Τι είναι ένα μεγάλο ολοκληρωμένο σύστημα. Ιστορικό της οικιακής βάσης ηλεκτρονικών εξαρτημάτων (EEE)

Το περιεχόμενο του άρθρου

ΕΝΣΩΜΑΤΩΜΕΝΟ ΚΥΚΛΩΜΑ(IC), ένα μικροηλεκτρονικό κύκλωμα που σχηματίζεται σε μια μικρή πλάκα (κρύσταλλο ή «τσιπ») από ένα υλικό ημιαγωγών, συνήθως πυρίτιο, που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο ηλεκτροπληξίακαι την ενίσχυση του. Ένα τυπικό IC αποτελείται από πολλά διασυνδεδεμένα μικροηλεκτρονικά εξαρτήματα, όπως τρανζίστορ, αντιστάσεις, πυκνωτές και διόδους, κατασκευασμένα στο επιφανειακό στρώμα ενός κρυστάλλου. Τα μεγέθη των κρυστάλλων πυριτίου κυμαίνονται από περίπου 1,3 - 1,3 mm έως 13 - 13 mm. Πρόοδος στην περιοχή ολοκληρωμένα κυκλώματαοδήγησε στην ανάπτυξη τεχνολογιών για μεγάλα και πολύ μεγάλα ολοκληρωμένα κυκλώματα (LSI και VLSI). Αυτές οι τεχνολογίες καθιστούν δυνατή την απόκτηση IC, καθένα από τα οποία περιέχει πολλές χιλιάδες κυκλώματα: μπορεί να υπάρχουν περισσότερα από 1 εκατομμύριο εξαρτήματα σε ένα μόνο τσιπ.

Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τους προκατόχους τους - κυκλώματα που συναρμολογήθηκαν από ξεχωριστά εξαρτήματα τοποθετημένα σε πλαίσιο. Τα IC είναι μικρότερα, πιο γρήγορα και πιο αξιόπιστα. είναι επίσης φθηνότερα και λιγότερο επιρρεπή σε αστοχίες λόγω κραδασμών, υγρασίας και γήρανσης.

Η σμίκρυνση των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων έχει καταστεί δυνατή λόγω των ειδικών ιδιοτήτων των ημιαγωγών. Ο ημιαγωγός είναι ένα υλικό που έχει πολύ υψηλότερη ηλεκτρική αγωγιμότητα (αγωγιμότητα) από ένα διηλεκτρικό όπως το γυαλί, αλλά σημαντικά λιγότερο από τους αγωγούς όπως ο χαλκός. Στο κρυσταλλικό πλέγμα ενός ημιαγωγού υλικού όπως το πυρίτιο, υπάρχουν πολύ λίγα ελεύθερα ηλεκτρόνια σε θερμοκρασία δωματίου για να παρέχουν σημαντική αγωγιμότητα. Επομένως, οι καθαροί ημιαγωγοί έχουν χαμηλή αγωγιμότητα. Ωστόσο, η εισαγωγή μιας κατάλληλης ακαθαρσίας στο πυρίτιο αυξάνει την ηλεκτρική αγωγιμότητα του.

Τα αναλγητικά εισάγονται στο πυρίτιο με δύο μεθόδους. Για βαρύ ντόπινγκ ή σε περιπτώσεις όπου δεν απαιτείται ακριβής έλεγχος της ποσότητας της προσμείξεως, χρησιμοποιείται συνήθως η μέθοδος διάχυσης. Η διάχυση φωσφόρου ή βορίου διεξάγεται γενικά σε ατμοσφαιρική ατμόσφαιρα σε θερμοκρασίες μεταξύ 1000 και 1150 ° C για μισή ώρα έως αρκετές ώρες. Κατά την εμφύτευση ιόντων, το πυρίτιο βομβαρδίζεται με ιόντα υψηλής ταχύτητας. Το ποσό της εμφυτευμένης ακαθαρσίας μπορεί να προσαρμοστεί σε λίγα τοις εκατό. η ακρίβεια είναι σημαντική σε ορισμένες περιπτώσεις, καθώς το κέρδος του τρανζίστορ εξαρτάται από τον αριθμό ατόμων ακαθαρσίας που εμφυτεύονται σε 1 cm 2 της βάσης ( Δες παρακάτω).

Παραγωγή.

Η κατασκευή ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος μπορεί να διαρκέσει έως και δύο μήνες, καθώς ορισμένες περιοχές του ημιαγωγού πρέπει να ντοπαριστούν με υψηλή ακρίβεια. Σε μια διαδικασία που ονομάζεται ανάπτυξη κρυστάλλων ή σχεδίαση, παράγεται πρώτα ένα κυλινδρικό προφόρμα πυριτίου υψηλής καθαρότητας. Από αυτόν τον κύλινδρο, κόβονται πλάκες με πάχος, για παράδειγμα, 0,5 mm. Η γκοφρέτα κόβεται τελικά σε εκατοντάδες μικρά κομμάτια που ονομάζονται τσιπ, καθένα από τα οποία μετατρέπεται σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα μέσω της διαδικασίας που περιγράφεται παρακάτω.

Η διαδικασία επεξεργασίας τσιπ ξεκινά με την κατασκευή μασκών για κάθε στρώμα του IC. Ένα στένσιλ μεγάλης κλίμακας κατασκευάζεται με τη μορφή τετραγώνου με εμβαδόν περίπου. 0,1 m 2. Ένα σετ τέτοιων μασκών περιέχει όλα τα συστατικά μέρη του IC: επίπεδα διάχυσης, επίπεδα διασύνδεσης κ.λπ. Ολόκληρη η δομή που λαμβάνεται μειώνεται φωτογραφικά στο μέγεθος ενός κρυστάλλου και αναπαράγεται στρώμα-στρώμα σε μια γυάλινη πλάκα. Ένα λεπτό στρώμα διοξειδίου του πυριτίου αναπτύσσεται στην επιφάνεια της γκοφρέτας πυριτίου. Κάθε πλάκα είναι επικαλυμμένη με ένα ευαίσθητο στο φως υλικό (φωτοανθεκτικό) και εκτίθεται στο φως που μεταδίδεται μέσω των μάσκων. Οι μη εκτεθειμένες περιοχές της ευαίσθητης στο φως επίστρωσης αφαιρούνται με διαλύτη και με τη βοήθεια ενός άλλου χημικού αντιδραστηρίου που διαλύει το διοξείδιο του πυριτίου, το τελευταίο χαράσσεται από εκείνες τις περιοχές όπου δεν προστατεύεται πλέον από την ευαίσθητη στο φως επικάλυψη. Οι παραλλαγές αυτής της βασικής τεχνολογικής διαδικασίας χρησιμοποιούνται στην κατασκευή δύο κύριων τύπων δομών τρανζίστορ: διπολικής και εφέ πεδίου (MOS).

Διπολικό τρανζίστορ.

Ένα τέτοιο τρανζίστορ έχει μια δομή του τύπου n-p-nή, πολύ λιγότερο συχνά, όπως p-n-p... Τυπικά, η τεχνολογική διαδικασία ξεκινά με μια πλάκα (υπόστρωμα) από ένα βαριά ντοπαρισμένο υλικό. Π-τύπος. Ένα λεπτό στρώμα ελαφρά ντοπαρισμένου πυριτίου αναπτύσσεται επιταξιακά στην επιφάνεια αυτής της γκοφρέτας. n-τύπος; Έτσι, το αυξημένο στρώμα έχει την ίδια κρυσταλλική δομή με το υπόστρωμα. Αυτό το στρώμα πρέπει να περιέχει το ενεργό μέρος του τρανζίστορ - θα σχηματιστούν μεμονωμένοι συλλέκτες σε αυτό. Το πιάτο τοποθετείται πρώτα σε φούρνο ατμού βορίου. Η διάχυση του βορίου στη γκοφρέτα πυριτίου συμβαίνει μόνο όταν η επιφάνεια του έχει χαραχτεί. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται περιοχές και παράθυρα από το υλικό. n-τύπος. Η δεύτερη διαδικασία υψηλής θερμοκρασίας, η οποία χρησιμοποιεί ατμό φωσφόρου και μια άλλη μάσκα, χρησιμεύει για να σχηματίσει επαφή με το στρώμα συλλέκτη. Πραγματοποιώντας διαδοχικές διαχύσεις βορίου και φωσφόρου, σχηματίζεται η βάση και ο εκπομπός, αντίστοιχα. Η βάση έχει συνήθως λίγα μικρά πάχος. Αυτά τα μικροσκοπικά νησιά αγωγιμότητας n- και Π-τύπος σύνδεσης γενικό σχέδιομέσω διασυνδέσεων από αλουμίνιο, ατμούς που εναποτίθενται ή εφαρμόζονται με ψεκασμό κενού. Μερικές φορές πολύτιμα μέταλλα όπως η πλατίνα και ο χρυσός χρησιμοποιούνται για αυτούς τους σκοπούς. Τρανζίστορ και άλλα στοιχεία κυκλώματος, όπως αντιστάσεις, πυκνωτές και επαγωγείς, μαζί με τις σχετικές διασυνδέσεις τους, μπορούν να διαχέονται στο πλακίδιο με μια σειρά λειτουργιών, με αποτέλεσμα ένα πλήρες ηλεκτρονικό κύκλωμα.

Τρανζίστορ MOS.

Το πιο διαδεδομένο είναι το MOS (μέταλλο-οξείδιο-ημιαγωγός)-μια δομή που αποτελείται από δύο στενά τοποθετημένες περιοχές πυριτίου n-τύπος που εφαρμόζεται σε υπόστρωμα Π-τύπος. Ένα στρώμα διοξειδίου του πυριτίου αναπτύσσεται στην επιφάνεια του πυριτίου και πάνω από αυτό το στρώμα (μεταξύ των περιοχών n-τύπος και ελαφρά σύλληψή τους), σχηματίζεται ένα τοπικό μεταλλικό στρώμα, το οποίο λειτουργεί ως πύλη. Οι δύο τομείς που αναφέρθηκαν παραπάνω n-type, που ονομάζεται πηγή και αποστράγγιση, χρησιμεύουν ως σύνδεσμοι εισόδου και εξόδου, αντίστοιχα. Μέσα από τα παράθυρα που παρέχονται στο διοξείδιο του πυριτίου, γίνονται μεταλλικές συνδέσεις στην πηγή και την αποστράγγιση. Κανάλι στενής επιφάνειας από υλικό n-Τύπος συνδέει πηγή και αποστράγγιση. σε άλλες περιπτώσεις, το κανάλι μπορεί να προκληθεί - δημιουργείται από τη δράση μιας τάσης που εφαρμόζεται στην πύλη. Όταν εφαρμόζεται θετική τάση στην πύλη του τρανζίστορ του επαγόμενου καναλιού, το στρώμα που βρίσκεται κάτω από την πύλη είναι Π-ο τύπος μετατρέπεται σε στρώμα n-τύπου, και το ρεύμα, που ελέγχεται και διαμορφώνεται από το σήμα που παρέχεται στην πύλη, ρέει από την πηγή στην αποχέτευση. Το MOSFET καταναλώνει πολύ λίγη ενέργεια. έχει υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου, διαφέρει χαμηλό ρεύμακύκλωμα αποστράγγισης και πολύ χαμηλό θόρυβο. Δεδομένου ότι η πύλη, το οξείδιο και το πυρίτιο σχηματίζουν έναν πυκνωτή, μια τέτοια συσκευή χρησιμοποιείται ευρέως σε συστήματα μνήμης υπολογιστών ( Δες παρακάτω). Σε συμπληρωματικά κυκλώματα ή κυκλώματα CMOS, οι δομές MOS χρησιμοποιούνται ως φορτία και δεν καταναλώνουν ισχύ όταν το κύριο τρανζίστορ MOS βρίσκεται σε ανενεργή κατάσταση.

