מעגל משולב. היסטוריה של המצאות וייצור

ספריה טכנית בחינם

היסטוריה של טכנולוגיה, טכנולוגיה, אובייקטים מסביב לנו
ספרייה חינם / מדריך / ההיסטוריה של הטכנולוגיה, הטכנולוגיה, החפצים סביבנו

מעגל משולב. היסטוריה של המצאות וייצור

ההיסטוריה של הטכנולוגיה, הטכנולוגיה, החפצים סביבנו

מדריך / ההיסטוריה של הטכנולוגיה, הטכנולוגיה, החפצים סביבנו

הערות למאמר

מעגל משולב (מיקרו) (IC, IC, m/s, מעגל משולב אנגלי, IC, מיקרו-מעגל), שבב, מיקרו-שבב (מיקרו-שבב אנגלי, שבב סיליקון, שבב - צלחת דקה - המונח התייחס במקור לצלחת של גביש מיקרו-מעגל ) - מכשיר מיקרואלקטרוני - מעגל אלקטרוני בעל מורכבות שרירותית (גביש), המיוצר על מצע מוליכים למחצה (צלחת או סרט) וממוקם במארז שאינו ניתן להפרדה, או בלעדיו, אם הוא כלול במכלול המיקרו.

מעגל משולב

מיקרואלקטרוניקה היא ההישג המשמעותי ביותר וכפי שרבים מאמינים, ההישג המדעי והטכנולוגי החשוב ביותר של זמננו. ניתן להשוות זאת לנקודות מפנה בתולדות הטכנולוגיה כמו המצאת הדפוס במאה ה-XNUMX, יצירת מנוע הקיטור במאה ה-XNUMX ופיתוח הנדסת החשמל במאה ה-XNUMX. וכשהיום מדובר במהפכה המדעית והטכנולוגית, הכוונה היא בעיקר למיקרואלקטרוניקה. כמו שום הישג טכני אחר בימינו, הוא מחלחל לכל תחומי החיים והופך מציאות למה שפשוט אי אפשר היה לדמיין אתמול. כדי להשתכנע בכך, מספיק לחשוב על מחשבוני כיס, מכשירי רדיו מיניאטוריים, בקרות אלקטרוניות במכשירי חשמל ביתיים, שעונים, מחשבים ומחשבים הניתנים לתכנות. וזה רק חלק קטן מהיקפו!

מיקרואלקטרוניקה חייבת את מקורה ואת עצם קיומה ליצירת אלמנט אלקטרוני תת-מיניאטורי חדש - מיקרו-מעגל משולב. המראה של מעגלים אלה, למעשה, לא היה סוג של המצאה חדשה ביסודה - היא נבעה ישירות מההיגיון של פיתוח התקני מוליכים למחצה. בתחילה, כאשר אלמנטים מוליכים למחצה רק נכנסו לחיים, כל טרנזיסטור, נגד או דיודה שימשו בנפרד, כלומר, הוא היה סגור במארז הפרטי שלו ונכלל במעגל באמצעות המגעים האישיים שלו. זה נעשה אפילו באותם מקרים בהם היה צורך להרכיב מעגלים דומים רבים מאותם אלמנטים.

בהדרגה הגיעה ההבנה שזה יותר רציונלי לא להרכיב מכשירים כאלה מאלמנטים נפרדים, אלא לייצר אותם מיד על שבב אחד משותף, במיוחד מכיוון שהאלקטרוניקה מוליכים למחצה יצרה את כל התנאים המוקדמים לכך. למעשה, כל האלמנטים המוליכים למחצה דומים מאוד במבנה שלהם זה לזה, בעלי אותו עיקרון פעולה ונבדלים רק בסידור ההדדי של אזורי pn.

אזורי pn אלה, כזכור, נוצרים על ידי החדרת זיהומים מאותו סוג לשכבת פני השטח של גביש מוליכים למחצה. יתר על כן, אמין ומכל נקודות המבט, פעולה משביעת רצון של הרוב המכריע של אלמנטים מוליכים למחצה מסופקת עם עובי של שכבת העבודה של פני השטח של אלפיות המילימטר. הטרנזיסטורים הקטנים ביותר משתמשים בדרך כלל רק בשכבה העליונה של גביש מוליכים למחצה, שהיא רק 1% מהעובי שלו. 99% הנותרים פועלים כנשא או מצע, שכן ללא מצע, הטרנזיסטור יכול פשוט להתמוטט במגע הקל ביותר. לכן, באמצעות הטכנולוגיה המשמשת לייצור רכיבים אלקטרוניים בודדים, ניתן ליצור באופן מיידי מעגל שלם מכמה עשרות, מאות ואף אלפי רכיבים כאלה על גבי שבב בודד.

