard pre systém označovania IP. Potom napríklad IS 1LB021V dostal označenie 102LB1V.

Druhý IS a GIS od Jurija Osokina. Pevná schéma R12-5(séria IS 103 A 117 )

Začiatkom roku 1963, v dôsledku serióznej práce na vývoji vysokofrekvenčných n - p - n tranzistorov, tím Yu.V. Osokina nazbieral rozsiahle skúsenosti s prácou s p-vrstvami na originálnom n-germániovom plátku. Toto a prítomnosť všetkých potrebných technologických komponentov umožnili Osokinovi v roku 1963 začať s vývojom novej technológie a dizajnom rýchlejšej verzie vozidla. V roku 1964 bol na príkaz NIIRE ukončený vývoj vozidla R12-5 a modulov na ňom založených. Na základe jeho výsledkov bol v roku 1965 otvorený výskum a vývoj Palanga (GK Yu.V. Osokin, jeho zástupca - D.L. Mikhalovič, dokončený v roku 1966). Moduly založené na R12-5 boli vyvinuté v rámci rovnakého výskumno-vývojového projektu „Kvant“ ako moduly založené na R12-2. Súčasne s technickými špecifikáciami pre rad 102 a 116 boli vypracované technické špecifikácie ShT3.369.002-2TU pre IC radu 103 (R12-5) a AV0.308.016TU pre IC radu 117 (moduly založené na IC radu 103). schválené. Názvoslovie typov a štandardných klasifikácií TS R12-2, modulov na nich a IS radu 102 a 116 bolo zhodné s nomenklatúrou TS R12-5 a IS radu 103 a 117, v tomto poradí. Líšia sa iba rýchlosťou a technológiou výroby IC kryštálu. Typický čas oneskorenia šírenia pre sériu 117 bol 55 ns oproti 200 ns pre sériu 116.

Štrukturálne bol R12-5 TS štvorvrstvovou polovodičovou štruktúrou (obr. 14), kde substrát typu n a žiariče typu p + boli pripojené k spoločnej uzemňovacej zbernici. Hlavné technické riešenia na konštrukciu vozidla R12-5 sú registrované ako vynález Yu.V. Osokina, D.L. Mikhaloviča. Kaydalova Zh.A a Akmensa Ya.P. (A.S. č. 248847). Pri výrobe štvorvrstvovej štruktúry TC R12-5 bolo dôležitým know-how vytvorenie p-vrstvy typu n v pôvodnej germániovej platni. To sa dosiahlo difúziou zinku v zatavenej kremennej ampulke, kde sú platne umiestnené pri teplote asi 900 °C a zinok je umiestnený na druhom konci ampulky pri teplote asi 500 °C. štruktúry TS vo vytvorenej p-vrstve je podobná P12-2 TS. Nová technológia umožnila vyhnúť sa zložitému tvaru kryštálu TS. Doštičky s P12-5 sa zo zadnej strany zbrúsili na hrúbku asi 150 mikrónov, pričom sa zachovala časť pôvodného waferu a následne sa vryli do jednotlivých pravouhlých IC čipov.

Ryža. 14. Štruktúra kryštálu TS R12-5 z AS č. 248847. 1 a 2 – zem, 3 a 4 – vstupy, 5 – výstup, 6 – výkon

Po prvých pozitívnych výsledkoch výroby experimentálnych vozidiel R12-5 bol na objednávku KB-1 otvorený výskumný projekt Mezon-2 zameraný na vytvorenie vozidla so štyrmi R12-5. V roku 1965 boli získané pracovné vzorky v plochom kovokeramickom puzdre. Ukázalo sa však, že výroba P12-5 je náročná, najmä kvôli ťažkostiam pri vytváraní zinkom dotovanej p-vrstvy na pôvodnom n-Ge plátku. Ukázalo sa, že výroba kryštálu je náročná na prácu, percento výťažku je nízke a náklady na vozidlo sú vysoké. Z rovnakých dôvodov sa R12-5 TC vyrábal v malých objemoch a nedokázal vytlačiť pomalší, no technologicky vyspelejší R12-2. A výskumný projekt Mezon-2 vôbec nepokračoval, a to aj kvôli problémom s prepojením.

