Первая интегральная микросхема: 404 Страница не найдена

alexxlabСхем

Содержание

Первые интегральные схемы

50-летию официальной даты посвящается

Б. Малашевич

12 сентября 1958 года сотрудник фирмы Texas Instruments (TI) Джек Килби продемонстрировал руководству три странных прибора — склеенные пчелиным воском на стеклянной подложке устройства из двух кусочков кремния размером 11,1?1,6 мм (рис.1). Это были объёмные макеты – прототипы интегральной схемы (ИС) генератора, доказывающие возможность изготовления всех элементов схемы на основе одного полупроводникового материала. Эта дата отмечается в истории электроники как день рождения интегральных схем. Но так ли это?

Рис. 1. Макет первой ИС Дж. Килби. Фото с сайта http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

К концу 1950-х годов технология сборки радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) из дискретных элементов исчерпала свои возможности. Мир пришёл к острейшему кризису РЭА, требовались радикальные меры. К этому моменту в США и СССР уже были промышленно освоены интегральные технологии производства, как полупроводниковых приборов, так и толстоплёночных и тонкопленочных керамических плат, т. е. созрели предпосылки для выхода из этого кризиса путем создания многоэлементных стандартных изделий – интегральных схем.

К интегральным схемам (микросхемам, ИС) относятся электронные устройства различной сложности, в которых все однотипные элементы изготавливаются одновременно в едином технологическом цикле, т.е. по интегральной технологии. В отличие от печатных плат (в которых в едином цикле по интегральной технологии одновременно изготавливаются все соединительные проводники) в ИС аналогично формируются и резисторы, и конденсаторы, и (в полупроводниковых ИС) диоды и транзисторы. Кроме того, одновременно изготавливается много ИС, от десятков, до тысяч.

ИС разрабатываются и выпускаются промышленностью в виде серий, объединяющий ряд микросхем различного функционального назначения, предназначенных для совместного применения в электронной аппаратуре. ИС серии имеют стандартное конструктивное исполнение и единую систему электрических и иных характеристик. ИС поставляются производителем разным потребителям как самостоятельная товарная продукция, удовлетворяющая определенной системе стандартизованных требований. ИС относятся к неремонтируемым изделиям, при ремонте РЭА вышедшие из строя ИС заменяются.

Различают две основные группы ИС: гибридные и полупроводниковые.

В гибридных ИС (ГИС) на поверхности подложки микросхемы (как правило, из керамики) по интегральной технологии формируются все проводники и пассивные элементы. Активные элементы в виде бескорпусных диодов, транзисторов и кристаллов полупроводниковых ИС, устанавливаются на подложку индивидуально, вручную или автоматами.

В полупроводниковых ИС соединительные, пассивные и активные элементы формируются в едином технологическом цикле на поверхности полупроводникового материала (обычно кремния) с частичным вторжением в его объём методами диффузии. Одновременно на одной пластине полупроводника, в зависимости от сложности устройства и размеров его кристалла и пластины, изготавливается от нескольких десятков до нескольких тысяч ИС. Промышленность полупроводниковые ИС выпускает в стандартных корпусах, в виде отдельных кристаллов или в виде неразделенных пластин.

Явление миру гибридных (ГИС) и полупроводниковых ИС происходило по-разному. ГИС является продуктом эволюционного развития микромодулей и технологии монтажа на керамических платах. Поэтому появились они незаметно, общепринятой даты рождения ГИС и общепризнанного автора не существует. Полупроводниковые ИС были естественным и неизбежным результатом развития полупроводниковой техники, но потребовавшим генерации новых идей и создания новой технологии, у которых есть и свои даты рождения, и свои авторы. Первые гибридные и полупроводниковые ИС появились в СССР и США почти одновременно и независимо друг от друга.

Первые гибридные ИС

К гибридным относятся ИС, в производстве которых сочетается интегральная технология изготовления пассивных элементов с индивидуальной (ручной или автоматизированной) технологией установки и монтажа активных элементов.

Еще в конце 1940-х годов в фирме Centralab в США были разработаны основные принципы изготовления толстоплёночных печатных плат на керамической основе, развитые затем другими фирмами. В основу были положены технологии изготовления печатных плат и керамических конденсаторов. От печатных плат взяли интегральную технологию формирования топологии соединительных проводников – шелкографию. От конденсаторов – материал подложки (керамика, чаще ситал), а также материалы паст и термическую технологию их закрепления на подложке.

А в начале 1950-х годов в фирме RCA изобрели тонкоплёночную технологию: распыляя в вакууме различные материалы и осаждая их через маску на специальные подложки, научились на единой керамической подложке одновременно изготавливать множество миниатюрных плёночных соединительных проводников, резисторов и конденсаторов.

По сравнению с толстоплёночной, тонкоплёночная технология обеспечивала возможность более точного изготовления элементов топологии меньших размеров, но требовала более сложного и дорогостоящего оборудования. Устройства, изготавливаемые на керамических платах по толстоплёночной или тонкоплёночной технологии, получили название “гибридные схемы”. Гибридные схемы выпускались как комплектующие изделия собственного производства, их конструкция, размеры, функциональное назначение у каждого изготовителя были свои, на свободный рынок они не попадали, а потому мало известны.

Вторглись гибридные схемы и в микромодули. Сначала в них применялись дискретные пассивные и активные миниатюрные элементы, объединённые традиционным печатным монтажом. Технология сборки была сложной, с огромной долей ручного труда. Поэтому микромодули были весьма дорогими, их применение было ограничено бортовой аппаратурой. Затем применили толстопленочные миниатюрные керамические платки. Далее по толстопленочной технологии начали изготавливать резисторы. Но диоды и транзисторы использовались ещё дискретные, индивидуально корпусированные.

Гибридной интегральной схемой микромодуль стал в тот момент, когда в нём применили бескорпусные транзисторы и диоды и герметизировали конструкцию в общем корпусе. Это позволило значительно автоматизировать процесс их сборки, резко снизить цены и расширить сферу применения. По методу формирования пассивных элементов различают толстоплёночные и тонкоплёночные ГИС.

Первые ГИС в СССР

Первые ГИС (модули типа “Квант” позже получившие обозначение ИС серии 116) в СССР были разработаны в 1963 г . в НИИРЭ (позже НПО “Ленинец”, Ленинград) и в том же году его опытный завод начал их серийное производство. В этих ГИС в качестве активных элементов использовались полупроводниковые ИС “Р12- 2” , разработанные в 1962 г . Рижским заводом полупроводниковых приборов. В связи с неразрывностью историй создания этих ИС и их характеристик, мы рассмотрим их вместе в разделе, посвященном Р12-2.

Бесспорно, модули “Квант” были первыми в мире ГИС с двухуровневой интеграцией – в качестве активных элементов в них использовались не дискретные бескорпусные транзисторы, а полупроводниковые ИС. Вполне вероятно, что они вообще были и первыми в мире ГИС – конструктивно и функционально законченными многоэлементными изделиями, поставляемыми потребителю как самостоятельная товарная продукция. Самым ранним из выявленных автором зарубежных подобных изделий являются ниже описанные SLT -модули корпорации IBM , но они были анонсированы в следующем, 1964 г .

Первые ГИС в США

Появление толстоплёночных ГИС, как основной элементной базы новой ЭВМ IBM System /360, впервые было анонсировано корпорации IBM в 1964 г . Похоже, что это было первое применение ГИС за пределами СССР, более ранних примеров автору обнаружить не удалось.

Уже известные в то время в кругах специалистов полупроводниковые ИС серий “Micrologic” фирмы Fairchild и » SN -51″ фирмы TI (о них мы скажем ниже) были ещё недоступно редки и непозволительно дороги для коммерческого применения, каким было построение большой ЭВМ. Поэтому корпорация IBM , взяв за основу конструкцию плоского микромодуля, разработала свою серию толстоплёночных ГИС, анонсированную под общим названием (в отличие от “микромодулей”) – “ SLT -модули” ( Solid Logic Technology – технология цельной логики. Обычно слово “s olid ” переводят на русский язык как “твёрдый”, что абсолютно нелогично. Действительно, термин “ SLT -модули” был введен IBM как противопоставление термину “микромодуль” и должен отражать их отличие. Но оба модуля “твёрдые”, т. е. этот перевод не годится. У слова “ solid ” есть и другие значения – “сплошной”, “целый”, которые удачно подчеркивают различие “ SLT -модулей” и “микромодулей” – SLT -модули неделимы, неремонтопригодны, т. е. “целые”. Поэтому мы и использовали не общепринятый перевод на русский язык: Solid Logic Technology – технология цельной логики).

SLT -модуль представлял собой квадратную керамическую толстоплёночную микроплатку полудюймового размера с впрессованными вертикальными штыревыми выводами. На её поверхность методом шелкографии наносились (согласно схеме реализуемого устройства) соединительные проводники и резисторы, и устанавливались бескорпусные транзисторы. Конденсаторы, при необходимости, устанавливались рядом с SLT -модулем на плате устройства. При внешней почти идентичности (микромодули несколько повыше, рис. 2.) SLT -модули от плоских микромодулей отличались более высокой плотностью компоновки элементов, низким энергопотреблением, высоким быстродействием и высокой надёжностью. Кроме того, SLT -технология достаточно легко автоматизировалась, следовательно их можно было выпускать в огромных количествах при достаточно низкой для применения в коммерческой аппаратуре стоимости. Именно это IBM и было нужно. Фирма построила для производства SLT -модулей автоматизированный завод в East Fishkill близ Нью-Йорка, который выпускал их миллионными тиражами.

Рис. 2. Микромодуль СССР и SLT-модуль ф. IBM. Фото STL с сайта http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

Вслед за IBM ГИС начали выпускать и другие фирмы, для которых ГИС стала товарной продукцией. Типовая конструкция плоских микромодулей и SLT -модулей корпорации IBM стала одним из стандартов для гибридных ИС.

К концу 1950-х годов промышленность имела все возможности для производства дешёвых элементов электронной аппаратуры. Но если транзисторы или диоды изготовлялись из германия и кремния, то резисторы и конденсаторы делали из других материалов. Многие тогда полагали, что при создании гибридных схем не будет проблем в сборке этих элементов, изготовленных по отдельности. А если удастся изготовить все элементы типового размера и формы и тем самым автоматизировать процесс сборки, то стоимость аппаратуры будет значительно снижена. На основании таких рассуждений сторонники гибридной технологии рассматривали её как генеральное направление развития микроэлектроники.

Но не все разделяли это мнение. Дело в том, что уже созданные к тому периоду меза-транзисторы и, особенно, планарные транзисторы, были приспособлены для групповой обработки, при которой ряд операций по изготовлению многих транзисторов на одной пластине-подложке осуществлялись одновременно. Т. е. на одной полупроводниковой пластине изготавливалось сразу множество транзисторов. Затем пластина разрезалась на отдельные транзисторы, которые размещались в индивидуальные корпуса. А затем изготовитель аппаратуры объединял транзисторы на одной печатной плате. Нашлись люди, которым такой подход показался нелепым – зачем разъединять транзисторы, а потом снова объединять их. Нельзя ли их объединить сразу на полупроводниковой пластине? При этом избавиться от нескольких сложных и дорогостоящих операций! Эти люди и придумали полупроводниковые ИС.

Идея предельно проста и совершенно очевидна. Но, как часто бывает, только после того, как кто-то первым её огласил и доказал. Именно доказал, просто огласить часто, как и в данном случае, бывает недостаточно. Идея ИС была оглашена еще в 1952 г ., до появления групповых методов изготовления полупроводниковых приборов. На ежегодной конференции по электронным компонентам, проходившей в Вашингтоне, сотрудник Британского королевского радиолокационного управления в Малверне Джеффри Даммер представил доклад о надёжности элементов радиолокационной аппаратуры. В докладе он сделал пророческое утверждение: “ С появлением транзистора и работ в области полупроводниковой техники вообще можно себе представить электронное оборудование в виде твердого блока, не содержащего соединительных проводов. Блок может состоять из слоев изолирующих, проводящих, выпрямляющих и усиливающих материалов, в которых определенные участки вырезаны таким образом, чтобы они могли непосредственно выполнять электрические функции” . Но этот прогноз остался специалистами незамеченным. Вспомнили о нём только после появления первых полупроводниковых ИС, т. е. после практического доказательства давно оглашенной идеи. Кто-то должен был первым вновь сформулировать и реализовать идею полупроводниковой ИС.

Как и в случае с транзистором, у общепризнанных создателей полупроводниковых ИС были более или менее удачливые предшественники. Попытку реализовать свою идею в 1956 г . предпринял сам Даммер, но потерпел неудачу. В 1953 г . Харвик Джонсон из фирмы RCA получил патент на однокристальный генератор, а в 1958 г . совместно с Торкелом Валлмарком анонсировал концепцию “полупроводникового интегрального устройства”. В 1956 году сотрудник фирмы Bell Labs Росс изготовил схему двоичного счётчика на основе n-p-n-p структур в едином монокристалле . В 1957 г . Ясуро Тару из японской фирмы MITI получил патент на соединение различных транзисторов в одном кристалле. Но все эти и другие им подобные разработки имели частный характер, не были доведены до производства и не стали основой для развития интегральной электроники. Развитию ИС в промышленном производстве способствовали только три проекта.

Удачливыми оказались уже упомянутый Джек Килби из Texas Instruments (TI), Роберт Нойс из Fairchild (оба из США) и Юрий Валентинович Осокин из КБ Рижского завода полупроводниковых приборов (СССР). Американцы создали экспериментальные образцы интегральных схем: Дж. Килби – макет ИС генератора ( 1958 г .), а затем триггер на меза-транзисторах ( 1961 г .), Р. Нойс – триггер по планарной технологии ( 1961 г .), а Ю. Осокин – сразу пошедшую в серийное производство логическую ИС “2НЕ-ИЛИ” на германии ( 1962 г .). Серийное производство ИС эти фирмы начали почти одновременно, в 1962 г .

Первые полупроводниковые ИС в США

ИС Джека Килби. Серия ИС “

SN — 51”

В 1958 году Дж. Килби (пионер применения транзисторов в слуховых аппаратах) перешёл в фирму Texas Instruments. Новичка Килби, как схемотехника, “бросили” на усовершенствование микромодульной начинки ракет путём создания альтернативы микромодулям. Рассматривался вариант сборки блоков из деталей стандартной формы, подобный сборке игрушечных моделей из фигурок LEGO. О днако Килби увлекло иное. Решающую роль сыграл эффект “свежего взгляда”: во-первых, он сразу констатировал, что микромодули – тупик, а во-вторых, налюбовавшись меза-структурами, пришёл к мысли, что схему нужно (и можно) реализовать из одного материала – полупроводника. Килби знал об идее Даммера и его неудачной попытке её реализации в 1956 г . Проанализировав, он понял причину неудачи и нашел способ её преодоления. “ Моя заслуга в том, что взяв эту идею, я превратил её в реальность ” , сказал Дж. Килби позже в своей нобелевской речи.