התועלת מכך תהיה עצומה. ראשית, העלויות יפחתו באופן מיידי (עלות המיקרו-מעגל היא בדרך כלל פחותה פי מאות מהעלות הכוללת של כל האלמנטים האלקטרוניים של מרכיביו). שנית, מכשיר כזה יהיה הרבה יותר אמין (כפי שמראה הניסיון, אלפי ועשרות אלפי פעמים), ויש לכך חשיבות עצומה, שכן פתרון תקלות במעגל של עשרות או מאות אלפי רכיבים אלקטרוניים הופך לבעיה קשה ביותר. . שלישית, בשל העובדה שכל האלמנטים האלקטרוניים של מעגל משולב קטנים במאות ואלפי מונים מעמיתיהם במעגל משולב קונבנציונלי, צריכת החשמל שלהם נמוכה בהרבה, ומהירותם גבוהה בהרבה.

האירוע המרכזי שבישר את הגעת האינטגרציה באלקטרוניקה היה הצעתו של המהנדס האמריקאי ג'יי קילבי מטקסס אינסטרומנטס להשיג אלמנטים שווים לכל המעגל, כגון רגיסטרים, קבלים, טרנזיסטורים ודיודות בחתיכה מונוליטית של סיליקון טהור. קילבי יצר את מעגל המוליכים למחצה המשולבים הראשון בקיץ 1958. וכבר בשנת 1961, תאגיד Fairchild Semiconductor ייצר את המיקרו-מעגלים הטוריים הראשונים למחשבים: מעגל צירוף מקרים, אוגר חצי-שיפט וכפכף. באותה שנה, הייצור של מעגלים לוגיים משולבים מוליכים למחצה נשלט על ידי טקסס.

בשנה שלאחר מכן הופיעו מעגלים משולבים של חברות אחרות. תוך זמן קצר נוצרו סוגים שונים של מגברים בעיצוב משולב. בשנת 1962 פיתחה RCA מעגלים משולבים במערך זיכרון עבור התקני אחסון מחשבים. בהדרגה הוקם ייצור מעגלים מיקרוניים בכל המדינות - החל עידן המיקרואלקטרוניקה.

חומר המוצא למעגל משולב הוא בדרך כלל רקיקת סיליקון גולמית. יש לו גודל גדול יחסית, שכן כמה מאות מאותו סוג של מיקרו-מעגלים מיוצרים בו בבת אחת. הפעולה הראשונה היא שבהשפעת חמצן בטמפרטורה של 1000 מעלות, נוצרת שכבה של סיליקון דו חמצני על פני הלוח הזה. תחמוצת סיליקון מתאפיינת בעמידות כימית ומכאנית רבה ובעלת תכונות של דיאלקטרי מעולה, המספק בידוד אמין לסיליקון הנמצא מתחתיו.

השלב הבא הוא החדרת זיהומים ליצירת אזורי הולכה p או n. לשם כך, סרט התחמוצת מוסר מאותם מקומות על הצלחת המתאימים לרכיבים אלקטרוניים בודדים. בחירת האזורים הרצויים מתרחשת באמצעות תהליך הנקרא פוטוליטוגרפיה. ראשית, כל שכבת התחמוצת מכוסה בתרכובת רגישה לאור (פוטורסיסט), הממלאת תפקיד של סרט צילום - ניתן להאיר ולפתח. לאחר מכן, באמצעות פוטומסכת מיוחדת המכילה תבנית פני השטח של גביש מוליכים למחצה, הצלחת מוארת בקרניים אולטרה סגולות.

בהשפעת האור נוצרת תבנית שטוחה על שכבת התחמוצת, כאשר האזורים הלא מוארים נשארים בהירים, וכל השאר - מוחשכים. במקום שנגד הפוטו נחשף לאור, נוצרים אזורים בלתי מסיסים של הסרט ועמידים בפני חומצה. לאחר מכן הוופל מטופל בממס שמסיר את הפוטורסיסט מהאזורים החשופים. מהמקומות הפתוחים (ורק מהם), שכבת תחמוצת הסיליקון נחרטת בחומצה.

כתוצאה מכך, תחמוצת הסיליקון מתמוססת במקומות הנכונים ו"חלונות" של סיליקון טהור נפתחים, מוכנים להחדרת זיהומים (קשירה). לשם כך, פני השטח של המצע בטמפרטורה של 900-1200 מעלות נחשפים לטומאה הרצויה, למשל, זרחן או ארסן, כדי לקבל מוליכות מסוג n. אטומי טומאה חודרים עמוק לתוך סיליקון טהור, אך נדחים על ידי תחמוצתו. לאחר עיבוד הצלחת עם סוג אחד של טומאה, היא מוכנה לקשירה עם סוג אחר - פני הצלחת מכוסים שוב בשכבת תחמוצת, מבוצעות פוטוליטוגרפיה חדשה וחריטה, וכתוצאה מכך "חלונות" חדשים של סיליקון פתוח.