Μετά την ολοκλήρωση της επεξεργασίας, οι πλάκες κόβονται σε κομμάτια. Η λειτουργία κοπής πραγματοποιείται με ένα κυκλικό πριόνι με αδαμάντινη άκρη. Κάθε κρύσταλλος (τσιπ ή IC) περικλείεται στη συνέχεια σε μια συσκευασία ενός από διάφορους τύπους. Ένα χρυσό σύρμα 25 micron χρησιμοποιείται για τη σύνδεση των εξαρτημάτων IC στο πλαίσιο του ηλεκτροδίου του πλαισίου. Οι παχύτερες ακίδες πλαισίου επιτρέπουν τη σύνδεση του IC στην ηλεκτρονική συσκευή στην οποία θα λειτουργεί.

Αξιοπιστία.

Η αξιοπιστία ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος είναι περίπου η ίδια με αυτή ενός τρανζίστορ πυριτίου, ισοδύναμου σχήματος και μεγέθους. Θεωρητικά, τα τρανζίστορ μπορούν να λειτουργούν αξιόπιστα για χιλιάδες χρόνια - ένα από αυτά κρίσιμους παράγοντεςγια εφαρμογές όπως η πυραυλική και η διαστημική τεχνολογία, όπου μια μεμονωμένη αποτυχία μπορεί να σημαίνει την πλήρη αποτυχία ενός εν εξελίξει έργου.

Μικροεπεξεργαστές και μικροϋπολογιστές.

Πρώτη φορά που παρουσιάστηκαν δημόσια το 1971, οι μικροεπεξεργαστές πραγματοποίησαν τις περισσότερες από τις βασικές λειτουργίες ενός υπολογιστή σε ένα μόνο IC πυριτίου που εφαρμόστηκε σε κρύσταλλο 5ґ5 mm. Χάρη στα ολοκληρωμένα κυκλώματα κατέστη δυνατή η δημιουργία μικροϋπολογιστών - μικρών υπολογιστών, όπου όλες οι λειτουργίες εκτελούνται σε ένα ή περισσότερα μεγάλα ολοκληρωμένα κυκλώματα. Αυτή η δραματική μικρογραφία μείωσε δραματικά το κόστος υπολογισμού. Οι μικροϋπολογιστές που παράγονται επί του παρόντος με κόστος μικρότερο από 1.000 δολάρια δεν είναι κατώτεροι σε απόδοση από τους πρώτους πολύ μεγάλους υπολογιστές, οι οποίοι κοστίζουν έως και 20 εκατομμύρια δολάρια στις αρχές της δεκαετίας του 1960. Οι μικροεπεξεργαστές χρησιμοποιούνται σε εξοπλισμό επικοινωνιών, αριθμομηχανές τσέπης, ρολόγια χειρός , Επιλογείς τηλεόρασης, ηλεκτρονικά παιχνίδια, αυτοματοποιημένος εξοπλισμός κουζίνας και τραπεζών, αυτόματος έλεγχος καυσίμου και μετεπεξεργασία καυσαερίων σε επιβατικά αυτοκίνητα και πολλές άλλες συσκευές. Μεγάλο μέρος της παγκόσμιας βιομηχανίας ηλεκτρονικών ειδών, με κύκλο εργασιών άνω των 15 δισεκατομμυρίων δολαρίων, βασίζεται με τον ένα ή τον άλλο τρόπο στα ολοκληρωμένα κυκλώματα. Σε όλο τον κόσμο, τα ολοκληρωμένα κυκλώματα χρησιμοποιούνται σε εξοπλισμό, το συνολικό κόστος του οποίου είναι πολλές δεκάδες δισεκατομμύρια δολάρια.

Συσκευές αποθήκευσης υπολογιστών.

Στα ηλεκτρονικά, ο όρος "μνήμη" αναφέρεται συνήθως σε οποιαδήποτε συσκευή που έχει σχεδιαστεί για να αποθηκεύει πληροφορίες σε ψηφιακή μορφή. Μεταξύ των πολλών τύπων συσκευών μνήμης (μνήμη), εξετάστε τη μνήμη τυχαίας πρόσβασης (RAM), τις συσκευές συζευγμένης φόρτισης (CCD) και τη μόνιμη μνήμη (ROM).

Για τη RAM, ο χρόνος πρόσβασης σε οποιοδήποτε κελί μνήμης που βρίσκεται στο τσιπ είναι ο ίδιος. Τέτοιες συσκευές μπορούν να αποθηκεύσουν 65.536 bit (δυαδικά, συνήθως 0 και 1), ένα bit ανά κελί και είναι ένας ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος ηλεκτρονικής μνήμης. σε κάθε τσιπ έχουν περίπου. 150 χιλιάδες εξαρτήματα. Υπάρχουν 256 Kbit RAM διαθέσιμες (K = 2 10 = 1024; 256 K = 262 144). Σε συσκευές μνήμης με διαδοχική δειγματοληψία, η κυκλοφορία των αποθηκευμένων δυαδικών ψηφίων γίνεται σαν μέσω κλειστού αγωγού (σε CCD χρησιμοποιείται αυτός ο τύπος δειγματοληψίας). Σε ένα CCD, το οποίο είναι ένα IC ειδικής διαμόρφωσης, πακέτα ηλεκτρικών φορτίων μπορούν να τοποθετηθούν κάτω από μικροσκοπικές μεταλλικές πλάκες που βρίσκονται σε μικρές αποστάσεις μεταξύ τους, ηλεκτρικά απομονωμένα από το τσιπ. Η φόρτιση (ή η έλλειψή της) μπορεί έτσι να ταξιδέψει μέσω της συσκευής ημιαγωγών από το ένα κελί στο άλλο. Ως αποτέλεσμα, καθίσταται δυνατή η απομνημόνευση πληροφοριών με τη μορφή μιας ακολουθίας μονάδων και μηδενικών (δυαδικός κώδικας), καθώς και η πρόσβαση σε αυτές όταν απαιτείται. Αν και οι CCD δεν μπορούν να ανταγωνιστούν τη μνήμη RAM από άποψη ταχύτητας, μπορούν να χειριστούν μεγάλες ποσότητες πληροφοριών με χαμηλότερο κόστος και χρησιμοποιούνται όπου δεν απαιτείται μνήμη τυχαίας πρόσβασης. Η μνήμη RAM που κατασκευάζεται σε ένα τέτοιο IC είναι πτητική και οι πληροφορίες που καταγράφονται σε αυτό χάνονται όταν απενεργοποιηθεί η τροφοδοσία. Οι πληροφορίες εισάγονται στη ROM κατά τη διάρκεια διαδικασία παραγωγήςκαι αποθηκεύεται μόνιμα.

Η ανάπτυξη και η κυκλοφορία νέων τύπων IS δεν σταματά. Διαγραφόμενη προγραμματιζόμενη ROM (EPROM) έχει δύο πύλες που βρίσκονται η μία πάνω στην άλλη. Όταν εφαρμόζεται τάση στην άνω πύλη, η κάτω μπορεί να αποκτήσει ένα φορτίο, το οποίο αντιστοιχεί σε 1 δυαδικό κώδικα, και όταν αλλάζετε (αντιστρέφετε) την τάση, η πύλη μπορεί να χάσει το φορτίο της, το οποίο αντιστοιχεί σε 0 δυαδικό κώδικα.

1 Ολοκληρωμένα Κυκλώματα (IC)

Η κύρια βάση της σύγχρονης διακριτής μηχανικής είναι η ενσωματωμένη μικροηλεκτρονική. Η μετάβαση στο IC άλλαξε σημαντικά τους τρόπους κατασκευής ηλεκτρονικού εξοπλισμού, καθώς τα προϊόντα μικροκυκλώματος είναι πλήρεις λειτουργικές μονάδες, είτε πρόκειται για λογικά στοιχεία για την εκτέλεση απλών λειτουργιών είτε για επεξεργαστές υπολογιστών, που αποτελούνται από πολλές χιλιάδες στοιχεία.

1. Ορολογία

Σύμφωνα με το GOST17021-88 «Ενσωματωμένα μικροκυκλώματα. Οροι και ορισμοί".

Ενσωματωμένο μικροκύκλωμα (IC ) - μικροηλεκτρονικό προϊόν που εκτελεί μια ορισμένη λειτουργία μετατροπής και επεξεργασίας σήματος και έχει υψηλή πυκνότητα συσκευασίας ηλεκτρικά συνδεδεμένων στοιχείων (ή στοιχείων και εξαρτημάτων) και (ή) κρυστάλλων, που θεωρείται ως σύνολο από την άποψη της δοκιμής, απαιτήσεις αποδοχής, παράδοσης και λειτουργίας.

Ολοκληρωμένο κύκλωμα ημιαγωγών - ένα ολοκληρωμένο μικροκύκλωμα, όλα τα στοιχεία και οι συνδέσεις μεταξύ των στοιχείων του οποίου γίνονται στον όγκο και στην επιφάνεια του ημιαγωγού.

Ολοκληρωμένο κύκλωμα φιλμ -ένα ενσωματωμένο μικροκύκλωμα, όλα τα στοιχεία και οι συνδέσεις μεταξύ των στοιχείων του οποίου γίνονται με τη μορφή φιλμ (μια ειδική περίπτωση IC IC φιλμ είναι τα ICs παχιάς μεμβράνης και λεπτής μεμβράνης).

Υβριδικό ολοκληρωμένο κύκλωμα - ένα ενσωματωμένο μικροκύκλωμα που περιέχει, εκτός από στοιχεία, στοιχεία και (ή) κρυστάλλους (μια ειδική περίπτωση ενός υβριδικού κυκλώματος είναι ένα IC πολλαπλών κυκλωμάτων).

Τεχνολογία λεπτών φιλμ - Κύρια υλικά:

Υπόστρωμα - για εφαρμογή και δημιουργία σχεδίου του κυκλώματος (sitall, κεραμικά).