Не заработав ещё права на отпуск, он без помех трудился в лаборатории, пока все отдыхали. 24 июля 1958 года Килби сформулировал в лабораторном журнале концепцию, получившую название “Идея монолита” (Monolithic Idea). Её суть заключалась в том, что “. ..элементы схемы, такие как резисторы, конденсаторы, распределенные конденсаторы и транзисторы, могут быть интегрированы в одну микросхему — при условии, что они будут выполнены из одного материала. .. В конструкции триггерной схемы все элементы должны изготавливаться из кремния, причём резисторы будут использовать объёмное сопротивление кремния, а конденсаторы — ёмкости p-n-переходов ” . “ Идея монолита” встретила снисходительно-ироничное отношение со стороны руководства Texas Instruments, потребовавшего доказательств возможности изготовления транзисторов, резисторов и конденсаторов из полупроводника и работоспособности собранной из таких элементов схемы.

В сентябре 1958 г . Килби реализовал свою идею – сделал генератор из склеенных пчелиным воском на стеклянной подложке двух кусочков германия размером 11,1 х 1,6 мм , содержащих диффузионные области двух типов (рис. 1). Эти области и имевшиеся контакты он использовал для создания схемы генератора, соединяя элементы тонкими золотыми проволочками диаметром 100 мкм путём термокомпрессионной сварки. Из одной области создавался мезатранзистор, из другой – RC-цепочка. Собранные три генератора были продемонстрированы руководству компании. При подключении питания они заработали на частоте 1,3 МГц. Это случилось 12 сентября 1958 года. Через неделю аналогичным образом Килби изготовил усилитель. Но это ещё не были интегральные структуры, это были объёмные макеты полупроводниковых ИС, доказывающие идею изготовления всех элементов схемы из одного материала – полупроводника.

Рис. 3. Триггер Type 502 Дж. Килби. Фото с сайта http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Первой действительно интегральной схемой Килби, выполненной в одном кусочке монолитного германия , оказалась экспериментальная ИС триггера “ Type 502” (рис. 3). В ней были использованы и объёмное сопротивление германия, и ёмкость p-n-перехода. Её презентация состоялась в марте 1959 года . Небольшое количество таких ИС было изготовлено в лабораторных условиях и продавалось в узком кругу по цене 450$. ИС содержала шесть элементов: четыре меза-транзистора и два резистора, размещённых на кремниевой пластине диаметром 1 см . Но ИС Килби имела серьёзный недостаток – меза-транзисторы, которые в виде микроскопических “активных” столбиков возвышались над остальной, “пассивной” частью кристалла. Соединение меза-столбиков друг с другом в ИС Килби осуществлялось развариванием тонких золотых проволочек – ненавистная всем “волосатая технология”. Стало ясно, что при таких межсоединениях микросхему с большим количеством элементов не сделать – проволочная паутина разорвется или перезамкнется. Да и германий в то время уже рассматривался как материал не перспективный. Прорыв не состоялся.

К этому времени в фирме Fairchild была разработана планарная кремниевая технология. Учитывая все это, Texas Instruments пришлось отложить всё сделанное Килби в сторонку и приступить, уже без Килби, к разработке серии ИС на основе планарной кремниевой технологии. В октябре 1961 г . фирма анонсировала создание серии ИС типа SN -51, а с 1962 г . начала их серийное производство и поставки в интересах Минобороны США и НАСА.

ИС Роберта Нойса. Серия ИС “ Micrologic ”

В 1957 г . по ряду причин от У. Шокли, изобретателя плоскостного транзистора, ушла группа в восемь молодых инженеров, которые хотели попробовать реализовать собственные идеи. “Восьмерка предателей”, как их называл Шокли, лидерами которых были Р. Нойс и Г. Мур, основала фирму Fairchild Semiconductor (“прекрасное дитя”) . Возглавил фирму Роберт Нойс, было ему тогда 23 года.

В конце 1958 года физик Д. Хорни, работавший в компании Fairchild Semiconductor, разработал планарную технологию изготовления транзисторов. А физик чешского происхождения Курт Леховек, работавший в Sprague Electric, разработал технику использования обратно включенного n — p перехода для электрической изоляции компонентов. В 1959 году Роберт Нойс, прослышав про макет ИС Килби, решил попробовать создать интегральную схему, комбинируя процессы, предложенные Хорни и Леховеком. А вместо “волосатой технологии” межсоединений Нойс предложил избирательное напыление тонкого слоя металла поверх изолированных двуокисью кремния полупроводниковых структур с подключением к контактам элементов через отверстия, оставленные в изолирующем слое. Это позволило “погрузить” активные элементы в тело полупроводника, изолировав их окислом кремния, а затем соединить эти элементы напылёнными дорожками алюминия или золота, которые создаются при помощи процессов фотолитографии, металлизации и травления на последней стадии изготовления изделия. Таким образом, был получен действительно “монолитный” вариант объединения компонентов в единую схему, а новая технология получила название “планарной”. Но сначала нужно было идею проверить.

Рис. 4. Экспериментальный триггер Р. Нойса. Фото с сайта http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Рис. 5. Фотография ИС Micrologic в журнале Life. Фото с сайта http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

В августе 1959 г . Р. Нойс поручил Джою Ласту проработать вариант ИС на планарной технологии. Сначала, как и Килби, изготовили макет триггера на нескольких кристаллах кремния, на которых было сделано 4 транзистора и 5 резисторов. Затем 26 мая 1960 г . изготовили первый однокристальный триггер. Для изоляции элементов в нём с обратной стороны кремниевой пластины протравливали глубокие канавки, заполняемые эпоксидной смолой. 27 сентября 1960 г . изготовили третий вариант триггера (рис. 4), в котором элементы изолировались обратно включенным p — n переходом.

Фирма Fairchild Semiconductor до этого времени занималась только транзисторами, схемотехников для создания полупроводниковых ИС у неё не было. Поэтому в качестве разработчика схем был приглашен Роберт Норман из фирмы Sperry Gyroscope . Норман был знаком с резисторно-транзисторной логикой, которую фирма с его подачи и выбрала в качестве основы своей будущей серии ИС “Micrologic”, нашедшей своё первое применение в аппаратуре ракеты “Минитмен”. В марте 1961 г . Fairchild анонсировала первую опытную ИС этой серии ( F -триггер, содержащий шесть элементов: четыре биполярных транзистора и два резистора, размещённых на пластине диаметром 1 см .) с опубликованием её фотографии (рис. 5) в журнале Life (от 10 марта 1961 г . ). Ещё 5 ИС были анонсированы в октябре. А с начала 1962 г . Fairchild развернула серийное производство ИС и поставки их также в интересах Минобороны США и НАСА.

Килби и Нойсу пришлось выслуш ать немало критических замечаний по поводу своих новаций. Считалось, что практический выход годных интегральных схем будет очень низким. Понятно, что он должен быть ниже, чем у транзисторов (поскольку содержит несколько транзисторов), у которых он тогда был не выше 15%. Во-вторых, многие полагали, что в интегральных схемах используются неподходящие материалы, поскольку резисторы и конденсаторы делались тогда отнюдь не из полупроводников. В третьих, многие не могли воспринять мысль неремонтопригодности ИС. Им казалось кощунственным выбрасывать изделие, в котором вышел из строя только один из многих элементов. Все сомнения постепенно были отброшены, когда интегральные схемы были успешно использованы в военных и космических программах США.

Один из основателей фирмы Fairchild Semiconductor Г. Мур сформулировал основной закон развития кремниевой микроэлектроники, согласно которому число транзисторов в кристалле интегральной схемы удваивалось каждый год. Этот закон, названный “закон Мура”, довольно чётко действовал в течение первых 15 лет (начиная с 1959 г .), а затем такое удвоение происходило приблизительно за полтора года.

Далее индустрия ИС в США начала развиваться стремительными темпами. В США начался лавинообразный процесс возникновения предприятий, ориентированных исключительно “под планар”, иногда доходило до того, что регистрировались по десятку фирм в неделю. Стремясь к ветеранам (фирмам У. Шокли и Р. Нойса), а также благодаря налоговым льготам и сервису, представляемому Стенфордским университетом, “новички” кучковались главным образом в долине Санта-Клара (Калифорния). Поэтому неудивительно, что в 1971 г . в обиход с легкой руки журналиста-популяризатора технических новинок Дона Хофлера в обращение вошел романтически-техногенный образ “Кремниевой долины” (Silicon Valley), навсегда ставший синонимом Мекки полупроводниковой технологической революции. Кстати, в той местности действительно имеется славившаяся ранее многочисленными абрикосовыми, вишневыми и сливовыми садами долина, имевшая до появления в ней фирмы Шокли другое, более приятное название – Долина сердечного удовольствия (the Valley of Heart’s Delight), ныне, к сожалению, почти забытое.

В 1962 год в США началось серийное производство интегральных схем, хотя их объём поставок заказчикам и составил всего лишь несколько тысяч. Сильнейшим стимулом для развития приборостроительной и электронной промышленности на новой основе явилась ракетно-космическая техника. США не имели тогда таких же мощных межконтинентальных баллистических ракет, как советские, и для увеличения заряда были вынуждены пойти на максимальное сокращение массы носителя, в том числе систем управления, за счёт внедрения последних достижений электронной технологии. Фирмы Texas Instrument и Fairchild Semiconductor заключили крупные контракты на разработку и изготовление интегральных схем с министерством обороны США и с НАСА.

Первые полупроводниковые ИС в СССР

К концу 1950-х годов советская промышленность нуждалась в полупроводниковых диодах и транзисторах настолько, что потребовались радикальные меры. В 1959 году были основаны заводы полупроводниковых приборов в Александрове, Брянске, Воронеже, Риге и др. В январе 1961 года ЦК КПСС и СМ СССР приняли очередное Постановление “О развитии полупроводниковой промышленности”, в котором предусматривалось строительство заводов и НИИ в Киеве, Минске, Ереване, Нальчике и других городах.

Нас будет интересовать один их новых заводов – выше упомянутый Рижский завод полупроводниковых приборов (РЗПП, он несколько раз менял свои названия, для простоты мы используем наиболее известное, действующее и ныне). В качестве стартовой площадки новому заводу выделили строящееся здание кооперативного техникума площадью 5300 м 2 , одновременно началось строительство специального здания. К февралю 1960 года на заводе было уже создано 32 службы, 11 лабораторий и опытное производство, приступившее в апреле к подготовке производства первых приборов. На заводе уже работало 350 человек, 260 из которых в течение года направлялись на учёбу в московский НИИ-35 (позже НИИ “Пульсар”) и на ленинградский завод “Светлана”. А к концу 1960 года численность работающих достигла 1900 человек. Первоначально технологические линии размещались в перестроенном спортивном зале корпуса кооперативного техникума, а лаборатории ОКБ – в бывших учебных аудиториях. Первые приборы (сплавно-диффузионные и конверсионные германиевые транзисторы П-401, П-403, П-601 и П-602 разработки НИИ-35) завод выпустил через 9 месяцев после подписания приказа о его создания, в марте 1960 года. А к концу июля изготовил первую тысячу транзисторов П-401. Затем освоил в производстве многие другие транзисторы и диоды. В июне 1961 года завершилось строительство специального корпуса, в котором началось массовое производство полупроводниковых приборов.

С 1961 года завод приступил к самостоятельным технологическим и опытно-конструкторским работам, в том числе – по механизации и автоматизации производства транзисторов на основе фотолитографии. Для этого был разработан первый отечественный фотоповторитель (фотоштамп) – установка совмещения и контактной фотопечати (разработчик А.С. Готман). Большую помощь в финансировании и изготовлении уникального оборудования оказывали предприятия Минрадиопрома, в том числе КБ-1 (позже НПО “Алмаз”, Москва) и НИИРЭ. Тогда наиболее активные разработчики малогабаритной радиоаппаратуры, не имея своей технологической полупроводниковой базы, искали пути творческого взаимодействия с недавно созданными полупроводниковыми заводами.

Рис. 6. Рекламный буклет

На РЗПП проводились активные работы по автоматизации производства германиевых транзисторов типа П401 и П403 на основе создаваемой заводом технологической линии “Аусма”. Её главный конструктор (ГК) А.С. Готман предложил делать на поверхности германия токоведущие дорожки от электродов транзистора к периферии кристалла, чтобы проще разваривать выводы транзистора в корпусе. Но главное, эти дорожки можно было использовать в качестве внешних выводов транзистора при бескорпусной их сборке на платы (содержащие соединительные и пассивные элементы), припаивая их непосредственно к соответствующим контактным площадкам (фактически предлагалась технология создания гибридных ИС). Предлагаемый метод, при котором токоведущие дорожки кристалла как бы целуются с контактными площадками платы, получил оригинальное название – “поцелуйная технология”. Но из-за ряда оказавшихся тогда неразрешимыми технологических проблем, в основном связанных с проблемами точности получения контактов на печатной плате, практически реализовать “поцелуйную технологию” не удалось. Через несколько лет подобная идея была реализована в США и СССР и нашла широкое применение в так называемых “шариковых выводах” и в технологии “чип-на-плату”.

Тем не менее, аппаратурные предприятия, сотрудничающие с РЗПП, в том числе НИИРЭ, надеялись на “поцелуйную технологию” и планировали её применение. Весной 1962 года, когда стало понятно, что её реализация откладывается на неопределённый срок, главный инженер НИИРЭ В.И. Смирнов попросил директора РЗПП С.А. Бергмана найти другой путь реализации многоэлементной схемы типа 2НЕ-ИЛИ, универсальной для построения цифровых устройств.

Рис. 7. Эквивалентная схема ИС Р12-2 (1ЛБ021) . Рисунок из проспекта ИС от 1965 г.

Первая ИС и ГИС Юрия Осокина. Твердая схема Р12-2 (ИС серий 102 и 116 )

Директор РЗПП поручил эту задачу молодому инженеру Юрию Валентиновичу Осокину. Организовали отдел в составе технологической лаборатории, лаборатории разработки и изготовления фотошаблонов, измерительной лаборатории и опытно-производственной линейки. В то время в РЗПП была поставлена технология изготовления германиевых диодов и транзисторов, ее и взяли за основу новой разработки. И уже осенью 1962 года были получены первые опытные образцы германиевой твёрдой схемы 2НЕ-ИЛИ (поскольку термина ИС тогда не существовало, из уважения к делам тех дней сохраним название “твёрдая схема” – ТС), получившей заводское обозначение “Р12- 2” . Сохранился рекламный буклет 1965 г . на Р12-2 (рис. 6), информацией и иллюстрациями из которого мы воспользуемся. ТС Р12-2 содержала два германиевых p — n — p -транзистора (модифицированные транзисторы типа П401 и П403) с общей нагрузкой в виде распределённого германиевого резистора р-типа (рис. 7).