V tom čase už Pulsar Research Institute a NIIME vykonávali rozsiahle práce na vývoji planárnej kremíkovej technológie, ktorá má oproti germániovej technológii množstvo výhod, z ktorých hlavnou je vyšší rozsah prevádzkových teplôt (+150°C pre kremík a +70°C pre germánium) a prítomnosť prirodzeného ochranného filmu SiO 2 na kremíku. A špecializácia RZPP sa preorientovala na vytváranie analógových integrovaných obvodov. Špecialisti RZPP preto považovali vývoj technológie germánia na výrobu IC za nevhodný. Pri výrobe tranzistorov a diód však germánium na nejaký čas nestratilo svoje postavenie. V oddelení Yu.V. Osokin, po roku 1966 boli vyvinuté a vyrobené germániové planárne nízkošumové mikrovlnné tranzistory RZPP GT329, GT341, GT 383 atď.. Ich tvorba bola ocenená Štátnou cenou Lotyšského ZSSR.

Aplikácia

Ryža. 15. Aritmetické zariadenie na moduloch s pevným obvodom. Fotografia z brožúry TS z roku 1965.

Ryža. 16. Porovnávacie rozmery ovládacieho zariadenia automatickej telefónnej ústredne, vyrobeného na relé a vozidle. Fotografia z brožúry TS z roku 1965.

Zákazníkmi a prvými spotrebiteľmi R12-2 TS a modulov boli tvorcovia špecifických systémov: počítač Gnome (obr. 15) pre palubný letecký systém Kupol (NIIRE, GK Lyakhovich E.M.) a námorné a civilné automatické telefónne ústredne. (rastlina VEF, GK Misulovin L.Ya.). Aktívne sa podieľal na všetkých etapách tvorby vozidiel R12-2, R12-5 a modulov na nich a KB-1, hlavným kurátorom tejto spolupráce z KB-1 bol N.A. Barkanov. Pomáhali s financovaním, výrobou zariadení a výskumom vozidiel a modulov v rôznych režimoch a prevádzkových podmienkach.

Moduly TS R12-2 a „Kvant“ založené na ňom boli prvými mikroobvodmi v krajine. A vo svete boli medzi prvými – až v USA začali Texas Instruments a Fairchild Semiconductor vyrábať svoje prvé polovodičové integrované obvody a v roku 1964 začala spoločnosť IBM vyrábať hrubovrstvové hybridné integrované obvody pre svoje počítače. V iných krajinách sa o IP ešte neuvažovalo. Preto boli integrované obvody pre verejnosť kuriozitou, efektívnosť ich použitia vyvolala výrazný dojem a bola hraná v reklame. Dochovaná brožúra o vozidle R12-2 z roku 1965 (na základe skutočných aplikácií) hovorí: „ Použitie polovodičových obvodov P12-2 v palubných výpočtových zariadeniach umožňuje 10- až 20-násobné zníženie hmotnosti a rozmerov týchto zariadení, zníženie spotreby energie a zvýšenie prevádzkovej spoľahlivosti. ... Použitie pevných obvodov P12-2 v riadiacich systémoch a prepínanie ciest prenosu informácií automatických telefónnych ústrední umožňuje približne 300-násobné zníženie objemu ovládacích zariadení, ako aj výrazné zníženie spotreby elektrickej energie (30-50 krát)“. Tieto tvrdenia ilustrovali fotografie aritmetického zariadenia počítača Gnome (obr. 15) a porovnanie reléového stojana ATS vyrábaného v tom čase závodom VEF s malým blokom na dlani dievčaťa (obr. 16) . Existovali ďalšie početné aplikácie prvých integrovaných obvodov Riga.

Výroba

Teraz je ťažké obnoviť úplný obraz o objemoch výroby IC radu 102 a 103 podľa rokov (dnes sa RZPP zmenil z veľkého závodu na malú výrobu a mnoho archívov sa stratilo). Ale podľa spomienok Yu.V. Osokin, v druhej polovici šesťdesiatych rokov minulého storočia, výroba predstavovala mnoho stoviek tisíc ročne, v sedemdesiatych rokoch - milióny. Podľa jeho dochovaných osobných poznámok bolo v roku 1985 vyrobených IO radu 102 - 4 100 000 ks, modulov radu 116 - 1 025 000 ks, IO radu 103 - 700 000 ks, modulov radu 1017 - 1017 modulov - r. .