Αγώγιμη μεμβράνη - χαλκός, αλουμίνιο, χρυσός.

Ανθεκτικό υλικό - μέταλλα και τα κράματά τους, οξείδιο του κασσιτέρου, διηλεκτρικά, μείγματα.

Χοντρό φιλμ - κυρίως ως πίνακες εναλλαγής.

Επί του παρόντος, υπάρχουν ενσωματωμένα μικροκυκλώματα 6 βαθμών ολοκλήρωσης (πίνακας 1).

Μικρό ολοκληρωμένο κύκλωμα (MIS) - IS που περιέχει έως 100 στοιχεία και (ή) συστατικά (1..2 βαθμός).

Μεσαίο Ολοκληρωμένο Κύκλωμα (SIS ) - IC που περιέχουν πάνω από 100 έως 1000 στοιχεία και (ή) στοιχεία για ψηφιακά IC και πάνω από 100 έως 500 - για αναλογικά IC (2..3 μοίρες).

Μεγάλο ολοκληρωμένο κύκλωμα (LSI) - IC, που περιέχει πάνω από 1000 στοιχεία και (ή) στοιχεία για ψηφιακά IC και πάνω από 500 - για αναλογικά IC (3..4 μοίρες).

Extra Large Integrated Circuit (VLSI) - IC που περιέχουν πάνω από 100.000 στοιχεία και (ή) στοιχεία για ψηφιακά IC με κανονική δομή, πάνω από 50.000 - για ψηφιακά IC με ακανόνιστη δομή και πάνω από 10.000 - για αναλογικά IC (5..7 μοίρες).

Σημείωση: Τα ψηφιακά IC με κανονική δομή περιλαμβάνουν κυκλώματα μνήμης και κυκλώματα βασισμένα σε βασικά σήματα μήτρας, με ακανόνιστη δομή για την κατασκευή κυκλώματος υπολογιστικών εγκαταστάσεων.

Ενσωματωμένο κύκλωμα εξαιρετικά γρήγορο (SSIS ) - ψηφιακό IC, η λειτουργική ταχύτητα του οποίου δεν είναι μικρότερη από 1 * 10 13 Hz / cm 3 ανά λογικό στοιχείο.

Η λειτουργική ταχύτητα νοείται ως το προϊόν της συχνότητας λειτουργίας ενός λογικού στοιχείου, ίσο με το αντίστροφο της τετραπλής τιμής του μέγιστου μέσου χρόνου καθυστέρησης διάδοσης του σήματος με τον αριθμό των λογικών στοιχείων ανά 1 τετραγωνικό εκατοστό της περιοχής κρυστάλλου.

3 Ταξινόμηση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων κατά επίπεδα ολοκλήρωσης.

Πίνακας 1 - Ταξινόμηση της ΠΕ κατά επίπεδα ολοκλήρωσης

Βήμα- Επίπεδο Αριθμός στοιχείων και εξαρτημάτων σε ένα μικροκύκλωμα

stump integ- Digital ICs Analog

ενσωμάτωση σε MOS - σε διπολικά μικροκυκλώματα

τρανζίστορ walkie talkie τρανζίστορ

1..2 MIS<= 100 <= 100 <= 100

2..3 SIS> 100<= 1000 > 100 <= 500 > 100 <= 500

3..4 LSI> 1000<= 10000 > 500 <= 2000 > 500

4..5 VLSI> 100000> 50000> 10000

Αναλογικό ολοκληρωμένο κύκλωμα - ένα ενσωματωμένο μικροκύκλωμα σχεδιασμένο για τη μετατροπή και την επεξεργασία σημάτων σύμφωνα με το νόμο μιας συνεχούς λειτουργίας (ένα μικροκύκλωμα με γραμμικό χαρακτηριστικό - ένα γραμμικό IC είναι μια ειδική περίπτωση αναλογικού IC).

Ψηφιακό IC - ενσωματωμένο μικροκύκλωμα, σχεδιασμένο για μετατροπή και επεξεργασία σημάτων που αλλάζουν σύμφωνα με το νόμο μιας διακριτής λειτουργίας (μια ειδική περίπτωση ψηφιακού IC είναι ένα λογικό μικροκύκλωμα)

Βαθμός ολοκλήρωσης ενσωματωμένου μικροκυκλώματος - δείκτης του βαθμού πολυπλοκότητας ενός μικροκυκλώματος, που χαρακτηρίζεται από τον αριθμό των στοιχείων και εξαρτημάτων που περιέχονται σε αυτό.

Καθορίζεται από τον τύπο: k = lgN,

όπου k είναι ένας συντελεστής που καθορίζει το βαθμό ολοκλήρωσης, στρογγυλοποιημένος στον πλησιέστερο υψηλότερο ακέραιο.

N είναι ο αριθμός των στοιχείων και των εξαρτημάτων που περιλαμβάνονται στο ενσωματωμένο μικροκύκλωμα.

Σειρά ολοκληρωμένων κυκλωμάτων - ένα σύνολο τύπων ολοκληρωμένων κυκλωμάτων που μπορούν να εκτελούν διάφορες λειτουργίες, έχουν ενιαίο σχεδιασμό και τεχνολογικό σχεδιασμό και προορίζονται για κοινή χρήση.

Στο χαμηλότερο, μηδενικό επίπεδο της εποικοδομητικής ιεραρχίας του EVA οποιουδήποτε τύπου και σκοπού, υπάρχουν IS που εκτελούν λογικές, βοηθητικές, ειδικές λειτουργίες, καθώς και λειτουργίες απομνημόνευσης. Επί του παρόντος, η βιομηχανία παράγει μεγάλο αριθμό ολοκληρωμένων κυκλωμάτων που μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με μια σειρά χαρακτηριστικών.

2 Ταξινόμηση μικροκυκλωμάτων και συμβόλων

Εξαρτάται από τεχνολογία κατασκευήςΤα IC χωρίζονται σε 4 τύπους: ημιαγωγός. ταινία; υβρίδιο; σε συνδυασμό

Τα στοιχεία του ηλεκτρικού κυκλώματος των IC ημιαγωγών σχηματίζονται στο μεγαλύτερο μέρος ή στην επιφάνεια του ημιαγωγικού υλικού (υπόστρωμα). Σχηματισμός ενεργών και παθητικών στοιχείων εισάγοντας με έναν ορισμένο τρόπο τη συγκέντρωση ακαθαρσιών με διαφορετικούς αριθμούς μιας πλάκας μονής κρυστάλλου.

Εικόνα 1 - Ταξινόμηση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων

Στα υβριδικά IC, το παθητικό τμήμα κατασκευάζεται με τη μορφή μεμβρανών που εφαρμόζονται στην επιφάνεια ενός διηλεκτρικού υλικού (υπόστρωμα) και τα ενεργά στοιχεία, τα οποία έχουν ανεξάρτητο σχεδιασμό, συνδέονται στην επιφάνεια του υποστρώματος.

Ανάλογα με τις μεθόδους σύνδεσης των ενεργών στοιχείων ανοιχτού πλαισίου, διατίθενται ενεργά IC με εύκαμπτα και άκαμπτα καλώδια.

Μια ποικιλία από IC ημιαγωγών είναι συνδυασμένα IC.

Σε συνδυασμένα ICs, τα ενεργά στοιχεία κατασκευάζονται μέσα σε ένα υπόστρωμα ημιαγωγών και το παθητικό μέρος έχει τη μορφή μεταλλικών φιλμ στην επιφάνειά του.

Με λειτουργικό σκοπόΗ IP μπορεί να χωριστεί σε:

1) ψηφιακό? 2) αναλογικά.

Τα ψηφιακά IC χρησιμοποιούνται σε ψηφιακούς υπολογιστές, διακριτές συσκευές αυτοματισμού κ. Αυτά περιλαμβάνουν κυκλώματα μικροεπεξεργαστών, κυκλώματα μνήμης και IC που εκτελούν λογικές λειτουργίες.

Τα ICs γραμμικού και γραμμικού παλμού χρησιμοποιούνται σε αναλογικούς υπολογιστές και συσκευές μετατροπής πληροφοριών.

Αυτά περιλαμβάνουν διάφορους λειτουργικούς ενισχυτές, συγκριτές και άλλα κυκλώματα.

Η βάση της ταξινόμησης ψηφιακότα μικροκυκλώματα βάζουν τρία σημάδια:

1) την προβολή των στοιχείων του λογικού κυκλώματος στα οποία εκτελούνται λογικές πράξεις στις μεταβλητές εισόδου.

2) μια μέθοδος σύνδεσης συσκευών ημιαγωγών σε ένα λογικό κύκλωμα.

3) τον τύπο σύνδεσης μεταξύ λογικών κυκλωμάτων.

Για τους λόγους αυτούς, τα λογικά IC μπορούν να ταξινομηθούν ως εξής:

1) κυκλώματα με απευθείας συνδέσεις σε δομές MOS - NSTLM (MOS - μέταλλο - οξείδιο - ημιαγωγός ή MIS μεταλλικός μονωτής - ημιαγωγός).

2) κυκλώματα με αντίσταση - χωρητικούς συνδέσμους - RTL. RETL - κυκλώματα, η λογική εισόδου των οποίων πραγματοποιείται σε κυκλώματα αντίστασης. Τα RETL και RTL είναι ηθικά ξεπερασμένα και δεν χρησιμοποιούνται σε νέες εξελίξεις.

3) κυκλώματα, η λογική εισόδου των οποίων πραγματοποιείται σε διόδους - DTL.

4 κυκλώματα, η λογική εισόδου των οποίων εκτελείται από ένα τρανζίστορ πολλαπλών εκπομπών - TTL.

5) κυκλώματα με συζευγμένους πομπούς - ESL ή PTTL - λογική στους τρέχοντες διακόπτες.

6) ενσωματωμένη ένεση λογική IIL ή I 2 L - με βάση αυτήν, δημιουργούνται μικροκυκλώματα υψηλού βαθμού ολοκλήρωσης υψηλής ταχύτητας και χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας.

7) κυκλώματα που βασίζονται στην κοινή σύνδεση ενός ζεύγους τρανζίστορ με κανάλια διαφορετικών τύπων αγωγιμότητας, τις λεγόμενες συμπληρωματικές δομές. (CMOS - δομές).

Στη συμβατική ονομασία του IS, ο δομικός και τεχνολογικός σχεδιασμός υποδεικνύεται με τον αριθμό:

1, 5, 6, 7 - ημιαγωγός. 2, 4, 8 - υβριδικά.

3 ακόμη - (ταινία, κενό, κ.λπ.).