Перед рижанами стояли принципиально новые задачи: реализовать на одном кристалле два транзистора и два резистора, исключив их паразитное взаимное влияние. В СССР никто ничего подобного не делал, а о работах Дж. Килби и Р. Нойса никакой информации в РЗПП не было. Но специалисты РЗПП успешно преодолели эти проблемы, причём совершенно не так, как это сделали американцы.

Рис. 8. Структура ИС Р12-2. Рисунок из проспекта ИС от 1965 г.

Рис. 9. Габаритный чертеж ТС Р12-2. Рисунок из проспекта ИС от 1965 г.

В отличие от Texas Instruments, рижане сумели создать вполне технологичные ИС на германиевых меза-транзисторах. Основой техпроцесса стали три фотолитографии. В ходе первой на пластине р-германия с сформированным n-слоем под базовую область (методом диффузии Sb) создавалась маска под эмиттер. Через неё гальванически осаждали и вплавляли эмиттерный сплав PbInSb (т. е. в теле базы n-типа формировали p-область эмиттера). Затем одновременно с удалением использованного фоторезиста удалялись и излишки эмиттерного сплава так, что образовывалась плоская поверхность германиевой пластины, что упрощает последующие фотолитографии. При второй фотолитографии формировали маску под мезу транзисторных структур (так решался вопрос изоляции транзисторов). Третья фотолитография производится для придания требуемой конфигурации кристаллу ТС. Р. Нойс изолировал полупроводниковые структуры ИС от периферийных частей кристалла (что бы исключить их паразитное влияние на работу схемы) обратно включенные p — n переходы. Ю.В. Осокин ничего об этом не знал и поступил иначе. При помощи третьей фотолитографии он просто убрал из кристалла ненужные и мешающие части германия. В результате получали сложную в плане конфигурацию кристалла в виде лопатки (рис. 8), где p-германий “черенка” служил резистором R1, острие “штыка” лопатки – резистором R2, а сам “штык” лопатки являлся коллекторной областью транзисторов. По третьей маске осуществлялось глубокое, почти сквозное травление германиевой пластины по контурам кристаллов ТС, почти до их разделения. Окончательно пластина разделялась на кристаллы ТС при шлифовке её тыльной стороны до толщины около 100 мкм, ТС структуры при этом распадались на отдельные кристаллы сложной формы. Именно так была реализована групповая технология изготовления ТС (в отличие от Ю. Осокина Р. Нойс делал только одну ИС на пластине, см. рис. 4 и 5).

Внешние выводы формируются термокомпрессионной сваркой между германиевыми областями ТС структуры и золотом выводных проводников. Это обеспечивает устойчивую работу схем при внешних воздействиях в условиях тропиков и морского тумана, что особенно важно для работы в военно-морских квазиэлектронных АТС, выпускаемых рижским заводом ВЭФ, так же заинтересовавшимся этой разработкой.

Конструктивно ТС Р12-2 (и последующая за ней Р12-5) были выполнены в виде “таблетки” (рис.9) из круглой металлической чашечки диаметром 3 мм и высотой 0,8 мм . В неё размещался кристалл ТС и заливался полимерным компаундом, из которого выходили короткие внешние концы выводов из мягкой золотой проволоки диаметром 50 мкм, приваренные к кристаллу. Масса Р12-2 не превышала 25 мг. В таком исполнении ТС были устойчивы к воздействию относительной влажности 80% при температуре окружающей среды 40 ° С и к циклическим изменениям температуры от -60 ° до 60 ° С.

К концу 1962 года опытное производство РЗПП выпустило около 5 тыс. ТС Р12-2, а в 1963 году их было сделано несколько десятков тысяч. Таким образом, 1962 год стал годом рождения микроэлектронной промышленности в США и СССР.

Рис. 10. Группы ТС Р12-2

Рис. 11. Основные электрические характеристики Р12-2

Полупроводниковая технология тогда находилась на стадии становления и ещё не гарантировала строгой повторяемости параметров. Поэтому работоспособные приборы рассортировывали по группам параметров (это часто делают и в наше время). Так же поступили и рижане, установив 8 типономиналов ТС Р12-2 (рис. 10). Все другие электрические и иные характеристики у всех типономиналов одинаковы (рис. 11).

Выпуск ТС Р12-2 начался одновременно с проведением ОКР “Твердость”, завершившимся в 1964 году (ГК Ю.В. Осокин). В рамках этой работы была разработана усовершенствованная групповая технология серийного производства германиевых ТС на основе фотолитографии и гальванического осаждения сплавов через фотомаску. Её основные технические решения зарегистрированы как изобретение Осокина Ю.В. и Михаловича Д.Л. (А.С. №36845). В издававшемся с грифом “секретно” журнале “Спецрадиоэлектроника” вышло несколько статей Ю.В. Осокина в соавторстве со специалистами КБ-1 И.В. Ничего, Г.Г. Смолко и Ю.Е. Наумовым с описанием конструкции и характеристик ТС Р12-2 (и последовавшей за ней ТС Р12-5).

Конструкция Р12-2 была всем хороша, кроме одного – потребители не умели применять такие маленькие изделия с тончайшими выводами. Ни технологии, ни оборудования для этого у аппаратурных фирм, как правило, не было. За всё время выпуска Р12-2 и Р12-5 их применение освоили НИИРЭ, Жигулевский радиозавод Минрадиопрома, ВЭФ, НИИП (с 1978 года НПО “Радиоприбор”) и немногие другие предприятия. Понимая проблему, разработчики ТС совместно с НИИРЭ сразу же продумали второй уровень конструкции, который одновременно увеличил плотность компоновки аппаратуры.

Рис. 12. Модуль из 4 ТС Р12-2

В1963 г. в НИИРЭ в рамках ОКР “Квант” (ГК А. Н. Пелипенко, при участии Е.М. Ляховича) была разработана конструкция модуля, в котором объединялось четыре ТС Р12-2 (рис.12). На микроплату из тонкого стеклотекстолита размещали от двух до четырёх ТС Р12-2 (в корпусе), реализующих в совокупности определённый функциональный узел. На плату впрессовывали до 17 выводов (число менялось для конкретного модуля) длиной 4 мм . Микроплату помещали в металлическую штампованную чашечку размером 21,6 ? 6,6 мм и глубиной 3,1 мм и заливали полимерным компаундом. В результате получилась гибридная интегральная схема (ГИС) с двойной герметизацией элементов. И, как мы уже говорили, это была первая в мире ГИС с двухуровневой интеграцией, а, возможно, вообще первая ГИС. Было разработано восемь типов модулей с общим названием “Квант”, выполнявших различные логические функции. В составе таких модулей ТС Р12-2 сохраняли работоспособность при воздействии постоянных ускорений до 150 g и вибрационных нагрузок в диапазоне частот 5–2000 Гц с ускорением до 15 g .

Модули “Квант” сначала выпускало опытное производство НИИРЭ, а затем их передали на Жигулевский радиозавод Минрадиопрома СССР, поставлявший их различным потребителям, в том числе заводу ВЭФ.

ТС Р12-2 и модули “Квант” на их основе хорошо зарекомендовали себя и широко применялись. В 1968 году вышел стандарт, устанавливающий единую в стране систему обозначений интегральных схем, а в 1969 году – Общие технические условия на полупроводниковые (НП0.073.004ТУ) и гибридные (НП0.073.003ТУ) ИС с единой системой требований. В соответствии с этими требованиями в Центральном бюро по применению интегральных схем (ЦБПИМС, позже ЦКБ “Дейтон”, Зеленоград) 6 февраля 1969 года на ТС были утверждены новые технические условия ЩТ3.369.001-1ТУ. При этом в обозначении изделия впервые появился термин “интегральная схема” серии 102. ТС Р12-2 стали называться ИС: 1ЛБ021В, 1ЛБ021Г, 1ЛБ021Ж, 1ЛБ021И. Фактически это была одна ИС, рассортированная на четыре группы по выходному напряжению и нагрузочной способности.

Рис. 13. ИС серии 116 и 117

А 19 сентября 1970 года в ЦБПИМС были утверждены технические условия АВ0.308.014ТУ на модули “Квант”, получившие обозначение ИС серии 116 (рис.13). В состав серии входило девять ИС: 1ХЛ161, 1ХЛ162 и 1ХЛ163 – многофункциональные цифровые схемы; 1ЛЕ161 и 1ЛЕ162 – два и четыре логических элемента 2НЕ-ИЛИ; 1ТР161 и 1ТР1162 – один и два триггера; 1УП161 – усилитель мощности, а также 1ЛП161 – логический элемент «запрет» на 4 входа и 4 выхода. Каждая их этих ИС имела от четырёх до семи вариантов исполнения, отличающихся напряжением выходных сигналов и нагрузочной способностью, всего было 58 типономиналов ИС. Исполнения маркировались буквой после цифровой части обозначения ИС, например, 1ХЛ161Ж. В дальнейшем номенклатура модулей расширялась. ИС серии 116 фактически были гибридными, но по просьбе РЗПП были маркированы как полупроводниковые (первая цифра в обозначении – “ 1” , у гибридных должно быть “ 2” ).

В 1972 году совместным решением Минэлектронпрома и Минрадиопрома производство модулей было передано из Жигулевского радиозавода на РЗПП. Это исключило транспортировку ИС серии 102 на дальние расстояния, поэтому отказались от герметизации кристалла каждой ИС. В результате упростилась конструкция ИС и 102-й, и 116-й серий: отпала необходимость корпусировать ИС серии 102 в металлическую чашечку с заливкой компаундом. Бескорпусные ИС серии 102 в технологической таре поступали в соседний цех на сборку ИС серии 116, монтировались непосредственно на их микроплату и герметизировались в корпусе модуля.

В середине 1970-х годов вышел новый стандарт на систему обозначений ИС. После этого, например, ИС 1ЛБ021В получила обозначение 102ЛБ1В.

Вторая ИС и ГИС Юрия Осокина. Твердая схема Р12-5 (ИС серий 103 и 117 )

К началу 1963 года в результате серьёзных работ по разработке высокочастотных n — p — n транзисторов коллектив Ю.В. Осокина накопил большой опыт работы с p -слоями на исходной n -германиевой пластине. Это и наличие всех необходимых технологических компонентов позволило Осокину в 1963 году приступить к разработке новой технологии и конструкции более быстродействующего варианта ТС. В 1964 году по заказу НИИРЭ была завершена разработка ТС Р12-5 и модулей на её основе. По её результатам в 1965 году была открыта ОКР “Паланга” (ГК Ю.В. Осокин, его заместитель – Д.Л. Михалович, завершена в 1966 году). Разрабатывались модули на основе Р12-5 в рамках той же ОКР “Квант”, что и модули на Р12-2. Одновременно с техническими условиями на серии 102 и 116 были утверждены технические условия ЩТ3.369.002-2ТУ на ИС серии 103 (Р12-5) и АВ0.308.016ТУ на ИС серии 117 (модули на основе ИС серии 103). Номенклатура типов и типономиналов ТС Р12-2, модулей на них и серий ИС 102 и 116 была идентична номенклатуре ТС Р12-5 и ИС серий 103 и 117, соответственно. Отличались они только быстродействием и технологией изготовления кристалла ИС. Типовое время задержки распространения сигнала серии 117 составило 55 нс против 200 нс в серии 116.

Конструктивно ТС Р12-5 представляла собой четырёхслойную полупроводниковую структуру (рис.14), где подложка n -типа и эммитеры p + -типа подсоединялись к общей шине “земли”. Основные технические решения построения ТС Р12-5 зарегистрированы как изобретение Осокина Ю.В., Михаловича Д.Л. Кайдалова Ж.А и Акменса Я.П. (А.С. №248847). При изготовлении четырехслойной структуры ТС Р12-5 важным ноу-хау было формирование в исходной германиевой пластине n -типа p -слоя. Это достигалось диффузией цинка в кварцевой отпаянной ампуле, где пластины располагаются при температуре около 900 ° С, а цинк – в другом конце ампулы при температуре около 500 ° С. Дальнейшее формирование структуры ТС в созданном p -слое аналогично ТС Р12-2. Новая технология позволила уйти от сложной формы кристалла ТС. Пластины с Р12-5 также шлифовались с тыльной стороны до толщины около 150 мкм с сохранением части исходной пластины, далее они скрайбировались на отдельные прямоугольные кристаллы ИС.

Рис. 14. Структура кристалла ТС Р12-5 из АС №248847. 1 и 2 – земля, 3 и 4 – входы, 5 – выход, 6 — питание

После первых положительных результатов изготовления опытных ТС Р12-5, по заказу КБ-1 была открыта НИР “Мезон- 2” , направленная на создание ТС с четырьмя Р12-5. В 1965 году получены действующие образцы в плоском металлокерамическом корпусе. Но Р12-5 оказалась сложной в производстве, главным образом – из-за сложности формирования легированного цинком p -слоя на исходной n — Ge пластине. Кристалл оказался трудоёмким в изготовлении, процент выхода годных низкий, стоимость ТС высокая. По этим же причинам ТС Р12-5 выпускалась в небольших объёмах и вытеснить более медленную, но технологичную Р12-2 она не смогла. А НИР “Мезон- 2” вообще не получил продолжения, в том числе – из-за проблем межсоединений.

К этому времени в НИИ “Пульсар” и в НИИМЭ уже широким фронтом велись работы по развитию планарной кремниевой технологии, обладающей рядом преимуществ перед германиевой, главные из которых – более высокий диапазон рабочих температур (+150°С у кремния и +70°С у германия) и наличии у кремния естественной защитной пленки SiO 2 . А специализация РЗПП была переориентирована на создание аналоговых ИС. Поэтому специалисты РЗПП посчитали развитие германиевой технологии для производства ИС нецелесообразным. Однако при производстве транзисторов и диодов германий ещё какое-то время не сдавал своих позиций. В отделе Ю.В. Осокина уже после 1966 года были разработаны и производились РЗПП германиевые планарные малошумящие СВЧ транзисторы ГТ329, ГТ341, ГТ 383 и др. Их создание было отмечено Государственной премией Латвийской СССР.

Применение

Рис. 15. Арифметическое устройство на твердосхемных модулях. Фото из буклета ТС от 1965 г.

Рис. 16. Сравнительные габариты устройства управления АТС, выполненного на реле и ТС. Фото из буклета ТС от 1965 г.