Koncom roku 1989 Yu.V. Osokin, vtedajší generálny riaditeľ Alpha Production Association, sa obrátil na vedenie Vojensko-priemyselnej komisie pri Rade ministrov ZSSR (MIC) so žiadosťou o vyradenie sérií 102, 103, 116 a 117 z výroby z dôvodu ich zastaranosti resp. vysoká pracovná náročnosť (za 25 rokov mikroelektronika ani zďaleka nepokročila), ale dostala kategorické odmietnutie. Podpredseda Vojensko-priemyselného komplexu V.L. Koblov mu povedal, že lietadlá lietajú spoľahlivo, výmena je vylúčená. Po rozpade ZSSR sa IC rady 102, 103, 116 a 117 vyrábali až do polovice 90. rokov, t.j. viac ako 30 rokov. Počítače Gnome sú stále nainštalované v navigačnej kabíne Il-76 a niektorých ďalších lietadiel. „Toto je superpočítač,“ naši piloti nie sú bezradní, keď ich zahraniční kolegovia prekvapia záujem o toto bezprecedentné zariadenie.

O prioritách

Napriek tomu, že J. Kilby a R. Noyce mali predchodcov, svetové spoločenstvo ich uznáva ako vynálezcov integrovaného obvodu.

R. Kilby a J. Noyce prostredníctvom svojich firiem podali prihlášky na patent na vynález integrovaného obvodu. Spoločnosť Texas Instruments požiadala o patent už skôr, vo februári 1959, a Fairchild tak urobil až v júli toho istého roku. Ale patent číslo 2981877 bol vydaný v apríli 1961 R. Noyceovi. J. Kilby zažaloval a až v júni 1964 získal svoj patent číslo 3138743. Potom nastala desaťročná vojna o priority, v dôsledku ktorej (v ojedinelom prípade) „vyhralo priateľstvo“. Nakoniec odvolací súd potvrdil Noyceov nárok na technologické prvenstvo, ale rozhodol, že za vytvorenie prvého funkčného mikroobvodu by sa mal pripísať J. Kilby. A Texas Instruments a Fairchild Semiconductor podpísali dohodu o technológiách krížových licencií.

V ZSSR patentovanie vynálezov neprinieslo autorom nič iné ako problémy, bezvýznamnú jednorazovú platbu a morálnu satisfakciu, takže veľa vynálezov nebolo vôbec zaregistrovaných. A Osokin sa tiež nikam neponáhľal. Ale pre podniky bol počet vynálezov jedným z ukazovateľov, takže sa museli stále registrovať. Preto Ju.Osokina a D.Michalovič dostali autorské osvedčenie ZSSR č.36845 na vynález vozidla R12-2 až 28.6.1966.

A J. Kilby sa v roku 2000 stal jedným z laureátov Nobelovej ceny za vynález IP. R. Noyce sa svetového uznania nedočkal, zomrel v roku 1990 a podľa predpisov sa Nobelova cena neudeľuje posmrtne. Čo v tomto prípade nie je úplne fér, keďže celá mikroelektronika išla cestou, ktorú začal R. Noyce. Noyceova autorita medzi odborníkmi bola taká vysoká, že dokonca dostal prezývku „starosta Silicon Valley“, keďže bol vtedy najpopulárnejším z vedcov pracujúcich v tej časti Kalifornie, ktorá dostala neoficiálne meno Silicon Valley (V. Shockley bol nazývaný „Mojžiš zo Silicon Valley“). Cesta J. Kilbyho („chlpatého“ germánia) sa však ukázala byť slepou uličkou a nenašla sa ani v jeho firme. Ale život nie je vždy fér.

Nobelovu cenu dostali traja vedci. Polovicu z nich dostal 77-ročný Jack Kilby a druhú polovicu si rozdelili akademik Ruskej akadémie vied Zhores Alferov a profesor na Kalifornskej univerzite v Santa Barbare, nemecko-americký Herbert Kremer, za „ vývoj polovodičových heteroštruktúr používaných vo vysokorýchlostnej optoelektronike.