Από τη φύση της απόδοσης των λειτουργιών στο REA, τα IC υποδιαιρούνται σε υποομάδες (για παράδειγμα, γεννήτριες, ενισχυτές κ.λπ.) και τύπους (για παράδειγμα, μετατροπείς συχνότητας, φάσεις, τάσεις), η υποομάδα υποδεικνύεται με τα αντίστοιχα γράμματα , (για παράδειγμα, γεννήτρια HS (G) αρμονικών σημάτων (C), δίοδοι ND-set (H) (D))

4 Θήκες για τσιπ

Το GOST 17467-88 περιέχει όρους που σχετίζονται με την κατασκευή IC.

Σώμα σώματος - μέρος της θήκης χωρίς καλώδια.

Θέση εξόδου - ένα από τα πολλά που βρίσκονται σε ίση απόσταση μεταξύ τους τη θέση των θέσεων των ακροδεκτών στην έξοδο από το σώμα του αμαξώματος, που βρίσκονται σε κύκλο ή σε μια σειρά, η οποία μπορεί ή όχι να καταλαμβάνεται από το τερματικό. Κάθε θέση εξόδου υποδεικνύεται με έναν αύξοντα αριθμό.

Επίπεδο εγκατάστασης - το επίπεδο στο οποίο είναι εγκατεστημένο το IC.

INTEGRAL CXEMA (IC, ολοκληρωμένο μικροκύκλωμα, μικροκύκλωμα), ένα λειτουργικά ολοκληρωμένο μικροηλεκτρονικό προϊόν, το οποίο είναι ένα σύνολο ηλεκτρικά διασυνδεδεμένων στοιχείων (τρανζίστορ κ.λπ.) που σχηματίζονται σε μονοκρυσταλλική γκοφρέτα ημιαγωγών. Τα IC είναι η βασική βάση όλων των σύγχρονων ηλεκτρονικών συσκευών, συσκευών τεχνολογία υπολογιστών, πληροφοριακά και τηλεπικοινωνιακά συστήματα.

Ιστορική αναφορά.Το IC εφευρέθηκε το 1958 από τον J. Kilby (βραβείο Νόμπελ, 2000), ο οποίος, χωρίς να χωρίσει τη μονοκρυσταλλική πλάκα γερμανίου σε ξεχωριστά τρανζίστορ που σχηματίστηκαν σε αυτό, τα συνέδεσε μαζί με τα καλύτερα σύρματα, έτσι ώστε η προκύπτουσα συσκευή να γίνει πλήρης ηλεκτρονικό κύκλωμα. Έξι μήνες αργότερα, ο Αμερικανός φυσικός R. Noyce εφάρμοσε το λεγόμενο επίπεδο IC πυριτίου, στο οποίο, για κάθε περιοχή διπολικών τρανζίστορ (εκπομπός, βάση και συλλέκτης), δημιουργήθηκαν επιμεταλλωμένες περιοχές (τα λεγόμενα μαξιλαράκια επαφής). την επιφάνεια της γκοφρέτας πυριτίου και οι συνδέσεις μεταξύ τους έγιναν από αγωγούς λεπτής μεμβράνης. Το 1959, ξεκίνησε η βιομηχανική παραγωγή IC πυριτίου στις Ηνωμένες Πολιτείες. Η μαζική παραγωγή IC στην ΕΣΣΔ οργανώθηκε στα μέσα της δεκαετίας του 1960 στο Zelenograd υπό την ηγεσία του K. A. Valiev.

Τεχνολογία IP.Η δομή του IC ημιαγωγών φαίνεται στο σχήμα. Τα τρανζίστορ και άλλα στοιχεία σχηματίζονται σε ένα πολύ λεπτό (έως αρκετά μικρά) στρώμα πλησίον της επιφάνειας μιας γκοφρέτας πυριτίου. από πάνω, δημιουργείται ένα σύστημα πολλαπλών επιπέδων συνδέσεων μεταξύ στοιχείων. Με την αύξηση του αριθμού των στοιχείων IC, ο αριθμός των επιπέδων αυξάνεται και μπορεί να φτάσει τα 10 ή περισσότερα. Οι διασυνδέσεις πρέπει να έχουν χαμηλή ηλεκτρική αντίσταση. Αυτή η απαίτηση πληρούται, για παράδειγμα, από χαλκό. Μεταξύ των στρωμάτων των αγωγών τοποθετούνται μονωτικά (διηλεκτρικά) στρώματα (SiO 2 κ.λπ.). Έως και αρκετές εκατοντάδες IC σχηματίζονται ταυτόχρονα σε μια πλάκα PC, μετά την οποία η πλάκα χωρίζεται σε ξεχωριστούς κρυστάλλους (τσιπ).

Ο τεχνολογικός κύκλος της κατασκευής IC περιλαμβάνει αρκετές εκατοντάδες λειτουργίες, η σημαντικότερη από τις οποίες είναι η φωτολιθογραφία (PL). Το τρανζίστορ περιέχει δεκάδες μέρη, τα περιγράμματα των οποίων σχηματίζονται ως αποτέλεσμα του PL, το οποίο καθορίζει επίσης τη διαμόρφωση των διασυνδέσεων σε κάθε στρώμα και τη θέση των αγώγιμων περιοχών (επαφών) μεταξύ των στρωμάτων. Στον τεχνολογικό κύκλο, το PL επαναλαμβάνεται αρκετές δεκάδες φορές. Κάθε λειτουργία PL ακολουθείται από την κατασκευή τμημάτων τρανζίστορ, για παράδειγμα, εναπόθεση λεπτών μεμβρανών διηλεκτρικών, PP και μετάλλων, χάραξη, κράμα με εμφύτευση ιόντων σε πυρίτιο κλπ. Η φωτολιθογραφία καθορίζει το ελάχιστο μέγεθος (MR) των επιμέρους τμημάτων. Το κύριο εργαλείο PL είναι τα βήματα-σαρωτές οπτικής προβολής, με τη βοήθεια των οποίων μια βήμα-βήμα (από τσιπ σε τσιπ) έκθεση της εικόνας (φωτισμός του τσιπ, στην επιφάνεια του οποίου εφαρμόζεται ένα φωτοευαίσθητο στρώμα-φωτοανθεκτικό , μέσω μιας μάσκας που ονομάζεται φωτομάσκα) πραγματοποιείται με μείωση (4: 1) σε μέγεθος εικόνων σε σχέση με το μέγεθος της μάσκας και με τη σάρωση του φωτεινού σημείου μέσα σε ένα τσιπ. Η μαγνητική τομογραφία είναι ευθέως ανάλογη με το μήκος κύματος της πηγής ακτινοβολίας. Αρχικά, οι συσκευές PL χρησιμοποιούσαν τις γραμμές g και i (436 και 365 nm, αντίστοιχα) του φάσματος εκπομπής μιας λάμπας υδραργύρου. Η λάμπα υδραργύρου αντικαταστάθηκε από λέιζερ excimer που βασίζονται σε μόρια KrF (248 nm) και ArF (193 nm). Βελτίωση οπτικό σύστημα, η χρήση φωτοανθεκτικών με υψηλή αντίθεση και ευαισθησία, καθώς και ειδική τεχνολογία υψηλής ανάλυσης στο σχεδιασμό φωτομασκών και stepper σαρωτών με πηγή φωτός με μήκος κύματος 193 nm καθιστούν δυνατή την επίτευξη MR ίση με 30 nm ή λιγότερο σε μεγάλα τσιπς (με επιφάνεια 1-4 cm 2) με χωρητικότητα έως 100 πλάκες (διάμετρος 300 mm) την ώρα. Η πρόοδος στην περιοχή των μικρότερων (30-10 nm) MR είναι δυνατή χρησιμοποιώντας μαλακή ακτινοβολία ακτίνων Χ ή ακραία υπεριώδη ακτινοβολία (EUV) με μήκος κύματος 13,5 nm. Λόγω της έντονης απορρόφησης της ακτινοβολίας από υλικά σε αυτό το μήκος κύματος, δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν διαθλαστικά οπτικά. Επομένως, τα βήματα EUV χρησιμοποιούν ανακλαστική οπτική σε καθρέφτες ακτίνων Χ. Τα πρότυπα πρέπει επίσης να είναι αντανακλαστικά. Η λιθογραφία EUV είναι ανάλογο της οπτικής λιθογραφίας προβολής, δεν απαιτεί τη δημιουργία νέας υποδομής και παρέχει υψηλή παραγωγικότητα. Έτσι, μέχρι το 2000, η ​​τεχνολογία IC είχε ξεπεράσει τη γραμμή των 100 nm (MR) και έγινε νανοτεχνολογία.

Ολοκληρωμένη δομή κυκλώματος: 1- παθητικό (προστατευτικό) στρώμα. 2 - το ανώτερο στρώμα του αγωγού. 3 - διηλεκτρικό στρώμα. 4 - ενδιάμεσες συνδέσεις. 5 - μαξιλάρι επαφής. 6 - τρανζίστορ MOS. 7 - γκοφρέτα πυριτίου (υπόστρωμα).

Κατευθύνσεις ανάπτυξης.Τα IC χωρίζονται σε ψηφιακά και αναλογικά. Το κύριο μερίδιο των ψηφιακών (λογικών) μικροκυκλωμάτων αποτελείται από IC επεξεργαστών και IC μνήμης, τα οποία μπορούν να συνδυαστούν σε ένα κρύσταλλο (τσιπ), σχηματίζοντας ένα "σύστημα-σε-τσιπ". Η πολυπλοκότητα ενός IC χαρακτηρίζεται από τον βαθμό ολοκλήρωσης που καθορίζεται από τον αριθμό των τρανζίστορ σε ένα τσιπ. Μέχρι το 1970, ο βαθμός ενσωμάτωσης των ψηφιακών ICs διπλασιαζόταν κάθε 12 μήνες. Αυτό το μοτίβο (παρατηρήθηκε για πρώτη φορά από τον Αμερικανό επιστήμονα G. Moore το 1965) ονομάστηκε νόμος του Moore. Ο Μουρ διευκρίνισε αργότερα τον νόμο του: ο διπλασιασμός της πολυπλοκότητας των κυκλωμάτων μνήμης συμβαίνει κάθε 18 μήνες και τα κυκλώματα επεξεργαστών - μετά από 24 μήνες. Καθώς ο βαθμός ολοκλήρωσης των IC αυξήθηκε, εισήχθησαν νέοι όροι: μεγάλο IC (LSI, με αριθμό τρανζίστορ έως 10 χιλιάδες), εξαιρετικά μεγάλο (VLSI - έως 1 εκατομμύριο), εξαιρετικά μεγάλο IC (UBIS - up σε 1 δισεκατομμύριο) και το γιγάντιο LSI (GBIS - περισσότερο 1 δις).