Заказчиками и первыми потребителями ТС Р12-2 и модулей были создатели конкретных систем: ЭВМ “Гном” (рис. 15) для бортовой самолетной системы “Купол” (НИИРЭ, ГК Ляхович Е.М.) и военно-морских и гражданских АТС (завод ВЭФ, ГК Мисуловин Л.Я.). Активно участвовало на всех стадиях создания ТС Р12-2, Р12-5 и модулей на их и КБ-1, главным куратором этого сотрудничества от КБ-1 был Н.А. Барканов. Помогали финансированием, изготовлением оборудования, исследованиями ТС и модулей в различных режимах и условиях эксплуатации.

ТС Р12-2 и модули “Квант” на её основе были первыми микросхемами в стране. Да и в мире они были среди первых – только в США начинали выпускать свои первые полупроводниковые ИС фирмы Texas Instruments и Fairchild Semiconductor , а в 1964 г . корпорация IBM начала выпуск толстопленочных гибридных ИС для своих ЭВМ. В других странах об ИС ещё и не задумывались. Поэтому интегральные схемы для общественности были диковинкой, эффективность их применения производила поразительное впечатление и обыгрывалась в рекламе. В сохранившемся буклете на ТС Р12-2 от 1965 года (на основе уже реальных применений) сказано: “ Применение твёрдых схем Р12-2 в бортовых вычислительных устройствах позволяет в 10–20 раз сократить вес и габариты этих устройств, уменьшить потребляемую мощность и увеличить надёжность работы. … Применение твёрдых схем Р12-2 в системах управления и коммутации трактов передачи информации АТС позволяет сократить объём управляющих устройств примерно в 300 раз, а также значительно снизить потребление электроэнергии (в 30—50 раз )” . Эти утверждения иллюстрировались фотографиями арифметического устройства ЭВМ “Гном” (рис. 15) и сравнением выпускаемой тогда заводом ВЭФ стойки АТС на основе реле с маленьким блочком на ладони девушки (рис.16). Были и другие многочисленные применения первых рижских ИС.

Производство

Сейчас трудно восстановить полную картину объёмов производства ИС серий 102 и 103 по годам (сегодня РЗПП из крупного завода превратился в небольшое производство и многие архивы утеряны). Но по воспоминаниям Ю.В. Осокина, во второй половине 1960-х годов производство исчислялось многими сотнями тысяч в год, в 1970-х годах – миллионами. По сохранившимся его личным записям в 1985 году было выпущено ИС серии 102 – 4 100 000 шт., модулей серии 116 – 1 025 000 шт., ИС серии 103 – 700 000 шт., модулей серии 117 – 175 000 шт.

В конце 1989 года Ю.В. Осокин, тогда генеральный директор ПО “Альфа”, обратился к руководству Военно-промышленной комиссии при СМ СССР (ВПК) с просьбой о снятии серий 102, 103, 116 и 117 с производства ввиду их морального старения и высокой трудоёмкости (за 25 лет микроэлектроника далеко ушла вперед), но получил категорический отказ. Заместитель председателя ВПК В.Л. Коблов сказал ему, что самолеты летают надёжно, замена исключается. После распада СССР ИС серий 102, 103, 116 и 117 выпускались ещё до середины 1990-х годов, т. е. более 30 лет. ЭВМ “Гном” до сих пор стоят в штурманской кабине “Ил- 76” и некоторых других самолетов. “Это суперкомпьютер”, – не теряются наши лётчики, когда зарубежные коллеги удивленно интересуются невиданным ныне агрегатом.

О приоритетах

Несмотря на то, что у Дж. Килби и Р. Нойса были предшественники, именно они признаны мировой общественностью в качестве изобретателей интегральной схемы.

Р. Килби и Дж. Нойс через свои фирмы подали заявки на выдачу патента на изобретение интегральной схемы. Texas Instruments подала заявку на патент раньше, в феврале 1959 г ., а Fairchild сделала это только в июле того же года. Но патент под номером 2981877 выдали в апреле 1961 г . Р. Нойсу. Дж. Килби подал в суд и только в июне 1964 г . получил свой патент под номером 3138743. Потом была десятилетняя война о приоритетах, в результате которой (редкий случай) “победила дружба”. В конечном счёте, Апелляционный Суд подтвердил претензии Р. Нойса на первенство в технологии, но постановил считать Дж. Килби создателем первой работающей микросхемы. А Texas Instruments и Fairchild Semiconductor подписали договор о кросс-лицензировании технологий.

В СССР патентование изобретений авторам ничего, кроме хлопот, ничтожной разовой выплаты и морального удовлетворения не давало, поэтому многие изобретения вообще не оформлялись. И Осокин тоже не спешил. Но для предприятий количество изобретений было одним из показателей, так что их всё же приходилось оформлять. Поэтому Авторское свидетельство СССР за №36845 на изобретение ТС Р12-2 Ю. Осокина и Д. Михалович получили только 28 июня 1966 года.

А Дж. Килби в 2000 г . за изобретение ИС стал одним из лауреатов Нобелевской премии. Р. Нойс не дождался мирового признания, он скончался в 1990 г ., а п о положению Нобелевская премия не присваивается посмертно. Что, в данном случае, не совсем справедливо, поскольку вся микроэлектроника пошла по пути, начатом Р. Нойсом. Авторитет Нойса среди специалистов был настолько высок, что он даже получил прозвище “мэр Кремниевой долины”, поскольку был тогда самым популярным из ученых, работавших в той части Калифорнии, которая получила неофициальное название Silicon Valley (В. Шокли называли “Моисеем Кремниевой долины”). А путь Дж. Килби (“волосатый” германий) оказался тупиковым, и не был реализован даже в его фирме. Но жизнь не всегда справедлива.

Нобелевская премия была присвоена троим ученым. Половину её получил 77-летний Джек Килби, а вторую половину разделили между академиком Российской академии наук Жоресом Алферовым и профессором Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, американцем немецкого происхождения Гербертом Кремером, за “развитие полупроводниковых гетероструктур, используемых в высокоскоростной оптоэлектронике”.

Оценивая эти работы, эксперты отметили, что “интегральные схемы есть, безусловно, открытие века, оказавшее сильнейшее влияние на общество и мировую экономику”. Для всеми забытого Дж. Килби присуждение Нобелевской премии оказалось сюрпризом. В интервью журналу Europhysics News он признался: “ В то время я лишь думал о том, что было бы важным для развития электроники с точки зрения экономики. Но я не понимал тогда, что снижение стоимости электронных изделий вызовет лавинный рост электронных технологий” .

А работы Ю. Осокина не оценены не только Нобелевским комитетом. Забыты они и в нашей стране, приоритет страны в создании микроэлектроники не защищен. А он бесспорно был.

В 1950-е годы была создана материальная основа для формирования в одном монолитном кристалле или на одной керамической подложке многоэлементных изделий – интегральных схем. Поэтому не удивительно, что почти одновременно идея ИС независимо возникла в головах многих специалистов. А оперативность внедрения новой идеи зависела от технологических возможностей автора и заинтересованности изготовителя, т. е. от наличия первого потребителя. В этом отношении Ю. Осокин оказался в лучшем положении, чем его американские коллеги. Килби был новичком в TI , ему даже пришлось доказывать руководству фирмы принципиальную возможность реализации монолитной схемы изготовлением её макета. Собственно роль Дж. Килби в создании ИС сводится к перевоспитанию руководства TI и в провокации своим макетом Р. Нойса к активным действиям. В серийное производство изобретение Килби не пошло. Р. Нойс в своей молодой и ещё не окрепшей компании пошёл на создание новой планарной технологии, которая действительно стала основой последующей микроэлектроники, но поддалась автору не сразу. В связи с вышесказанным им обоим и их фирмам пришлось потратить немало сил и времени для практической реализации своих идей по построению серийноспособных ИС. Их первые образцы остались экспериментальными, а в серийное производство пошли уже другие микросхемы, даже не ими разработанные. В отличие от Килби и Нойса, которые были далеки от производства, заводчанин Ю. Осокин опирался на промышленно освоенные полупроводниковые технологии РЗПП, и у него были гарантированные потребители первых ТС в виде инициатора разработки НИИРЭ и рядом расположенного завода ВЭФ, помогавших в данной работе. По этим причинам уже первый вариант его ТС сразу пошел в опытное, плавно перешедшее в серийное производство, которое непрерывно продолжалось более 30 лет. Таким образом, начав разработку ТС позже Килби и Нойса, Ю. Осокин (не зная об этом соревновании) быстро догнал их. Причём работы Ю. Осокина никак не связаны с работами американцев, свидетельство тому абсолютная непохожесть его ТС и реализованных в ней решений на микросхемы Килби и Нойса. Производство своих ИС Texas Instruments (не изобретение Килби), Fairchild и РЗПП начали почти одновременно, в 1962 году. Это дает полное право рассматривать Ю. Осокина одним из изобретателей интегральной схемы наравне с Р. Нойсом и более, чем Дж. Килби, а часть нобелевской премии Дж. Килби было бы справедливо поделить с Ю. Осокиным. Что же касается изобретения первой ГИС с двухуровневой интеграцией (а возможно и ГИС вообще) то здесь приоритет А. Пелипенко из НИИРЭ абсолютно бесспорен.

Автор благодарен Ю.В. Осокину , А.А. Васенкову и С.В. Якубовскому (с его богатым архивом в ЦКБ “Дейтон”, открытым для всех интересующихся историей), оказавшим неоценимую помощь в подготовке статьи.

К сожалению, не удалось найти образцов ТС и приборов на их основе, необходимых для музеев. Автор будет весьма признателен за такие образцы или их фотографии.

Статья помещена в музей 28.10.2008

Первая микросхема 🙂 / Хабр

Очень рад в подробностях рассказать о своей первой интегральной схеме и поделиться перипетиями этого проекта, которым занимался на протяжении прошлого года. Надеюсь, мой успех вдохновит других и поможет начать революцию в производстве домашних микросхем. Когда я приступил к этому проекту, то понятия не имел, во что ввязался, но в итоге узнал больше, чем когда-либо думал, о физике, химии, оптике, электронике и многих других областях.

Кроме того, мои усилия сопровождались лишь самыми положительными отзывами и поддержкой со всего мира. Искренне благодарен всем, кто мне помогал, давал советы и вдохновлял на этот проект. Особенно моим удивительным родителям, которые не только всегда поддерживают и поощряют меня как только могут, но и предоставили рабочее место и смирились с затратами на электроэнергию… Спасибо!

Без дальнейших церемоний представляю первую интегральную схему (ИС), изготовленную литографическим способом в домашних (гаражных) условиях — PMOS-чип двойного дифференциального усилителя Z1.



Я говорю «изготовленную литографическим способом», потому что Джери Эллсуорт изготовила первые транзисторы и логические вентили (с соединениями, тщательно проложенными вручную проводящей эпоксидной смолой) и показала миру, что это возможно. Вдохновленный её работой, я представляю интегральные схемы, созданные масштабируемым, стандартным фотолитографическим процессом. Излишне говорить, что это логический шаг вперёд по сравнению с моим предыдущей работой, где я воспроизвёл полевой транзистор Джери.

Я разработал усилитель Z1, когда искал простой чип для тестирования и настройки своего процесса. Макет сделан в Magic VLSI для процесса PMOS с четырьмя масками (активная/легированная область, подзатворный оксид, контактное окно и верхний металлический слой). У PMOS есть преимущество перед NMOS, если учесть ионные примеси из-за изготовления в гараже. Маски разработаны с соотношением сторон 16:9 для упрощения проекции.


Макет Magic VLSI


Генерация маски


Активная область


Затвор


Контакт


Металл

Размер затвора приблизительно 175 мкм, хотя на чипе для проверки выполнены элементы размером до 2 мкм. Каждая секция усилителя (центральная и правая) содержит три транзистора (два для дифференциальной пары с общим резистором в эмиттерах и один в качестве источника тока/нагрузочного резистора), что означает в общей сложности шесть транзисторов на ИС. В левой части резисторы, конденсаторы, диоды и другие тестовые элементы, чтобы изучить характеристики техпроцесса. Каждый узел дифференциальных пар выходит отдельным штифтом на выводной рамке, поэтому его можно изучать, а при необходимости добавить внешнее смещение.

Процесс изготовления состоит из 66 отдельных шагов и занимает примерно 12 часов. Выход достигает 80% для больших элементов, но сильно зависит от количества выпитого кофе в конкретный день. Я также записал видео на YouTube о теории производства микросхем и отдельно об изготовлении МОП-транзисторов.

Кремниевые пластины 50 мм (2″) разбиваются на кристаллы 5,08×3,175 мм (площадь около 16 мм²) волоконным лазером Epilog. Такой размер кристалла выбран, чтобы он помещался в 24-контактный DIP-корпус Kyocera.


Пластина N-типа 50 мм


Пластина N-типа 50 мм

Сначала с пластины снимается нативная окись быстрым погружением в разбавленный фтороводород с последующей интенсивной обработкой травильной смесью «пиранья» (смесь серной кислоты и перекиси водорода), смесью RCA 1 (вода, аммиак, перекись водорода), смесью RCA 2 (вода, соляная кислота, перекись водорода) и повторным погружением во фтороводород.

Защитный окисел термически выращивается в водяном паре окружающего воздуха (влажное оксидирование) до толщины 5000−8000 Å.


Влажное термическое оксидирование


Влажное термическое оксидирование


Трубчатая печь


Оксидированная пластина

Оксидированная пластина готова к формированию рисунка на активной/легированной (Р-типа) области. Фоторезист AZ4210 наносится на вращающуюся примерно на 3000 оборотах в минуту подолжку, формируя плёнку толщиной около 3,5 мкм, которая аккуратно подсушивается при 90°С на электроплитке.

Процесс литографии детально

Маску активной зоны обрабатывает мой фотолитографический степпер Mark IV в ультрафиолете с шагом 365 нм — и структура отрабатывается в растворе гидроксида калия.


Структура резиста


Структура резиста


30-минутная подсушка


Травление активной зоны

После этого структура резиста плотно затвердела и применяется несколько других трюков, чтобы обеспечить хорошее сцепление и химическую стойкость во время следующего вытравливания во фтороводороде, который переносит эту структуру на слой подзатворного оксида и открывает окна к голому кремнию для легирования. Эти регионы позже станут истоком и стоком транзистора.


Частицы замыкают затвор


Легированные кристаллы с вытравленными затворами

После этого производится легирование, то есть введение примесей из твёрдого или жидкого источника. В качестве твёрдого источника применяется диск нитрида бора, размещённый поблизости (менее 2 мм) от пластины в трубчатой печи. Как вариант, можно приготовить жидкостный источник из фосфорной или борной кислоты в воде или растворителе — и провести легирование по стандартному процессу преднанесения/погружения во фтороводород/диффундирования/удаления глазури.