לאחר מכן, קשירה חדשה, למשל עם בורון, כדי להשיג מוליכות מסוג p. לפיכך, אזורי p ו-n נוצרים במקומות הנכונים על פני השטח כולו של הגביש. בידוד בין אלמנטים בודדים יכול להיווצר בכמה דרכים: שכבת תחמוצת סיליקון יכולה לשמש כבידוד כזה, או שניתן ליצור גם חסימת צומת pn במקומות הנכונים.

השלב הבא של העיבוד קשור ליישום של חיבורים מוליכים (קווים מוליכים) בין מרכיבי המעגל המשולב, כמו גם בין אלמנטים אלה ומגעים לחיבור מעגלים חיצוניים. לשם כך, שכבה דקה של אלומיניום מופקדת על המצע, אשר מופקדת בצורה של סרט דק מאוד. הוא נתון לעיבוד ותחריט פוטוליטוגרפי, בדומה לאלו שתוארו לעיל. כתוצאה מכך, רק קווים מוליכים דקים ורפידות נשארים מכל שכבת המתכת.

לסיכום, כל פני השטח של גביש המוליך למחצה מכוסה בשכבת הגנה (לרוב, זכוכית סיליקט), אשר מוסרת לאחר מכן מהרפידות. כל המיקרו-מעגלים המיוצרים נתונים לבדיקות המחמירות ביותר על עמדת הבקרה והבדיקה. מעגלים פגומים מסומנים בנקודה אדומה. לבסוף, הקריסטל נחתך לצלחות מיקרו-מעגלים נפרדות, שכל אחת מהן סגורה במארז חזק עם מובילים לחיבור למעגלים חיצוניים.

המורכבות של מעגל משולב מאופיינת במדד הנקרא מידת האינטגרציה. מעגלים משולבים עם יותר מ-100 אלמנטים נקראים מיקרו-מעגלים עם דרגת אינטגרציה נמוכה; מעגלים המכילים עד 1000 אלמנטים - מעגלים משולבים עם דרגת אינטגרציה ממוצעת; מעגלים המכילים עד עשרות אלפי אלמנטים - מעגלים משולבים גדולים. כבר נוצרים מעגלים המכילים עד מיליון אלמנטים (הם נקראים סופר-גדולים). הגידול ההדרגתי באינטגרציה הוביל לכך שבכל שנה המעגלים הופכים ליותר ויותר מיניאטוריים ובהתאם, יותר ויותר מורכבים.

מספר עצום של מכשירים אלקטרוניים שבעבר היו בעלי ממדים גדולים מתאימים כעת לצלחת סיליקון זעירה. אירוע חשוב ביותר בנתיב זה היה יצירתו בשנת 1971 על ידי חברת אינטל האמריקאית של מעגל משולב יחיד לביצוע פעולות אריתמטיות והגיוניות - המיקרו-מעבד. זה הוביל לפריצת דרך גרנדיוזית של מיקרואלקטרוניקה בתחום טכנולוגיית המחשבים.

מחבר: Ryzhov K.V.

אנו ממליצים על מאמרים מעניינים סעיף ההיסטוריה של הטכנולוגיה, הטכנולוגיה, החפצים סביבנו:

▪ משוט וסירה

▪ תחנת חלל אורביטלית

▪ צִיבִית

ראה מאמרים אחרים סעיף ההיסטוריה של הטכנולוגיה, הטכנולוגיה, החפצים סביבנו.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

מכונה לדילול פרחים בגנים 02.05.2024

בחקלאות המודרנית מתפתחת התקדמות טכנולוגית שמטרתה להגביר את היעילות של תהליכי טיפול בצמחים. מכונת דילול הפרחים החדשנית Florix הוצגה באיטליה, שנועדה לייעל את שלב הקטיף. כלי זה מצויד בזרועות ניידות, המאפשרות התאמתו בקלות לצרכי הגינה. המפעיל יכול להתאים את מהירות החוטים הדקים על ידי שליטה בהם מתא הטרקטור באמצעות ג'ויסטיק. גישה זו מגדילה משמעותית את יעילות תהליך דילול הפרחים, ומעניקה אפשרות להתאמה אישית לתנאים הספציפיים של הגינה, כמו גם למגוון וסוג הפרי הגדלים בה. לאחר שנתיים של בדיקת מכונת פלוריקס על סוגי פירות שונים, התוצאות היו מאוד מעודדות. חקלאים כמו Filiberto Montanari, שהשתמש במכונת פלוריקס כבר כמה שנים, דיווחו על הפחתה משמעותית בזמן ובעבודה הנדרשים לדלל פרחים. ... >>