Pri hodnotení týchto prác odborníci poznamenali, že „integrované obvody sú, samozrejme, objavom storočia, ktorý mal hlboký vplyv na spoločnosť a svetovú ekonomiku“. Pre zabudnutého J. Kilbyho bola Nobelova cena prekvapením. V rozhovore pre magazín Europhysics News Priznal: " Vtedy som rozmýšľal len nad tým, čo by bolo dôležité pre rozvoj elektroniky z ekonomického hľadiska. Vtedy som však nechápal, že zníženie nákladov na elektronické produkty spôsobí lavínu rastu elektronických technológií.“.

A diela Yu.Osokina neoceňuje nielen Nobelov výbor. Zabúda sa na ne aj u nás, nie je chránená priorita krajiny pri vytváraní mikroelektroniky. A nepochybne bol.

V 50. rokoch 20. storočia sa vytvoril materiálový základ pre tvorbu viacprvkových produktov - integrovaných obvodov - v jednom monolitickom kryštáli alebo na jednom keramickom substráte. Preto nie je prekvapujúce, že takmer súčasne myšlienka IP nezávisle vznikla v mysliach mnohých odborníkov. A rýchlosť realizácie nového nápadu závisela od technologických možností autora a záujmu výrobcu, teda od prítomnosti prvého spotrebiteľa. V tomto smere sa Yu.Osokin ocitol v lepšej pozícii ako jeho americkí kolegovia. Kilby bol v TI nový, dokonca musel vedeniu firmy dokázať zásadnú možnosť realizácie monolitického okruhu vyhotovením jeho rozloženia. Úloha J. Kilbyho pri vytváraní IP v skutočnosti spočíva v prevýchove manažmentu TI a vyprovokovaní R. Noycea k aktívnej akcii s jeho rozložením. Kilbyho vynález sa nedostal do sériovej výroby. R. Noyce sa vo svojej mladej a ešte nie silnej firme pustil do vytvorenia novej planárnej technológie, ktorá sa skutočne stala základom pre následnú mikroelektroniku, ale autorovi hneď neustúpila. V súvislosti s vyššie uvedeným museli obaja aj ich firmy vynaložiť veľa úsilia a času na praktickú realizáciu svojich nápadov na stavbu sériovo vyrábaných integrovaných obvodov. Ich prvé vzorky zostali experimentálne, ale do masovej výroby sa dostali ďalšie mikroobvody, ktoré ani nevyvinuli. Na rozdiel od Kilbyho a Noycea, ktorí boli ďaleko od výroby, továrnik Yu. Osokin stavil na priemyselne vyvinuté polovodičové technológie RZPP a spotrebiteľov prvých vozidiel mal garantovaných v podobe iniciátora vývoja NIIRE a neďalekého závodu VEF, čo pomohlo pri tejto práci. Z týchto dôvodov sa prvá verzia jeho vozidla okamžite dostala do experimentálnej výroby, ktorá plynulo prešla do sériovej výroby, ktorá nepretržite pokračovala viac ako 30 rokov. Yu Osokin (nepoznal túto konkurenciu) ich teda rýchlo dohnal, keďže začal vyvíjať TS neskôr ako Kilby a Noyce. Diela Yu.Osokina navyše nijako nesúvisia s dielami Američanov, čoho dôkazom je absolútna odlišnosť jeho vozidla a riešení v ňom implementovaných z mikroobvodov Kilby a Noyce. Texas Instruments (nie Kilbyho vynález), Fairchild a RZPP začali vyrábať svoje integrované obvody takmer súčasne, v roku 1962. To dáva plné právo považovať Yu.Osokina za jedného z vynálezcov integrovaného obvodu na rovnakej úrovni ako R. Noyce a viac ako J. Kilby, a bolo by spravodlivé zdieľať časť Nobelovej ceny pre J. Kilbyho s Yu. Osokin. Pokiaľ ide o vynájdenie prvého GIS s dvojúrovňovou integráciou (a prípadne GIS všeobecne), tu priorita A. Pelipenko z NIIRE je absolútne nespochybniteľný.

Žiaľ, nepodarilo sa nájsť vzorky vozidiel a na nich založených zariadení, potrebných pre múzeá. Za takéto ukážky či fotografie z nich by bol autor veľmi vďačný.