Вышеупомянутые шаги формирования рисунка затем повторяются дважды для подзатворного оксида и контактного слоя. Подзатворный оксид должен быть гораздо тоньше (менее ~750 Å), чем защитный оксид, поэтому зоны между стоком/истоком вытравливаются — и там выращивается более тонкий оксид. Затем, поскольку вся пластина оксидировалась на шаге легирования, нужно вытравить контактные окна, чтобы установить контакт металлического слоя с легированными зонами истока/стока.

Теперь все транзисторы сформированы и готовы к межсоединениям с выходом на выводную рамку. Защитный слой алюминия (400−500 нм) распыляется или термически напыляется на пластину. Альтернативой был бы метод взрывной литографии (lift-off process), когда сначала формируется фоторезист, а затем осаждается металл.


Напылённый металл


Напылённый металл

Затем на слое металла формируется рисунок методом фотолитографии и происходит травление в горячей фосфорной кислоте, чтобы завершить изготовление интегральной схемы. Заключительные шаги перед тестированием — это визуальный осмотр и высокотемпературный отжиг алюминия для формирования омических переходов.

Микросхема теперь готова для упаковки и тестирования.

У меня нет установки микросварки (принимаю пожертвования!), поэтому сейчас процесс тестирования ограничен прощупыванием пластины острым пинцетом или использованием платы flip-chip (трудно выровнять) c подключением к характериографу. Дифференциальный усилитель также эмпирически тестируется в цепи для проверки работоспособности.


Кривая IV


Кривая IV

Кривая FET Ids/Vds от с предыдущего устройства NMOS

Конечно, эти кривые далеки от идеальных (в том числе из-за излишнего сопротивления контактов и других подобных факторов), но я ожидаю улучшения характеристик, если раздобуду установку микросварки.

Этим могут частично объясняться и некоторые отличия от кристалла к кристаллу. Скоро я добавлю на эту страницу новые кривые IV, характеристики транзистора и дифференциального усилителя.

Первая полупроводниковая интегральная микросхема Джека Килби

Первая полупроводниковая интегральная микросхема Джека Килби
ra3dhl
September 12th, 2018

     12 сентября 1958 года Джек С. Килби продемонстрировал первую рабочую интегральную схему на фирме Texas Instruments (США). Впервые электронные компоненты были интегрированы на одной подложке. Это устройство представляло собой генератор на крошечной пластине германия размером  11,1 мм на 1,6 мм. Сегодня интегральные схемы являются фундаментальными строительными блоками практически всего электронного оборудования.

За изобретение интегральной схемы  Джек Килби был награжден Нобелевской премией по физике в 2000 году и Национальной Медалью в области науки в 1970 году, а в 1982 году он  был включен в число почетных  изобретателей Национального Зала Славы США.

Джек Килби с раскрытым лабораторным журналом, на страницах которого описание первой интегральной схемы, им созданной.


Это первая интегральная микросхема Джека Килби.

Патент под названием MINIATURIZED ELECTRONIC CIRCUITS Джек Килби подал несколько позже

     Надеюсь моим читателям будет интересно узнать, как создавалась первая в СССР  интегральная микросхема в начале 1960 годов в НИИ-35, ныне  «Пульсар». Для этого  я рекомендую прочитать  статью Б. В. Малина – одного из первых российских специалистов в области микроэлектроники, разработчика и создателя первой серии отечественных интегральных схем, начальника отдела НИИ-35 (см.  http://www.computer-museum.ru/technlgy/su_chip.htm)

      Я же хочу рассказать о другом предприятии, созданном в Латвийской Советской Социалистической Республике в 1959 году.
В 1962 году в Ленинграде руководство НПО «Ленинец» обратилось с просьбой к руководству Рижского завода полупроводниковых приборов (РЗПП) создать интегральную микросхему для ЭВМ. Это обращение было не случайным. На Рижском заводе уже имелись серьезные достижения в полупроводниковом производстве, в частности в точной фотолитографии, которая является важнейшим элементом изготовления полупроводниковых изделий.
     Директор РЗПП дал такое  поручение молодому инженеру Юрию Валентиновичу Осокину. Перед рижанами стояла принципиально новая задача: реализовать на одном кристалле два транзистора и два резистора, исключив их паразитное взаимное влияние. В СССР никто ничего подобного не делал, а о работах Килби никакой информации в РЗПП тогда не было. Но специалисты РЗПП успешно преодолели все трудности, причем совершенно не так, как это сделали американцы. И уже осенью 1962 года были получены первые опытные образцы германиевой твердой, как тогда называли, схемы 2НЕ-ИЛИ, получившей заводское обозначение Р12–2. Она содержала два германиевых p-n-p-транзистора с общей нагрузкой в виде распределенного германиевого резистора р-типа. А к концу года завод выпустил первые пять тысяч микросхем.
То есть начало серийного производства интегральных микросхем разделяло нас и американцев на небольшой срок.
     Таким образом, начав разработку ИС позже Килби и не зная о его разработках, чему свидетельствует абсолютная непохожесть реализованных решений, Осокин быстро его догнал. Микросхемы Осокина тут же нашли практическое применение, «Ленинец» сделал на них первый в мире авиационный бортовой компьютер «Гном». Они применялись также в квазиэлектронных АТС и в другой гражданской аппаратуре. Выпускались они до распада СССР. Это подтверждается датой изготовления этих микросхем из Риги, которые имеются в моей коллекции.

Микросхемы долгожители из  Риги

      В СССР в 1963 году был создан Центр микроэлектроники в г. Зеленограде.  В 1964 году там на заводе “Ангстрем” были разработаны первые интегральные схемы  «Тропа» (серия 201), «Посол» (серия 217), выполненные по гибридно-пленочной технологии с использованием бескорпусных транзисторов. На заводе «Микрон» в Зеленограде в конце 60 г. была применена  технология и начат выпуск первых монолитных интегральных микросхем. Вот паспорт на опытную партию первых микросхем из «Микрона» по теме «Логика-1»

А это сама микросхема, паспорт которой я привел

За ней последовала «Логика-2» (133 серия – аналог  серии SN54 фирмы Texas Instruments). В частности, знаменитая микросхема М3300 или более известная, как 1ЛБ333, аналог SN5400, позже стала называться 133ЛА3 или  в пластмассовом корпусе К155ЛА3 (SN7400) имела  дальнейшее продолжение, как и ее американские аналоги в части  усовершенствования этой серии по быстродействию в теме «Ярус» — 530ЛА3 (SN54S00), экономичности в теме «Исида КС» — 533ЛА3 (SN54LS00) и т.д.   Как тут не вспомнить статью Малина Б.В., который писал: «Действовали концепции повторения и копирования американского технологического опыта – методы так называемой «обратной инженерии» МЭП. Образцы-прототипы и производственные образцы кремниевых интегральных схем для воспроизводства были получены из США, и их копирование было строго регламентировано приказами МЭП (министр Шокин). Концепция копирования жёстко контролировалась министром на протяжении более 19 лет, в течение которых автор работал в системе МЭП, вплоть до 1974 года…»
В 1973 году  было положено начало разработки электронных часов на «Пульсаре» . Научный руководитель разработки д.т.н, проф. Докучаев Юрий Петрович. Внутренний вид первых советских КМОП электронных часов «Электроника-1» показан на фото.

В том же 1973 году На «Ангстреме» был освоен серийный выпуск первого советского КМОП калькулятора

     В 1980 году заводом “Микрон” изготовлена 100 000 000 интегральная микросхема, а на заводе “Ангстрем” в 1985 году стал серийно выпускаться карманный 16 разрядный персональный компьютер «Электроника-85» с жидкокристаллическим дисплеем.

 Короче, в середине 80 годов наблюдается  пик в развитии советской радиоэлектроники. Об этом говорит  уникальный полет и автоматическая посадка космического корабля «Буран», в бортовом компьютере «Бисер-4» которого использовались отечественные микропроцессоры. А в той же Риге освоен выпуск первых отечественных сигнальных процессоров по темам «Рина», «Райта» и «Розите».
А это  фото уникальной электронной записной книжки, которая вручалась делегатам 27 съезда КПСС в феврале 1986г.

Что же было потом? С приходом во власть Горбачева,  советская электроника стала буквально на глазах рушится. Но что странно, всё, о чем говорил этот последний генеральный секретарь, было прогрессивно, например, на 27 съезде КПСС в 1986 году, он провозгласил программу ускорения научно-технического прогресса, а ведь на деле происходило совсем другое. Началось прогрессивное разворовывание государственной собственности, остановка предприятий, не выплата зарплат, хаос и, наконец, распад СССР.
Впрочем, это уже другая история.

Как создавалась интегральная схема | Computerworld Россия

История создания интегральной схемы — типичный пример воплощения европейской мечты за океаном.
Собранный прототип интегральной схемы был продемонстрирован руководству Texas Instruments в конце августа 1958 года. К удивлению присутствующих, он оказался вполне сносно работающим

Самая престижная научная награда, Нобелевская премия по физике, обычно вручается ученым, которые внесли наибольший вклад в области фундаментальных исследований. Поэтому присуждение премии 2000 года американскому инженеру-электротехнику Джеку Килби за работы прикладного характера вызвало немалое удивление в научном сообществе. Однако удивление быстро сменилось осознанием того, что изобретение интегральной схемы представляет собой великолепный пример использования результатов фундаментальных исследований для создания новых инструментов, которые, в свою очередь, позволяют получать новые фундаментальные результаты.

Истоки

В начале 50-х годов представители оборонного и космического ведомств США первыми задумались над пределами прогресса ламповых систем. И стали оказывать — сначала осторожно, а потом все более активно — финансовую поддержку проектам, направленным на построение полностью интегрированных электронных систем из твердотельных компонентов. Это стало началом заката «ламповой эры», но философия электронной интеграции не претерпела существенных изменений и по-прежнему напоминала философию построения предложения. В электронике, как в человеческой речи, есть массив стандартных элементов, различающихся по своим функциональным особенностям: фраза всегда состоит из существительных, прилагательных, глаголов, причастных оборотов, а электронная схема — из емкостей, сопротивлений, триодов и диодов. Комбинируя эти элементы, можно придавать фразе тот или иной смысл, а схеме «поручать» решение тех или иных задач.

Твердотельными компонентами должны были стать транзисторы. Самые первые были изготовлены из монокристаллического германия и лишь значительно позже — к середине 50-х годов, когда в Texas Instruments была решена проблема роста монокристаллического кремния, транзисторы стали изготавливаться из этого кремния. Это само по себе сразу же стало коммерчески выгодным предприятием, несмотря на достаточно высокую по тем временам их стоимость (около 10 долл. за штуку).

1951 год ознаменовался тем, что Bell Labs провела свою первую конференцию по транзисторам и начала продавать патентные лицензии стоимостью 25 тыс. долл. на транзисторные технологии. Заинтересовались лицензией и в компании Centralab, где Килби и сделал первые шаги в направлении «германиевой» интеграции. Однако Centralab не была той компанией, деятельность которой — производство слуховых аппаратов и пассивных телевизионных схем — могла бы заинтересовать военных в 1956 году, когда рынок военных кремниевых технологий становился перспективным. Неизмеримо большими возможностями обладала Texas Instruments, где Килби проработал без малого 45 лет и в стенах которой в рамках военного заказа были созданы первые кремниевая и германиевая интегральные схемы.

Идея

Еще в конце 40-х годов в Centralab были разработаны основные принципы миниатюризации и созданы ламповые толстопленочные гибридные схемы. Схемы выполнялись на единой подложке, а зоны контактов или сопротивления получались простым нанесением на подложку серебряной или типографской угольной краски. Когда же стала развиваться технология германиевых сплавных транзисторов, в Centralab было предложено монтировать бескорпусные приборы в пластиковую или керамическую оболочку, чем достигалась изоляция транзистора от окружающей среды. На этой основе можно было уже создавать транзисторные гибридные схемы, «печатные платы». Но, по сути дела, это был прообраз современного решения проблемы корпусирования и выводов интегральной схемы.

К середине 50-х годов Texas Instruments имела все возможности для производства дешевых полупроводниковых материалов. Но если транзисторы или диоды изготовлялись из кремния, то резисторы в TI предпочитали делать из нитрида титана, а распределенные емкости — из тефлона. Неудивительно, что многие тогда полагали, что при накопленном опыте создания гибридных схем нет проблем в сборке этих элементов, изготовленных по отдельности. А если удастся изготовить все элементы одинакового размера и формы и тем самым автоматизировать процесс сборки, то стоимость схемы будет значительно снижена. Этот подход очень напоминает предложенный Генри Фордом процесс конвейерной сборки автомашин.

Таким образом, в основе доминировавших тогда схемных решений лежали различные материалы и технологии их изготовления. Но англичанином Джеффом Даммером из Royal Radar Establishment в 1951 году было выдвинуто предположение о создании электроники в виде единого блока при помощи полупроводниковых слоев одного и того же материала, работающих как усилитель, резистор, емкость и соединенных вырезанными в каждом слое контактными площадками. Как это сделать практически, Даммер не указал.

Собственно, отдельные резисторы и емкости можно было делать из того же кремния, однако это было бы довольно дорогое производство. Кроме того, кремниевые резисторы и емкости были бы менее надежны, чем компоненты, изготовленные по стандартным технологиям и из привычных материалов, тех же нитрида титана или тефлона. Но так как все же имелась принципиальная возможность изготовить все компоненты из одного материала, то следовало бы подумать об их соответствующем электрическом соединении в одном образце.

24 июля 1958 года Килби сформулировал в лабораторном журнале концепцию, получившую название «Идеи монолита» (Monolithic Idea), в которой было указано, что «…элементы схемы, такие как резисторы, конденсаторы, распределенные конденсаторы и транзисторы, могут быть интегрированы в одну микросхему — при условии, что они будут выполнены из одного материала… В конструкции триггерной схемы все элементы должны изготавливаться из кремния, причем резисторы будут использовать объемное сопротивление кремния, а конденсаторы — емкости p-n-переходов».

Заслуга Килби — в практической реализации идеи Даммера.

Реализация

«Идея монолита» встретила снисходительно-ироничное отношение со стороны руководства Texas Instruments, где потребовали доказательств того, что подобная схема будет работоспособна.

Чтобы представить необходимые доказательства, прежде всего следовало убедиться в том, что будет работать схема, составленная из отдельных кремниевых элементов — транзистора на p-n-переходе, резисторов, нарезанных из стерженьков, и конденсаторов из пластины, которая была металлизирована с обеих сторон. Собранный прибор был продемонстрирован руководству компании в конце августа 1958 года. К удивлению присутствующих, он оказался вполне сносно работающим. Но это еще не была интегральная структура, скорее это была миниатюризированная «квазигибридная» схема.

Первой же действительно интегральной схемой, выполненной «с нуля», в одном куске полупроводника, оказалась германиевая триггерная схема. Здесь уже были использованы и объемное сопротивление Ge, и емкость p-n-перехода. Ее презентация состоялась в начале 1959 года. Вскоре Робертом Нойсом из Fairchild Semiconductor были продемонстрированы преимущества планарного технологического процесса.