מיקרוסקופ אינפרא אדום מתקדם 02.05.2024

למיקרוסקופים תפקיד חשוב במחקר המדעי, המאפשר למדענים להתעמק במבנים ותהליכים בלתי נראים לעין. עם זאת, לשיטות מיקרוסקופיה שונות יש מגבלות, וביניהן הייתה הגבלת הרזולוציה בעת שימוש בטווח האינפרא אדום. אבל ההישגים האחרונים של חוקרים יפנים מאוניברסיטת טוקיו פותחים סיכויים חדשים לחקר עולם המיקרו. מדענים מאוניברסיטת טוקיו חשפו מיקרוסקופ חדש שיחולל מהפכה ביכולות של מיקרוסקופיה אינפרא אדום. מכשיר מתקדם זה מאפשר לך לראות את המבנים הפנימיים של חיידקים חיים בבהירות מדהימה בקנה מידה ננומטרי. בדרך כלל, מיקרוסקופים אינפרא אדום בינוני מוגבלים ברזולוציה נמוכה, אך הפיתוח האחרון של חוקרים יפנים מתגבר על מגבלות אלו. לדברי מדענים, המיקרוסקופ שפותח מאפשר ליצור תמונות ברזולוציה של עד 120 ננומטר, שהיא פי 30 מהרזולוציה של מיקרוסקופים מסורתיים. ... >>

מלכודת אוויר לחרקים 01.05.2024

חקלאות היא אחד מענפי המפתח במשק, והדברה היא חלק בלתי נפרד מתהליך זה. צוות של מדענים מהמועצה ההודית למחקר חקלאי-המכון המרכזי לחקר תפוחי אדמה (ICAR-CPRI), שימלה, העלה פתרון חדשני לבעיה זו - מלכודת אוויר של חרקים המופעלת על ידי רוח. מכשיר זה מטפל בחסרונות של שיטות הדברה מסורתיות על ידי מתן נתוני אוכלוסיית חרקים בזמן אמת. המלכודת מופעלת כולה על ידי אנרגיית רוח, מה שהופך אותה לפתרון ידידותי לסביבה שאינו דורש חשמל. העיצוב הייחודי שלו מאפשר ניטור של חרקים מזיקים ומועילים כאחד, ומספק סקירה מלאה של האוכלוסייה בכל אזור חקלאי. "על ידי הערכת מזיקים מטרה בזמן הנכון, נוכל לנקוט באמצעים הדרושים כדי לשלוט הן במזיקים והן במחלות", אומר קפיל ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

מודול ה-13 מגה-פיקסל הדק ביותר מבית Toshiba 04.04.2013

חברת Toshiba היפנית הודיעה על השקת מודול מצלמה המצויד בחיישן CMOS בפורמט 13/1' של 3 מגה פיקסל. עם עובי של 4,7 מ"מ בלבד, מכשיר ה-TCM9930MD הוא הדק ביותר מבין מודולי ה-13 מגה-פיקסל במעמד זה, על פי היצרן.

קוטר הפיקסלים הוא 1,12 מיקרומטר. מבחינה מבנית, המודול כולל ארבע עדשות פלסטיק ומעגל נפרד לעיבוד אותות המאפשר לך לשפר את התמונה. בפרט, שבב זה מפצה על עיוותים ומשפר את איכות התמונה בקצוות הפריים. כדי להקטין את ממדי המודול, נעשה שימוש גם במה שנקרא Flip-Chip, הכולל חיבור שבב מוליכים למחצה למצע עם הצד הפעיל כלפי מטה. במקרה זה, המגעים מנותבים ישירות על המצע של הקריסטל, מה שמאפשר לחבר את המיקרו-מעגל ישירות ללוח, ללא שימוש במארז.

החידוש מיועד לשימוש במחשבי טאבלט וסמארטפונים. במאי, דגימות ניסיון יהיו זמינות ללקוחות במחיר של 74,3$ לעותק. ייצור המוני יתחיל בדצמבר השנה.

עוד חדשות מעניינות:

▪ שני קיווי ביום מצילים אותך מדיכאון

▪ ADC 24 סיביות 256 ערוצים עבור טומוגרפים ADAS1131

▪ משתמשים בחנויות מקוונות גולשים במוצרים לעתים קרובות יותר מאשר קונים אותם

▪ מערכת PIONEER לרכב עם כונן קשיח

▪ קטמרן מהדור החדש

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ סעיף האתר טכנולוגיית אינפרא אדום. בחירת מאמרים

▪ מאמר מוזר ומוזר. ביטוי עממי

▪ מאמר כיצד הומצאו קציצות אש? תשובה מפורטת

▪ כתבה מפעיל מכונות עיבוד עץ העוסק בעיבוד חלקים במכונות מקל עגול. הוראה סטנדרטית בנושא הגנת העבודה

▪ מאמר התקני איתות קול על דיניסטורים. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מטען עם טיימר. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר