История изобретения интегральной схемы — RadioRadar
Первая логическая схема на кристаллах кремния была изобретена 52 года назад и содержала только один транзистор. Один из основателей компании Fairchild Semiconductor Роберт Нойс в 1959 году изобрел устройство, которое затем стало называться интегральной схемой, микросхемой или микрочипом. А почти на полгода раньше похожее устройство придумал инженер из компании Texas Instruments Джэк Килби. Можно сказать, что эти люди стали изобретателями микросхемы.
Интегральной микросхемой называется система из конструктивно связанных элементов, соединенных между собой электрическими проводниками. Также под интегральной схемой понимают кристалл с электронной схемой. Если интегральная схема заключена в корпус, то это уже микросхема.
Первая действующая интегральная микросхема была представлена Килби 12 сентября 1958. В ней использовалась разработанная им концепция, базирующаяся на принципе изоляции компонентов схемы p-n-переходами, изобретенном Куртом Леховеком.
Внешний вид новинки был немного страшноват, но Килби и не предполагал, что показанное им устройство положит начало всем информационным технологиям, иначе, по его словам, он сделал бы этот прототип покрасивее.
Но в тот момент важна была не красота, а практичность. Все элементы электронной схемы – резисторы, транзисторы, конденсаторы и остальные, — были размещены на отдельных платах. Так было до тех пор, пока не возникла мысль сделать всю схему на одном монолитном кристалле полупроводникового материала.
Самая первая интегральная микросхема Килби представляла собой маленькую германиевую полоску 11х1,5 мм с одним транзистором, несколькими резисторами и конденсатором. Несмотря на свою примитивность, эта схема выполнила свою задачу – вывела синусоиду на экран осциллографа.
Шестого февраля 1959 года Джэк Килби подал заявку на регистрацию патента на новое устройство, описанное им как объект из полупроводникового материала с полностью интегрированными компонентами электронной схемы.
Его вклад в изобретение микросхемы был отмечен вручением ему в 2000 году Нобелевской премии в области физики.
Идея Роберта Нойса смогла решить несколько практических проблем, не поддавшихся интеллекту Килби. Он предложил использовать для микросхем кремний, а не германий, предложенный Джэком Килби.
Патенты были получены изобретателями в одном и том же 1959 году. Начавшееся между TI и Fairchild Semiconductor соперничество завершилось мирным договором. На взаимовыгодных условиях они создали лицензию на изготовление чипов. Но в качестве материала для микросхем выбрали все же кремний.
Производство интегральных схем было запущено на Fairchild Semiconductor в 1961 году. Они сразу заняли свою нишу в электронной промышленности. Благодаря их применению в создании калькуляторов и компьютеров в качестве отдельных транзисторов, дало возможность сделать вычислительные устройства более компактными, повысив при этом их производительность, значительно упростив ремонт компьютеров.
Можно сказать, что с этого момента началась эпоха миниатюризации, продолжающаяся по сей день.
При этом абсолютно точно соблюдается закон, который сформулировал коллега Нойса Гордон Мур. Он предсказал, что число транзисторов в интегральных схемах каждые 2 года будет удваиваться.
Покинув Fairchild Semiconductor в 1968 году, Мур и Нойс создали новую компанию – Intel. Но это уже совсем другая история …
Интегральная микросхема презентация, доклад
Интегральная микросхема
Два изобретения середины ХХ века значительно увеличили скорость технологического (и, как следствие, общественного) прогресса. Сделанный в 1948 году транзистор открыл дорогу твердотельной электронике. А спустя десять лет появился микрочип, интегральная схема, ставшая предшественником микропроцессора, который оказал гигантское влияние на всю современную цивилизацию.
В 1958 году изобретатель Роберт Нойс (Robert Noyce) из Fairchild Semiconductor, позже ставший одним из основателей Intel, создал первую кремниевую планарную интегральную схему.
Практически одновременно с Нойсом, но независимо от него, к похожему техническому решению пришел Джек Килби из Texas Instruments.
В основе микросхемы лежало другое ключевое изобретение — транзистор, созданный в 1947 году в Bell Labs.
Изобретение микросхем началось с изучения свойств тонких оксидных плёнок, проявляющихся в эффекте плохой электропроводимости при небольших электрических напряжениях
Транзистор- радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. В русскоязычной литературе
и документации до 1970-х гг.
применялись обозначения «Т»,
«ПП» (полупроводниковый
прибор) или «ПТ»
(полупроводниковый триод).
первый транзистор – маленький элемент схемы, действующий подобно миниатюрному выключателю и тем самым позволяющий реализовывать алгоритмы обработки информации.