Как Килби, так и Нойсу пришлось выслушать немало критических замечаний по поводу своих новаций. Считалось, что практический выход интегральных схем будет очень низким, потому что всего 15% изготовляемых в то время транзисторов имели необходимый ресурс надежности. Во-вторых, многие полагали, что в интегральных схемах используются неподходящие материалы, поскольку лучшие электронные компоненты тогда делались отнюдь не из полупроводников.

Все сомнения были отброшены, когда интегральные схемы были успешно использованы в военных программах США, в программах подготовки полета космического корабля «Аполлон» на Луну и разработки ракеты «Минитмен». В 1964 году был создан первый портативный калькулятор на интегральных схемах. Началось их коммерческое использование, чем и было окончательно продемонстрировано их право на существование.

Как делают микросхемы?

Что может быть проще, чем обычный песок, и что может сравниться по сложности с компьютерными микросхемами? Между тем кремний как раз и является исходным материалом для производства интегральных схем, которые сегодня управляют всеми электронными устройствами, начиная от суперкомпьютеров и заканчивая сотовыми телефонами и микроволновыми печами.

Превращение песка в крошечные устройства, включающие в себя миллионы компонентов, — величайшее достижение ученых и инженеров, казавшееся совершенно невозможным всего полвека тому назад, до изобретения в 1947 году сотрудниками лаборатории Bell Labs транзистора. Кремний — естественный полупроводник. При определенных условиях он способен проводить электричество, в других же случаях выступает в роли изолятора. Электрические свойства кремния можно изменять, добавляя в него различные примеси. Этот процесс называется легированием. Подобные добавки превращают кремний в идеальный материал для изготовления транзисторов — простейших устройств, видоизменяющих электрические сигналы. Транзисторы могут также выполнять функции переключателей, комбинация которых позволяет реализовать логические операции «и», «или», «не».

Микросхемы выпускаются на заводах, в строительство которых необходимо вложить многие миллиарды долларов. На заводе песок плавится и очищается, превращаясь в однородные слитки кремния с чистотой 99,9999%. Специальные ножи разрезают слитки на пластины толщиной с мелкую монету и диаметром в несколько дюймов. Пластины очищаются и шлифуются. Каждая из них служит для изготовления множества микросхем. Этот и последующий этапы выполняются в так называемой «чистой» комнате, в которой особо тщательно следят за отсутствием пыли и других инородных тел.

Непроводящий слой диоксида кремния на поверхности кремниевой пластины расширяется и покрывается светочувствительным химическим соединением.

Это соединение (фоторезист) подвергается воздействию ультрафиолетового облучения через специальный шаблон, или маску, для закрепления участков, обработанных излучением. Необработанные области протравливаются горячим газом, который обнажает подложку диоксида кремния, находящуюся внизу. Подложка и нижний слой кремния вытравливаются для получения пластины нужной толщины.

Фоторезист, задействованный в процессе фотолитографии, впоследствии удаляется, оставляя на микросхеме рельефные выступы, конфигурация которых повторяет схему цепи, представленную в маске. Электрическую проводимость отдельных компонентов микросхемы также можно изменить за счет легирования их специальным химическим составом при высокой температуре и давлении. Процедура фотолитографии с использованием различных масок, за которой следует вытравливание и легирование, повторяется для каждой микросхемы многократно. Таким образом на каждом этапе мы получаем все более сложную интегральную схему.

Для формирования проводников, которые связывают отдельные компоненты, вытравленные ранее на микросхеме, она покрывается тонким слоем металла (как правило, это алюминий или медь). После этого путем литографии и вытравливания удаляется весь металл, за исключением тоненьких проводников. Иногда на микросхему накладывается несколько слоев проводников, разделенных стеклянными изоляторами.

Первая интегральная схема

Устройство, которое через несколько лет вытеснило электронные лампы и отдельные транзисторы, попытался запатентовать в году Джек Килби, инженер из Texas Instruments. Как уточняет издание, у патентообладателя был не один предшественник. Сама концепция схемы интегральной схемы появилась на шесть лет раньше. Ее опубликовал в году исследователь Джеффри Даммер Geoffrey Dummer из британского министерства обороны. Ему, в отличие от Килби, не удалось создать работающую модель.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

  • Третье поколение ЭВМ
  • Первые интегральные схемы
  • Интегральная схема
  • Чем суть интегральной схемы. Что такое интегральная схема? История развития интегральных схем
  • Цифровые интегральные микросхемы
  • Первая в СССР интегральная схема
  • Интегральная схема

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: all-audio.pro они устроены и их принцип all-audio.proт ли они транзисторы в выходном каскаде

Третье поколение ЭВМ


Современные интегральные микросхемы, предназначенные для поверхностного монтажа. Интегральная engl. Часто под интегральной схемой ИС понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой МС — ИС, заключённую в корпус.

В настоящий момент год большая часть микросхем изготавливается в корпусах для поверхностного монтажа. История В году двое учёных, живущих в совершенно разных местах, изобрели практически идентичную модель интегральной схемы.

Один из них, Джек Килби, работал на Texas Instruments, другой, Роберт Нойс, был одним из основателей небольшой компании по производству полупроводников Fairchild Semiconductor. Транзисторы, резисторы, конденсаторы и другие детали в то время размещались на платах отдельно, и учёные решили попробовать их объединить в один монолитный кристалл из полупроводникового материала.

Только Килби воспользовался германием, а Нойс предпочёл кремний. В году они отдельно друг от друга получили патенты на свои изобретения — началось противостояние двух компаний, которое закончилось мирным договором и созданием совместной лицензии на производство чипов.

После того как в году Fairchild SemiconductorCorporation пустила интегральные схемы в свободную продажу, их сразу стали использовать в производстве калькуляторов и компьютеров вместо отдельных транзисторов, что позволило значительно уменьшить размер и увеличить производительность.

Первая советская полупроводниковая микросхема была создана в г. Создание первой отечественной кремниевой интегральной схемы было сконцентрировано на разработке и производстве с военной приёмкой серии интегральных кремниевых схем ТС 37 элементов — эквивалент схемотехнической сложности триггера, аналога американских ИС серии SN фирмы Texas Instruments.

Образцы-прототипы и производственные образцы кремниевых интегральных схем для воспроизводства были получены из США. Работы проводились НИИ директор Трутко и Фрязинским заводом директор Колмогоров по оборонному заказу для использования в автономном высотомере системы наведения баллистической ракеты. Разработка включала шесть типовых интегральных кремниевых планарных схем серии ТС и с организацией опытного производства заняла в НИИ три года с по год.

Ещё два года ушло на освоение заводского производства с военной приёмкой во Фрязино год. Уровни проектирования. В настоящее время большая часть интегральных схем разрабатывается при помощи САПР, которые позволяют автоматизировать и значительно ускорить процесс получения топологических фотошаблонов. Анализ электромагнитных реле электромагнитный реле однофазный питание Основные направления экономического и социального развития предусматривают интенсивное развитие автоматизации и роботизации всего народного хозяйства страны, повышение энерговооруженности труда.

Решение этих задач непосредственно связано с с Global Informatics. Главная Вычислительная техника Связь и телекоммуникация Информационные технологии Усилители. Интегральная микросхема Современные интегральные микросхемы, предназначенные для поверхностного монтажа.


Первые интегральные схемы

Современные интегральные микросхемы, предназначенные для поверхностного монтажа. Интегральная engl. Часто под интегральной схемой ИС понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой МС — ИС, заключённую в корпус. В настоящий момент год большая часть микросхем изготавливается в корпусах для поверхностного монтажа. История В году двое учёных, живущих в совершенно разных местах, изобрели практически идентичную модель интегральной схемы. Один из них, Джек Килби, работал на Texas Instruments, другой, Роберт Нойс, был одним из основателей небольшой компании по производству полупроводников Fairchild Semiconductor.

Первая логическая схема на кристаллах кремния была изобретена 52 года назад и содержала только один транзистор.

Интегральная схема

Geoffrey Dummer впервые выдвинул идею объединения множества стандартных электронных компонентов в монолитном кристалле полупроводника. Осуществление этих предложений в те годы не могло состояться из-за недостаточного развития технологий. В конце года и в первой половине года в полупроводниковой промышленности состоялся прорыв. Три человека, представлявшие три частные американские корпорации, решили три фундаментальные проблемы, препятствовавшие созданию интегральных схем. Джек Килби из Texas Instruments запатентовал принцип объединения, создал первые, несовершенные, прототипы ИС и довёл их до серийного производства. Курт Леговец из Sprague Electric Company изобрёл способ электрической изоляции компонентов, сформированных на одном кристалле полупроводника изоляцию p-n-переходом англ. P—n junction isolation. Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor изобрёл способ электрического соединения компонентов ИС металлизацию алюминием и предложил усовершенствованный вариант изоляции компонентов на базе новейшей планарной технологии Жана Эрни англ. Jean Hoerni.

Чем суть интегральной схемы. Что такое интегральная схема? История развития интегральных схем

Полстолетия назад была продемонстрирована первая интегральная схема, с которой началось триумфальное шествие новой технологии. Если бы не изобретение интегральных схем, компьютеры и другая электронная техника, возможно, не стали бы такими компактными, недорогими и вездесущими, как сейчас. Первая микросхема, показанная на иллюстрации, была создана в компании Texas Instruments и продемонстрирована Джэком Килби Jack Kilby 12 сентября Микросхема представляла собой крошечную полоску германия на стеклянной подложке.

Это были объемные макеты — прототипы интегральной схемы ИС генератора, доказывающие возможность изготовления всех элементов схемы на основе одного полупроводникового материала.

Цифровые интегральные микросхемы

Часто под интегральной схемой ИС понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой МС — ИС, заключённую в корпус. В настоящий момент год большая часть микросхем изготавливается в корпусах для поверхностного монтажа. В году двое учёных, живущих в совершенно разных местах, изобрели практически идентичную модель интегральной схемы. Один из них, Джек Килби , работал на Texas Instruments , другой, Роберт Нойс , был одним из основателей небольшой компании по производству полупроводников Fairchild Semiconductor. Транзисторы , резисторы , конденсаторы и другие детали в то время размещались на платах отдельно, и учёные решили попробовать их объединить в один монолитный кристалл из полупроводникового материала. Только Килби воспользовался германием , а Нойс предпочёл кремний.

Первая в СССР интегральная схема

Осуществление этих предложений в те годы не могло состояться из-за недостаточного развития технологий. В конце года и в первой половине года в полупроводниковой промышленности состоялся прорыв. Три человека, представлявшие три частные американские корпорации, решили три фундаментальные проблемы, препятствовавшие созданию интегральных схем. Ранние логические ИС упомянутых серий строились буквально из стандартных компонентов, размеры и конфигурации которых были заданы технологическим процессом. Схемотехники, проектировавшие логические ИС конкретного семейства, оперировали одними и теми же типовыми диодами и транзисторами. В гг. В конце г.

6 февраля года первой интегральной схеме исполнилось полвека. Устройство, которое через несколько лет вытеснило.

Интегральная схема

Первая в мире интегральная схема уйдет с молотка. В году никто не оценил работу инженера: тогда никто и подумать не мог, что эта похожая на небрежную поделку схема станет прототипом для всей микропроцессорной электроники и совершит настоящую революцию. Первая интегральная схема оценена в полтора миллиона долларов.

Электронные интегральные микросхемы — фундамент технологических сдвигов, которые сделали возможным появление того устройства, на котором вы сейчас это читаете Фотонный эквивалент интегральной схемы разработать не проще, но и пользы от него не меньше. Правда, пока, несмотря на все успехи этого направления, о зрелости фотонных интегральных схем говорить не приходится. Джефф Кимбл Jeff Kimble из Калифорнийского технологического института США вместе с коллегами построил первый образец фотонной интегральной схемы, которая способна оперировать отдельными атомами и при этом сравнительно дёшева в изготовлении и проста в использовании. По сути, новинка является фотонным кристаллом из нитрида кремния, функционирующим как волновод для пучка лазерного излучения.

Часто под интегральной схемой ИС понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой МС, чипом — ИС, заключённую в корпус.

Анализ самых мощных компьютеров мира, созданных в — годах, показывает, что диапазоном для числа процессоров в них является. В декабре г. Архитектура ВС постоянно совершенствуется, имеется четко выраженная тенденция к построению распределенных систем с программируемой структурой. Они обладают способностью автоматически реконфигурироваться, то есть программно настраиваться под структуру и параметры решаемой задачи, под сферу применения. Первый полупроводниковый триод или транзистор был изобретен в г. Шокли W.

Популярные цифровые интегральные микросхемы. Доброго дня уважаемые радиолюбители! Как-то, собирая конструкцию на микроконтроллере, я столкнулся с проблемой нехватки портов ввода-вывода.


Интегральная микросхема и поступающие на ее вход команды

Полвека назад была создана первая интегральная микросхема. Сегодня у нас есть возможность узнать подробности ее создания из первоисточников – изобретатели поделились пережитым опытом с прессой.

6 февраля 1959 года компания Texas Instruments получила от Патентного бюро США документ, предоставивший ученым легальное право изобрести интегральную микросхему. Это официальное разрешение проводить научные разработки положило начало новому изобретению, ставшему впоследствии основой большинства электрических приборов, без которых трудно представить повседневную жизнь современного человека.

На рубеже 60-х годов XX века умы ученых были захвачены идеей создать интегральную микросхему, которая стала бы новым витком в развитии электрических приборов. Интегральной микросхеме предшествовал транзистор, уже было положено начало стремительному развитию радио- и телевизионной схематической технике, в том числе и компьютерной, однако для этих наработок были нужны портативные размеры. Вместе с этим, рынок потребительских товаров требовал снижения цен на аппаратуру.

Оптимальным выходом минимизировать размеры было бы исключение из схемы, в основе которой лежали диод и полупроводниковый транзистор, всех лишних деталей: проводов, монтажных панелей, корпусов и изоляторов для того, чтобы аккумулировать в одном «кирпиче» основную суть NP-переходов.

И вот, после нескольких лет поисков, идея по воплощению этого решения в жизнь, пришла в голову сразу нескольким инженерам. Несмотря на то, что алгоритм создания и работы интегральной микросхемы принадлежит нескольким талантливым специалистам, ее «отцом» считают сотрудника компании Texas Instruments Джека Килби. В 2000 году он был удостоен Нобелевской премии в области физики за изобретение интегральной микросхемы.

В дневнике инженера идея создания нового прибора датирована 24 июля 1958 года. 12 сентября он предал огласке образец микросхемы в действии, а также написал заявку на получение патента, а 6 февраля 1959 года получил официальное подтверждение авторского права.