Διάκριση μεταξύ ψηφιακών IC σε διπολικά (Bi) και MOS (μέταλλο - οξείδιο - ημιαγωγοί) τρανζίστορ, συμπεριλαμβανομένης της διαμόρφωσης CMOS (συμπληρωματικό MOS, δηλαδή συμπληρωματικά τρανζίστορ p-MOS και w-MOS συνδεδεμένα σε σειρά στην "τροφοδοσία πηγής - ένα σημείο με μηδενικό δυναμικό "), καθώς και BiCMOS (σε διπολικά τρανζίστορ και τρανζίστορ CMOS σε ένα τσιπ).

Η αύξηση του βαθμού ολοκλήρωσης επιτυγχάνεται με τη μείωση του μεγέθους των τρανζίστορ και την αύξηση του μεγέθους του τσιπ. Αυτό μειώνει τον χρόνο μεταγωγής του λογικού στοιχείου. Καθώς το μέγεθος μειώθηκε, μειώθηκε η κατανάλωση ενέργειας και η ενέργεια (χρόνοι ισχύος του χρόνου μεταγωγής) για κάθε λειτουργία μεταγωγής. Μέχρι το 2005, η ταχύτητα του IS βελτιώθηκε κατά 4 τάξεις μεγέθους και έφτασε σε κλάσματα νανοδευτερολέπτου. ο αριθμός των τρανζίστορ σε ένα τσιπ ήταν έως και 100 εκατομμύρια κομμάτια.

Από το 1980, τα ψηφιακά IC CMOS αντιπροσωπεύουν το κύριο μερίδιο (έως και 90%) στην παγκόσμια παραγωγή. Το πλεονέκτημα τέτοιων κυκλωμάτων είναι ότι σε οποιαδήποτε από τις δύο στατικές καταστάσεις ("0" ή "1") ένα από τα τρανζίστορ είναι απενεργοποιημένο και το ρεύμα στο κύκλωμα καθορίζεται από το ρεύμα του τρανζίστορ σε κατάσταση απενεργοποίησης I OFF. . Αυτό σημαίνει ότι εάν το I OFF είναι αμελητέο, το ρεύμα από το τροφοδοτικό καταναλώνεται μόνο στη λειτουργία μεταγωγής και η κατανάλωση ισχύος είναι ανάλογη με τη συχνότητα μεταγωγής και μπορεί να εκτιμηθεί από τον λόγο Ρ Σ ≈C Σ f U 2, όπου C Σ είναι η συνολική χωρητικότητα του φορτίου στην έξοδο του λογικού στοιχείου, N είναι ο αριθμός των λογικών στοιχείων στο τσιπ, f είναι η συχνότητα μεταγωγής, U είναι η τάση τροφοδοσίας. Σχεδόν όλη η κατανάλωση ενέργειας παράγεται ως θερμότητα Joule, η οποία πρέπει να αφαιρεθεί από τον κρύσταλλο. Σε αυτή την περίπτωση, η ισχύς που καταναλώνεται στη στατική λειτουργία προστίθεται στην ισχύ που καταναλώνεται στη λειτουργία μεταγωγής (καθορίζεται από τα ρεύματα I OFF και τα ρεύματα διαρροής). Με τη μείωση του μεγέθους των τρανζίστορ, η στατική ισχύς μπορεί να γίνει συγκρίσιμη με τη δυναμική ισχύ και να φτάσει, κατά σειρά μεγέθους, 1 kW ανά 1 cm 2 του κρυστάλλου. Το πρόβλημα της μεγάλης απελευθέρωσης ενέργειας καθιστά απαραίτητο τον περιορισμό μέγιστη συχνότηταεναλλαγή IC CMOS υψηλής απόδοσης στην περιοχή 1-10 GHz. Ως εκ τούτου, για να αυξηθεί η απόδοση των συστημάτων σε τσιπ, χρησιμοποιούνται πρόσθετες αρχιτεκτονικές (λεγόμενες επεξεργαστές πολλαπλών πυρήνων) και αλγοριθμικές μέθοδοι.

Σε μήκη καναλιού τρανζίστορ MOS της τάξης των 10 nm, τα κβαντικά φαινόμενα αρχίζουν να επηρεάζουν τα χαρακτηριστικά του τρανζίστορ, όπως η διαμήκης κβαντοποίηση (ένα ηλεκτρόνιο διαδίδεται στο κανάλι ως κύμα de Broglie) και η εγκάρσια κβαντοποίηση (λόγω της στενότητας του το κανάλι), απευθείας διοχέτευση ηλεκτρονίων μέσω του καναλιού. Το τελευταίο αποτέλεσμα περιορίζει τις δυνατότητες χρήσης στοιχείων CMOS σε IC, αφού συμβάλλει σε μεγάλο βαθμό στο συνολικό ρεύμα διαρροής. Αυτό γίνεται σημαντικό σε μήκος καναλιού 5 nm. Τα CMOS IC θα αντικατασταθούν από κβαντικές συσκευές, μοριακές ηλεκτρονικές συσκευές κ.λπ.

Τα αναλογικά IC αποτελούν μια ευρεία κατηγορία κυκλωμάτων που εκτελούν τις λειτουργίες ενισχυτών, ταλαντωτών, εξασθενητών, μετατροπέων ψηφιακού σε αναλογικό και αναλογικό σε ψηφιακό, συγκριτές, μετατοπιστές φάσης κ.λπ., συμπεριλαμβανομένων των χαμηλών συχνοτήτων (LF), των υψηλών IC συχνότητας (HF) και μικροκυμάτων (μικροκυμάτων). Τα IC μικροκυμάτων είναι κυκλώματα σχετικά μικρού βαθμού ολοκλήρωσης, τα οποία μπορούν να περιλαμβάνουν όχι μόνο τρανζίστορ, αλλά και επαγωγείς φιλμ, πυκνωτές και αντιστάσεις. Για τη δημιουργία IC μικροκυμάτων, δεν χρησιμοποιείται μόνο η παραδοσιακή τεχνολογία πυριτίου, αλλά και η τεχνολογία των ετεροσυνδέσεων IC που βασίζονται σε στερεά διαλύματα Si - Ge, ενώσεις A III BV (για παράδειγμα, αρσενίδιο γαλλίου και νιτρίδιο, φωσφίδιο του ινδίου), κ.λπ. είναι δυνατό να επιτευχθούν συχνότητες λειτουργίας 10-20 GHz για Si - Ge και 10-50 GHz και υψηλότερες για IC μικροκυμάτων σε συνδέσεις A III BV. Τα αναλογικά IC χρησιμοποιούνται συχνά σε συνδυασμό με αισθητήρες και μικρομηχανικές συσκευές, βιοτσίπ κ.λπ., τα οποία διασφαλίζουν την αλληλεπίδραση μικροηλεκτρονικών συσκευών με τον άνθρωπο και το περιβάλλον και μπορούν να περικλείονται μαζί τους σε ένα πακέτο. Τέτοια σχέδια ονομάζονται multichip ή "systems-in-a-box".

Στο μέλλον, η ανάπτυξη του IS θα οδηγήσει στη συγχώνευση των δύο κατευθύνσεων και στη δημιουργία μικροηλεκτρονικών συσκευών μεγάλης πολυπλοκότητας, που θα περιέχουν ισχυρές υπολογιστικές συσκευές, συστήματα περιβαλλοντικού ελέγχου και μέσα επικοινωνίας με τον άνθρωπο.

Αναμμένο. βλέπε στο Art. Μικροηλεκτρονική.

A. A. Orlikovsky.

Konyaev Ivan Sergeevich, φοιτητής 3ου έτους του Μηχανικού και Τεχνολογικού Ινστιτούτου Armavir (κλάδος) του FSBEI HPE KubGTU, Armavir [προστασία ηλεκτρονικού ταχυδρομείου]

Monogarov Sergei Ivanovich, Υποψήφιος Τεχνικών Επιστημών, Αναπληρωτής Καθηγητής του Τμήματος Εσωτερικού Ηλεκτρικού Εξοπλισμού και Αυτοματισμού του Μηχανο-Τεχνολογικού Ινστιτούτου Armavir (παράρτημα) του FSBEI HPE KubGTU, Armavir [προστασία ηλεκτρονικού ταχυδρομείου]

Αρχές κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων μεγάλης κλίμακας

Σχόλιο. Αυτό το άρθρο είναι αφιερωμένο στις αρχές κατασκευής μεγάλων ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (LSI). Λέξεις-κλειδιά: LSI, ολοκληρωμένο κύκλωμα μεγάλης κλίμακας, βασικοί κρύσταλλοι μήτρας, προγραμματιζόμενες λογικές συσκευές.

Επί του παρόντος, τόσο εξειδικευμένα όσο και καθολικά μικροκυκλώματα διαφόρων βαθμών ολοκλήρωσης χρησιμοποιούνται σε μικροηλεκτρονικό εξοπλισμό. Ταυτόχρονα, υπάρχει μια ορισμένη τάση ευρείας χρήσης ολοκληρωμένων κυκλωμάτων με υψηλό βαθμό ολοκλήρωσης - μεγάλα ολοκληρωμένα κυκλώματα (LSI), τα οποία θα συζητηθούν σε αυτό το άρθρο. Τα καθολικά μικροκυκλώματα παράγονται σε μεγάλες ποσότητες και χρησιμοποιούνται σε μεγάλη γκάμα ηλεκτρονικών συσκευών, ενώ εξειδικευμένα μικροκυκλώματα παράγονται σε περιορισμένες εκδόσεις και έχουν αυστηρά καθορισμένο πεδίο εφαρμογής.Ιδιαίτερα ευρεία εφαρμογή έχουν εξειδικευμένα LSI κατασκευασμένα σε βασικούς κρυστάλλους μήτρας (BMC) και προγραμματιζόμενες λογικές συσκευές (PLD). Μια τόσο ευρεία εφαρμογή οφείλεται στο γεγονός ότι ο αυτοματοποιημένος σχεδιασμός ενός τέτοιου LSI διαρκεί σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα: της τάξης των αρκετών εβδομάδων για το LSI που βασίζεται σε BMC, αρκετών ημερών για το LSI με βάση το PLU. Εξετάστε τις αρχές κατασκευής και παράμετροι βασικών κρυστάλλων μήτρας. Το BMC περιλαμβάνει μια προσχηματισμένη μήτρα βασικών κυττάρων (που βρίσκονται στο κεντρικό τμήμα), καθώς και μια ομάδα ρυθμιστικών κυττάρων, τα οποία βρίσκονται κατά μήκος της περιφέρειας του κρυστάλλου (Εικ. 1) Με τη σειρά τους, τα κύτταρα περιλαμβάνουν ομάδες μη συνδεδεμένων στοιχείων (τρανζίστορ, πυκνωτές, αντιστάσεις) και τμήματα λεωφορείων ημιαγωγών που έχουν σχεδιαστεί για την υλοποίηση διασταυρούμενων ηλεκτρικών συνδέσεων. Από τα στοιχεία των κυψελών με τη βοήθεια ηλεκτρικών συνδέσεων με τη μορφή μετάλλου (αγωγού) και λεωφορείων ημιαγωγών, διάφορα λειτουργικά στοιχεία (ενεργοποιητές, μετρητές, καταχωρητές κ.λπ.), στοιχεία buffer, καθώς και συνδέσεις μεταξύ τους.