После изобретения микросхемы отпала необходимость соединять компоненты электрической схемы вручную, а транзисторы стали постепенно уменьшаться в размерах.
Классификация транзисторов
Германиевые
Кремниевые
Арсенид-галлиевые
Биполярные
n-p-n структуры, «обратной проводимости».
p-n-p структуры, «прямой проводимости»
Полевые
с p-n переходом
с изолированным затвором
Однопереходные
Криогенные транзисторы
Пятьдесят лет назад, в сентябре 1958 года, Джек Килби продемонстрировал руководству Texas Instruments первый рабочий экземпляр интегральной схемы – на небольшом кристалле полупроводника инженеру удалось разместить несколько компонентов электронной схемы, таких как транзисторы, резисторы, конденсаторы и пр. Килби использовал в качестве полупроводникового материала кристалл германия, который сегодня не столь популярен, как кремний.
Джек Килби
( Jack St. Clair Kilby,8 ноябра 1923,Джефферсон-сити -20 июня 2005 ,Даллас) — американский учёный. Лауреат Нобелевской премии по физике в 2000году за своё изобретение интегральной схемы в 1958 году в период работы в Texas Instruments (TI). Также он — изобретатель карманного калькулятора и термопринтера (1967).
Таким образом, достижение Джека Килби заключается в практической реализации идей его английского коллеги, Джеффри Даммера, однако значение этого шага столь велико, что в 2000 году Килби становится лауреатом Нобелевской премии, именно за его разработки конца 50-хх годов.
Роберт Нортон Нойс
(Robert Norton Noyce;
12 декабря 1927 — 3 июня 1990) —
один из изобретателей
интегральной схемы (1959),
один из основателей
Fairchild Semiconductor (1957),
основатель, совместно с
Г.
Муром, корпорации Intel (1968).Следующим значительным этапом развития интегральных микросхем стала демонстрация Робертом Нойсом (компания Fairchild Semiconductor) интегральной схемы на основе кремния.
Интегральная (микро)схема
(ИС, ИМС, м/сх, англ. integrated circuit, IC, microcircuit), чип, микрочип (англ. microchip, silicon chip, chip — тонкая пластинка — первоначально термин относился к пластинке кристалла микросхемы) — микроэлектронное устройство — электронная схема произвольной сложности (кристалл), изготовленная на полупроводниковой подложке (пластине или плёнке) и помещённая в неразборный корпус, или без такового, в случае вхождения в состав микросборки.
В процессе сборки упаковывается в
корпус и в результате образует готовое изделие — микросхему
Кристалл СБИС
Как работает микрочип
Транзисторы соединяют друг с другом в разной последовательности для того,
чтобы реализовать разные
логические операции:
И, ИЛИ, НЕ, Исключающее ИЛИ
схема устройства, которое складывает два двузначных числа: AB + CD = XYZ
Технологический процесс
При изготовлении микросхем используется метод фотолитографии
В 1970-х годах минимальный контролируемый размер составлял 2-8 мкм в 1980-х был уменьшен до 0,5-2 мкм.
Экспер.образцы 0,18 мкм.В 1990-х годах экспериментальные методы стали внедряться в производство и быстро совершенствоваться. В начале 1990-х процессоры (например, ранние Pentium и Pentium Pro) изготавливали по технологии 0,5-0,6 мкм (500—600 нм). Потом их уровень поднялся до 250—350 нм. Следующие процессоры (Pentium 2, K6-2+, Athlon) уже делали по технологии 180 нм.
В конце 1990-х фирма Texas Instruments создала новую ультрафиолетовую технологию с минимальным контролируемым размером около 80 нм. Но достичь её в массовом производстве не удавалось вплоть до недавнего времени. По состоянию на 2009 год технологии удалось обеспечить уровень производства вплоть до 90 нм.
Новые процессоры
(сперва это был Core 2 Duo) делают по новой УФ-технологии 45 нм. Есть и другие микросхемы, давно достигшие и превысившие данный уровень (в частности, видеопроцессоры и флеш-память фирмы Samsung — 40 нм). Тем не менее дальнейшее развитие технологии вызывает всё больше трудностей.
Обещания фирмы Intel по переходу на уровень 30 нм уже к 2006 году так и не сбылись.
По состоянию на 2009 год альянс ведущих разработчиков и производителей микросхем работает над тех. процессом 32 нм.
В 2010-м в розничной продаже уже появились процессоры, разработанные по 32-х нм тех. процессу.
Контроль качества
Для контроля качества интегральных микросхем широко применяют так называемые тестовые структуры.
Корпуса микросхем
Микросхемы выпускаются в двух конструктивных вариантах — корпусном и бескорпусном.
Корпус микросхемы — это несущая система и часть конструкции, предназначенная для защиты от внешних воздействий и для электрического соединения с внешними цепями посредством выводов. Корпуса стандартизованы для упрощения технологии изготовления готовых изделий.
Бескорпусная микросхема — это полупроводниковый кристалл, предназначенный для монтажа в гибридную микросхему или микросборку (возможен непосредственны монтажна печатную плату).
Специфические названия микросхем
Фирма Intel первой изготовила микросхему, которая выполняла функции микропроцессора Intel 4004. На базе усовершенствованных микропроцессоров 8088 и 8086 фирма IBM выпустила свои известные персональные компьютеры).
Законодательство России предоставляет правовую охрану топологиям интегральных микросхем.
Интересные факты:
В мае 2011 фирмой Altera была выпущена, по 28 нм техпроцессу, самая большая в мире микросхема, состоящая из 3,9 млрд транзисторов.
Так выглядит микрочип — стандартное приспособление для измерения уровня активности генов. Яркость свечения каждой из ячеек соответствует уровню активности одного конкретного гена
Разработка интегральной схемы с широким
использованием устройств функциональной
микроэлектроники позволяет вплотную
приблизиться к «идеальной конструкции»
гибридных устройства.
Материалы:
http://theoryandpractice.ru
http://ru.wikipedia.org
http://elementy.ru
http://chernykh.net
http://www.3dnews.ru
Интегральная схема
1958: Изобретение интегральной схемы
|
Первая микросхема Texas Instruments |
Как и в случае со многими другими изобретениями, идея интегрированного
цепи почти одновременно.
Но существовал предел размера каждого транзистора, так как после того, как он был сделан, его нужно было подключить к проводам и другим электроника. Транзисторы уже были на пределе устойчивого руки и крошечный пинцет могли справиться. Итак, ученые хотели сделать целая схема — транзисторы, провода, все остальное нужно — одним ударом. Если бы они могли создать миниатюрную схему всего за один шаг все части можно было сделать намного меньше.
Однажды в конце июля Джек Килби сидел один в Texas Instruments.
Его наняли всего пару месяцев назад, так что он не
возможность взять отпуск, когда это сделали практически все остальные.
залы были пусты, и у него было много времени подумать. Это внезапно
ему пришло в голову, что все части схемы, а не только транзистор,
можно сделать из кремния. В то время никто не производил конденсаторы.
или резисторы из полупроводников. Если бы это можно было сделать, то весь
схема может быть построена из одного кристалла, что сделает ее меньше
и гораздо проще в производстве. Боссу Килби идея понравилась, и он сказал
ему приступить к работе. К 12 сентября Килби построил работающую модель,
а 6 февраля Texas Instruments подала заявку на патент. Их первый «Твердый
Контур» размером с кончик карандаша был продемонстрирован впервые.
в марте.
Но в Калифорнии у другого мужчины были похожие идеи. В январе
В 1959 году Роберт Нойс работал в небольшой компании Fairchild Semiconductor.
стартап компания. Он также понял, что на
один чип.
Пока Килби прорабатывал детали создания
отдельные компоненты, Нойс придумал гораздо лучший способ соединения
части. Той весной Фэирчайлд начал строить то, что они
называемые «унитарными схемами», и они также подали заявку на патент на
идея. Зная, что TI уже подала патент на что-то подобное,
Фэйрчайлд написал очень подробное заявление, надеясь, что оно
не будет нарушать аналогичное устройство TI.
Все эти детали окупились. 25 апреля 1961 года патентное бюро присудило первый патент на интегральную схему Роберту Нойсу, в то время как Килби приложение все еще анализировалось. Сегодня оба мужчины признаны как самостоятельно задумавший идею.
< ПРЕДЫДУЩАЯ Страница краткого обзора < -- > СЛЕДУЮЩАЯ Страница краткого обзора >
Авторское право
1999 г., ScienCentral, Inc. и Американский институт физики.
Нет
часть этого веб-сайта может быть воспроизведена без письменного разрешения.
Все права защищены.
Кто открыл интегральную схему?
1952 год: концепция интегральной схемы только что была представлена, и сердце современной электроники вот-вот изменится навсегда…
Начало революции в микроэлектронике
усиливать, контролировать или производить электрические сигналы, считались основой электроники. Однако по мере развития технологий электроника становилась все меньше, а транзисторы не были достаточно компактными, чтобы поместиться в эти миниатюрные устройства. Эта проблема привела к появлению новой волны изобретателей и инженеров, которые посвятили себя поиску решения.
Одним из таких инженеров был Джеффри Даммер, работавший над радиолокационными системами в Телекоммуникационном научно-исследовательском институте (TRE) в Соединенном Королевстве, который сейчас называется Королевским радиолокационным институтом. Работая над радаром, он высоко оценил их конструкцию и надежность компонентов. Благодаря своим исследованиям он узнал, что многие сбои в электронике происходят из-за неисправных проводов или паяных соединений, соединяющих различные компоненты в цепи.
У Даммера была новаторская идея: единая плата, которая могла бы включать в себя все элементы схемы. Он придумал концепцию интегральной схемы (ИС) или микрочипа.
Фотография Джеффри Даммера. Изображение Роберта Катлза. Под лицензией CC BY-SA 2.5, CC BY-SA 2.0 и CC BY-SA 1.0 через Викисклад.
Даммер представил эту концепцию на технической конференции в Вашингтоне, округ Колумбия, 7 мая 1952 года. Представляя эту радикальную концепцию, Даммер сказал:
Теперь кажется возможным представить электронное оборудование в виде сплошного блока без соединительных проводов. Блок может состоять из слоев изолирующих, проводящих, выпрямляющих и усиливающих материалов, причем электронные функции подключаются напрямую путем вырезания областей различных слоев».
Даммер приступил к работе, воплощая свою идею в жизнь, но его попытки были остановлены, когда британское правительство прекратило финансирование его проекта.
Хотя ему не удалось успешно разработать работающую интегральную схему, работа Даммера помогла проложить путь революции в микроэлектронике.
Прорывы в исследованиях интегральных схем
Инженеры по всему миру быстро уловили концепцию интегральных схем и попытались самостоятельно создать работающую схему. Однако разработка первой практической ИС оказалась чрезвычайно сложной задачей, поскольку каждый компонент в схеме должен был идеально работать вместе.
В 1958 году инженер Джек Килби обнаружил, что все части ИС могут быть сделаны из полупроводникового материала. В то время Килби только начал работать в Texas Instruments (TI) в Техасе и хотел произвести впечатление на своего босса инновационной идеей. Он и не подозревал, что его открытие позже станет известно как «монолитная идея», которую можно найти во множестве популярных учебников.
В том же году Килби воплотил свою идею в первый работающий прототип ИС, который состоял из нескольких компонентов схемы на куске германия.
Новое устройство Килби имело размеры 1,6 х 11,1 мм — меньше почтовой марки США! В 1959, он подал заявку на патент, который гласил: «Это изобретение относится к миниатюрным электронным схемам и, в частности, к уникальным интегральным электронным схемам, изготовленным из полупроводникового материала».
Инженеры Texas Instruments в Далласе, штат Техас, в начале 1960-х годов. Слева направо: Чарльз Фиппс и Джо Уивер (стоят), Джеймс Р. Биард, Джек Килби и Джеймс Фишер (сидят). Изображение Джеймса Р. Биарда — собственная работа. Под лицензией CC BY-SA 4.0 через Wikimedia Commons.
Как и Килби, инженер Роберт Нойс также видел важность производства всей схемы на одном кристалле. Их работа была похожа, но не идентична. Килби пытался усовершенствовать компоненты интегральной схемы, а Нойс думал о наилучшем способе соединения всех ее частей. Нойс проводил свои исследования в Fairchild Semiconductor в Калифорнии, полупроводниковой компании, которую он основал в 1957 году.
Нойс написал очень подробный патент на интегральную схему на основе кремния, гарантируя, что не будет нарушено близкое устройство Килби. Хотя Нойс написал свой патент на ИС после Килби, на самом деле он был выдан в 1961 (Килби был предоставлен в 1964 году).
Фотография Роберта Нойса. Изображение предоставлено Intel Free Press. Лицензия CC BY-SA 2.0 через Flickr Creative Commons.
Сегодня Килби и Нойсу приписывают открытие первой работающей интегральной схемы. Есть даже книга об их совместной находке под названием The Chip: How Two Americans Invented the Microchip and Launch a Revolution (1984), написанная Т.Р. Рид. После работы в Fairchild Semiconductor Нойс стал соучредителем другой компании по производству полупроводников, Intel (обе эти компании сыграли важную роль в создании Силиконовой долины). Страсть Килби к инновациям преследовала его на протяжении всей жизни, что привело к тому, что он изобрел портативный калькулятор и термопринтер.
