Historia e krijimit të një bordi të integruar. Historia e mikroprocesorit. ku k është një koeficient që përcakton shkallën e integrimit, i rrumbullakosur në numrin e plotë më të madh më të afërt, dhe N është numri i elementeve dhe komponentëve të përfshirë në IS

Mikroelektronika është arritja më domethënëse dhe, siç besojnë shumë, arritja më e rëndësishme shkencore dhe teknike e kohës sonë. Mund të krahasohet me pika të tilla kthese në historinë e teknologjisë si shpikja e shtypjes në shekullin e 16-të, krijimi i motorit me avull në shekullin e 18-të dhe zhvillimi i inxhinierisë elektrike në shekullin e 19-të. Dhe kur sot flasim për revolucionin shkencor dhe teknologjik, para së gjithash nënkuptojmë mikroelektronikën. Si asnjë arritje tjetër teknike e ditëve tona, ajo përshkon të gjitha sferat e jetës dhe e bën realitet atë që ishte thjesht e paimagjinueshme dje. Për t'u bindur për këtë, mjafton të mbani mend kalkulatorët e xhepit, radiot në miniaturë, pajisjet e kontrollit elektronik në pajisjet shtëpiake, orët, kompjuterët dhe kompjuterët e programueshëm. Dhe kjo është vetëm një pjesë e vogël e zonës së saj të aplikimit!

Mikroelektronika i detyrohet shfaqjes dhe vetë ekzistencës së saj krijimit të një elementi të ri elektronik nënminiaturë - një qark të integruar. Shfaqja e këtyre qarqeve, në fakt, nuk ishte një lloj shpikje thelbësisht e re - ajo ndiqte drejtpërdrejt nga logjika e zhvillimit të pajisjeve gjysmëpërçuese. Në fillim, kur elementët gjysmëpërçues sapo po hynin në përdorim, çdo tranzistor, rezistencë ose diodë u përdor veçmas, domethënë u mbyll në rastin e tij individual dhe u përfshi në qark duke përdorur kontaktet e tij individuale. Kjo bëhej edhe në rastet kur ishte e nevojshme të mblidheshin shumë qarqe të ngjashme nga të njëjtët elementë. Por gradualisht u kuptua se ishte më racionale të mos mblidheshin pajisje të tilla nga elementë individualë, por t'i prodhonin menjëherë ato në një kristal të përbashkët, veçanërisht pasi elektronika gjysmëpërçuese krijoi të gjitha parakushtet për këtë. Në fakt, të gjithë elementët gjysmëpërçues janë shumë të ngjashëm me njëri-tjetrin në strukturën e tyre, kanë të njëjtin parim të funksionimit dhe ndryshojnë vetëm në pozicionin relativ të rajoneve p-n. Këto rajone p-n, siç kujtojmë, krijohen duke futur papastërti të të njëjtit lloj në shtresën sipërfaqësore të një kristali gjysmëpërçues. Për më tepër, funksionimi i besueshëm dhe nga të gjitha pikëpamjet i kënaqshëm i shumicës dërrmuese të elementëve gjysmëpërçues sigurohet me një trashësi të shtresës së punës sipërfaqësore prej të mijëtave të milimetrit. Transistorët më të vegjël zakonisht përdorin vetëm shtresën e sipërme të çipit gjysmëpërçues, që është vetëm 1% e trashësisë së tij. Pjesa e mbetur prej 99% vepron si një bartës ose nënshtresë, pasi pa një substrat transistori thjesht mund të shembet me prekjen më të vogël. Rrjedhimisht, duke përdorur teknologjinë e përdorur për prodhimin e komponentëve elektronikë individualë, është e mundur që menjëherë të krijohet një qark i plotë prej disa dhjetëra, qindra apo edhe mijëra komponentësh të tillë në një çip të vetëm. Përfitimet nga kjo do të jenë të mëdha. Së pari, kostot do të ulen menjëherë (kostoja e një mikroqarkullimi është zakonisht qindra herë më pak se kostoja totale e të gjithë elementëve elektronikë të përbërësve të tij). Së dyti, një pajisje e tillë do të jetë shumë më e besueshme (siç tregon përvoja, mijëra e dhjetëra mijëra herë), dhe kjo ka një rëndësi të madhe, pasi gjetja e një defekti në një qark të përbërë nga dhjetëra ose qindra mijëra komponentë elektronikë shndërrohet në një problem jashtëzakonisht kompleks. Së treti, për shkak të faktit se të gjithë elementët elektronikë të një qarku të integruar janë qindra e mijëra herë më të vegjël se homologët e tyre në një qark të parafabrikuar konvencional, konsumi i tyre i energjisë është shumë më i vogël dhe performanca e tyre është shumë më e lartë.

Ngjarja kryesore që paralajmëroi ardhjen e integrimit në elektronikë ishte propozimi i inxhinierit amerikan J. Kilby nga Texas Instruments për të marrë elementë ekuivalent për të gjithë qarkun, si regjistra, kondensatorë, transistorë dhe dioda, në një copë silikoni të pastër monolit. . Kilby krijoi qarkun e parë të integruar gjysmëpërçues në verën e vitit 1958. Dhe tashmë në vitin 1961, Fairchild Semiconductor Corporation lëshoi çipat e parë serial për kompjuterët: një qark rastësie, një regjistër gjysmë ndërrimi dhe një shkas. Në të njëjtin vit, kompania e Teksasit zotëroi prodhimin e qarqeve logjike të integruara gjysmëpërçuese. Një vit më pas u shfaqën qarqe të integruara nga kompani të tjera. Në një kohë të shkurtër, u krijuan lloje të ndryshme amplifikatorësh në dizajn të integruar. Në vitin 1962, RCA zhvilloi çipa të integruar të matricës së memories për pajisjet e ruajtjes së kompjuterit. Gradualisht, prodhimi i mikroqarqeve u krijua në të gjitha vendet - filloi epoka e mikroelektronikës.

Materiali fillestar për një qark të integruar është zakonisht një meshë e papërpunuar prej silikoni të pastër. Ka një madhësi relativisht të madhe, pasi disa qindra të të njëjtit lloj mikroqarqesh prodhohen njëkohësisht në të. Operacioni i parë është që nën ndikimin e oksigjenit në një temperaturë prej 1000 gradë, në sipërfaqen e kësaj pllake formohet një shtresë e dioksidit të silikonit. Oksidi i silikonit karakterizohet nga rezistencë e madhe kimike dhe mekanike dhe ka vetitë e një dielektrike të shkëlqyer, duke siguruar izolim të besueshëm të silikonit të vendosur poshtë. Hapi tjetër është futja e papastërtive për të krijuar p ose n breza përcjellës. Për ta bërë këtë, filmi i oksidit hiqet nga ato vende në pllakë që korrespondojnë me komponentët elektronikë individualë. Përzgjedhja e zonave të dëshiruara ndodh duke përdorur një proces të quajtur fotolitografi. Së pari, e gjithë shtresa e oksidit është e veshur me një përbërje fotosensitive (fotorezist), e cila luan rolin e filmit fotografik - mund të ekspozohet dhe zhvillohet. Pas kësaj, përmes një fotomaske të veçantë që përmban një model të sipërfaqes së kristalit gjysmëpërçues, pllaka ndriçohet me rreze ultravjollcë. Nën ndikimin e dritës, në shtresën e oksidit formohet një model i sheshtë, ku zonat e paekspozuara mbeten të lehta dhe të gjitha të tjerat errësohen. Në vendin ku fotorezistori është i ekspozuar ndaj dritës, formohen zona të pazgjidhshme të filmit që janë rezistente ndaj acidit. Vaferi më pas trajtohet me një tretës, i cili heq fotorezistin nga zonat e ekspozuara. Nga zonat e ekspozuara (dhe vetëm prej tyre), shtresa e oksidit të silikonit gërmohet duke përdorur acid. Si rezultat, oksidi i silikonit shpërndahet në vendet e duhura dhe "dritaret" e silikonit të pastër hapen, gati për futjen e papastërtive (lidhje). Për ta bërë këtë, sipërfaqja e substratit në një temperaturë prej 900-1200 gradë është e ekspozuar ndaj papastërtisë së dëshiruar, për shembull, fosforit ose arsenikut, për të marrë përçueshmëri të tipit n. Atomet e papastërtive depërtojnë thellë në silikon të pastër, por zmbrapsen nga oksidi i tij. Pasi të keni trajtuar vaferën me një lloj papastërtie, ajo përgatitet për lidhje me një lloj tjetër - sipërfaqja e meshës mbulohet përsëri me një shtresë oksidi, kryhet fotolitografi e re dhe gravurë, si rezultat i së cilës "dritare" të reja prej silikoni janë hapur. Kjo pasohet nga një lidhje e re, për shembull me bor, për të marrë përçueshmëri të tipit p. Pra, rajonet p dhe n formohen në të gjithë sipërfaqen e kristalit në vendet e duhura. (Izolimi ndërmjet elementeve individuale mund të krijohet në disa mënyra: një shtresë oksidi silikoni mund të shërbejë si izolim i tillë, ose mund të krijohen edhe nyjet bllokuese p-n në vendet e duhura. ) Faza tjetër e përpunimit shoqërohet me aplikimin e lidhjeve përcjellëse (linjave përcjellëse) ndërmjet elementeve të qarkut të integruar, si dhe ndërmjet këtyre elementeve dhe kontakteve për lidhjen e qarqeve të jashtme. Për ta bërë këtë, një shtresë e hollë alumini spërkatet mbi nënshtresën, e cila vendoset në formën e një filmi të hollë. Ai i nënshtrohet përpunimit fotolitografik dhe gravimit të ngjashëm me ato të përshkruara më sipër. Si rezultat, nga e gjithë shtresa metalike mbeten vetëm linja të holla përçuese dhe jastëkë kontakti. Së fundi, e gjithë sipërfaqja e çipit gjysmëpërçues është e mbuluar me një shtresë mbrojtëse (më shpesh xhami silikat), e cila më pas hiqet nga jastëkët e kontaktit. Të gjitha mikroqarqet e prodhuara i nënshtrohen testimit më të rreptë në një stendë kontrolli dhe testimi. Qarqet e dëmtuara janë shënuar me një pikë të kuqe. Më në fund, kristali pritet në copëza të veçanta vafere, secila prej të cilave është e mbyllur në një strehë të qëndrueshme me priza për lidhje me qarqet e jashtme.

Kompleksiteti i një qarku të integruar karakterizohet nga një tregues i quajtur shkalla e integrimit. Qarqet e integruara me më shumë se 100 elementë quhen qarqe me integrim të ulët; qarqe që përmbajnë deri në 1000 elementë - qarqe të integruara me shkallë të mesme të integrimit; qarqet që përmbajnë deri në dhjetëra mijëra elementë quhen qarqe të integruara të mëdha. Qarqet që përmbajnë deri në një milion elementë tashmë janë duke u prodhuar (ato quhen ultra të mëdhenj). Rritja graduale e integrimit ka çuar në faktin se çdo vit skemat bëhen gjithnjë e më miniaturë dhe, në përputhje me rrethanat, gjithnjë e më komplekse. Një numër i madh i pajisjeve elektronike që dikur kishin përmasa të mëdha tani përshtaten në një vaferë të vogël silikoni. Një ngjarje jashtëzakonisht e rëndësishme në këtë rrugë ishte krijimi në vitin 1971 nga kompania amerikane Intel e një qarku të vetëm të integruar për kryerjen e operacioneve aritmetike dhe logjike - një mikroprocesor. Kjo solli një zbulim madhështor të mikroelektronikës në fushën e teknologjisë kompjuterike.

Zbatimi i këtyre propozimeve në ato vite nuk mund të ndodhte për shkak të zhvillimit të pamjaftueshëm të teknologjisë.

Në fund të vitit 1958 dhe në gjysmën e parë të vitit 1959, u bë një përparim në industrinë e gjysmëpërçuesve. Tre burra, që përfaqësonin tre korporata private amerikane, zgjidhën tre probleme themelore që po pengonin krijimin e qarqeve të integruara. Jack Kilby nga Teksas Instrumente patentoi parimin e kombinimit, krijoi prototipet e para, të papërsosura të IP dhe i solli ato në prodhim masiv. Kurt Lehovec nga Kompania elektrike Sprague shpiku një metodë për komponentët izolues elektrik të formuar në një çip të vetëm gjysmëpërçues (izolim i kryqëzimit p-n). Izolimi i kryqëzimit P–n)). Robert Noyce nga Fairchild Semiconductor shpiku një metodë për lidhjen elektrike të komponentëve IC (metalizim alumini) dhe propozoi një version të përmirësuar të izolimit të komponentëve bazuar në teknologjinë më të fundit planare të Jean Herni. Jean Hoerni). Më 27 shtator 1960, grupi i Jay Last Jay Last) krijuar më Fairchild Semiconductor i pari i punës gjysmëpërçues IP bazuar në idetë e Noyce dhe Ernie. Teksas Instrumente, e cila zotëronte patentën për shpikjen e Kilby, nisi një luftë patentash kundër konkurrentëve, e cila përfundoi në vitin 1966 me një marrëveshje zgjidhjeje mbi teknologjitë e ndërliçensimit.

IC-të e hershme logjike të serisë së përmendur janë ndërtuar fjalë për fjalë nga standarde komponentë, përmasat dhe konfigurimet e të cilave janë specifikuar nga procesi teknologjik. Dizajnerët e qarqeve që projektuan IC-të logjikë të një familjeje të caktuar operonin me të njëjtat dioda dhe transistorë standardë. Në vitet 1961-1962 zhvilluesi kryesor theu paradigmën e dizajnit Sylvania Tom Longo, për herë të parë duke përdorur IC të ndryshëm në një konfigurimet e tranzistorëve në varësi të funksioneve të tyre në qark. Në fund të vitit 1962 Sylvania lançoi familjen e parë të logjikës transistor-transistor (TTL) të zhvilluar nga Longo - historikisht lloji i parë i logjikës së integruar që arriti të fitonte një bazë afatgjatë në treg. Në qarkun analog, një përparim i këtij niveli u bë në 1964-1965 nga zhvilluesi i amplifikatorëve operacionalë Fairchild Bob Widlar.