Α) β) γ) Εικόνα 1 - Τυπικές δομές του BMC: α) με μια συνεχή σειρά ομοιογενών κυττάρων. β) με μια σειρά ομοιογενών κυψελών ή μακροκυψελών που χωρίζονται από κάθετα και οριζόντια κανάλια για αγωγούς. γ) με μια σειρά από ετερογενή κύτταρα χωρισμένα με οριζόντια κανάλια · 1 - μήτρα κυττάρων βάσης. 2 - μήτρα ρυθμιστικών κυττάρων. 3,5,8 - κύτταρα μήτρας, 4,7,10 - ρυθμιστικά κύτταρα, 6,9 - μακροκύτταρα. 11.12 - οριζόντια κανάλια. 13 - κάθετα κανάλια

V αυτός ο τύποςΤο LSI, κατά κανόνα, τα κύρια λειτουργικά στοιχεία καταναλώνουν μικρή ποσότητα ενέργειας, αρκετή για να παρέχει την απαιτούμενη ταχύτητα. Με τη σειρά τους, τα ρυθμιστικά στοιχεία που πραγματοποιούν εξωτερικές συνδέσεις της μήτρας LSI καταναλώνουν μεγαλύτερη ισχύ, η οποία οφείλεται στην ανάγκη αντιστοίχισης των λογικών επιπέδων τάσης μιας συγκεκριμένης τιμής, της χωρητικότητας φόρτωσης και της ασυλίας θορύβου. Τα κύτταρα περιλαμβάνουν μια μεγάλη ποικιλία ενεργών και παθητικών στοιχείων. Ταυτόχρονα, απαιτήσεις επαρκώς υψηλής ακρίβειας και σταθερότητας επιβάλλονται στις παραμέτρους των παθητικών στοιχείων. Η σύνθεση του BMK, που προορίζεται για την κατασκευή αναλογικών-ψηφιακών LSI, περιλαμβάνει συνήθως δύο μήτρες κυψελών, για το σχηματισμό αναλογικών και ψηφιακών συσκευών, αντίστοιχα. Βασικοί κρύσταλλοι μήτρας για ψηφιακό και αναλογικό LSI σχηματίζονται με βάση διπολικά τρανζίστορ και τρανζίστορ εφέ πεδίουμε μονωμένο κλείστρο. Σε αναλογικούς LSI, χρησιμοποιούνται ευρέως διπολικά τρανζίστορ με υψηλή απότομη τάση ρεύματος διέλευσης. Με τη σειρά τους, η μήτρα μπορεί να αποτελείται από ομοιογενή ή ανομοιογενή κύτταρα. Στο BMK, που προορίζεται για την εφαρμογή ψηφιακών LSI με χαμηλό βαθμό ολοκλήρωσης (περίπου 1000 λογικά στοιχεία), χρησιμοποιούνται ομοιογενή κύτταρα, ενώ για ψηφιακά LSI με υψηλό βαθμό ολοκλήρωσης (περίπου 10.000 λογικά στοιχεία) και ψηφιακά σε αναλογικά LSIs - μήτρες με ανομοιογενή κύτταρα. Χρησιμοποιούνται δύο μέθοδοι οργάνωσης των κελιών της μήτρας BMC: 1. Με βάση τα στοιχεία κελιών, μπορεί να σχηματιστεί ένα βασικό λογικό στοιχείο, εκτελώντας στοιχειώδης λειτουργία (ΟΧΙ, ΙΝΕ, Ή ΜΕ διακλάδωση μέσα και έξω). Για την εφαρμογή πιο πολύπλοκων συναρτήσεων, χρησιμοποιούνται πολλά κελιά. Ο αριθμός, οι τύποι και οι παράμετροι των στοιχείων καθορίζονται από το ηλεκτρικό κύκλωμα του βασικού λογικού στοιχείου 2. Κάθε λειτουργικό στοιχείο της βιβλιοθήκης μπορεί να διαμορφωθεί με βάση τα στοιχεία κυψέλης. Οι τύποι των στοιχείων και ο αριθμός τους καθορίζονται από το ηλεκτρικό κύκλωμα του πιο πολύπλοκου λειτουργικού στοιχείου.Με την πρώτη μέθοδο κατασκευής κυψελών, μπορείτε να πάρετε έναν αρκετά υψηλό συντελεστή χρήσης τους στη μήτρα, τον συντελεστή χρήσης της περιοχής BMC και, κατά συνέπεια, αυξημένο βαθμό ολοκλήρωσης LSI. Με τη δεύτερη μέθοδο κατασκευής των κυψελών του BMK, ο σχεδιασμός του LSI με τη βοήθεια υπολογιστή απλοποιείται, αφού τα καθίσματα του ίδιου σχήματος και μεγέθους των κελιών είναι προκαθορισμένα. Ωστόσο, εάν ο σχεδιασμένος LSI χρησιμοποιεί πολλά απλά λειτουργικά στοιχεία της βιβλιοθήκης με χαμηλό συντελεστή αξιοποίησης στοιχείων κυψέλης, ο συντελεστής χρήσης της περιοχής κρυστάλλου μειώνεται, πράγμα που σημαίνει το βαθμό ολοκλήρωσης των ελαστικών LSI. Οι ράβδοι ισχύος και γείωσης είναι συνήθως κατασκευασμένοι από αλουμίνιο, το οποίο έχει χαμηλή αντίσταση. Κραματοειδείς δίαυλοι ημιαγωγών με αυξημένη αντίσταση χρησιμοποιούνται κυρίως για την υλοποίηση βραχυκυκλωμάτων σήματος χαμηλού ρεύματος. Η μεταλλοποίηση μονής και πολυεπίπεδης χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ηλεκτρικών συνδέσεων μεταξύ των στοιχείων. Στο τέλος του σχεδιασμού, το σύνολο των παραμέτρων και των χαρακτηριστικών του BMK πρέπει να είναι αρκετά πλήρες για τον καταναλωτή. Οι τυπικές παράμετροι και χαρακτηριστικά του BMC περιλαμβάνουν: 1. τεχνολογία κατασκευής, 2. αριθμό κυψελών σε έναν κρύσταλλο, 3. δομή (σύνολο στοιχείων) μιας κυψέλης, 4. όνομα, τυπικές ηλεκτρικές παράμετροι, κυκλώματα και θραύσματα τυπικών λειτουργικών στοιχείων που σχηματίζονται βάσει στοιχείων κυψέλης · 5. παράμετροι στοιχείων εισόδου / εξόδου · 6. αριθμός περιφερειακών μαξιλαριών επαφής · 7. απαιτήσεις για την παροχή ρεύματος · 8. ενδείξεις για τη θέση και τη χρήση των μαξιλαριών επαφής για κυκλώματα ισχύος και γείωσης κ.λπ. .; Το BMK μπορεί να χρησιμεύσει ως βάση για ψηφιακά, αναλογικά, ψηφιακά σε αναλογικά και αναλογικά ψηφιακά μεγάλα ολοκληρωμένα κυκλώματα. Ταυτόχρονα, το σύνολο των στοιχείων BMK που προορίζονται για χρήση σε αναλογικά LSI καθιστά δυνατή τη διαμόρφωση ενισχυτών, συγκριτών, αναλογικών ψηφιακών διακοπτών και άλλων συσκευών. Όχι πολύ καιρό πριν, η κύρια εφαρμογή του BMK ήταν η τεχνολογία υπολογιστών και τα συστήματα ελέγχου διεργασιών. Ορισμένα BMK, για παράδειγμα T34VG1 (КА1515ХМ1216), χρησιμοποιήθηκαν σε σοβιετικούς κλώνους του υπολογιστή ZX Spectrum ως χειριστήριο εξωτερικές συσκευές... Ένα ανάλογο του BMK είναι το μικροκύκλωμα ULA στους υπολογιστές Sinclair. Επί του παρόντος, τα BMK έχουν αντικατασταθεί στις περισσότερες εφαρμογές από FPGA (programmable logic integrated circuit - σημείωση συγγραφέα), τα οποία δεν απαιτούν εργοστασιακή διαδικασία παραγωγής για προγραμματισμό και μπορούν να επαναπρογραμματιστούν. Στη συνέχεια, θα εξετάσουμε προγραμματιζόμενες λογικές συστοιχίες. Οι προγραμματιζόμενες λογικές συσκευές έχουν δομή μήτρας και οργάνωση διαύλου στοιχείων (κάθε στοιχείο συνδέεται με κάθετους και οριζόντιους διαύλους). Το PLU χρησιμοποιεί προγραμματιζόμενες μήτρες AND, OR και τους συνδυασμούς τους: μη προγραμματιζόμενα AND - προγραμματιζόμενα OR, προγραμματιζόμενα AND - μη προγραμματιζόμενα OR, προγραμματιζόμενα AND - προγραμματιζόμενα OR. Υπάρχουν δύο τύποι προγραμματιζόμενων λογικών συσκευών:

προγραμματιζόμενη στις συνθήκες παραγωγής εξειδικευμένων LSI που βασίζονται σε ημιτελείς κρυστάλλους χρησιμοποιώντας μία προσαρμοσμένη φωτομάσκα χρησιμοποιώντας τεχνολογία παρόμοια με την τεχνολογία κατασκευής μήτρας LSI ·

