Интегральные схемы определяются как схема, которая содержит элементы, которые неразделимы и электрически соединены между собой таким образом, что ИС не может быть разделена по причинам коммерции и конструкции. Для построения такой схемы можно использовать мириады технологий. Сегодня то, что мы называем ИС, изначально было известно как монолитная интегральная схема. Считается, что Килби создал первую работающую ИС еще в 1958 году, а в 2000 году он получил Нобелевскую премию по физике за свой упорный труд. Первым покупателем этого изобретения стали ВВС США.
Что такое интегральная схема?
Интегральная схема (ИС), иногда называемая микросхемой или микрочипом, представляет собой полупроводниковую пластину, на которой изготовлены тысячи или миллионы крошечных резисторов, конденсаторов и транзисторов. ИС может выполнять функцию усилителя, генератора, таймера, счетчика, памяти компьютера или микропроцессора. Точная ИС подразделяется на линейную (аналоговую) или цифровую в зависимости от ее будущего применения. Интегральные схемы все это искажали. Основная идея заключалась в том, чтобы получить полную схему с множеством компонентов и соединений между ними и воссоздать все это в микроскопически крошечной форме на поверхности куска кремния. Это была невероятно умная идея, которая сделала возможными все виды «микроэлектронных» устройств, от цифровых часов и карманных калькуляторов до высадившихся на Луну ракет и оружия со встроенной спутниковой навигацией.
Как делаются интегральные схемы?
Как построить микросхему памяти или процессора для компьютера? Все начинается с необработанного составного элемента, такого как кремний, который подвергается химической обработке или легированию для его создания и имеет разные электрические свойства.
Символ интегральной схемы
Легирование полупроводников
Обычно люди думают об оборудовании, которое можно разделить на две аккуратные категории: оборудование, которое позволяет электричеству легко проходить через него (проводники), и другое (изоляторы). Металлы составляют большую часть проводников, а неметаллы, такие как пластмассы, дерево и стекло, - изоляторы. Фактически, эффекты намного сложнее, чем это, особенно когда дело доходит до определения элементов в центре периодической таблицы (в группах 14 и 15), особенно кремния и германия. Обычно изоляторы - это элементы, которые готовы работать как проводники, если мы вводим в них небольшое количество примесей с помощью процедуры, известной как легирование.
Проектирование интегральных схем
Если вы добавите сурьму в кремний, вы предоставите ей немного больше электронов, чем она обычно включает способность проводить электричество. Кремний, «легированный» таким образом, называется кремнием n-типа. Когда вы добавляете бор вместо сурьмы, вы убираете часть электронов кремния, оставляя после себя «дырки», которые работают как «отрицательные электроны», а затем переносите положительный электрический ток в обратном направлении. Такой тип кремния называется p-типом. Помещение областей кремния n-типа и p-типа рядом для создания переходов, в которых электроны действуют очень привлекательно, - это способ, которым мы генерируем электронным способом, полупроводниковые приборы как диоды, транзисторы и память.
Внутри чипового завода
Процесс изготовления интегральной схемы начинается с большого монокристалла кремния, имеющего форму длинной сплошной трубы, которую «нарезают салями» на тонкие диски (размером с компакт-диск), называемые пластинами. Пластины размечены множеством идентичных квадратных или прямоугольных областей, каждая из которых будет составлять один кремниевый чип (иногда называемый микрочипом). Затем на каждом кристалле производятся тысячи, миллионы или миллиарды устройств путем легирования разнородных участков поверхности, чтобы превратить их в кремний n-типа или p-типа.
Работа внутри чипа
Допинг дополняется множеством различных процессов. В одном из них, известном как распыление, ионы легирующего материала стреляют по кремниевой пластине, как пули из пистолета. Еще одна процедура, называемая осаждением из паровой фазы, включает введение легирующего материала в виде газа и его концентрацию таким образом, чтобы атомы примеси образовывали тонкую пленку на поверхности кремниевой пластины. Эпитаксиальный молекулярный пучок - гораздо более точная форма утверждения.
Конечно, построить интегральные схемы, которые упаковывают сотни, миллионы или миллиарды устройств на кремниевом кристалле размером с ноготь, немного сложнее, чем кажется. Представьте себе хаос, когда пятно грязи могло стать причиной, когда вы работаете в микроскопическом (а иногда даже в наноскопическом) масштабе. Вот почему полупроводники изготавливаются в безупречных лабораторных условиях, называемых чистыми комнатами, где воздух тщательно фильтруется, а сотрудники должны входить и выходить через воздушные шлюзы, истощающие все виды защитной одежды.
Типы интегральных схем
Различные типы интегральных схем, которые включают в себя следующие
Цифровые интегральные схемы
Этот тип ИС имеет два определенных уровня: 1 и 0, что означает, что они работают с двоичной математикой, где 1 означает включение, а 0 означает выключение. Такие микросхемы создаются с особой тщательностью, поскольку они содержат более миллионов триггеров, логических элементов и прочего, все они объединены в одну микросхему. Примеры цифровых ИС включают микроконтроллеры и микропроцессоры .
Типы интегральных схем
- Логические ИС
- Чипы памяти,
- Интерфейсные ИС (переключатели уровня, сериализатор / десериализатор и т. Д.)
- ИС управления питанием
- Программируемые устройства
Аналоговые интегральные схемы
В аналоговые интегральные схемы работает путем обработки непрерывных сигналов и может выполнять такие задачи, как фильтрация, усиление, демодуляция и модуляция и т. д. Датчики, OP-AMP - это, по сути, аналоговые ИС. .
- Линейные ИС
- ИС РФ
Смешанный сигнал
Когда цифровые и аналоговые ИС используются на одном кристалле, результирующая ИС называется интегральными схемами со смешанными сигналами.
- ИС сбора данных (включая аналого-цифровые преобразователи, цифро-аналоговые преобразователи, цифровые потенциометры)
- Часы / ИС синхронизации
Использование интегральных схем
Интегральная схема использует полупроводниковый материал (считывающие чипы) в качестве рабочего стола, и часто для этой задачи выбирается кремний. После, электрические компоненты такие как диоды, транзисторы, резисторы и т. д. добавляются к этому чипу в минимизированном виде. Электрические компоненты соединены вместе таким образом, что они могут выполнять несколько задач и вычислений. Кремний в этой сборке известен как пластина.
Применение интегральных схем
Применение ИС включает в себя следующие
- Радар
- Наручные часы
- Телевизоры
- Соковыжималки
- ПК
- Видеопроцессоры
- Усилители звука
- Устройства памяти
- Логические устройства
- Радиочастота Кодеры и декодеры
В этой статье мы кратко обсудили интегральную схему, в том числе, что такое интегральная схема, как создаются интегральные схемы и так далее. Два типа методов были использованы для создания интегральных схем с помощью легирующего полупроводника внутри чипа. Мы имели дело с различными типами интегральных схем, такими как цифровые интегральные схемы, аналоговые интегральные схемы и, наконец, смешанные сигналы с примерами. Кроме того, были обсуждены использование интегральных схем и применения интегральных схем.
Кроме того, по любым вопросам относительно этой концепции или для реализации проектов в области электротехники и электроники , пожалуйста, дайте свои ценные предложения, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, какова основная функция ИС?