Mikroqarku i parë vendas u krijua në 1961 në TRTI (Instituti i Inxhinierisë së Radios Taganrog) nën udhëheqjen e L. N. Kolesov. Kjo ngjarje tërhoqi vëmendjen e komunitetit shkencor të vendit dhe TRTI u miratua si lider në sistemin e Ministrisë së Arsimit të Lartë për problemin e krijimit të pajisjeve mikroelektronike shumë të besueshme dhe automatizimit të prodhimit të tyre. Vetë L.N Kolesov u emërua Kryetar i Këshillit Koordinues për këtë problem.

Qarku i parë i integruar hibrid me film të trashë në BRSS (seri 201 "Trail") u zhvillua në 1963-65 në Institutin Kërkimor të Teknologjisë Precize ("Angstrem"), prodhim masiv që nga viti 1965. Specialistët nga NIEM (tani Instituti i Kërkimeve Argon) morën pjesë në zhvillim.

Qarku i parë i integruar gjysmëpërçues në BRSS u krijua në bazë të teknologjisë planare, e zhvilluar në fillim të vitit 1960 në NII-35 (më pas u riemërua Instituti i Kërkimeve Pulsar) nga një ekip që më vonë u transferua në NIIME (Mikron). Krijimi i qarkut të parë të integruar të silikonit vendas u përqendrua në zhvillimin dhe prodhimin me pranimin ushtarak të serisë TS-100 të qarqeve të integruara të silikonit (37 elementë - ekuivalenti i kompleksitetit të qarkut të një flip-flop, një analog i amerikanit Seria IC SN-51 kompani Teksas Instrumente). Mostrat prototip dhe mostrat e prodhimit të qarqeve të integruara të silikonit për riprodhim janë marrë nga SHBA. Puna u krye në NII-35 (drejtor Trutko) dhe Uzina gjysmëpërçuese Fryazino (drejtor Kolmogorov) për një urdhër mbrojtjeje për përdorim në një lartësimatës autonome për një sistem drejtimi raketash balistike. Zhvillimi përfshinte gjashtë qarqe standarde planare të integruara të silikonit të serisë TS-100 dhe, me organizimin e prodhimit pilot, zgjati tre vjet në NII-35 (nga 1962 deri në 1965). U deshën dy vjet të tjera për të zhvilluar prodhimin e fabrikës me pranim ushtarak në Fryazino (1967).

Paralelisht, puna për zhvillimin e një qarku të integruar u krye në zyrën qendrore të projektimit në fabrikën e pajisjeve gjysmëpërçuese Voronezh (tani -). Në vitin 1965, gjatë një vizite në VZPP nga Ministri i Industrisë Elektronike A.I Shokin, uzina u udhëzua të kryente punë kërkimore për krijimin e një qarku monolit silikoni - R&D "Titan" (Urdhri i Ministrisë Nr. 92, datë 16 gusht. 1965), i cili u përfundua përpara afatit të përfunduar deri në fund të vitit. Tema u dorëzua me sukses në Komisionin Shtetëror dhe një seri prej 104 mikroqarqesh logjike diodë-tranzistor u bënë arritja e parë fikse në fushën e mikroelektronikës në gjendje të ngurtë, e cila u pasqyrua në urdhrin e MP Nr. 403, datë 30 dhjetor 1965.

Nivelet e projektimit

Aktualisht (2014), shumica e qarqeve të integruara janë projektuar duke përdorur sisteme të specializuara CAD, të cilat bëjnë të mundur automatizimin dhe përshpejtimin e ndjeshëm të proceseve të prodhimit, për shembull, marrjen e fotomaskave topologjike.

Klasifikimi

Shkalla e integrimit

Në varësi të shkallës së integrimit, përdoren emrat e mëposhtëm të qarqeve të integruara:

qark i vogël i integruar (MIS) - deri në 100 elementë për çip,
qark i integruar i mesëm (SIS) - deri në 1000 elementë për çip,
qark i madh i integruar (LSI) - deri në 10 mijë elementë për çip,
Qarku i integruar në shkallë ultra të madhe (VLSI) - më shumë se 10 mijë elementë në një kristal.

Më parë, tani përdoreshin edhe emra të vjetëruar: qark i integruar në shkallë të gjerë (ULSI) - nga 1-10 milion në 1 miliard elementë në një kristal dhe, ndonjëherë, qark i integruar në shkallë të gjerë giga (GBIC) - më shumë se 1 miliardë elementë në një kristal. Aktualisht, në vitet 2010, emrat "UBIS" dhe "GBIS" praktikisht nuk përdoren, dhe të gjitha mikroqarqet me më shumë se 10 mijë elementë klasifikohen si VLSI.

Teknologjia e prodhimit

Mikromontazh hibrid STK403-090, i hequr nga kutia

Çip gjysmëpërçues - të gjithë elementët dhe lidhjet ndër-elementare bëhen në një kristal gjysmëpërçues (për shembull, silic, germanium, arsenid galium).

Qarku i integruar i filmit - të gjithë elementët dhe lidhjet ndër-elementare bëhen në formën e filmave:
- qark i integruar i filmit të trashë;
- qark i integruar me film të hollë.
Çipi hibrid (i quajtur shpesh mikromontim), përmban disa dioda, transistorë dhe/ose komponentë të tjerë aktivë elektronikë. Mikromontimi mund të përfshijë gjithashtu qarqe të integruara të papaketuara. Komponentët pasivë të mikromontimit (rezistorët, kondensatorët, induktorët) zakonisht prodhohen duke përdorur teknologji me shtresë të hollë ose me shtresë të trashë në një substrat çipi hibrid, zakonisht qeramik. E gjithë nënshtresa me komponentë vendoset në një strehë të vetme të mbyllur.
Mikroqark i përzier - përveç kristalit gjysmëpërçues, ai përmban elementë pasivë me shtresë të hollë (film të trashë) të vendosur në sipërfaqen e kristalit.

Lloji i sinjalit të përpunuar

Analog-dixhital.

Teknologjitë e prodhimit

Llojet e logjikës

Elementi kryesor i mikroqarqeve analoge janë transistorët (bipolar ose me efekt në terren). Dallimi në teknologjinë e prodhimit të tranzistorit ndikon ndjeshëm në karakteristikat e mikroqarqeve. Prandaj, teknologjia e prodhimit shpesh tregohet në përshkrimin e mikroqarkut, duke theksuar kështu karakteristikat e përgjithshme të vetive dhe aftësive të mikroqarkullimit. Teknologjitë moderne kombinojnë teknologjitë bipolare dhe transistore me efekt në terren për të arritur performancën e përmirësuar të mikroqarqeve.

Mikroqarqet e bazuara në tranzistorë unipolarë (efekt në terren) janë më ekonomikët (për sa i përket konsumit aktual):
- Logjika MOS (logjika metal-oksid-gjysmëpërçues) - mikroqarqet formohen nga transistorët me efekt në terren n-MOS ose fq-Lloji MOS;
- Logjika CMOS (logjika plotësuese MOS) - çdo element logjik i mikroqarkut përbëhet nga një palë transistorësh plotësues (plotësues) me efekt në terren ( n-MOS dhe fq-MOP).
Mikroqarqe të bazuara në transistorë bipolarë:
- RTL - logjika e rezistencës-transistor (e vjetëruar, e zëvendësuar nga TTL);
- DTL - logjika diodë-transistor (e vjetëruar, e zëvendësuar nga TTL);
- TTL - logjika tranzistor-transistor - mikroqarqet janë bërë nga transistorë bipolarë me transistorë me shumë emetues në hyrje;
- TTLSh - logjika tranzistor-transistor me dioda Schottky - një TTL i përmirësuar që përdor transistorë bipolarë me efekt Schottky;
- ECL - logjika e bashkuar me emetues - në transistorët bipolarë, mënyra e funksionimit të të cilave zgjidhet në mënyrë që ata të mos hyjnë në modalitetin e ngopjes - gjë që rrit ndjeshëm performancën;
- IIL - logjika integrale e injektimit.
Mikroqarqet që përdorin transistorë me efekt në terren dhe bipolarë:

Duke përdorur të njëjtin lloj transistorësh, çipat mund të krijohen duke përdorur metodologji të ndryshme, të tilla si statike ose dinamike.

Teknologjitë CMOS dhe TTL (TTLS) janë çipat logjikë më të zakonshëm. Aty ku është e nevojshme të kursehet konsumi aktual, përdoret teknologjia CMOS, ku shpejtësia është më e rëndësishme dhe nuk kërkohet kursim në konsumin e energjisë, përdoret teknologjia TTL. Pika e dobët e mikroqarqeve CMOS është cenueshmëria e tyre ndaj elektricitetit statik - thjesht prekni daljen e mikroqarqeve me dorën tuaj dhe integriteti i tij nuk është më i garantuar. Me zhvillimin e teknologjive TTL dhe CMOS, parametrat e mikroqarqeve po afrohen dhe, si rezultat, për shembull, seria 1564 e mikroqarqeve bëhen duke përdorur teknologjinë CMOS, dhe funksionaliteti dhe vendosja në kasë janë të ngjashme me teknologjinë TTL.

Mikroqarqet e prodhuar duke përdorur teknologjinë ESL janë më të shpejtat, por edhe më konsumuesit energjikë, dhe u përdorën në prodhimin e pajisjeve kompjuterike në rastet kur parametri më i rëndësishëm ishte shpejtësia e llogaritjes. Në BRSS, kompjuterët më produktivë të llojit ES106x u prodhuan në mikroqarqe ESL. Në ditët e sotme kjo teknologji përdoret rrallë.

Procesi teknologjik

Në prodhimin e mikroqarqeve përdoret metoda e fotolitografisë (projeksion, kontakt, etj.), në të cilën qarku formohet mbi një nënshtresë (zakonisht silikon) të marrë nga prerja e kristaleve të vetme të silikonit me disqe diamanti në vafera të holla. Për shkak të dimensioneve të vogla lineare të elementeve të mikrocirkut, përdorimi i dritës së dukshme dhe madje edhe afër rrezatimit ultravjollcë për ndriçim u braktis.

Procesorët e mëposhtëm janë fabrikuar duke përdorur dritën UV (lazer excimer ArF, gjatësi vale 193 nm). Mesatarisht, drejtuesit e industrisë prezantuan procese të reja teknologjike sipas planit ITRS çdo 2 vjet, duke dyfishuar numrin e transistorëve për njësi sipërfaqe: 45 nm (2007), 32 nm (2009), 22 nm (2011), prodhimi prej 14 nm filloi. në vitin 2014, zhvillimi i proceseve 10 nm pritet rreth vitit 2018.

Në vitin 2015, dolën vlerësime se prezantimi i proceseve të reja teknologjike do të ngadalësohej.

Kontrolli i cilësisë

Për të kontrolluar cilësinë e qarqeve të integruara, përdoren gjerësisht të ashtuquajturat struktura testuese.

Qëllimi

Një qark i integruar mund të ketë funksionalitet të plotë, sado kompleks, deri në një mikrokompjuter të tërë (mikrokompjuter me një çip).

Qarqet analoge

Analog i integruar (mikro)skema (AIS, QËLLIMET) - një qark i integruar, sinjalet hyrëse dhe dalëse të të cilit ndryshojnë sipas ligjit të një funksioni të vazhdueshëm (d.m.th., ato janë sinjale analoge).

Një prototip laboratorik i një IC analog u krijua nga Texas Instruments në SHBA në 1958. Ishte një gjenerator i ndërrimit të fazës. Në 1962, u shfaq seria e parë e mikroqarqeve analoge - SN52. Ai përmbante një përforcues me frekuencë të ulët me fuqi të ulët, një përforcues operacional dhe një përforcues video.

Në BRSS, një gamë e madhe e qarqeve të integruara analoge u mor nga fundi i viteve 1970. Përdorimi i tyre ka bërë të mundur rritjen e besueshmërisë së pajisjeve, thjeshtimin e konfigurimit të pajisjeve dhe shpesh edhe eliminimin e nevojës për mirëmbajtje gjatë funksionimit.

Më poshtë është një listë e pjesshme e pajisjeve, funksionet e të cilave mund të kryhen nga IC analoge. Shpesh një mikroqark zëvendëson disa prej tyre menjëherë (për shembull, K174XA42 përmban të gjithë përbërësit e një marrësi radio FM superheterodine).

Filtra (përfshirë efektin piezoelektrik).
Shumëzues analog.
Atenuatorë analogë dhe amplifikues të ndryshueshëm.
Stabilizuesit e furnizimit me energji elektrike: stabilizues të tensionit dhe rrymës.
Ndërrimi i mikroqarqeve të kontrollit të furnizimit me energji elektrike.
Konvertuesit e sinjalit.
Sensorë të ndryshëm.

Mikroqarqet analoge përdoren në pajisjet e përforcimit dhe riprodhimit të zërit, videoregjistruesit, televizorët, pajisjet e komunikimit, instrumentet matëse, kompjuterët analogë etj.

Në kompjuterët analog

Përforcues operacional (LM101, μA741).

Në furnizimin me energji elektrike

Çipi i stabilizuesit të tensionit KR1170EN8

Stabilizues të tensionit linear (KR1170EN12, LM317).
Stabilizuesit e tensionit komutues (LM2596, LM2663).

Në videokamera dhe kamera

Matricat CCD (ICX404AL).
Vargjet CCD (MLX90255BA).

Në pajisjet e përforcimit dhe riprodhimit të zërit

Përforcues të fuqisë së frekuencës audio (LA4420, K174UN5, K174UN7).
UMZCH i dyfishtë për pajisje stereofonike (TDA2004, K174UN15, K174UN18).
Rregullatorë të ndryshëm (K174UN10 - UMZCH me dy kanale me rregullim elektronik të përgjigjes së frekuencës, K174UN12 - kontrolli i vëllimit dhe bilancit me dy kanale).

Në instrumentet matëse Në pajisjet transmetuese dhe marrëse të radios

Detektorë të sinjalit AM (K175DA1).
Detektorë të sinjalit FM (K174UR7).
Miksera (K174PS1).
Përforcues me frekuencë të lartë (K157ХА1).
Përforcues me frekuencë të ndërmjetme (K157ХА2, K171UR1).
Marrës radio me një çip (K174ХА10).

Në televizorë

Në kanalin e radios (K174UR8 - përforcues me AGC, detektor i imazhit dhe zërit IF, K174UR2 - përforcues i tensionit të imazhit IF, detektor sinkron, para-amplifikues i sinjalit video, sistem i kontrollit automatik të fitimit të çelësit).
Në kanalin e kromatikës (K174AF5 - formësues i sinjaleve të ngjyrave R-, G-, B, K174ХА8 - ndërprerës elektronik, amplifikues-kufizues dhe demodulator i sinjaleve të informacionit të ngjyrave).
Në njësitë e skanimit (K174GL1 - gjenerator i skanimit të kornizës).
Në qarqet e komutimit, sinkronizimit, korrigjimit dhe kontrollit (K174AF1 - përzgjedhësi i sinjalit të sinkronizimit të amplitudës, gjeneratori i pulsit të frekuencës horizontale, njësia për rregullimin automatik të frekuencës dhe fazës së sinjalit, gjeneratori kryesor horizontal i pulsit, K174UP1 - përforcuesi i sinjalit të ndriçimit, rregullatori elektronik i diapazoni i sinjalit të daljes dhe niveli i zi ").

Prodhimi

Kalimi në madhësi nën mikron të elementeve integrale e ndërlikon dizajnin e AIMS. Për shembull, transistorët MOS me një gjatësi të shkurtër porte kanë një numër karakteristikash që kufizojnë përdorimin e tyre në blloqet analoge: nivel i lartë i zhurmës së dridhjes me frekuencë të ulët; një përhapje e fortë e tensionit dhe pjerrësisë së pragut, duke çuar në shfaqjen e një tensioni të madh të paragjykimit të amplifikatorëve diferencialë dhe operacionalë; vlera e ulët e rezistencës së sinjalit të vogël në dalje dhe fitimi i kaskadave me ngarkesë aktive; Tensioni i ulët i prishjes së kryqëzimeve p-n dhe hendeku i burimit kullues, duke shkaktuar një ulje të tensionit të furnizimit dhe një rënie në diapazonin dinamik.

Aktualisht, mikroqarqet analoge prodhohen nga shumë kompani: Analog Devices, Analog Microelectronics, Maxim Integrated Products, National Semiconductor, Texas Instruments, etj.

Qarqet dixhitale

Qarku i integruar dixhital(mikroqark dixhital) është një qark i integruar i krijuar për të konvertuar dhe përpunuar sinjale që ndryshojnë sipas ligjit të një funksioni diskret.

Qarqet e integruara dixhitale bazohen në çelsat e tranzistorit që mund të jenë në dy gjendje të qëndrueshme: të hapur dhe të mbyllur. Përdorimi i çelsave të tranzistorit bën të mundur krijimin e qarqeve të ndryshme logjike, shkas dhe të tjera të integruara. Qarqet e integruara dixhitale përdoren në pajisjet e përpunimit diskrete të informacionit të kompjuterëve elektronikë (kompjuterëve), sistemeve të automatizimit, etj.

Konvertuesit buferik
(Mikro) procesorë (përfshirë CPU-të për kompjuterë)
Çipa dhe module memorie
FPGA (qarqe të integruara logjike të programueshme)

Qarqet e integruara dixhitale kanë një sërë përparësish mbi ato analoge:

Konsumi i reduktuar i energjisë lidhur me përdorimin e sinjaleve elektrike pulsuese në elektronikën dixhitale. Kur merrni dhe konvertoni sinjale të tilla, elementët aktivë të pajisjeve elektronike (tranzistorët) funksionojnë në modalitetin "kyç", domethënë, transistori është ose "i hapur" - që korrespondon me një sinjal të nivelit të lartë (1), ose "i mbyllur". ” - (0), në rastin e parë në Nuk ka rënie të tensionit në tranzistor, në të dytën nuk ka rrymë që rrjedh nëpër të. Në të dyja rastet, konsumi i energjisë është afër 0, në ndryshim nga pajisjet analoge, në të cilat shumicën e kohës transistorët janë në gjendje të ndërmjetme (aktive).
Imunitet i lartë ndaj zhurmës pajisjet dixhitale shoqërohen me një ndryshim të madh midis sinjaleve të nivelit të lartë (për shembull, 2,5-5 V) dhe të ulët (0-0,5 V). Një gabim i gjendjes është i mundur në një nivel të tillë ndërhyrjeje që një nivel i lartë interpretohet si nivel i ulët dhe anasjelltas, gjë që nuk ka gjasa. Përveç kësaj, në pajisjet dixhitale është e mundur të përdoren kode speciale që lejojnë korrigjimin e gabimeve.
Dallimi i madh në nivelet e gjendjeve të sinjalit të nivelit të lartë dhe të ulët (logjik "0" dhe "1") dhe një gamë mjaft e gjerë e ndryshimeve të tyre të lejueshme e bën teknologjinë dixhitale të pandjeshme ndaj shpërndarjes së pashmangshme të parametrave të elementeve në teknologjinë e integruar, eliminon nevoja për të zgjedhur komponentët dhe për të konfiguruar elementët e rregullimit në pajisjet dixhitale.

Qarqet analoge-dixhitale

Qarku i integruar analog-dixhital(mikroqark analog në dixhital) - një qark i integruar i krijuar për të kthyer sinjalet që ndryshojnë sipas ligjit të një funksioni diskret në sinjale që ndryshojnë sipas ligjit të një funksioni të vazhdueshëm dhe anasjelltas.

Shpesh, një çip kryen funksionet e disa pajisjeve në të njëjtën kohë (për shembull, ADC-të e njëpasnjëshme të përafrimit përmbajnë një DAC, kështu që ata mund të kryejnë konvertime të dyanshme). Lista e pajisjeve (të paplota) funksionet e të cilave mund të kryhen nga IC-të analoge-dixhitale:

konvertuesit dixhital në analog (DAC) dhe analog në dixhital (ADC);
multiplekserët analogë (ndërsa dixhitalët (de)multiplekserët janë IC thjesht dixhital, multiplekserët analogë përmbajnë elementë logjikë dixhitalë (zakonisht një dekoder) dhe mund të përmbajnë qark analog);
transmetuesit (për shembull, marrësi i ndërfaqes së rrjetit Ethernet);
modulatorë dhe demodulatorë;
- modeme radio;
- teletekst, dekoder tekstesh radio VHF;
- Transmetues të shpejtë Ethernet dhe linja optike;
- Thërrisni modeme;
- marrës dixhital televiziv;
- sensor optik i miut kompjuterik;
mikroqarqe furnizimi me energji elektrike për pajisjet elektronike - stabilizues, konvertues të tensionit, ndërprerës të rrymës, etj.;
zbutëse dixhitale;
qarqet e ciklit të mbyllur me fazë (PLL);
gjeneratorë dhe restaurues të frekuencës së sinkronizimit të orës;
Kristalet bazë të matricës (BMC): përmban qarqe analoge dhe dixhitale.

Seria e çipave

Mikroqarqet analoge dhe dixhitale prodhohen në seri. Një seri është një grup mikroqarqesh që kanë një dizajn të vetëm dhe dizajn teknologjik dhe janë të destinuara për përdorim të përbashkët. Mikroqarqet e së njëjtës seri, si rregull, kanë të njëjtat tensione të furnizimit me energji elektrike dhe përputhen në aspektin e rezistencave të hyrjes dhe daljes dhe niveleve të sinjalit.

Banesat

Paketat IC të montimit në sipërfaqe

Mikromontim me një mikroqark me kornizë të hapur të ngjitur në një tabelë të qarkut të printuar

Emra specifikë

Tregu botëror

Në vitin 2017, tregu global i qarkut të integruar vlerësohej në 700 miliardë dollarë.

Në fillim të shkurtit 2014, pesëdhjetë e pesë vjetori i shfaqjes në komunitetin botëror të një pjese të tillë integrale të teknologjisë moderne të qarkut si qarku i integruar.

Ju kujtojmë se në vitin 1959, Zyra Federale e Patentave të Shteteve të Bashkuara të Amerikës lëshoi një patentë për Texas Instruments për krijimin e një qarku të integruar.

Kjo ngjarje u shënua si lindja e epokës së elektronikës dhe të gjitha përfitimet që rrjedhin nga përdorimi i saj.

Në të vërtetë, qarku i integruar është baza e shumicës së pajisjeve elektrike të njohura për ne.

Ideja e krijimit të një qarku të integruar u shfaq për herë të parë në fillim të viteve pesëdhjetë të shekullit të kaluar. Argumenti kryesor për pamjen e tij ishte miniaturizimi dhe ulja e kostos së pajisjeve elektrike. Për një kohë të gjatë, mendimet për zbatimin e tij ishin thjesht në ajër, pavarësisht nga fakti se degët e teknologjisë së qarkut si televizioni dhe radio, si dhe teknologjia kompjuterike, po zhvilloheshin në mënyrë aktive në botë.

Krijimi i një qarku të integruar nënkuptonte braktisjen e telave të panevojshëm, paneleve të montimit dhe izolimit në prodhimin e qarkut duke përdorur dioda dhe transistorë gjysmëpërçues. Sidoqoftë, për një kohë të gjatë askush nuk arriti të realizonte mendime të tilla. Vetëm pas punës aktive të një inxhinieri kaq të talentuar dhe të njohur për shkencëtarët modernë si Jack Kilby (fitues i Çmimit Nobel në Fizikë për shpikjen e qarkut të integruar në 2000), mikroqarku i parë u prezantua në 1958. Pothuajse gjashtë muaj më vonë, shpikja u patentua nga kompania për të cilën punonte Kilby (Texas Instruments).

Sigurisht, tani mund të konstatojmë faktin se mikroqarku i parë i shkencëtarit gjerman Kilby ishte plotësisht i papërdorshëm. Sidoqoftë, mbi bazën e tij u krijuan gjithnjë e më shumë qarqe të integruara më vonë, njëra prej të cilave ishte teknologjia e Robert Noyce - një çip planar silikoni.

R. Noyce kishte një pozicion të lartë në Fairchald Semiconductor, më saktë, ai ishte një nga themeluesit e saj. Puna e Noyce u patentua pothuajse menjëherë pas marrjes së patentës së Kilby. Megjithatë, ndryshe nga çipi Kilby, zhvillimi i Noyce ka fituar popullaritet në mesin e prodhuesve kryesorë të pajisjeve elektrike. Kjo shkaktoi një mosmarrëveshje midis Texas Instruments dhe Fairchald Semiconductor dhe një proces gjyqësor pasues deri në vitin 1969. Si rezultat, Noyce u emërua shpikësi i parë i mikroqarqeve. Edhe pse kjo rastësi rrethanash nuk i mërziti aspak pronarët e të dyja kompanive. Disa vite më parë, ata morën një vendim unanim dhe njohën të dy shkencëtarët si themeluesit e qarkut të integruar me të drejta të barabarta, duke u dhënë atyre çmimet më të larta të komuniteteve shkencore dhe inxhinierike të SHBA - Medaljen Kombëtare të Shkencës dhe Medaljen Kombëtare të Teknologjisë. .

Nëse gërmoni thellë në të kaluarën, mund të thoni me besim se përpara se Noyce dhe Kilby të prezantonin mikroqarkullimin në botë, një numër mjaft i madh shkencëtarësh punuan mbi këtë ide dhe propozuan dizajne jo më pak të avancuara. Mes tyre është inxhinieri Werner Jacobi (Gjermani). Zhvillimi i tij madje u patentua në 1949. Në patentë, inxhinieri skicoi modelin e një mikroqarku të përbërë nga 5 transistorë në një nënshtresë të përbashkët. Më vonë, në 1952, parimi i integrimit të komponentëve të qarkut në një njësi të vetme u përshkrua nga inxhinieri anglez D. Dammer. Pas pesë viteve të tjera, Jeffrey Dummer njoftoi shembullin e parë të punës të një rrokullisjeje të qarkut të integruar të bazuar në katër transistorë. Për fat të keq, specialistët ushtarakë anglezë nuk e vlerësuan shpikjen e Dummer-it, megjithëse duhet ta kishin. Si rezultat, e gjithë puna e shkencëtarit u pezullua. Më vonë, shpikja e Dummer u quajt paraardhësi i mikroqarqeve moderne, dhe vetë shkencëtari u quajt profeti i qarkut të integruar.

Në vitin 1957, Shtetet e Bashkuara të Amerikës pranuan një aplikim nga një inxhinier tjetër, Bernard Oliver, për një patentë për teknologjinë që ai përshkroi për prodhimin e një blloku monolit duke përdorur tre transistorë planarë.

Ndër emrat e profetëve të mikrocirkut modern janë inicialet e inxhinierit Harvick Johnson, i cili patentoi disa lloje të krijimit të komponentëve elektronikë të qarqeve në një çip, por kurrë nuk mori një dokument të vetëm që lejon zbatimin e zbulimeve të tij. Një nga këto metoda u përdor nga Jack Kilby, i cili mori të gjitha dafinat e Johnson.

Qarku i integruar (IC, mikroqark), çip, mikroçip (mikroçip anglisht, çip silikoni, çip - pllakë e hollë - fillimisht termi i referohej një pllake të një kristali mikroqark) - pajisje mikroelektronike - një qark elektronik me kompleksitet arbitrar (kristal), i prodhuar mbi një substrat gjysmëpërçues (vafer ose film) dhe vendoset në një strehë jo të ndashme, ose pa një të tillë, nëse përfshihet në një mikromontim.

Gradualisht, u kuptua se ishte më racionale të mos mblidheshin pajisje të tilla nga elementë individualë, por t'i prodhonin menjëherë ato në një kristal të përbashkët, veçanërisht pasi elektronika gjysmëpërçuese krijoi të gjitha parakushtet për këtë. Në fakt, të gjithë elementët gjysmëpërçues janë shumë të ngjashëm me njëri-tjetrin në strukturën e tyre, kanë të njëjtin parim të funksionimit dhe ndryshojnë vetëm në pozicionin relativ të rajoneve p-n.

Këto rajone p-n, siç kujtojmë, krijohen duke futur papastërti të të njëjtit lloj në shtresën sipërfaqësore të një kristali gjysmëpërçues. Për më tepër, funksionimi i besueshëm dhe nga të gjitha pikëpamjet i kënaqshëm i shumicës dërrmuese të elementëve gjysmëpërçues sigurohet me një trashësi të shtresës së punës sipërfaqësore prej të mijëtave të milimetrit. Transistorët më të vegjël zakonisht përdorin vetëm shtresën e sipërme të çipit gjysmëpërçues, që është vetëm 1% e trashësisë së tij. Pjesa e mbetur prej 99% vepron si një bartës ose nënshtresë, pasi pa një substrat transistori thjesht mund të shembet me prekjen më të vogël. Rrjedhimisht, duke përdorur teknologjinë e përdorur për prodhimin e komponentëve elektronikë individualë, është e mundur që menjëherë të krijohet një qark i plotë prej disa dhjetëra, qindra apo edhe mijëra komponentësh të tillë në një çip të vetëm.

Përfitimet nga kjo do të jenë të mëdha. Së pari, kostot do të ulen menjëherë (kostoja e një mikroqarkullimi është zakonisht qindra herë më pak se kostoja totale e të gjithë elementëve elektronikë të përbërësve të tij). Së dyti, një pajisje e tillë do të jetë shumë më e besueshme (siç tregon përvoja, mijëra e dhjetëra mijëra herë), dhe kjo ka një rëndësi të madhe, pasi gjetja e një defekti në një qark të përbërë nga dhjetëra ose qindra mijëra komponentë elektronikë shndërrohet në një problem jashtëzakonisht kompleks. Së treti, për shkak të faktit se të gjithë elementët elektronikë të një qarku të integruar janë qindra e mijëra herë më të vegjël se homologët e tyre në një qark konvencional, konsumi i tyre i energjisë është shumë më i ulët dhe performanca e tyre është shumë më e lartë.

Një vit më pas u shfaqën qarqe të integruara nga kompani të tjera. Në një kohë të shkurtër, u krijuan lloje të ndryshme amplifikatorësh në dizajn të integruar. Në vitin 1962, RCA zhvilloi çipa të integruar të matricës së memories për pajisjet e ruajtjes së kompjuterit. Gradualisht, prodhimi i mikroqarqeve u krijua në të gjitha vendet - filloi epoka e mikroelektronikës.

Hapi tjetër është futja e papastërtive për të krijuar p ose n breza përcjellës. Për ta bërë këtë, filmi i oksidit hiqet nga ato vende në pllakë që korrespondojnë me komponentët elektronikë individualë. Përzgjedhja e zonave të dëshiruara ndodh duke përdorur një proces të quajtur fotolitografi. Së pari, e gjithë shtresa e oksidit është e veshur me një përbërje fotosensitive (fotorezist), e cila luan rolin e filmit fotografik - mund të ekspozohet dhe zhvillohet. Pas kësaj, përmes një fotomaske të veçantë që përmban një model të sipërfaqes së kristalit gjysmëpërçues, pllaka ndriçohet me rreze ultravjollcë.

Nën ndikimin e dritës, në shtresën e oksidit formohet një model i sheshtë, ku zonat e paekspozuara mbeten të lehta dhe të gjitha të tjerat errësohen. Në vendin ku fotorezistori është i ekspozuar ndaj dritës, formohen zona të pazgjidhshme të filmit që janë rezistente ndaj acidit. Vaferi më pas trajtohet me një tretës, i cili heq fotorezistin nga zonat e ekspozuara. Nga zonat e ekspozuara (dhe vetëm prej tyre), shtresa e oksidit të silikonit gërmohet duke përdorur acid.

Si rezultat, oksidi i silikonit shpërndahet në vendet e duhura dhe "dritaret" e silikonit të pastër hapen, gati për futjen e papastërtive (lidhje). Për ta bërë këtë, sipërfaqja e substratit në një temperaturë prej 900-1200 gradë është e ekspozuar ndaj papastërtisë së dëshiruar, për shembull, fosforit ose arsenikut, për të marrë përçueshmëri të tipit n. Atomet e papastërtive depërtojnë thellë në silikon të pastër, por zmbrapsen nga oksidi i tij. Pasi të keni trajtuar vaferën me një lloj papastërtie, ajo përgatitet për lidhje me një lloj tjetër - sipërfaqja e meshës mbulohet përsëri me një shtresë oksidi, kryhet fotolitografi e re dhe gravurë, si rezultat i së cilës "dritare" të reja prej silikoni janë hapur.

Kjo pasohet nga një lidhje e re, për shembull me bor, për të marrë përçueshmëri të tipit p. Pra, rajonet p dhe n formohen në të gjithë sipërfaqen e kristalit në vendet e duhura. Izolimi midis elementeve individuale mund të krijohet në disa mënyra: një shtresë oksidi silikoni mund të shërbejë si izolim i tillë, ose mund të krijohen edhe nyjet bllokuese p-n në vendet e duhura.

Faza tjetër e përpunimit shoqërohet me aplikimin e lidhjeve përcjellëse (linjat përcjellëse) midis elementeve të qarkut të integruar, si dhe midis këtyre elementeve dhe kontakteve për lidhjen e qarqeve të jashtme. Për ta bërë këtë, një shtresë e hollë alumini spërkatet mbi nënshtresën, e cila vendoset në formën e një filmi të hollë. Ai i nënshtrohet përpunimit fotolitografik dhe gravimit të ngjashëm me ato të përshkruara më sipër. Si rezultat, nga e gjithë shtresa metalike mbeten vetëm linja të holla përçuese dhe jastëkë kontakti.

Së fundi, e gjithë sipërfaqja e çipit gjysmëpërçues është e mbuluar me një shtresë mbrojtëse (më shpesh xhami silikat), e cila më pas hiqet nga jastëkët e kontaktit. Të gjitha mikroqarqet e prodhuara i nënshtrohen testimit më të rreptë në një stol kontrolli dhe testimi. Qarqet e dëmtuara janë shënuar me një pikë të kuqe. Më në fund, kristali pritet në pllaka individuale, secila prej të cilave është e mbyllur në një strehë të qëndrueshme me priza për lidhje me qarqet e jashtme.

Një numër i madh i pajisjeve elektronike që dikur kishin përmasa të mëdha tani përshtaten në një vaferë të vogël silikoni. Një ngjarje jashtëzakonisht e rëndësishme në këtë rrugë ishte krijimi në vitin 1971 nga kompania amerikane Intel e një qarku të vetëm të integruar për kryerjen e operacioneve aritmetike dhe logjike - një mikroprocesor. Kjo solli një zbulim madhështor të mikroelektronikës në fushën e teknologjisë kompjuterike.

Lexoni dhe shkruani e dobishme

Qarqet e para të integruara

Dedikuar 50 vjetorit të datës zyrtare

B. Malashevich

Më 12 shtator 1958, punonjësi i Texas Instruments (TI), Jack Kilby i demonstroi menaxhmentit tre pajisje të çuditshme - pajisje të bëra nga dy copa silikoni me përmasa 11.1 x 1.6 mm të ngjitura së bashku me dyll blete në një nënshtresë xhami (Fig. 1). Këto ishin modele tre-dimensionale - prototipe të një qarku të integruar (IC) të gjeneratorit, duke dëshmuar mundësinë e prodhimit të të gjithë elementëve të qarkut bazuar në një material gjysmëpërçues. Kjo datë festohet në historinë e elektronikës si ditëlindja e qarqeve të integruara. Por a është ajo?

Oriz. 1. Paraqitja e IP-së së parë nga J. Kilby. Foto nga faqja http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Nga fundi i viteve 1950, teknologjia e montimit të pajisjeve elektronike (REA) nga elementë diskrete kishte ezauruar aftësitë e saj. Bota kishte ardhur në një krizë akute të REA-s. Në këtë kohë, teknologjitë e integruara për prodhimin e pajisjeve gjysmëpërçuese dhe pllakave qeramike me film të trashë dhe të hollë tashmë ishin zotëruar në mënyrë industriale në SHBA dhe BRSS, d.m.th. ishin pjekur parakushtet për tejkalimin e kësaj krize duke krijuar shumë elementë produktet standarde - qarqet e integruara.

Qarqet e integruara (çipa, IC) përfshijnë pajisje elektronike me kompleksitet të ndryshëm, në të cilat të gjithë elementët e ngjashëm prodhohen njëkohësisht në një cikël të vetëm teknologjik, d.m.th. duke përdorur teknologjinë e integruar. Ndryshe nga bordet e qarkut të printuar (në të cilat të gjithë përçuesit lidhës prodhohen njëkohësisht në një cikël të vetëm duke përdorur teknologji të integruar), rezistorët, kondensatorët dhe (në IC gjysmëpërçues) diodat dhe transistorët formohen në mënyrë të ngjashme në IC. Përveç kësaj, shumë IC prodhohen njëkohësisht, nga dhjetëra në mijëra.

IC-të zhvillohen dhe prodhohen nga industria në formën e serive, duke kombinuar një numër mikroqarqesh për qëllime të ndryshme funksionale, të destinuara për përdorim të përbashkët në pajisjet elektronike. Seritë IC kanë një dizajn standard dhe një sistem të unifikuar të karakteristikave elektrike dhe të tjera. IC-të furnizohen nga prodhuesi për konsumatorë të ndryshëm si produkte të pavarura komerciale që plotësojnë një sistem të caktuar kërkesash të standardizuara. IC-të janë produkte jo të riparueshme kur riparohen pajisjet elektronike, IC-të e dështuara zëvendësohen.

Ekzistojnë dy grupe kryesore të IC-ve: hibride dhe gjysmëpërçuese.

Në IC-të hibride (HIC), të gjithë përçuesit dhe elementët pasivë formohen në sipërfaqen e një nënshtrese mikroqarkullimi (zakonisht qeramike) duke përdorur teknologji të integruar. Elementët aktivë në formën e diodave pa paketime, transistorëve dhe kristaleve gjysmëpërçuese IC instalohen në nënshtresë individualisht, manualisht ose automatikisht.

Në IC-të gjysmëpërçuese, elementët lidhës, pasivë dhe aktivë formohen në një cikël të vetëm teknologjik në sipërfaqen e një materiali gjysmëpërçues (zakonisht silic) me pushtim të pjesshëm të vëllimit të tij duke përdorur metodat e difuzionit. Në të njëjtën kohë, në një meshë gjysmëpërçuese, në varësi të kompleksitetit të pajisjes dhe madhësisë së kristalit dhe meshës së saj, prodhohen nga disa dhjetëra në disa mijëra IC. Industria prodhon IC gjysmëpërçues në paketa standarde, në formën e çipave individualë ose në formën e vaferave të pandarë.

Futja e IC-ve hibride (GIS) dhe gjysmëpërçuese në botë ndodhi në mënyra të ndryshme. GIS është një produkt i zhvillimit evolucionar të mikromoduleve dhe teknologjisë së montimit të pllakave qeramike. Prandaj, ato u shfaqën pa u vënë re; IC-të gjysmëpërçuese ishin një rezultat i natyrshëm dhe i pashmangshëm i zhvillimit të teknologjisë gjysmëpërçuese, por ato kërkonin gjenerimin e ideve të reja dhe krijimin e teknologjisë së re, të cilat kanë datat e tyre të lindjes dhe autorët e tyre. IC-të e para hibride dhe gjysmëpërçuese u shfaqën në BRSS dhe SHBA pothuajse njëkohësisht dhe në mënyrë të pavarur nga njëri-tjetri.

IC-të e para hibride

IC-të hibride përfshijnë IC, prodhimi i të cilave kombinon teknologjinë integrale të prodhimit të elementeve pasive me teknologjinë individuale (manuale ose të automatizuar) për instalimin dhe montimin e elementeve aktive.

Në fund të viteve 1940, kompania Centralab në SHBA zhvilloi parimet bazë për prodhimin e pllakave të qarkut të printuar me bazë qeramike me film të trashë, të cilat më pas u zhvilluan nga kompani të tjera. Baza ishte teknologjia e prodhimit të bordeve të qarkut të shtypur dhe kondensatorëve qeramikë. Nga pllakat e qarqeve të shtypura morëm një teknologji të integruar për formimin e topologjisë së përçuesve lidhës - shtypjen me ekran mëndafshi. Nga kondensatorët - materiali i nënshtresës (qeramika, shpesh sital), si dhe materialet e pastave dhe teknologjia termike e fiksimit të tyre në nënshtresë.

Dhe në fillim të viteve 1950, kompania RCA shpiku teknologjinë e filmit të hollë: duke spërkatur materiale të ndryshme në një vakum dhe duke i depozituar ato përmes një maske mbi nënshtresa speciale, ata mësuan se si të prodhonin njëkohësisht shumë filma miniaturë që lidhin përçuesit, rezistorët dhe kondensatorët në një të vetme. substrate qeramike.

Krahasuar me teknologjinë e filmit të trashë, teknologjia e filmit të hollë siguroi mundësinë e prodhimit më të saktë të elementeve të topologjisë me përmasa më të vogla, por kërkonte pajisje më komplekse dhe më të shtrenjta. Pajisjet e prodhuara në bordet e qarkut qeramik duke përdorur teknologjinë e shtresës së trashë ose të shtresës së hollë quhen "qarqe hibride". Qarqet hibride u prodhuan si komponentë të produkteve të prodhimit të tyre, secili prodhues kishte dizajnin, dimensionet dhe qëllimet e tij funksionale, dhe për këtë arsye janë pak të njohura.

Qarqet hibride kanë pushtuar gjithashtu mikromodulet. Në fillim, ata përdorën elementë miniaturë diskretë pasivë dhe aktivë, të bashkuar me instalime elektrike tradicionale të printuara. Teknologjia e montimit ishte komplekse, me një pjesë të madhe të punës manuale. Prandaj, mikromodulet ishin shumë të shtrenjta dhe përdorimi i tyre ishte i kufizuar në pajisjet në bord. Pastaj u përdorën shalle qeramike në miniaturë me film të trashë. Më pas, rezistorët filluan të prodhoheshin duke përdorur teknologjinë e filmit të trashë. Por diodat dhe transistorët e përdorur ishin ende diskrete, të paketuara individualisht.

Mikromoduli u bë një qark i integruar hibrid në momentin kur transistorët dhe diodat e papaketuara u përdorën në të dhe struktura u mbyll në një strehim të përbashkët. Kjo bëri të mundur automatizimin e ndjeshëm të procesit të montimit të tyre, uljen e mprehtë të çmimeve dhe zgjerimin e fushës së aplikimit. Në bazë të metodës së formimit të elementeve pasive, dallohen GIS me shtresë të trashë dhe me shtresë të hollë.

GIS-i i parë në BRSS

GIS-et e para (modulet e tipit "Kvant", të përcaktuara më vonë seria IS 116) në BRSS u zhvilluan në 1963 në NIIRE (më vonë NPO Leninets, Leningrad) dhe në të njëjtin vit fabrika e saj pilot filloi prodhimin e tyre serial. Në këto GIS, IC-të gjysmëpërçuese "R12-2", të zhvilluara në 1962 nga Fabrika e Pajisjeve Gjysëmpërçuese të Rigës, u përdorën si elementë aktivë. Për shkak të pandashmërisë së historive të krijimit të këtyre IC-ve dhe karakteristikave të tyre, ne do t'i shqyrtojmë ato së bashku në seksionin kushtuar P12-2.

Pa dyshim, modulet Kvant ishin të parët në botën e GIS me integrim në dy nivele - ata përdorën IC gjysmëpërçues në vend të transistorëve të paketuar diskrete si elementë aktivë. Ka të ngjarë që ata të ishin gjithashtu të parët në botën e GIS - produkte të plota strukturore dhe funksionale me shumë elementë, të ofruara për konsumatorin si një produkt tregtar i pavarur. Produktet më të hershme të huaja të ngjashme të identifikuara nga autori janë modulet SLT të IBM Corporation të përshkruara më poshtë, por ato u shpallën vitin e ardhshëm, 1964.

GIS-i i parë në SHBA

Shfaqja e GIS me film të trashë si bazë elementare e kompjuterit të ri IBM /360 u njoftua për herë të parë nga IBM në vitin 1964. Duket se ky ishte përdorimi i parë i GIS jashtë BRSS .

Tashmë të njohura në atë kohë në qarqet e specialistëve, seritë IC gjysmëpërçuese "Micrologic" nga Fairchild dhe "SN-51" nga TI (ne do të flasim për to më poshtë) ishin ende jashtëzakonisht të rralla dhe tepër të shtrenjta për aplikime komerciale, siç është ndërtimi i një kompjuter i madh. Prandaj, korporata IBM, duke marrë si bazë modelin e një mikromoduli të sheshtë, zhvilloi serinë e saj të GIS me film të trashë, të shpallur nën emrin e përgjithshëm (në krahasim me "mikromodulet") - "Modulet SLT" (Solid Logic Technology - solid Zakonisht fjala "e ngurtë" përkthehet në rusisht si "i ngurtë", gjë që është absolutisht e palogjikshme, termi "module SLT" u prezantua nga IBM si një kontrast me termin "mikromodul". të dy modulet janë "të ngurtë", d.m.th., ky përkthim nuk është i ngurtë. janë të pandashme, të pa riparueshme, d.m.th. "të plota".

Moduli SLT ishte një mikropllakë gjysmë inç katrore me film të trashë qeramike me kunja vertikale të shtypura. Përçuesit dhe rezistorët lidhës u aplikuan në sipërfaqen e tij duke përdorur printimin me ekran mëndafshi (sipas diagramit të pajisjes që po zbatohet), dhe u instaluan transistorë të papaketuar. Kondensatorët, nëse është e nevojshme, u instaluan pranë modulit SLT në bordin e pajisjes. Ndërsa nga jashtë pothuajse identike (mikromodulet janë pak më të larta, Fig. 2.), modulet SLT ndryshonin nga mikromodulet e sheshta në densitetin më të lartë të elementeve, konsumin e ulët të energjisë, performancën e lartë dhe besueshmërinë e lartë. Për më tepër, teknologjia SLT ishte mjaft e lehtë për t'u automatizuar, prandaj ato mund të prodhoheshin në sasi të mëdha me një kosto mjaft të ulët për t'u përdorur në pajisjet komerciale. Kjo është pikërisht ajo që i duhej IBM. Kompania ndërtoi një fabrikë të automatizuar në East Fishkill afër Nju Jorkut për prodhimin e moduleve SLT, të cilat i prodhonin ato në miliona kopje.

Oriz. 2. Mikromoduli i BRSS dhe moduli SLT f. IBM. Foto STL nga faqja http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

Pas IBM, kompani të tjera filluan të prodhojnë GIS, për të cilat GIS u bë një produkt komercial. Dizajni standard i mikromoduleve të sheshta dhe moduleve SLT nga IBM është bërë një nga standardet për IC-të hibride.

IC-të e para gjysmëpërçuese

Nga fundi i viteve 1950, industria kishte çdo mundësi për të prodhuar elementë të lirë të pajisjeve elektronike. Por nëse transistorët ose diodat ishin bërë nga germanium dhe silikon, atëherë rezistorët dhe kondensatorët ishin bërë nga materiale të tjera. Shumë atëherë besonin se kur krijonin qarqe hibride nuk do të kishte probleme në montimin e këtyre elementeve, të prodhuar veçmas. Dhe nëse është e mundur të prodhohen të gjithë elementët e një madhësie dhe forme standarde dhe në këtë mënyrë të automatizohet procesi i montimit, atëherë kostoja e pajisjeve do të ulet ndjeshëm. Bazuar në një arsyetim të tillë, mbështetësit e teknologjisë hibride e konsideruan atë si drejtimin e përgjithshëm të zhvillimit të mikroelektronikës.

Por jo të gjithë e ndanë këtë mendim. Fakti është se transistorët mesa, dhe veçanërisht transistorët planarë, të krijuar tashmë në atë periudhë, u përshtatën për përpunim grupor, në të cilin u kryen njëkohësisht një numër operacionesh për prodhimin e shumë transistorëve në një pllakë nënshtrese. Kjo do të thotë, shumë transistorë u prodhuan në një meshë gjysmëpërçuese menjëherë. Pastaj pllaka u pre në transistorë individualë, të cilët vendoseshin në raste individuale. Dhe më pas prodhuesi i harduerit kombinoi transistorët në një tabelë të qarkut të printuar. Kishte njerëz që mendonin se kjo qasje ishte qesharake - pse t'i ndani transistorët dhe pastaj t'i lidhni përsëri. A është e mundur t'i kombinoni ato menjëherë në një vaferë gjysmëpërçuese? Në të njëjtën kohë, hiqni qafe disa operacione komplekse dhe të shtrenjta! Këta njerëz dolën me IC gjysmëpërçues.

Ideja është jashtëzakonisht e thjeshtë dhe plotësisht e qartë. Por, siç ndodh shpesh, vetëm pasi dikush e shpalli dhe e vërtetoi fillimisht. Ai dëshmoi se thjesht shpallja e saj shpesh, si në këtë rast, nuk mjafton. Ideja e një IC u njoftua në vitin 1952, para ardhjes së metodave grupore për prodhimin e pajisjeve gjysmëpërçuese. Në konferencën vjetore për komponentët elektronikë, të mbajtur në Uashington, një punonjës i Zyrës Mbretërore Britanike të Radarit në Malvern, Jeffrey Dummer, paraqiti një raport mbi besueshmërinë e komponentëve të radarit. Në raport ai bëri një deklaratë profetike: " Me ardhjen e tranzistorit dhe punës në fushën e teknologjisë së gjysmëpërçuesve, përgjithësisht është e mundur të imagjinohet pajisje elektronike në formën e një blloku të ngurtë që nuk përmban tela lidhës. Blloku mund të përbëhet nga shtresa të materialeve izoluese, përcjellëse, korrigjuese dhe përforcuese në të cilat zona të caktuara janë prerë në mënyrë që ato të mund të kryejnë drejtpërdrejt funksionet elektrike.". Por ky parashikim kaloi pa u vënë re nga ekspertët. Ata e kujtuan atë vetëm pas shfaqjes së IC-ve të para gjysmëpërçuese, domethënë pas vërtetimit praktik të një ideje të publikuar prej kohësh. Dikush duhej të ishte i pari që do të rikrijonte dhe zbatonte idenë IC gjysmëpërçuese.

Ashtu si në rastin e tranzistorit, krijuesit e njohur përgjithësisht të IC-ve gjysmëpërçuese kishin pak a shumë paraardhës të suksesshëm. Vetë Dammer bëri një përpjekje për të realizuar idenë e tij në 1956, por dështoi. Në vitin 1953, Harvick Johnson i RCA mori një patentë për një oshilator me një çip të vetëm dhe në 1958, së bashku me Torkel Wallmark, shpallën konceptin e një "pajisje të integruar gjysmëpërçuese". Në vitin 1956, Ross, një punonjës i Bell Labs, prodhoi një qark binar numërues të bazuar në strukturat n-p-n-p në një kristal të vetëm. Në vitin 1957, Yasuro Taru nga kompania japoneze MITI mori një patentë për kombinimin e transistorëve të ndryshëm në një kristal. Por të gjitha këto dhe zhvillime të tjera të ngjashme ishin të një natyre private, nuk u sollën në prodhim dhe nuk u bënë baza për zhvillimin e elektronikës së integruar. Vetëm tre projekte kontribuan në zhvillimin e IP në prodhimin industrial.

Me fat ishin Jack Kilby i përmendur tashmë nga Texas Instruments (TI), Robert Noyce nga Fairchild (të dy nga SHBA) dhe Yuri Valentinovich Osokin nga byroja e projektimit të fabrikës së pajisjeve gjysmëpërçuese Riga (BRSS). Amerikanët krijuan mostra eksperimentale të qarqeve të integruara: J. Kilby - një prototip i një gjeneratori IC (1958), dhe më pas një shkas në transistorët mesa (1961), R. Noyce - një shkas që përdor teknologjinë planare (1961) dhe Yu. Osokin - IC logjik "2NOT-OR" menjëherë hyri në prodhim masiv në Gjermani (1962). Këto kompani filluan prodhimin serik të IP pothuajse njëkohësisht, në vitin 1962.

IC-të e para gjysmëpërçuese në SHBA

IP nga Jack Kilby. Seriali IS SN - 51”

Në vitin 1958, J. Kilby (një pionier në përdorimin e transistorëve në aparatet e dëgjimit) u zhvendos në Texas Instruments. I sapoardhuri Kilby, si projektues qarku, u “hodh” në përmirësimin e mbushjes mikromodulare të raketave duke krijuar një alternativë ndaj mikromoduleve. U shqyrtua opsioni i montimit të blloqeve nga pjesët në formë standarde, të ngjashme me montimin e modeleve të lodrave nga figurat LEGO. Megjithatë, Kilby ishte magjepsur nga diçka tjetër. Rolin vendimtar e luajti efekti i një "vështrimi të freskët": së pari, ai menjëherë deklaroi se mikromodulet janë një rrugë pa krye, dhe së dyti, pasi kishte admiruar strukturat mesa, ai erdhi në idenë se qarku duhet (dhe mund) të jetë zbatuar nga një material - një gjysmëpërçues. Kilby dinte për idenë e Dummer-it dhe përpjekjen e tij të pasuksesshme për ta zbatuar atë në vitin 1956. Pasi e analizoi, ai kuptoi arsyen e dështimit dhe gjeti një mënyrë për ta kapërcyer atë. " Merita ime është që e mora këtë ide dhe e ktheva në realitet.”, tha J. Kilby më vonë në fjalimin e tij Nobel.

Duke mos fituar ende të drejtën e largimit, ai punoi në laborator pa ndërhyrje, ndërsa të gjithë pushonin. Më 24 korrik 1958, Kilby formuloi një koncept në një ditar laboratorik të quajtur Ideja Monolitike. Thelbi i saj ishte se “. ..elementet e qarkut si rezistorët, kondensatorët, kondensatorët e shpërndarë dhe tranzistorët mund të integrohen në një çip të vetëm - me kusht që të jenë të bërë nga i njëjti material... Në një dizajn qarku me rrokullisje, të gjithë elementët duhet të jenë prej silikoni, me rezistorët që përdorin rezistencën e vëllimit të silikonit, dhe kondensatorët - kapacitetin e kryqëzimeve p-n". "Ideja e monolitit" u takua me një qëndrim mospërfillës dhe ironik nga menaxhmenti i Texas Instruments, i cili kërkoi prova të mundësisë së prodhimit të transistorëve, rezistorëve dhe kondensatorëve nga një gjysmëpërçues dhe funksionueshmërinë e një qarku të mbledhur nga elementë të tillë.

Në shtator 1958, Kilby e realizoi idenë e tij - ai bëri një gjenerator nga dy copa germanium me përmasa 11.1 x 1.6 mm, të ngjitura së bashku me dyll blete në një nënshtresë xhami, që përmban dy lloje rajonesh difuzioni (Fig. 1). Ai përdori këto zona dhe kontaktet ekzistuese për të krijuar një qark gjenerator, duke i lidhur elementët me tela të hollë ari me një diametër prej 100 mikron duke përdorur saldimin me termokompresim. Një mesatransistor u krijua nga një zonë, dhe një qark RC u krijua nga tjetra. Tre gjeneratorët e montuar iu demonstruan menaxhmentit të kompanisë. Kur u lidh energjia, ata filluan të punojnë në një frekuencë prej 1.3 MHz. Kjo ndodhi më 12 shtator 1958. Një javë më vonë, Kilby bëri një përforcues në një mënyrë të ngjashme. Por këto nuk ishin ende struktura të integruara, këto ishin modele tre-dimensionale të IC-ve gjysmëpërçuese, që vërtetonin idenë e prodhimit të të gjithë elementëve të qarkut nga një material - një gjysmëpërçues.

Oriz. 3. Lloji i këmbëzës 502 J. Kilby. Foto nga faqja http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Qarku i parë me të vërtetë i integruar i Kilby, i bërë në një pjesë të vetme të germaniumit monolit, ishte IC eksperimental i shkrepës së tipit 502 (Fig. 3). Ai përdori si rezistencën e vëllimit të germaniumit ashtu edhe kapacitetin e kryqëzimit p-n. Prezantimi i tij u bë në mars 1959. Një numër i vogël i IC-ve të tilla u prodhuan në kushte laboratorike dhe u shitën në një rreth të vogël për 450 dollarë. IC përmbante gjashtë elementë: katër mesa transistorë dhe dy rezistorë, të vendosur në një meshë silikoni me një diametër prej 1 cm, por IC-ja e Kilby kishte një pengesë serioze - transistorët mesa, të cilët në formën e kolonave "aktive" mikroskopike ngriheshin mbi pjesën tjetër. , pjesa “pasive” e kristalit. Lidhja e kolonave mesa me njëra-tjetrën në Kilby IS u krye duke zier tela të hollë ari - "teknologjia me qime" e urryer nga të gjithë. U bë e qartë se me ndërlidhje të tilla nuk mund të bëhet një mikroqark me një numër të madh elementësh - rrjeta e telit do të prishet ose rilidhet. Dhe germaniumi në atë kohë konsiderohej tashmë si një material jo premtues. Nuk pati asnjë përparim.

Në këtë kohë, Fairchild kishte zhvilluar teknologjinë planare të silikonit. Duke pasur parasysh të gjitha këto, Texas Instruments duhej të linte mënjanë gjithçka që Kilby kishte bërë dhe të fillonte, pa Kilby, të zhvillonte një seri IC-sh të bazuara në teknologjinë planare të silikonit. Në tetor 1961, kompania njoftoi krijimin e një serie IC të tipit SN-51, dhe në 1962 filloi prodhimin dhe dërgesat e tyre në masë në interes të Departamentit të Mbrojtjes së SHBA dhe NASA-s.

IP nga Robert Noyce. Seriali ISMikrologjike”

Në vitin 1957, për një sërë arsyesh, W. Shockley, shpikësi i transistorit planar, la një grup prej tetë inxhinierësh të rinj që donin të përpiqeshin të zbatonin idetë e tyre. "Tetë Tradhtarët", siç i quajti Shockley, drejtuesit e të cilëve ishin R. Noyce dhe G. Moore, themeluan kompaninë Fairchild Semiconductor ("fëmijë i bukur"). Kompania drejtohej nga Robert Noyce, ai atëherë ishte 23 vjeç.

Në fund të vitit 1958, fizikani D. Horney, i cili punoi në Fairchild Semiconductor, zhvilloi teknologjinë e prodhimit të transistorëve planar. Dhe fizikani me origjinë çeke Kurt Lehovec, i cili punoi në Sprague Electric, zhvilloi një teknikë për përdorimin e një kryqëzimi n-p të lidhur në anën e kundërt për të izoluar elektrikisht komponentët. Në vitin 1959, Robert Noyce, pasi kishte dëgjuar për dizajnin IC të Kilby, vendosi të përpiqet të krijojë një qark të integruar duke kombinuar proceset e propozuara nga Horney dhe Lehovec. Dhe në vend të "teknologjisë me qime" të ndërlidhjeve, Noyce propozoi depozitimin selektiv të një shtrese të hollë metali në majë të strukturave gjysmëpërçuese të izoluara me dioksid silikoni me lidhje me kontaktet e elementeve përmes vrimave të lëna në shtresën izoluese. Kjo bëri të mundur "zhytjen" e elementëve aktivë në trupin e gjysmëpërçuesit, duke i izoluar me oksid silikoni dhe më pas lidhjen e këtyre elementeve me gjurmë të spërkatura prej alumini ose ari, të cilat krijohen duke përdorur proceset e fotolitografisë, metalizimit dhe gravurës në faza e fundit e prodhimit të produktit. Kështu, u mor një version vërtet "monolitik" i kombinimit të komponentëve në një qark të vetëm, dhe teknologjia e re u quajt "planare". Por fillimisht ideja duhej të testohej.

Oriz. 4. Shkasja eksperimentale nga R. Noyce. Foto nga faqja http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Oriz. 5. Foto e Micrologic IC në revistën Life. Foto nga faqja http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Në gusht 1959, R. Noyce porositi Joy Last të zhvillonte një version të IC bazuar në teknologjinë planare. Së pari, si Kilby, ata bënë një prototip të një këmbëze në disa kristale silikoni, mbi të cilat u bënë 4 transistorë dhe 5 rezistorë. Më pas, më 26 maj 1960, u prodhua këmbëza e parë me një çip. Për të izoluar elementët në të, u gdhendën brazda të thella në anën e pasme të vaferës së silikonit dhe u mbushën me rrëshirë epokside. Më 27 shtator 1960, u prodhua një version i tretë i këmbëzës (Fig. 4), në të cilin elementët u izoluan nga një kryqëzim p-n i lidhur në të kundërt.

Deri në atë kohë, Fairchild Semiconductor ishte i përfshirë vetëm në transistorë, ai nuk kishte projektues qarku për të krijuar IC gjysmëpërçues. Prandaj, Robert Norman nga Sperry Gyroscope u ftua si projektues qarku. Norman ishte i njohur me logjikën e rezistencës-transistorit, të cilën kompania, me sugjerimin e tij, zgjodhi si bazë për serinë e saj të ardhshme "Micrologic" të IC, e cila gjeti aplikimin e saj të parë në pajisjet e raketës Minuteman. Në mars 1961, Fairchild njoftoi IC-në e parë eksperimentale të kësaj serie (F-flip-flop që përmban gjashtë elementë: katër transistorë bipolarë dhe dy rezistorë të vendosur në një pllakë me diametër 1 cm) me publikimin e fotografisë së tij (Fig. 5 ) në revistë Jeta(datë 10 mars 1961). 5 IP të tjera u njoftuan në tetor. Dhe që nga fillimi i vitit 1962, Fairchild filloi prodhimin masiv të IC-ve dhe furnizimin e tyre gjithashtu në interes të Departamentit të Mbrojtjes të SHBA dhe NASA-s.

Kilby dhe Noyce duhej të dëgjonin shumë kritika për risitë e tyre. Besohej se rendimenti praktik i qarqeve të integruara të përshtatshme do të ishte shumë i ulët. Është e qartë se duhet të jetë më e ulët se ajo e transistorëve (pasi përmban disa transistorë), për të cilët atëherë nuk ishte më i lartë se 15%. Së dyti, shumë besonin se materialet e papërshtatshme përdoreshin në qarqet e integruara, pasi rezistorët dhe kondensatorët nuk ishin bërë nga gjysmëpërçuesit në atë kohë. Së treti, shumë nuk mund ta pranonin idenë e mos-riparueshmërisë së IP. Atyre iu duk blasfemi të hidhnin një produkt në të cilin vetëm një nga shumë elementë kishte dështuar. Të gjitha dyshimet u hoqën gradualisht mënjanë kur qarqet e integruara u përdorën me sukses në programet ushtarake dhe hapësinore amerikane.

Një nga themeluesit e Fairchild Semiconductor, G. Moore, formuloi ligjin bazë të zhvillimit të mikroelektronikës së silikonit, sipas të cilit numri i transistorëve në një kristal të qarkut të integruar dyfishohej çdo vit. Ky ligj, i quajtur "Ligji i Moore", funksionoi mjaft qartë për 15 vitet e para (duke filluar nga viti 1959), dhe më pas ky dyfishim ndodhi në rreth një vit e gjysmë.

Më tej, industria e IP në Shtetet e Bashkuara filloi të zhvillohej me një ritëm të shpejtë. Në Shtetet e Bashkuara, filloi një proces orteku i shfaqjes së ndërmarrjeve të orientuara ekskluzivisht "për plane", duke arritur ndonjëherë në pikën që regjistroheshin një duzinë kompanish në javë. Duke u përpjekur për veteranët (firmat e W. Shockley dhe R. Noyce), si dhe falë stimujve tatimorë dhe shërbimit të ofruar nga Universiteti Stanford, "të ardhurit" u grumbulluan kryesisht në Luginën e Santa Clara (Kaliforni). Prandaj, nuk është për t'u habitur që në vitin 1971, me dorën e lehtë të gazetarit dhe popullarizuesit të risive teknike Don Hofler, doli në qarkullim imazhi romantiko-teknologjik i "Silicon Valley", duke u bërë përgjithmonë sinonim i Mekës së revolucionit teknologjik gjysmëpërçues. Meqë ra fjala, në atë zonë ka vërtet një luginë që më parë ishte e famshme për pemishtet e saj të shumta me kajsi, qershi dhe kumbulla, e cila para shfaqjes së kompanisë Shockley kishte një emër tjetër, më të këndshëm - Lugina e Kënaqësisë së Zemrës, tani, për fat të keq. , pothuajse i harruar.

Në vitin 1962, prodhimi masiv i qarqeve të integruara filloi në Shtetet e Bashkuara, megjithëse vëllimi i dërgesave të tyre për klientët arriti në vetëm disa mijëra. Nxitja më e fortë për zhvillimin e industrisë së prodhimit të instrumenteve dhe elektronikës mbi një bazë të re ishte teknologjia raketore dhe hapësinore. Shtetet e Bashkuara atëherë nuk kishin të njëjtat raketa balistike të fuqishme ndërkontinentale si ato sovjetike dhe për të rritur ngarkesën u detyruan të minimizonin masën e transportuesit, përfshirë sistemet e kontrollit, përmes prezantimit të përparimeve më të fundit në teknologjinë elektronike. . Texas Instrument dhe Fairchild Semiconductor kanë lidhur kontrata të mëdha për projektimin dhe prodhimin e qarqeve të integruara me Departamentin e Mbrojtjes të SHBA-së dhe NASA-n.

IC-të e para gjysmëpërçuese në BRSS

Nga fundi i viteve 1950, industria sovjetike ishte aq e dëshpëruar për diodat dhe transistorët gjysmëpërçues, saqë kërkoheshin masa radikale. Në vitin 1959, u themeluan fabrikat e pajisjeve gjysmëpërçuese në Aleksandrov, Bryansk, Voronezh, Riga, etj. Në janar 1961, Komiteti Qendror i CPSU dhe Këshilli i Ministrave të BRSS miratuan një rezolutë tjetër "Për zhvillimin e industrisë së gjysmëpërçuesve", e cila parashikonte ndërtimi i fabrikave dhe instituteve kërkimore në Kiev, Minsk, Jerevan, Nalchik dhe qytete të tjera.

Ne do të jemi të interesuar për një nga fabrikat e reja - Fabrika e lartpërmendur e pajisjeve gjysmëpërçuese Riga (RZPP, ajo ndryshoi emrat e saj disa herë, për thjeshtësi ne përdorim atë më të famshmen, e cila është në funksion edhe sot). Ndërtesa e shkollës teknike të kooperativës në ndërtim me një sipërfaqe prej 5300 m2 u nda si pikënisje për impiantin e ri dhe njëkohësisht filloi ndërtimi i një godine të veçantë. Deri në shkurt 1960, uzina kishte krijuar tashmë 32 shërbime, 11 laboratorë dhe prodhim pilot, i cili filloi në prill për t'u përgatitur për prodhimin e pajisjeve të para. Fabrika kishte punësuar tashmë 350 njerëz, 260 prej të cilëve u dërguan për të studiuar në Institutin Kërkimor të Moskës-35 (më vonë Instituti i Kërkimeve Pulsar) dhe uzinën e Leningrad Svetlana gjatë vitit. Dhe në fund të vitit 1960, numri i të punësuarve arriti në 1900 njerëz. Fillimisht linjat teknologjike u vendosën në gjimnazin e rindërtuar të godinës së kooperativës së shkollës teknike dhe laboratorët e OKB-së në ish klasat. Fabrika prodhoi pajisjet e para (transistorë aliazh-difuzion dhe konvertues të germaniumit P-401, P-403, P-601 dhe P-602 të zhvilluara nga NII-35) 9 muaj pas nënshkrimit të urdhrit për krijimin e tij, në mars 1960. Dhe deri në fund të korrikut, ai prodhoi mijëra transistorët e parë P-401. Pastaj ai zotëroi prodhimin e shumë transistorëve dhe diodave të tjerë. Në qershor 1961, përfundoi ndërtimi i një ndërtese speciale, në të cilën filloi prodhimi masiv i pajisjeve gjysmëpërçuese.

Që nga viti 1961, uzina filloi punën e pavarur teknologjike dhe zhvillimore, duke përfshirë mekanizimin dhe automatizimin e prodhimit të transistorëve bazuar në fotolitografi. Për këtë qëllim, u zhvillua përsëritësi i parë i fotografive shtëpiake (vula fotografike) - një instalim për kombinimin dhe printimin e fotografive me kontakt (zhvilluar nga A.S. Gotman). Ndihmë e madhe në financimin dhe prodhimin e pajisjeve unike u dha nga ndërmarrjet e Ministrisë së Industrisë së Radios, duke përfshirë KB-1 (më vonë NPO Almaz, Moskë) dhe NIIRE. Në atë kohë, zhvilluesit më aktivë të pajisjeve radio me madhësi të vogël, duke mos pasur bazën e tyre teknologjike gjysmëpërçuese, po kërkonin mënyra për të bashkëvepruar në mënyrë krijuese me fabrikat e sapokrijuara gjysmëpërçuese.

Në RZPP, u krye punë aktive për të automatizuar prodhimin e transistorëve të germaniumit të llojeve P401 dhe P403 bazuar në linjën e prodhimit Ausma të krijuar nga uzina. Projektuesi kryesor i saj (GC) A.S. Gottman propozoi krijimin e shtigjeve të rrymës në sipërfaqen e germaniumit nga elektrodat e tranzitorit në periferi të kristalit për të bërë më të lehtë saldimin e prizave të tranzitorit në strehë. Por më e rëndësishmja, këto gjurmë mund të përdoren si terminale të jashtme të tranzistorit kur ato montohen në dërrasa (që përmbajnë elementë lidhës dhe pasivë) pa paketim, duke i bashkuar ato drejtpërdrejt në jastëkët përkatës të kontaktit (në fakt, teknologjia për krijimin e IC-ve hibride ishte propozuar). Metoda e propozuar, në të cilën shtigjet e rrymës së kristalit duket se puthin jastëkët e kontaktit të tabelës, mori emrin origjinal - "teknologji puthjeje". Por për shkak të një sërë problemesh teknologjike që doli të ishin të pazgjidhshme në atë kohë, kryesisht të lidhura me problemet me saktësinë e marrjes së kontakteve në një tabelë të qarkut të shtypur, nuk ishte e mundur të zbatohej praktikisht "teknologjia e puthjes". Disa vite më vonë, një ide e ngjashme u zbatua në SHBA dhe BRSS dhe gjeti aplikim të gjerë në të ashtuquajturat "topa me top" dhe në teknologjinë "chip-to-board".

Megjithatë, kompanitë e harduerit që bashkëpunojnë me RZPP, duke përfshirë NIIRE, shpresuan për "teknologjinë e puthjes" dhe planifikuan përdorimin e saj. Në pranverën e vitit 1962, kur u bë e qartë se zbatimi i tij u shty për një kohë të pacaktuar, kryeinxhinieri i NIIRE V.I. Smirnov pyeti drejtorin e RZPP S.A. Bergman të gjejë një mënyrë tjetër për të zbatuar një qark me shumë elementë 2NOR, universal për ndërtimin e pajisjeve dixhitale.

Oriz. 7. Qarku ekuivalent i IC R12-2 (1LB021). Vizatim nga prospekti i IP i vitit 1965.

IS dhe GIS e parë nga Yuri Osokin. Skema solide R12-2(Seria IS 102 Dhe 116 )

Drejtori i RZPP ia besoi këtë detyrë inxhinierit të ri Yuri Valentinovich Osokin. Ne organizuam një departament të përbërë nga një laborator teknologjik, një laborator për zhvillimin dhe prodhimin e maskave fotografike, një laborator matës dhe një linjë prodhimi pilot. Në atë kohë, teknologjia për prodhimin e diodave dhe tranzistorëve të germaniumit iu dha RZPP dhe u mor si bazë për zhvillimin e ri. Dhe tashmë në vjeshtën e vitit 1962, u morën prototipet e para të qarkut të ngurtë të germaniumit 2NOT-OR (pasi termi IS nuk ekzistonte atëherë, për respekt për punët e atyre ditëve, ne do të mbajmë emrin "qark i fortë" - TS), e cila mori përcaktimin e fabrikës "P12-2". Një broshurë reklamimi nga viti 1965 në P12-2 ka mbijetuar (Fig. 6), informacione dhe ilustrime nga të cilat do të përdorim. TS R12-2 përmbante dy tranzistorë germanium p - n - p (tranzistorë të modifikuar të tipit P401 dhe P403) me një ngarkesë të zakonshme në formën e një rezistence të shpërndarë të germaniumit të tipit p (Fig. 7).

Oriz. 8. Struktura e IC R12-2. Vizatim nga prospekti i IP i vitit 1965.

Oriz. 9. Vizatimi dimensional i mjetit R12-2. Vizatim nga prospekti i IP i vitit 1965.

Plumbat e jashtëm formohen nga saldimi me termokompresim midis rajoneve të germaniumit të strukturës TC dhe arit të përçuesve të plumbit. Kjo siguron funksionimin e qëndrueshëm të qarqeve nën ndikime të jashtme në kushtet e mjegullës tropikale dhe të detit, gjë që është veçanërisht e rëndësishme për funksionimin në centralet telefonike automatike kuazi-elektronike detare të prodhuara nga uzina Riga VEF, e cila gjithashtu ishte e interesuar për këtë zhvillim.

Strukturisht, R12-2 TS (dhe R12-5 pasues) u bënë në formën e një "tabletë" (Fig. 9) nga një filxhan metalik i rrumbullakët me një diametër prej 3 mm dhe një lartësi prej 0,8 mm. Kristali TC u vendos në të dhe u mbush me një përbërës polimer, nga i cili dolën skajet e jashtme të shkurtra të telave të bëra me tela ari të butë me diametër 50 mikron, të ngjitur në kristal. Masa e P12-2 nuk i kalonte 25 mg. Në këtë dizajn, automjetet ishin rezistente ndaj lagështirës relative prej 80% në një temperaturë ambienti prej 40 ° C dhe ndaj ndryshimeve ciklike të temperaturës nga -60 ° në 60 ° C.

Deri në fund të vitit 1962, prodhimi pilot i RZPP prodhoi rreth 5 mijë automjete R12-2, dhe në 1963 u bënë disa dhjetëra mijëra prej tyre. Kështu, viti 1962 u bë viti i lindjes së industrisë mikroelektronike në SHBA dhe BRSS.

Oriz. 10. Grupet TS R12-2

Oriz. 11. Karakteristikat themelore elektrike të R12-2

Teknologjia gjysmëpërçuese ishte atëherë në fillimet e saj dhe nuk garantonte ende përsëritshmëri strikte të parametrave. Prandaj, pajisjet e operueshme u renditën në grupe parametrash (kjo bëhet shpesh në kohën tonë). Banorët e Rigës bënë të njëjtën gjë, duke instaluar 8 norma standarde të automjetit R12-2 (Fig. 10). Të gjitha karakteristikat e tjera elektrike dhe të tjera janë të njëjta për të gjitha vlerësimet standarde (Fig. 11).

Prodhimi i TS R12-2 filloi njëkohësisht me R&D "Hardness", i cili përfundoi në 1964 (GK Yu.V. Osokin). Si pjesë e kësaj pune, u zhvillua një teknologji e përmirësuar e grupit për prodhimin serik të automjeteve me germanium bazuar në fotolitografinë dhe depozitimin galvanik të lidhjeve përmes një fotomaske. Zgjidhjet e saj kryesore teknike janë regjistruar si shpikje nga Yu.V. dhe Mikhalovich D.L. (A.S. Nr. 36845). Disa artikuj nga Yu.V u botuan në revistën e klasifikuar Spetsradioelectronics. Osokina në bashkëpunim me specialistët e KB-1 I.V. Asgjë, G.G. Smolko dhe Yu.E. Naumov me një përshkrim të dizajnit dhe karakteristikave të automjetit R12-2 (dhe automjetit pasues R12-5).

Dizajni i P12-2 ishte i mirë në gjithçka, përveç një gjëje - konsumatorët nuk dinin të përdornin produkte kaq të vogla me plumbat më të hollë. Si rregull, kompanitë e harduerit nuk kishin as teknologji dhe as pajisje për këtë. Gjatë gjithë periudhës së prodhimit të R12-2 dhe R12-5, përdorimi i tyre u zotërua nga NIIRE, Fabrika e Radios Zhigulevsky e Ministrisë së Industrisë së Radios, VEF, NIIP (që nga viti 1978 NPO Radiopribor) dhe disa ndërmarrje të tjera. Duke kuptuar problemin, zhvilluesit e TS, së bashku me NIIRE, menduan menjëherë për një nivel të dytë dizajni, i cili në të njëjtën kohë rriti densitetin e paraqitjes së pajisjeve.

Oriz. 12. Moduli i 4 automjeteve R12-2

Në vitin 1963, në NIIRE, në kuadër të punës së projektimit dhe zhvillimit të Kvant (GK A.N. Pelipenko, me pjesëmarrjen e E.M. Lyakhovich), u zhvillua një model moduli që kombinonte katër automjete R12-2 (Fig. 12). Nga dy deri në katër pajisje R12-2 (në një strehim) u vendosën në një mikrobordë të bërë nga tekstil me fije qelqi të hollë, i cili së bashku zbatonte një njësi të caktuar funksionale. Deri në 17 kunja (numri ndryshonte për një modul specifik) me një gjatësi prej 4 mm u shtypën në tabelë. Mikrobordi u vendos në një filxhan metalik të stampuar me përmasa 21.6 ? 6,6 mm dhe 3,1 mm të thella dhe të mbushura me një përbërje polimer. Rezultati është një qark i integruar hibrid (HIC) me vulosje të dyfishtë të elementeve. Dhe, siç thamë tashmë, ishte GIS-i i parë në botë me integrim në dy nivele, dhe, ndoshta, GIS-i i parë në përgjithësi. Tetë lloje modulesh u zhvilluan me emrin e përgjithshëm "Quantum", të cilat kryenin funksione të ndryshme logjike. Si pjesë e moduleve të tilla, automjetet R12-2 mbetën funksionale kur ekspozoheshin ndaj përshpejtimeve të vazhdueshme deri në 150 g dhe ngarkesave të dridhjeve në intervalin e frekuencës 5-2000 Hz me nxitim deri në 15 g.

Modulet Kvant u prodhuan fillimisht nga prodhimi pilot i NIIRE, dhe më pas ato u transferuan në Uzinën e Radios Zhigulevsky të Ministrisë së Industrisë së Radios së BRSS, e cila i furnizoi ato për konsumatorë të ndryshëm, përfshirë uzinën VEF.

Modulet TS R12-2 dhe "Kvant" të bazuara në to janë dëshmuar mirë dhe përdoren gjerësisht. Në vitin 1968, u lëshua një standard që krijonte një sistem të unifikuar përcaktimi për qarqet e integruara në vend, dhe në 1969, Specifikimet e Përgjithshme Teknike për IC-të gjysmëpërçuese (NP0.073.004TU) dhe hibride (NP0.073.003TU) me një sistem të unifikuar kërkesash. . Në përputhje me këto kërkesa, Byroja Qendrore për Aplikimin e Qarqeve të Integruara (TsBPIMS, më vonë CDB Dayton, Zelenograd) më 6 shkurt 1969 miratoi specifikimet e reja teknike ShT3.369.001-1TU për automjetin. Në të njëjtën kohë, termi "qark i integruar" i serisë 102 u shfaq për herë të parë në përcaktimin e produktit TS R12-2. Në fakt, ishte një IC, i renditur në katër grupe sipas tensionit të daljes dhe kapacitetit të ngarkesës.

Oriz. 13. IC-të e serisë 116 dhe 117

Dhe më 19 shtator 1970, TsBPIMS miratoi specifikimet teknike AB0.308.014TU për modulet Kvant, të përcaktuara seria IS 116 (Fig. 13). Seria përfshinte nëntë IC: 1ХЛ161, 1ХЛ162 dhe 1ХЛ163 – qarqe dixhitale shumëfunksionale; 1LE161 dhe 1LE162 – dy dhe katër elemente logjike 2NOR; 1TP161 dhe 1TP1162 - një dhe dy shkas; 1UP161 – përforcues i fuqisë, si dhe 1LP161 – element logjik “frenues” për 4 hyrje dhe 4 dalje. Secila prej këtyre IC-ve kishte nga katër deri në shtatë opsione projektimi, të ndryshme në tensionin e sinjalit të daljes dhe kapacitetin e ngarkesës, për një total prej 58 llojesh IC. Modelet u shënuan me një shkronjë pas pjesës dixhitale të përcaktimit IS, për shembull, 1ХЛ161ж. Më pas, gama e moduleve u zgjerua. IC-të e serisë 116 ishin në të vërtetë hibride, por me kërkesë të RZPP ato u etiketuan si gjysmëpërçues (shifra e parë në përcaktimin është "1", ato hibride duhet të kenë "2").

Në 1972, me një vendim të përbashkët të Ministrisë së Industrisë Elektronike dhe Ministrisë së Industrisë së Radios, prodhimi i moduleve u transferua nga Fabrika e Radios Zhigulevsky në RZPP. Kjo eliminoi mundësinë e transportimit të IC-ve të serisë 102 në distanca të gjata, kështu që ata hoqën dorë nga nevoja për të vulosur kutinë e çdo IC. Si rezultat, dizajni i IC-ve të serisë 102 dhe 116 u thjeshtua: nuk kishte nevojë të paketoheshin IC-të e serisë 102 në një filxhan metalik të mbushur me përbërje. IC-të e papaketuara të serisë 102 në kontejnerë teknologjikë u dorëzuan në një punëtori fqinje për montimin e IC-ve të serisë 116, të montuara direkt në mikrobordin e tyre dhe të vulosura në kutinë e modulit.

Në mesin e viteve 1970, u lëshua një standard i ri për sistemin e përcaktimit të IP. Pas kësaj, për shembull, IS 1LB021V mori përcaktimin 102LB1V.

IS dhe GIS e dytë nga Yuri Osokin. Skema solide R12-5(Seria IS 103 Dhe 117 )

Nga fillimi i vitit 1963, si rezultat i punës serioze për zhvillimin e transistorëve n - p - n me frekuencë të lartë, ekipi i Yu.V. Osokina ka grumbulluar përvojë të gjerë duke punuar me shtresa p në vaferën origjinale n-germanium. Kjo dhe prania e të gjithë komponentëve të nevojshëm teknologjikë i lejoi Osokin në 1963 të fillonte zhvillimin e teknologjisë së re dhe hartimin e një versioni më të shpejtë të automjetit. Në vitin 1964, me urdhër të NIIRE, përfundoi zhvillimi i automjetit R12-5 dhe moduleve të bazuara në të. Bazuar në rezultatet e tij, R&D Palanga u hap në 1965 (GK Yu.V. Osokin, zëvendësi i tij - D.L. Mikhalovich, i përfunduar në 1966). Modulet e bazuara në R12-5 u zhvilluan brenda të njëjtit projekt R&D "Kvant" si modulet e bazuara në R12-2. Njëkohësisht me specifikimet teknike për seritë 102 dhe 116, specifikimet teknike ShT3.369.002-2TU për IC të serive 103 (R12-5) dhe AV0.308.016TU për IC të serive 117 (module të bazuara në IC të serisë 103) miratuar. Nomenklatura e llojeve dhe vlerësimeve standarde të TS R12-2, moduleve mbi to dhe serive IS 102 dhe 116 ishte identike me nomenklaturën e TS R12-5 dhe serive IS 103 dhe 117, respektivisht. Ata ndryshonin vetëm në shpejtësinë dhe teknologjinë e prodhimit të kristalit IC. Koha tipike e vonesës së përhapjes së serisë 117 ishte 55 ns kundrejt 200 ns për serinë 116.

Strukturisht, R12-5 TS ishte një strukturë gjysmëpërçuese me katër shtresa (Fig. 14), ku nënshtresa e tipit n dhe emetuesit e tipit p + ishin të lidhura me një autobus të përbashkët tokësor. Zgjidhjet kryesore teknike për ndërtimin e automjetit R12-5 janë regjistruar si shpikja e Yu.V. Mikhalovich. Kaydalova Zh.A dhe Akmensa Ya.P. (A.S. Nr. 248847). Gjatë prodhimit të strukturës me katër shtresa të TC R12-5, një njohuri e rëndësishme ishte formimi i një shtrese p të tipit n në pllakën origjinale të germaniumit. Kjo u arrit me difuzionin e zinkut në një ampulë kuarci të mbyllur, ku pllakat janë të vendosura në një temperaturë prej rreth 900 ° C, dhe zinku ndodhet në skajin tjetër të ampulës në një temperaturë prej rreth 500 ° C. Formimi i mëtejshëm e strukturës TS në shtresën p të krijuar është e ngjashme me P12-2 TS. Teknologjia e re ka bërë të mundur shmangien e formës komplekse të kristalit TS. Vaferat me P12-5 u bluan gjithashtu nga mbrapa në një trashësi prej rreth 150 mikron, duke ruajtur një pjesë të vaferës origjinale, dhe më pas ato u shkruajtën në çipa individuale drejtkëndëshe IC.

Oriz. 14. Struktura e kristalit TS R12-5 nga AS Nr. 248847. 1 dhe 2 - tokëzim, 3 dhe 4 - hyrje, 5 - dalje, 6 - fuqi

Pas rezultateve të para pozitive të prodhimit të automjeteve eksperimentale R12-5, projekti kërkimor Mezon-2 u hap me urdhër të KB-1, që synonte krijimin e një automjeti me katër R12-5. Në vitin 1965 u morën mostrat e punës në një kuti të sheshtë metal-qeramike. Por P12-5 doli të ishte i vështirë për t'u prodhuar, kryesisht për shkak të vështirësisë së formimit të një shtrese p të dopuar me zink në vaferën origjinale n-Ge. Kristali rezultoi të jetë intensiv për t'u prodhuar, përqindja e rendimentit është e ulët dhe kostoja e automjetit është e lartë. Për të njëjtat arsye, R12-5 TC u prodhua në vëllime të vogla dhe nuk mund të zhvendoste R12-2 më të ngadaltë, por më të avancuar teknologjikisht. Dhe projekti kërkimor Mezon-2 nuk u vazhdua fare, përfshirë për shkak të problemeve të ndërlidhjes.