κατασκευαστής υλικού προγραμματιζόμενου από καταναλωτές με "φόρτωση" (εισαγωγή πληροφοριών) εσωτερικών μητρώων ή με φυσικό αντίκτυπο σε μεμονωμένα στοιχεία μήτρας (καύση μέσω βραχυκυκλωτήρων, διάσπαση διόδων, αλλαγή τρόπου λειτουργίας συσκευών ημιαγωγών). χρήση αυτόματων προγραμματιστών. Στην πράξη, τέτοιες ποικιλίες χρησιμοποιούνται ευρέως οι PLU ως προγραμματιζόμενες λογικές μήτρες (PLM) και προγραμματιζόμενες μνήμες μόνο για ανάγνωση (EPROM). Η χρήση του PLM σας επιτρέπει να μειώσετε τον αριθμό των λογικών στοιχείων και συνδέσεων σε λογικές συσκευές, κάτι που είναι ιδιαίτερα σημαντικό για κανονικές δομές που εφαρμόζονται σε κρυστάλλοι BIS. Έχουν αναπτυχθεί και χρησιμοποιηθούν εφάπαξ προγραμματιζόμενα PLM και πολλαπλά προγραμματιζόμενα –προγραμματιζόμενα PLM (RPLM). Αναπτύσσονται μέθοδοι για το σχεδιασμό και την παραγωγή LSI μήτρας με ανακατασκευασμένες συνδέσεις (MaBISRS) και με προγραμματιζόμενη αρχιτεκτονική (MaBISPA) - υποσυστήματα σε πλάκες. Ο προγραμματισμός χρησιμοποιώντας μάσκες (φωτομάσκες) για μεταλλοποίηση ή παράθυρα επαφής σε οξείδιο χρησιμοποιείται ευρέως σε PLM με βάση διπολικά τρανζίστορ και δίοδοι. Το σχήμα 2 δείχνει το διάγραμμα σύνδεσης των στοιχείων σε μια δίοδο PLM. Τα σήματα εισόδου θετικής πολικότητας εφαρμόζονται στις εισόδους a –e, τα προϊόντα M0 - M2 αφαιρούνται από τις αντιστάσεις φορτίου R. Τα πλεονεκτήματα των μήτρων διόδου είναι η απλότητα και η μικρή επιφάνεια στο τσιπ και το μειονέκτημα είναι τα σημαντικά ρεύματα που καταναλώνονται στη μήτρα είσοδοι Η χρήση τρανζίστορ πολλαπλών εκπομπών αντί για διόδους επιτρέπει τη σημαντική μείωση των ρευμάτων εισόδου (κατά ένα συντελεστή BN, το BN είναι ο κανονικός λόγος μεταφοράς ρεύματος του τρανζίστορ) και η αύξηση της ταχύτητας του PLM. Το σχήμα 3 δείχνει ένα διάγραμμα ενός τμήματος ενός PLM σε διπολικά τρανζίστορ πολλαπλών εκπομπών.Οι μήτρες που βασίζονται σε τρανζίστορ MOS παρέχουν την υψηλότερη πυκνότητα διάταξης στοιχείων, έχουν την ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας, αλλά είναι κατώτερες σε ταχύτητα από τις μήτρες σε διπολικά τρανζίστορ. Το πλεονέκτημα των PLM με προγραμματισμό μάσκας είναι μια μικρή περιοχή και υψηλή αξιοπιστία, η οποία οδήγησε στην ευρεία χρήση τους ως μέρος εξειδικευμένων και μικροεπεξεργαστών LSI. Τέτοια PLM προγραμματίζονται μία φορά από τον κατασκευαστή κατά την παραγωγή του μικροκυκλώματος, γεγονός που περιορίζει το πεδίο εφαρμογής τους.Τα ηλεκτρικά προγραμματιζόμενα PLM έχουν μεγαλύτερη ευελιξία, ειδικά όταν χρησιμοποιούνται σε περιφερειακές συσκευές, ο "συντονισμός" των οποίων εκτελείται για την υλοποίηση των καθορισμένων λειτουργιών από τον χρήστη.

Εικόνα 2 - Ένα κομμάτι μιας διόδου PLM

Εικόνα 3 - Θραύσμα PLM σε BT

Το σχήμα 4 δείχνει τα πιο κοινά στοιχεία μήτρας ηλεκτρικού προγραμματισμού. Ο προγραμματισμός πραγματοποιείται με τήξη των βραχυκυκλωτήρων (συνήθως nichrome ή polysilicon) ή με διάσπαση διόδων (διασταυρώσεις pn ή φράγματα Schottky).

Εικόνα 4 - Στοιχεία PLM με ηλεκτρικό προγραμματισμό

Οι βραχυκυκλωτήρες έχουν αντίσταση περίπου 10 Ohm και λιώνουν (ανοίγουν) όταν διέρχεται από αυτούς ένας παλμός ρεύματος, το πλάτος του οποίου είναι πολύ μεγαλύτερο από το πλάτος του ρεύματος ανάγνωσης. Για την καταστροφή βραχυκυκλωμάτων νιχρώματος ή πολυπυριτίου, αρκεί ένα ρεύμα 20 ... 50 mA. ο χρόνος τήξης είναι 10 ... 200 ms. Οι διόδους σπάνε (βραχυκύκλωμα) όταν εφαρμόζεται ένας παλμός αντίστροφης τάσης από μια πηγή με μικρή εσωτερική αντίσταση, η οποία δίνει ένα επαρκές ρεύμα (200 ... 300 mA). Αυτό προκαλεί χιονοστιβάδα και θερμική διάσπαση των συνδέσεων pn (φράγμα Schottky) και μετανάστευση σωματιδίων μετάλλου στον ημιαγωγό με το σχηματισμό μιας αξιόπιστης επαφής χαμηλής αντίστασης (διακεκομμένες γραμμές στο Σχ. 4). Χρόνος σχηματισμού κυκλώματος 0,02 ... 0,05 ms Για ηλεκτρικό προγραμματισμό και έλεγχο PLM ειδικές εγκαταστάσειςελέγχεται από υπολογιστές. Οι αρχικές πληροφορίες για τον προγραμματισμό και τον έλεγχο είναι: πίνακας αλήθειας, σημάδι καταγραφής εξουθένωσης (ανάλυσης). ένα ή μηδενικό (ανάλογα με τις αρχικές πληροφορίες του μη προγραμματισμένου PLM)· παράμετροι των παλμών προγραμματισμού Το πρόγραμμα ελέγχου απαριθμεί τις διευθύνσεις στις εισόδους από 00 ... 0 έως 11 ... 1. Οι τάσεις τροφοδοσίας εφαρμόζονται στο PLM και εάν υπάρχουν σημάδια προγραμματισμού στις αρχικές πληροφορίες, ένας παλμός εξουθένωσης (βλάβης). Μετά τον προγραμματισμό, πραγματοποιείται έλεγχος και εκτυπώνεται το αποτέλεσμα του ελέγχου που δείχνει την σύμπτωση (μη σύμπτωση) με τον πίνακα αλήθειας. συσκευές υπολογιστώνκάρτες επέκτασης στο σύστημα Plug and Play, οι οποίες διαθέτουν ειδικό τσιπ FPGA. Επιτρέπει στην πλακέτα να επικοινωνήσει το αναγνωριστικό της και τη λίστα των απαιτούμενων και υποστηριζόμενων πόρων Για τη δημιουργία VLSI (υπερμεγάλων ολοκληρωμένων κυκλωμάτων) και υποσυστημάτων σε πλακίδια, χρησιμοποιούνται κανονικές δομές (Εικ. 5) με μήτρα κυψελών αρκετά μεγάλου βαθμού της ενσωμάτωσης. Ο προγραμματισμός των στοιχείων σύνδεσης γίνεται με δημιουργία ή παραβίασή τους.

Εικόνα 5 - Θραύσμα LSI με ανακατασκευασμένες συνδέσεις

Οι ανακατασκευασμένοι πίνακες LSI συνήθως κατασκευάζονται με βάση τρανζίστορ CMOS, που χαρακτηρίζονται από τη χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας. Όλοι οι τύποι βραχυκυκλωτήρων ισχύουν για τέτοιου είδους τρανζίστορ. Οι επαφές μεταξύ συνδετικών αγωγών διαφορετικών επιπέδων προγραμματίζονται από μια δέσμη λέιζερ (το διηλεκτρικό λιώνει), μερικές συνδέσεις κόβονται. Η ανακατασκευή λέιζερ υπό έλεγχο από έναν υπολογιστή διαρκεί περίπου 1 ώρα. Τέτοια μικροσυστήματα μπορούν να περιέχουν έως και 100 εκατομμύρια τρανζίστορ. Η πυκνότητα η διάταξη για VLSI με ελάχιστο μέγεθος στοιχείου 0,5 ... 2 μικρά φτάνει τα 20 χιλιάδες τρανζίστορ ανά τετραγωνικό χιλιοστό. Επί του παρόντος, υπάρχουν στοιχεία μνήμης που διατηρούν πληροφορίες όταν η τάση τροφοδοσίας είναι απενεργοποιημένη, η οποία σας επιτρέπει να δημιουργήσετε PLM με διαγραφή και επανεγγραφή των εφαρμοζόμενων συναρτήσεων - προγραμματιζόμενες λογικές μήτρες (RPLM) MOSFET με πλωτή πύλη και έγχυση χιονοστιβάδας (Εικ. 6). Η δομή ενός τέτοιου τρανζίστορ είναι παρόμοια με ένα συμβατικό τρανζίστορ MOS πύλης πολυπυριτίου, το οποίο δεν είναι γαλβανικά συνδεδεμένο με το υπόλοιπο κύκλωμα. Στην αρχική κατάσταση, το τρανζίστορ δεν μεταφέρει ρεύμα (βλ. Εικ. 6, α). Μια αρκετά μεγάλη τάση (περίπου 50 V) εφαρμόζεται μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης του τρανζίστορ για μια μετάβαση σε μια αγώγιμη κατάσταση (καταγραφή) για περίπου 5 ms. Αυτό προκαλεί διάσπαση χιονοστιβάδας της σύνδεσης pn πηγής (αποστράγγιση) και έγχυση ηλεκτρονίων στην πύλη πολυπυριτίου. Ένα φορτίο, περίπου ίσο με 107 C / cm2, που συλλαμβάνεται από την πύλη (βλ. Εικ. 6, β), προκαλεί ένα κανάλι που συνδέει την πηγή και την αποστράγγιση και μπορεί να παραμείνει για μεγάλο χρονικό διάστημα (10 ... 100 χρόνια) μετά την Η τάση αφαιρείται, καθώς η πύλη περιβάλλεται από ένα στρώμα οξειδίου. Οι πληροφορίες διαγράφονται με ακτινοβολία με υπεριώδεις ακτίνες με ενέργεια επαρκή για να εκκενώσει τα ηλεκτρόνια από την πύλη και να τα μεταφέρει στο υπόστρωμα (Εικ. 6). Η διαγραφή μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί με ιονισμό, για παράδειγμα ακτινοβολία ακτίνων Χ. Η ανάγνωση πληροφοριών από τη μήτρα πραγματοποιείται εφαρμόζοντας τάση τροφοδοσίας 5 ... 15 V και παρακολουθώντας το ρεύμα που ρέει μέσω του τρανζίστορ. Για να οργανώσετε μια επιλογή ορισμένων κυψελών της μήτρας (βλ. Εικ. 6, γ) σε σειρά με τρανζίστορ με πλωτή πύλη περιλαμβάνουν συμβατικά τρανζίστορ MOS.

Εικ. 6 PLM σε τρανζίστορ MOS με αιωρούμενη πύλη: α) απενεργοποιημένο (σβησμένο) τρανζίστορ αποθήκευσης· β) ενεργοποιημένο τρανζίστορ αποθήκευσης· γ) θραύσμα της μήτρας (TV τρανζίστορ δειγματοληψίας, τρανζίστορ αποθήκευσης Tz)· 1 - πηγή. 2 - πλωτό κλείστρο από πολυκρυσταλλικό πυρίτιο. 3 - απόθεμα? 4 - ενέσιμο φορτίο. 5 - περιοχή εξάντλησης

Μαζί με τα LSI με ανακατασκευασμένες συνδέσεις, αναπτύσσεται μια κατεύθυνση που σχετίζεται με τη δημιουργία LSI και VLSI με προγραμματιζόμενη αρχιτεκτονική και που εκτελούνται με τη μορφή υποσυστημάτων σε wafers. Η αναδόμηση της αρχιτεκτονικής του υποσυστήματος πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας ενσωματωμένα στοιχεία εναλλαγής με μνήμη. Επιπλέον, τα στοιχεία μνήμης μπορούν να εκτελεστούν τόσο σε τυπικά τρανζίστορ MOS ή CMOS, όσο και σε τρανζίστορ με έγχυση χιονοστιβάδας.Το Σχήμα 7 δείχνει ένα μπλοκ διάγραμμα μιας μήτρας LSI με προγραμματιζόμενη αρχιτεκτονική. Ο δίαυλος ελέγχου (ШУ) χρησιμοποιείται για την εγγραφή κωδικών για τη ρύθμιση (προγραμματισμό) της αρχιτεκτονικής του υποσυστήματος για μια συγκεκριμένη εργασία στα μπλοκ της κατανεμημένης μνήμης (P). Τα μπλοκ αποφάσεων της μήτρας (Μ) διασυνδέονται με κατανεμημένους διακόπτες (Κ) μέσω του διαύλου μεταγωγής (BC).

Εικόνα 7 - Διάγραμμα μπλοκ ενός πίνακα LSI με προγραμματιζόμενη αρχιτεκτονική

Η χρήση του VLSI με προγραμματιζόμενη αρχιτεκτονική επιτρέπει την απόκτηση μιας πολύ υψηλής πυκνότητας συσκευασίας, για την αυτοματοποίηση της διαδικασίας συναρμολόγησης.

Σύνδεσμοι σε πηγές 1. Εκπαιδευτικός ιστότοπος www.studfiles.ru URL: http://www.studfiles.ru/dir/cat39/subj1381/file15398/view155035/page2.html 2. Δωρεάν εγκυκλοπαίδεια Wikipedia URL: http://ru. wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%9C%D0%9A3 Δωρεάν URL εγκυκλοπαίδειας Wikipedia: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%9B%D0%98%D0% Α'1

Konyaev Ivan Sergeyevich, 3ος φοιτητής του Ινστιτούτου Μηχανικής και Τεχνολογίας του Armavir (κλάδος) Κρατικό Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Κουμπάν, Armavir Monogarov Sergey Ivanovich, Υποψήφιος Τεχνικών Επιστημών, Αναπληρωτής Καθηγητής ηλεκτρικού εξοπλισμού και αυτοματισμού φυτών, Ινστιτούτο Μηχανικής και Τεχνολογίας Armavir (κλάδος ) Κρατικό Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Κουμπάν, Αρμάβιρ Αρχές κατασκευής ολοκληρωμένων συστημάτων μεγάλης κλίμακας Περίληψη: Αυτό το άρθρο εστιάζει στην έρευνα των αρχών της κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων μεγάλης κλίμακας (LSI). Λέξεις κλειδιά: BIS, ένα μεγάλο ολοκληρωμένο κύκλωμα, κρύσταλλοι βάσης, προγραμματιζόμενη λογική συσκευές.

Μεγάλο ολοκληρωμένο κύκλωμα

Σύγχρονα ολοκληρωμένα κυκλώματα σχεδιασμένα για τοποθέτηση στην επιφάνεια.

Σοβιετικά και ξένα ψηφιακά μικροκυκλώματα.

Αναπόσπαστο(αγγλ. Ολοκληρωμένο κύκλωμα, IC, μικροκύκλωμα, μικροτσίπ, τσιπ πυριτίου ή τσιπ), ( μικρο)σχέδιο (IS, IC, m / sh), πατατακι, μικροτσίπ(αγγλ. πατατακι- τσιπ, τσιπ, τσιπ) - μικροηλεκτρονική συσκευή - ηλεκτρονικό κύκλωμα αυθαίρετης πολυπλοκότητας, κατασκευασμένο σε κρύσταλλο (ή φιλμ) ημιαγωγών και τοποθετημένο σε μη διαχωρίσιμη θήκη. Συχνά κάτω από ενσωματωμένο κύκλωμα(IC) νοείται ως ένας ίδιος ο κρύσταλλος ή ένα φιλμ με ηλεκτρονικό κύκλωμα, και από μικροκύκλωμα(MS) - ΕΙΝΑΙ κλειστό σε θήκη. Ταυτόχρονα, η έκφραση "εξαρτήματα τσιπ" σημαίνει "εξαρτήματα για τοποθέτηση στην επιφάνεια" σε αντίθεση με τα συστατικά για την παραδοσιακή συγκόλληση σε οπές στον πίνακα. Επομένως, είναι πιο σωστό να λέμε "τσιπ μικροκύκλωμα", δηλαδή μικροκύκλωμα για επιφανειακή τοποθέτηση. V επί του παρόντος(έτος) τα περισσότερα μικροκυκλώματα κατασκευάζονται σε συσκευασίες για επιφανειακή τοποθέτηση.

Ιστορία

Η εφεύρεση των μικροκυκλωμάτων ξεκίνησε με τη μελέτη των ιδιοτήτων των λεπτών μεμβρανών οξειδίου, που εκδηλώθηκαν με την επίδραση της κακής ηλεκτρικής αγωγιμότητας σε χαμηλές ηλεκτρικές τάσεις. Το πρόβλημα ήταν ότι δεν υπήρχε ηλεκτρική επαφή στο σημείο επαφής των δύο μετάλλων, ή είχε πολικές ιδιότητες. Οι βαθιές μελέτες αυτού του φαινομένου οδήγησαν στην ανακάλυψη διόδων και αργότερα τρανζίστορ και ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.

Επίπεδα σχεδίασης

• Φυσική - μέθοδοι εφαρμογής ενός τρανζίστορ (ή μιας μικρής ομάδας) με τη μορφή ντοπαρισμένων ζωνών σε έναν κρύσταλλο.
• Ηλεκτρική - αρχή ηλεκτρικό κύκλωμα(τρανζίστορ, πυκνωτές, αντιστάσεις κ.λπ.).
• Λογική-ένα λογικό κύκλωμα (λογικοί μετατροπείς, στοιχεία OR-NOT, AND-NOT, κ.λπ.).
• Επίπεδο μηχανικής κυκλωμάτων και συστημάτων - κυκλώματα μηχανικής κυκλώματος και συστήματος (ενεργοποιητές, συγκριτές, κωδικοποιητές, αποκωδικοποιητές, ALU, κ.λπ.).
• Τοπολογικές - τοπολογικές φωτομάσκες για παραγωγή.
• Επίπεδο λογισμικού (για μικροελεγκτές και μικροεπεξεργαστές) - οδηγίες συναρμολόγησης για τον προγραμματιστή.

Επί του παρόντος, τα περισσότερα από τα ολοκληρωμένα κυκλώματα αναπτύσσονται χρησιμοποιώντας συστήματα CAD, τα οποία μπορούν να αυτοματοποιήσουν και να επιταχύνουν σημαντικά τη διαδικασία λήψης τοπολογικών φωτομάσκας.

Ταξινόμηση

Πτυχίο ένταξης

Ραντεβού

Ένα ενσωματωμένο μικροκύκλωμα μπορεί να έχει μια πλήρη, όσο περίπλοκη, λειτουργικότητα - έως έναν ολόκληρο μικροϋπολογιστή (μικροϋπολογιστής με ένα τσιπ).

Αναλογικά κυκλώματα

• Γεννήτριες σημάτων
• Αναλογικοί πολλαπλασιαστές
• Αναλογικοί εξασθενητές και μεταβλητοί ενισχυτές
• Σταθεροποιητές τροφοδοσίας
• Ελέγξτε τα IC για εναλλαγή τροφοδοτικών
• Μετατροπείς σημάτων
• Κυκλώματα συγχρονισμού
• Διάφοροι αισθητήρες (θερμοκρασία, κλπ.)

Ψηφιακά κυκλώματα

• Λογικές πύλες
• Μετατροπείς buffer
• Μονάδες μνήμης
• (Μικρο) επεξεργαστές (συμπεριλαμβανομένης της CPU στον υπολογιστή)
• Μικροϋπολογιστές ενός τσιπ
• FPGA - Προγραμματιζόμενα λογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα

Τα ψηφιακά ολοκληρωμένα κυκλώματα έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα αναλογικά:

• Μειωμένη κατανάλωση ενέργειαςσχετίζεται με τη χρήση παλμικών ηλεκτρικών σημάτων στα ψηφιακά ηλεκτρονικά. Κατά τη λήψη και τη μετατροπή τέτοιων σημάτων, τα ενεργά στοιχεία των ηλεκτρονικών συσκευών (τρανζίστορ) λειτουργούν σε λειτουργία "κλειδιού", δηλαδή το τρανζίστορ είναι είτε "ανοιχτό" - που αντιστοιχεί σε σήμα υψηλού επιπέδου (1), ή "κλειστό " - (0), στην πρώτη περίπτωση ενεργοποίησης δεν υπάρχει πτώση τάσης στο τρανζίστορ, στη δεύτερη - δεν ρέει ρεύμα μέσα από αυτό. Και στις δύο περιπτώσεις, η κατανάλωση ενέργειας είναι κοντά στο μηδέν, σε αντίθεση με τις αναλογικές συσκευές, στις οποίες τα τρανζίστορ βρίσκονται τις περισσότερες φορές σε ενδιάμεση (αντίσταση) κατάσταση.
• Υψηλή ασυλία θορύβουΟι ψηφιακές συσκευές συνδέονται με μεγάλη διαφορά μεταξύ σημάτων υψηλών (για παράδειγμα, 2,5 - 5 V) και χαμηλού (0 - 0,5 V) επιπέδου. Ένα σφάλμα είναι δυνατό με τέτοιες παρεμβολές, όταν ένα υψηλό επίπεδο γίνεται αντιληπτό ως χαμηλό και αντίστροφα, κάτι που είναι απίθανο. Άλλωστε, στο ψηφιακές συσκευέςείναι δυνατή η χρήση ειδικών κωδικών για τη διόρθωση σφαλμάτων.
• Η μεγάλη διαφορά μεταξύ σημάτων υψηλού και χαμηλού επιπέδου και ένα αρκετά μεγάλο διάστημα των επιτρεπόμενων αλλαγών τους καθιστούν τον ψηφιακό εξοπλισμό αναίσθητοςστην αναπόφευκτη διασπορά των παραμέτρων των στοιχείων στην ολοκληρωμένη τεχνολογία, εξαλείφει την ανάγκη επιλογής και διαμόρφωσης ψηφιακών συσκευών.