Në këtë kohë, Instituti i Kërkimeve Pulsar dhe NIIME po kryenin tashmë një punë të gjerë në zhvillimin e teknologjisë planare të silikonit, e cila ka një sërë përparësish mbi teknologjinë e germaniumit, kryesorja prej të cilave është një diapazon më i lartë i temperaturës së funksionimit (+150°C për silikon dhe +70°C për germanium) dhe prania e një filmi mbrojtës natyral të SiO 2 në silikon. Dhe specializimi i RZPP u riorientua në krijimin e IC-ve analoge. Prandaj, specialistët e RZPP e konsideruan të papërshtatshëm zhvillimin e teknologjisë së germaniumit për prodhimin e IC-ve. Sidoqoftë, në prodhimin e transistorëve dhe diodave, germani nuk e humbi pozicionin e tij për ca kohë. Në departamentin e Yu.V. Osokin, pas vitit 1966, u zhvilluan dhe u prodhuan transistorë me mikrovalë të rrafshët të RZPP germanium GT329, GT341, GT 383, etj.

Aplikacion

Oriz. 15. Pajisja aritmetike në modulet me qark të ngurtë. Foto nga broshura e TS e vitit 1965.

Oriz. 16. Dimensionet krahasuese të aparatit të kontrollit automatik të centralit telefonik, i bërë në një stafetë dhe një mjet. Foto nga broshura e TS e vitit 1965.

Klientët dhe konsumatorët e parë të R12-2 TS dhe moduleve ishin krijuesit e sistemeve specifike: kompjuteri Gnome (Fig. 15) për sistemin e avionëve në bord Kupol (NIIRE, GK Lyakhovich E.M.) dhe centralet telefonike automatike detare dhe civile. (fabrika VEF, GK Misulovin L.Ya.). Mori pjesë aktive në të gjitha fazat e krijimit të automjeteve R12-2, R12-5 dhe moduleve mbi to dhe KB-1, kuratori kryesor i këtij bashkëpunimi nga KB-1 ishte N.A. Barkanov. Ata ndihmuan me financimin, prodhimin e pajisjeve dhe kërkimin e automjeteve dhe moduleve në mënyra dhe kushte të ndryshme funksionimi.

TS R12-2 dhe modulet "Kvant" të bazuara në të ishin mikroqarqet e para në vend. Dhe në botë ata ishin ndër të parët - vetëm në SHBA Texas Instruments dhe Fairchild Semiconductor filluan të prodhojnë IC-të e tyre të parë gjysmëpërçues, dhe në 1964 Korporata IBM filloi të prodhojë IC hibride me film të trashë për kompjuterët e saj. Në vende të tjera, IP nuk është menduar ende. Prandaj, qarqet e integruara ishin kuriozitet për publikun. Broshura e mbijetuar për automjetin R12-2 nga viti 1965 (bazuar në aplikimet aktuale) thotë: " Përdorimi i qarqeve P12-2 në gjendje të ngurtë në pajisjet kompjuterike në bord bën të mundur uljen e peshës dhe dimensioneve të këtyre pajisjeve me 10-20 herë, zvogëlimin e konsumit të energjisë dhe rritjen e besueshmërisë operacionale. Përdorimi i qarqeve të ngurta P12-2 në sistemet e kontrollit dhe ndërrimi i shtigjeve të transmetimit të informacionit të centraleve telefonike automatike bën të mundur uljen e vëllimit të pajisjeve të kontrollit përafërsisht 300 herë, si dhe uljen e ndjeshme të konsumit të energjisë elektrike (30-50 herë)". Këto deklarata u ilustruan nga fotografitë e pajisjes aritmetike të kompjuterit Gnome (Fig. 15) dhe një krahasim i raftit ATS të bazuar në stafetë të prodhuar nga uzina VEF në atë kohë me një bllok të vogël në pëllëmbën e vajzës (Fig. 16) . Kishte aplikime të tjera të shumta të IC-ve të para të Rigës.

Prodhimi

Tani është e vështirë të rivendosësh një pamje të plotë të vëllimeve të prodhimit të serive IC 102 dhe 103 për vit (sot RZPP është kthyer nga një fabrikë e madhe në një prodhim të vogël dhe shumë arkiva kanë humbur). Por sipas kujtimeve të Yu.V. Osokin, në gjysmën e dytë të viteve 1960, prodhimi arriti në shumë qindra mijëra në vit, në vitet 1970 - miliona. Sipas shënimeve të tij personale të mbijetuara, në 1985 u prodhuan IC të serisë 102 - 4,100,000 copë., module të serisë 116 - 1,025,000 copë, IC të serisë 103 - 700,000 pc 700,000 pc 700,000 pc 700,000 pc 700,000 pc 700,000 pc 700,000 pc 700,000 pc . .

Në fund të vitit 1989, Yu.V. Osokin, atëherë drejtori i përgjithshëm i Shoqatës së Prodhimit Alpha, iu drejtua udhëheqjes së Komisionit Ushtarak-Industrial nën Këshillin e Ministrave të BRSS (MIC) me një kërkesë për të hequr seritë 102, 103, 116 dhe 117 nga prodhimi për shkak të vjetërsimit të tyre dhe intensiteti i lartë i punës (në 25 vjet, mikroelektronika nuk ka shkuar përpara), por mori një refuzim kategorik. Nënkryetari i Kompleksit Ushtarak-Industrial V.L. Koblov i tha atij se aeroplanët fluturojnë me besueshmëri, zëvendësimi është i përjashtuar. Pas rënies së BRSS, seritë IC 102, 103, 116 dhe 117 u prodhuan deri në mesin e viteve 1990, d.m.th. për më shumë se 30 vjet. Kompjuterët Gnome janë ende të instaluar në kabinën e navigimit të Il-76 dhe disa avionëve të tjerë. "Ky është një superkompjuter", pilotët tanë nuk janë në humbje kur kolegët e tyre të huaj habiten nga interesimi i tyre për këtë pajisje të paprecedentë.

Rreth prioriteteve

Pavarësisht se J. Kilby dhe R. Noyce kishin paraardhës, ata njihen nga komuniteti botëror si shpikësit e qarkut të integruar.

R. Kilby dhe J. Noyce, nëpërmjet firmave të tyre, depozituan aplikime për një patentë për shpikjen e një qarku të integruar. Texas Instruments aplikoi për një patentë më herët, në shkurt 1959, dhe Fairchild nuk e bëri këtë deri në korrik të atij viti. Por numri i patentës 2981877 iu dha në prill 1961 R. Noyce. J. Kilby paditi dhe vetëm në qershor 1964 mori numrin e tij të patentës 3138743. Më pas pati një luftë dhjetëvjeçare për prioritetet, si rezultat i së cilës (në një rast të rrallë) "fitoi miqësia". Në fund të fundit, Gjykata e Apelit mbështeti pretendimin e Noyce për përparësinë teknologjike, por vendosi që J. Kilby duhet t'i atribuohet krijimit të mikroqarkut të parë të punës. Dhe Texas Instruments dhe Fairchild Semiconductor nënshkruan një marrëveshje për teknologjitë e ndërliçensimit.

Në BRSS, shpikjet e patentimit nuk u dhanë autorëve asgjë tjetër përveç sherr, një pagesë të parëndësishme një herë dhe kënaqësi morale, kështu që shumë shpikje nuk u regjistruan fare. Dhe Osokin nuk po nxitonte as. Por për ndërmarrjet, numri i shpikjeve ishte një nga treguesit, kështu që ato ende duhej të regjistroheshin. Prandaj, Yu. Osokina dhe D. Mikhalovich morën Certifikatën e Autorit të BRSS nr. 36845 për shpikjen e automjetit R12-2 vetëm më 28 qershor 1966.

Dhe J. Kilby në vitin 2000 u bë një nga laureatët e çmimit Nobel për shpikjen e IP. R. Noyce nuk mori njohjen botërore ai vdiq në vitin 1990, dhe sipas rregullores, çmimi Nobel nuk jepet pas vdekjes. E cila, në këtë rast, nuk është plotësisht e drejtë, pasi e gjithë mikroelektronika ndoqi rrugën e nisur nga R. Noyce. Autoriteti i Noyce midis specialistëve ishte aq i lartë sa ai mori edhe pseudonimin "kryetar i Silicon Valley", pasi atëherë ishte më i popullarizuari nga shkencëtarët që punonin në atë pjesë të Kalifornisë, e cila mori emrin jozyrtar Silicon Valley (V. Shockley quhej "Moisiu i Silicon Valley"). Por rruga e J. Kilby (germanium "me flokë") doli të ishte një rrugë pa krye dhe nuk u zbatua as në kompaninë e tij. Por jeta nuk është gjithmonë e drejtë.

Çmimi Nobel iu dha tre shkencëtarëve. Gjysma e saj u mor nga 77-vjeçari Jack Kilby dhe gjysma tjetër u nda midis akademikut të Akademisë Ruse të Shkencave Zhores Alferov dhe profesorit në Universitetin e Kalifornisë në Santa Barbara, gjermano-amerikanit Herbert Kremer, për " zhvillimi i heterostrukturave gjysmëpërçuese të përdorura në optoelektronikën me shpejtësi të lartë.

Duke vlerësuar këto vepra, ekspertët vunë re se "qarqet e integruara janë, sigurisht, zbulimi i shekullit, i cili ka pasur një ndikim të thellë në shoqëri dhe ekonominë botërore". Për të harruarin J. Kilby, çmimi Nobel ishte një surprizë. Në një intervistë për revistën Lajmet e Eurofizikës Ai pranoi: " Në atë kohë mendoja vetëm se çfarë do të ishte e rëndësishme për zhvillimin e elektronikës nga pikëpamja ekonomike. Por atëherë nuk e kuptova se ulja e kostos së produkteve elektronike do të shkaktonte një ortek rritjeje në teknologjitë elektronike.”.

Dhe veprat e Yu. Osokin nuk vlerësohen vetëm nga Komiteti Nobel. Ata janë harruar edhe në vendin tonë, prioriteti i vendit në krijimin e mikroelektronikës nuk mbrohet. Dhe ai pa dyshim ishte.

Në vitet 1950, u krijua baza materiale për formimin e produkteve me shumë elementë - qarqe të integruara - në një kristal monolit ose në një substrat qeramik. Prandaj, nuk është për t'u habitur që pothuajse në të njëjtën kohë ideja e IP lindi në mënyrë të pavarur në mendjet e shumë specialistëve. Dhe shpejtësia e zbatimit të një ideje të re varej nga aftësitë teknologjike të autorit dhe nga interesi i prodhuesit, d.m.th., nga prania e konsumatorit të parë. Në këtë drejtim, Yu. Osokin e gjeti veten në një pozitë më të mirë se kolegët e tij amerikanë. Kilby ishte i ri në TI, ai madje duhej t'i provonte menaxhmentit të kompanisë mundësinë themelore të zbatimit të një qarku monolit duke bërë prototipin e tij. Në fakt, roli i J. Kilby në krijimin e IP zbret në riedukimin e menaxhmentit të TI dhe provokimin e R. Noyce për të ndërmarrë veprime aktive me paraqitjen e tij. Shpikja e Kilby nuk hyri në prodhim masiv. R. Noyce, në shoqërinë e tij të re dhe ende jo të fortë, shkoi për të krijuar një teknologji të re planare, e cila me të vërtetë u bë baza për mikroelektronikën e mëvonshme, por nuk iu dorëzua menjëherë autorit. Në lidhje me sa më sipër, të dyve dhe kompanive të tyre iu desh të shpenzonin shumë përpjekje dhe kohë për të zbatuar praktikisht idetë e tyre për ndërtimin e IC-ve të prodhuara në masë. Mostrat e tyre të para mbetën eksperimentale, por mikroqarqet e tjera, as të zhvilluara prej tyre, hynë në prodhim masiv. Ndryshe nga Kilby dhe Noyce, të cilët ishin larg prodhimit, pronari i fabrikës Yu Osokin u mbështet në teknologjitë gjysmëpërçuese RZPP të zhvilluara në mënyrë industriale dhe ai u kishte garantuar konsumatorëve të automjeteve të para në formën e iniciatorit të zhvillimit të NIIRE dhe fabrikës VEF aty pranë. që ndihmoi në këtë punë. Për këto arsye, versioni i parë i automjetit të tij hyri menjëherë në prodhimin pilot, i cili kaloi pa probleme në prodhim masiv, i cili vazhdoi vazhdimisht për më shumë se 30 vjet. Kështu, pasi filloi të zhvillonte TS më vonë se Kilby dhe Noyce, Yu Osokin (duke mos ditur për këtë konkurs) u kap shpejt me ta. Për më tepër, veprat e Yu. Osokin nuk janë në asnjë mënyrë të lidhura me veprat e amerikanëve, dëshmi e kësaj është pangjashmëria absolute e automjetit të tij dhe zgjidhjet e zbatuara në të nga mikroqarqet Kilby dhe Noyce. Texas Instruments (jo shpikje e Kilby), Fairchild dhe RZPP filluan prodhimin e IC-ve të tyre pothuajse njëkohësisht, në 1962. Kjo i jep çdo të drejtë për të konsideruar Yu. Osokin një nga shpikësit e qarkut të integruar në të njëjtin nivel me R. Noyce dhe më shumë se J. Kilby, dhe do të ishte e drejtë të ndahej një pjesë e çmimit Nobel për J. Kilby me Yu. Osokin. Sa i përket shpikjes së GIS-it të parë me integrim në dy nivele (dhe ndoshta GIS në përgjithësi), këtu prioriteti A. Pelipenko nga NIIRE është absolutisht i padiskutueshëm.

Fatkeqësisht, nuk u arrit të gjendeshin mostra të automjeteve dhe pajisjeve të bazuara në to, të nevojshme për muzetë. Autori do të ishte shumë mirënjohës për mostra apo fotografi të tilla të tyre.