Однако изобретение Килби оказалось непригодным для промышленности. Тогда инженер Роберт Нойс изобрел интегральную микросхему на планарной, кремниевой основе.

Роберт Нойс, один из основателей компании Fairchald Semiconductor, независимо от Джека Килби работал над созданием интегральной микросхемы и после ее получения, запатентовал результат, тем самым ввергнув Texas Instruments и Fairchald Semiconductor в патентовый конфликт.

Разногласия на почве обладания патентом на идею интегральной микросхемы завершились только через 10 лет. 6 ноября 1969 года решением апелляционного суда Америки по делам патентов и таможенных сборов, право владеть идеей создания микросхемы было предоставлено Роберту Нойсу, что также подтвердил и Верховный Суд США.

Но еще до вердикта суда компании основных разработчиков в 1966 году договорились о тождественных правах на интегральную микросхему, а оба изобретателя — и Нойс, и Килби — получили идентичные высшие награды от инженерного и научного сообществ Соединенных Штатов — National Medal of Technology и National Medal of Science.

Вообще, вокруг права интеллектуальной собственности на идею интегральной схемы немало интриг. Кроме Нойса и Килби были и другие не менее талантливые инженеры-изобретатели, заявлявшие о себе, как об авторах интегральной микросхемы.

Так, немецкий инженер Якоби Вернер еще в 1949 году получил патент для зарисованных им конструкций микросхем из пяти транзисторов, соединенной общей подложкой.

В 1952 году Джеффри Даммер, радиоинженер из Англии, описал алгоритм действия интеграции всех составляющих схемы в своей речи, произнесенной в рамках симпозиума на тему электронных компонентов в Вашингтоне. Кстати, на этом симпозиуме в числе приглашенных был и Джек Колби, официальный «отец» интегральной микросхемы. В 1957 году все тот же Джеффри Даммер презентовал действующую интегральную микросхему-триггер на четыре транзистора. Специалисты из английского военного ведомства изобретение не оценили, в связи с чем проект был закрыт. Годами позже имя Джеффри Даммера стало нарицательным. «Даммерами» называли пророков интегральной микросхемы. В дальнейшем Джеффри стали приглашать к участию в международных, а также национальных проектах, направленных на развитие электронных технологий.

В октябре 1957 года другой изобретатель Бернар Оливер также изъявил желание подать заявку на получение патента, в котором есть описание способов создания монолитных блоков. В состав блока входили три пленарных транзистора.

Четырьмя годами ранее, 21 мая 1953 года, инженер-разработчик Харвик Джонсон также подавал прошение с целью получить официальное разрешение формировать разнообразные электронные компоненты схем с базированием на одном кристалле. И здесь судьба вновь сыграла злую шутку: только шесть лет спустя на эту его идею получил патент Джек Килби.

Джек Килби:

«После появления транзистора, основанного на трех пленарных блоках, у потребительской аудитории возник и максимально увеличился интерес к процессу, который несколько лет назад получил название «преуменьшение», иными словами ученые вновь стали работать над изменением размеров схем в электрических приборах. Так называемое «преуменьшение» для львиной доли потребительской аудитории стало максимально удобным способом для компактного размещения множества компонентов на одной плоскости. Также свою роль сыграл и Военно-морской флот, который положил начало проекту, основанному на взрывах без контакта. Специалистам Военно-морского флота необходимо было устройство, которое аккумулировало бы в себе различные компоненты на одной пластине, площадь которой не превышала бы и одного дюйма.

Для достижения этой цели было выделено мощное финансирование, которое, увы, не дало результата. И только благодаря изобретенному транзистору удалось найти оптимальное решение. И в прошлом, и в будущем появившаяся у вас идея может стать объектом повышенного внимания военных, и это рационально, что на реализацию данного продукта средства выделил Военно-морской флот. Законы финансирования работали раньше, работают и сейчас и, по-моему, это справедливо!»

«Основным мотивом работы в создании интегральной схемы была минимизация издержек по производству аппаратуры. В тот момент, признаться честно, я не представлял масштабов потенциального снижения цены, а также того, каким образом уменьшение стоимости повлечет за собой широкое применение электрических приборов в различных сферах. В 1958 году стоимость одного кремниевого транзистора составляла около 10 долларов, наверное поэтому, реализация данного прибора оставляла желать лучшего. В настоящее время на эту сумму можно приобрести более миллиона транзисторов. Такого прогноза не ожидал ни я, ни другие специалисты из моего окружения».

«За разработку первого микрокалькулятора, такого как на фото, мы взялись для того, чтобы создать многообразие микросхем на рынке, поскольку для подобного вида продукции очень важен массовый сбыт. За калькуляторы, которые стали первопроходцами в вычислительной технике подобного характера, в то время просили полсотни долларов. Сегодня они продаются за 4-5 долларов, кроме этого они стали относиться к продукту недолговременного пользования».

Когда у Килби спросили, можно ли считать создание интегральных микросхем главным достижением в его жизни, он ответил: «Без сомнения!»

Роберт Нойс:

«Инженерный проект, который у военных получил название «молекулярной инженерии», мы стали реализовывать на базе Fairchild. За финансовые потоки для этого проекта отвечали ВВС. Изначально мы должны были разработать такую структуру, концепция которой была бы основана на принципе слияния молекул. В идеале подобная структура должна была выполнять функциональное предназначение электронного прибора. Это не было нашим профилем, так как основная задача электронной промышленности заключалась в синтезе простейших элементов, поэтому у нас не было намерения придумывать сложный в реализации инструмент. В итоге были созданы простейшие элементы электрических схем: диоды, резисторы, конденсаторы, усилительные элементы и прочее, благодаря взаимодействию которых можно было бы получить необходимую функцию. Словом, «молекулярная инженерия» дала сбой».

«Вы спросите, было ли занятие интегральными схемами маркетинговым решением? Нет, это не так. Я считаю, что большинство маркетологов и аналитиков, которые строили гипотезы относительно планов развития, не могли предугадать настоящий результат. Скорее всего, вывод был сделан исходя из итогов прогресса техники. Минувший период можно было описать так: «Если мы можем делать подобные вещи, почему бы не попробовать поставить их на линию реализации?». Сегодняшние маркетологи говорят по-другому: «Если бы у нас было это и это, то мы, возможно, продали бы этот продукт». А это уже большая разница. Но с интегральной микросхемой вышел особый случай, поскольку она была нужна всем без исключения — и военным, и гражданским».

Объяснение интегральной схемы (ИС) — история-компьютер

3 Факты о схеме

  • Интегральная схема была технически разработана и изобретена тремя разными людьми, которые не знали о работе друг друга. Джеффри Даммер разработал концепцию дизайна, Роберт Нойс получил первый патент, а заявка Джека Килби рассматривалась, пока был выдан первый патент.
  • Интегральные схемы отличаются от своих предшественников тем, что в них нет необходимости в транзисторах, резисторах, диодах, конденсаторах и проводах за счет использования кремниевых плат и пайки.
  • Функцию каждой цепи можно описать с помощью проектной схемы, на которой используются символы для отображения электрического потока и логического управления.
Роберт Нойс (слева) и Джек Килби | Изображение: Intel и Texas Instruments Джеффри Даммер

Circuit History

Потребность в интегральных схемах (ИС) была обусловлена ​​потребностью во все более мелких компонентах. До того, как британский ученый Джеффри Даммер (один из изобретателей ИС) разработал первую ИС, размер устройства был ограничен возможностью разместить на печатной плате как можно больше компонентов. Провода, транзисторы и все другие компоненты, составляющие схему, должны были работать вместе, чтобы функционировать должным образом, а размер компонентов определял размер устройства. Важность интегральной схемы (ИС) заключается в ее способности обеспечивать миниатюризацию компонентов. Меньшие компоненты означают меньший общий размер, что позволило создать почти каждое устройство, которое мы используем сегодня, от смарт-телевизоров до мобильных телефонов. Интересно, что все три первых изобретателя интегральной схемы (ИС) имели опыт работы с радиолокационной технологией.

Схема: как это работало

Традиционные схемы состоят из групп проводов, транзисторов и других компонентов. Интегральные схемы отличаются тем, что некоторые компоненты заменены кремниевой древесностружечной плитой, тип которой отличается от того, который использовался в то время. Благодаря использованию кремния размер платы был еще больше уменьшен за счет уменьшения потребности в транзисторах, резисторах, диодах и конденсаторах. Размер был дополнительно уменьшен за счет устранения необходимости в проводах, поскольку все эти детали можно было припаять к кремниевой плате.

Краткие сведения

Создан
Хотя первая концепция схемы была разработана в 1950-х годах Джеффри Даммером, первый патент на интегральную схему был выдан Роберту Нойсу в апреле 1961 года.
Создатель
Первый патент был выдан Роберту Нойсу в 1961 году. Джеку Килби также приписывают изобретение первой интегральной схемы. Оба человека работали над своими изобретениями по отдельности и ничего не знали об изобретениях друг друга. До Роберта Нойса и Джека Килби британский ученый по имени Джеффри Даммер создал первую концепцию интегральной схемы в 19 веке.50-е годы.
Исходное использование
Хотя интегральная схема может использоваться в самых разных устройствах, ее основная функция заключается в уменьшении площади поверхности, необходимой для прохождения электричества через компьютерные компоненты.
Стоимость
Хотя цена первой интегральной схемы неизвестна, производство и продажа интегральных схем к 1996 году, всего через пять лет после выдачи первого патента, превратились в многомиллиардную отрасль.

Джек Килби создал интегральную схему в 1960 во время работы с Texas Instruments. К несчастью для Джека Килби (и для Джеффри Даммера), Роберт Нойс уже подал заявку на патент на свой дизайн для первой интегральной схемы в 1959 году, который был выдан в 1961 году. ключевая функция в истории научных изобретений и развития технологий в целом. Уменьшение размера критически важных вычислительных компонентов различных типов проложило путь к созданию множества других устройств. Без интегральной схемы не было бы тонких смартфонов, которые каждый носит в кармане, в автомобилях могло бы не быть многих наворотов, которые входят в стандартную комплектацию большинства моделей, а многие другие технологии, которые мы считаем удобствами и частью повседневной жизни, могли бы либо не существовать. или выглядеть совсем иначе.

Интегральная схема Texas Instruments SN514

Крупнейшим сторонником и первым энтузиастом интегральных схем были военные Соединенных Штатов, которые были символом технического прогресса, когда была изобретена ИС. Важность поддержки военных означала то, что обычно происходит с технологиями; огромные объемы финансирования и бесконечные побочные эффекты изобретений, адаптированных для гражданского использования из военных технологий.

 

 

 

 

Объяснение интегральной схемы (ИС) — все, что вам нужно знать Часто задаваемые вопросы (часто задаваемые вопросы) 

Что входит в состав интегральной схемы?

Интегральная схема представляет собой схему, которая устраняет необходимость в нескольких компонентах за счет использования кремниевой платы и пайки для обеспечения электропроводности.

Что означает IC на печатной плате?

ИС означает интегральная схема. В частности, это относится к использованию уплотненных схем вместо старых методов создания схем с проводами, транзисторами и другими компонентами, которые увеличивают размер общей печатной платы.

Какой номер цепи IC?

Номера схем при ссылке на интегральные схемы относятся к логическим элементам и функциям этой конкретной схемы.

Как работает интегральная схема?

Интегральные схемы работают за счет устранения необходимости в транзисторах, резисторах, диодах, конденсаторах и проводах за счет использования кремниевых плат и пайки.

Примеры интегральных схем?

Существует несколько различных типов интегральных схем, выполняющих различные функции. От усиления звука до регулирования напряжения и даже логических схем — каждая схема выполняет свою функцию. Каждая схема также имеет принципиальную схему с различными символами, объясняющими ее функции.

об авторе

Еще из History-Computer

  • Доступно здесь: https://ieee-cas. org/sites/default/files/a_short_history_of_circuits_and_systems-_ebook-_web.pdf
  • Доступно здесь: https://science.howstuffworks.com/environmental/energy/circuit3.htm
  • Доступно здесь: https://www.elprocus.com/разные-типы-интегрированных-схем/

В этот день В 1958 году инженер TI изобрел чип, изменивший мир

Texas Instruments чествует человека из Северного Техаса, который сделал возможной интегральную схему — микрочип. 12 сентября 1958 года Джек Килби, инженер TI, изобрел интегральную схему.

Это произведет революцию в электронной промышленности, помогая сделать сотовые телефоны и компьютеры широко распространенными сегодня.

Чтобы почтить его память, Texas Instruments провела свой первый День Джека Килби в пятницу, 12 сентября 2014 года.

Килби быстро оставил свой след в TI. Всего через несколько месяцев после того, как он присоединился к компании в Далласе в 1958 году, 12 сентября он провел успешную лабораторную демонстрацию своего первого микрочипа.

Позже Килби помог изобрести ручной калькулятор и термопринтер, используемые в портативных терминалах данных.

В 2000 году Килби получил Нобелевскую премию по физике.

Килби умер в 2005 году после непродолжительной борьбы с раком. Ему был 81 год.

Что, если бы он уехал в отпуск?

Укажите отпускную политику Texas Instruments за участие в изобретении. В то время сотрудники TI должны были взять двухнедельный отпуск летом. Килби пробыл в компании недостаточно долго, чтобы уйти в отпуск. Так что у него было две недели простоя на TI. За это время он начал работать над интегральной схемой.

Что было бы, если бы Килби уехал в отпуск?

«Чип, который построил Джек»

Посмотрите это короткое видео KERA, выпущенное в 2009 году, в котором рассказывается о Килби и его интегральной схеме.

Посмотрите на первую интегральную схему

Credit Texas Instruments

/

Это первая интегральная схема Джека Килби. Он изобрел его в Texas Instruments в 1958 году. Из TI: «Изобретение Килби, состоящее только из транзистора и других компонентов на кусочке германия, размером 7/16 на 1/16 дюйма, произвело революцию в электронной промышленности. Корни почти каждого электронного устройства, которое мы считаем само собой разумеющимся сегодня, можно проследить до Далласа более 40 лет назад».

Конкурс: Другой изобретатель

Вскоре после того, как Килби создал свой микрочип, Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor создал свою собственную версию интегральной схемы. Считалось, что Noyce проще в производстве.

The New York Times  в 2005 году отмечалось: «В 1959 году г-н Килби и доктор Нойс, работавшие в то время в Fairchild Semiconductor, были названы изобретателями в заявках своих компаний на получение патента на интегральную схему. После многих лет судебных баталий Fairchild и Texas Instruments решили перекрестно лицензировать свои технологии, что в конечном итоге привело к созданию мирового рынка информационных отраслей, стоимость которого сейчас превышает 1 триллион долларов в год».

Мировой герой

Т.Р. Рейд, автор книги «Чип », предложил эту точку зрения в видеоролике KERA: «Если вы оглянетесь назад на первую большую волну американских инноваций — я говорю о Томасе Эдисоне, Александре Грэме Белле, Генри Форде, инженерах, которые изменили повседневной жизни мира с хорошей идеей. Они были мировыми героями. Джек Килби изменил повседневную жизнь мира так же впечатляюще, как это сделали Томас Эдисон и Генри Форд, и никто никогда о нем не слышал. … Наверное, самый скромный лауреат Нобелевской премии в истории физики».

Проблема: «Тирания чисел»

Credit Texas Instruments

/

От Texas Instruments: Джек Килби записал успешную демонстрацию первой интегральной схемы в своем инженерном блокноте. Подпись Дж. С. Килби, страница в его блокноте датирована 12 сентября 1958 года.

Рейд продолжил: «В начале 50-х можно было спроектировать компьютер, который мог бы делать что угодно, но вы не могли его построить. Было слишком много отдельных частей, которые нужно было соединить вместе. слишком велик. Обычным названием этой проблемы была тирания чисел. Мы можем воспринимать это устройство, но не можем его построить, потому что числа слишком велики. Джек Килби был среди инженеров в мире, искавших решение проблемы. ».

Решение: Один чип

Рид: «В то время каждый компьютер имел много миль проводов внутри. Джек сказал: «Зачем нам провода? Если я буду делать детали из одного и того же материала, Я мог бы вырезать их в виде блока из этого материала и без проводов. Это была совершенно безумная идея. Никто никогда не думал об этом раньше. Джек Килби взял тиранию чисел и свел число к единице. Один чип со всеми частями на нем и без проводов. Это было его решение. Вы можете поместить компьютер в носовой обтекатель ракеты, которая доставит вас на Луну».

Влияние Килби

«Влияние идеи Джека Килби на мир было впечатляющим», — сказал Рид в видео KERA. «Если бы не интегральная схема, обещание Джека Кеннеди о том, что мы отправимся на Луну через десятилетие, не сбылось… Трудно представить себе какой-либо научный или инженерный прорыв в 20 веке, который оказал бы большее влияние на жизни, чем микрочип».

«Очень практичный человек»

Кредит KERA

/

Джанет Килби, дочь Джека Килби.

Джанет Килби размышляет о жизни со своим отцом, Джеком Килби. «Я никогда не понимала, что чужие отцы не могут починить телевизор, — сказала она в видео KERA. боялся, что он собирается убить себя электрическим током».

Она добавила: «У моего отца было более 50 патентов, но я думаю, что его любимым изобретением был чип. Потому что это было полезно. Он был очень практичным человеком. Он всегда говорил, что каждый должен вносить свой вклад в жизнь, и я думаю, именно это действительно подпитывало его изобретательность».

По его собственным словам

Когда Килби получил Нобелевскую премию, он написал о своей жизни. Прочтите это здесь.

Подробнее

Узнайте больше о Килби и его изобретении на веб-сайте TI.

О Дне Джека Килби 2014

Город Даллас издал указ, объявляющий 12 сентября Днем Джека Килби. В честь этого Нобелевская премия Килби была выставлена ​​в кампусе TI Forest Lane в Далласе.

TI отметила этот день в социальных сетях хэштегом #JackKilbyDay. Сотрудники TI носили рубашки Jack Kilby Day и копии его характерных очков. Они также отпраздновали это фотостанцией, где делали селфи в очках Килби.

Какой была бы ваша жизнь без IC? Присоединяйтесь к нам, когда мы отмечаем современные инновации 12 сентября, #JackKilbyDay! pic.twitter.com/7d2FRrzZ4I

— Texas Instruments (@TXInstruments) 10 сентября 2014 г.

Видео: TI чествует Джека Килби

Вот несколько коротких видеороликов от TI о Джеке Килби — и о сотрудниках TI, работающих над практические занятия STEM с учащимися средних школ:

https://www.youtube.com/watch?v=2mez_HRrsXk 9

  • Нобелевская премия: история интегральной схемы Kilby

Интегральная схема Джека Килби | Национальный музей американской истории

Предыдущий

Следующий

>>

Условия использования применяются

Загрузки

Условия использования Применяются

Загрузки

Условия использования Применяются

Загрузки

Условия использования Применить

Загрузки

Условия использования применяются

Загрузки

Условия использования

Загрузки

Условия использования Условия использования. Загрузки

Применяются условия использования

Загрузки

Применяются условия использования

Загрузки

Условия использования Применить

Загрузки

Условия использования Применяются

Загрузки

Условия использования Применяются

Загрузки

Условия использования Применить

Загрузки

Условия использования применяются

Загрузки

Условия использования

Загрузки

. Применимы

Ссылки

Ссылки

Ссылки

Ссылки

Ссылки

Загрузки

Ссылки

Скачать

Загрузки

. Описание (краткое)
Демонстрация Джеком Килби первой работающей интегральной схемы (ИС) в 1958 произвел революцию в области микроэлектроники. Вместо использования дискретных транзисторов, резисторов и конденсаторов для формирования схемы, конструкция ИС Килби объединила транзистор, конденсатор и эквивалент трех резисторов на одном кристалле. Килби изготовил три типа схем для проверки своей идеи: триггер, мультивибратор и генератор с фазовым сдвигом. Эта микросхема представляет собой фазовращатель.
Первая ИС была сделана из тонкого среза германия (голубой прямоугольник) в качестве объемного резистора и содержала один биполярный транзистор (под большой алюминиевой планкой в ​​центре). У него было четыре входа/выхода (маленькие вертикальные алюминиевые стержни), заземление (большой стержень справа) и золотые провода. Современные микрочипы были улучшены сотнями инноваций, но прототип Килби был важным ранним шагом.
Имя объекта
интегральная схема
Другие условия
Интегральная схема; Твердое состояние; Микроэлектроника
дата изготовления
1958
производитель
Техасские инструменты
Килби, Джек С.
Физическое описание
германий (материал подложки)
алюминий (материал клемм)
золото (материал проволоки)
Измерения
общий: 0,5 см х 1,8 см х 2,5 см; 3/16 дюйма x 23/32 дюйма x 31/32 дюйма
Идентификационный номер
1987.0487.320
регистрационный номер
1987. 0487
коллектор/донор номер
G00012
каталожный номер
1987.0487.320
Кредитная линия
от Техас Инструментс
Посмотреть больше товаров в
Работа и промышленность: электричество
Компьютеры и бизнес-машины
Американские истории выставка
Выставка
Изобретение в Америке
Место проведения выставки
Национальный музей американской истории
Источник данных
Национальный музей американской истории

Номинировать этот объект для фотографирования.

Наша база данных коллекций находится в стадии разработки. Мы можем обновить эту запись на основе дальнейших исследований и обзоров. Узнайте больше о нашем подходе к публикации нашей коллекции в Интернете.

Если вы хотите узнать, как вы можете использовать контент на этой странице, ознакомьтесь с Условиями использования Смитсоновского института. Если вам нужно запросить изображение для публикации или другого использования, посетите страницу Права и репродукции.

Примечание. Отправка комментариев временно недоступна, пока мы работаем над улучшением сайта. Приносим извинения за прерывание. Если у вас есть вопрос, касающийся коллекций музея, сначала ознакомьтесь с часто задаваемыми вопросами о коллекциях. Если вам нужен личный ответ, воспользуйтесь нашей контактной страницей.

Изобретение интегральной схемы » Electronics Notes

Изобретение Джеком Килби и Робертом Нойсом интегральной схемы, ИС, стало важным шагом в развитии современных электронных технологий.

История интегральной схемы Включает:
Изобретение интегральной схемы

Подробнее об истории полупроводников
История развития полупроводниковых технологий Изобретение диода с PN-переходом История транзистора

История интегральных схем — одна из самых важных историй в области электроники. Это привело к другим разработкам, таким как изобретение микропроцессора и многое другое.

Изобретение интегральной схемы возникло из-за потребности в более надежных и простых методах производства электронного оборудования, а также потребности в сборках гораздо меньшего размера.

Хотя общепризнано, что изобретателями интегральной схемы являются Джек Килби и Роберт Нойс, многие другие инженеры и ученые участвовали в поддержке этих изобретений и закладке фундамента. Действительно, уже давно ведутся споры о том, кому следует отдать честь быть автором изобретения интегральной схемы.

Основы изобретения интегральной схемы

Когда транзистор хорошо зарекомендовал себя, люди вскоре начали задаваться вопросом, можно ли разместить несколько электронных компонентов на одном и том же куске полупроводника. Если бы это могло быть достигнуто, то в дополнение к уменьшению размера были бы получены значительные улучшения в производительности и надежности.

Одна из главных движущих сил в истории интегральных схем, ИС возникла из-за потребности в улучшении военной техники. Вторая мировая война убедительно доказала ценность электроники вне всяких сомнений. Радар имел выдающийся успех, и для электронного оборудования было найдено много других новых применений.

Одним из них был ранний компьютер под названием Colossus, который был разработан британцами для расшифровки немецких зашифрованных сообщений. Он содержал более 1500 клапанов или электронных ламп и множество других электронных компонентов. Он также выделял феноменальное количество тепла. Это был самый сложный образец электронной схемы того времени, и он оказался феноменально успешным, хотя и несколько ненадежным.

По мере того, как электронное оборудование становилось все более изощренным и сложным, возник ряд проблем. Во-первых, вырос физический размер. Это было особым недостатком для самолетов, где очень важны были размер и вес. Огромное количество необходимых электронных компонентов увеличивало вес многих электронных схем, что ограничивало сложность оборудования, которое можно было перевозить на самолетах.

Второй недостаток был еще важнее. По мере роста сложности электронных схем надежность падала. Он часто падал до такой степени, что его поддерживали дольше, чем использовали. Это было особенно верно для некоторых ранних компьютеров на основе ламп и ламп.

Некоторые из этих проблем были частично решены за счет использования новых методов строительства. Клапаны меньшего размера позволили немного уменьшить размер оборудования, как и внедрение печатных плат. Однако главным преимуществом внедрения печатных плат было повышение надежности.

Несмотря на эти улучшения основные проблемы не были решены. Надежность была еще слишком низкой, а оборудование слишком большим.

Затем в 1948 году Советский Союз взорвал свою первую атомную бомбу. США увидели в этом большую угрозу. Это означало, что Советский Союз мог легко нанести атомный удар по США. С существующими технологиями США не смогли бы обнаружить это, пока не стало бы слишком поздно. Требовались более совершенные методы обнаружения возможных угроз, а для этого требовалась более сложная электроника.

Тинкертой закладывает основу для изобретения ИС

Одна из первых серьезных попыток решить проблемы размера и надежности была предпринята в 1951 году, когда правительство США профинансировало исследование. Под кодовым названием Tinkertoy он исследовал ряд возможностей, многие из которых сегодня широко используются.

В Tinkertoy были разработаны двухсторонние и даже многослойные печатные платы. Также были разработаны методики изготовления металлизированных сквозных отверстий на печатной плате. Хотя транзистор мог показаться очевидным кандидатом на включение в проект, он не использовался, поскольку в то время технология была очень новой и ненадежной.

Другие разработки и идеи, заложившие основу для изобретения интегральной схемы, начали воплощаться в жизнь. Через Атлантику в Англии доктор Г. Драммер из Королевского радиолокационного учреждения предложил идею создания электронной схемы в виде цельного блока без каких-либо соединительных проводов. Однако это было скорее видением будущего, потому что не было никаких практических идей, поддерживающих его. Тем не менее это было удивительно точное предсказание будущего.

Год спустя, в мае 1953 года, Х. Джонсон, работавший в Радиокорпорации Америки (RCA), подал первый патент на интегральную схему. Он предположил, что все электронные компоненты фазовращателя можно разместить на одном кремниевом кристалле. Он подробно описал, как можно изготовить отдельные электронные компоненты, но, поскольку первые транзисторы с PN-переходом были только что изготовлены, технологии, позволяющей их производить, не существовало.

Тем не менее, Джонсон не считался изобретателем интегральной схемы, поскольку это была всего лишь концепция, и ее нельзя было создать в то время.

Дополнительные шаги к изобретению ИС

Тем временем в Великобритании Драммер продолжал работать над своей идеей. В 1957 году он разместил заказ в исследовательском отделе Плесси на исследование методов, которые можно было бы использовать для производства ИС. Это было ключевым событием в истории интегральных схем.

Потребовалось некоторое время, чтобы работа над проектом началась должным образом. Фактически только в 1959 году работа действительно началась. К сожалению, к этому времени было уже слишком поздно, потому что вок вок развивался гораздо быстрее в США.

Изобретение ИС потребовало наличия многих элементов: транзистора, технологии обработки кремния, идей о печатных платах и ​​многого другого.

Тинкертой движется дальше

К 1957 году транзисторы получили гораздо большее распространение. Они начали находить свой путь к большему количеству оборудования. Даже военное оборудование, в котором, как правило, использовались проверенные технологии, в некоторых областях начало становиться транзисторным.

С этим изменением вскоре стало очевидно, что транзисторы могут значительно повысить надежность и уменьшить размеры. Это заставило правительство США обновить свой проект Tinkertoy, включив в него различные аспекты полупроводниковых технологий.

Их работа была разделена таким образом, что несколько разных компаний развивались отдельно, но следовали схожим направлениям исследований. Одной из компаний, получивших контракт, была Texas Instruments. TI была первой компанией, производившей кремниевый транзистор, и одной из первых, кто производил полевые транзисторы. Именно в эту компанию примерно через год после начала проекта пришел очень одаренный молодой инженер по имени Джек Килби. Джеку Килби предстояло стать изобретателем интегральной схемы.

Изобретена первая интегральная схема

Значительные успехи были достигнуты в результате причудливой бюрократии компании. Когда Джек Килби присоединился к Texas Instruments, у него было очень мало права на отпуск. Когда произошло ежегодное закрытие компании, он предложил работать там самостоятельно. Это дало ему возможность довести до конца многие из своих собственных идей.

Килби начал с изготовления нескольких фазовращающих генераторов на одном кристалле из германия. Схема была простой, но вполне достаточной, чтобы доказать осуществимость технологии.

Во время остановки Килби добился огромного прогресса, сначала решив, что рисунок должен быть сделан на германиевой подложке, а затем перенес его на полупроводниковую подложку. Затем, 12 сентября 1958 года, ему удалось заставить работать первую из своих схем. После этого успеха он сделал еще одну партию, чтобы доказать воспроизводимость процесса. И снова он добился успеха и добился больших результатов от сделанных им схем. Эта работа означала, что Джек Килби был отмечен как изобретатель интегральной схемы.

Другое изобретение ИС

Поскольку у правительства США был ряд подобных контрактов с несколькими компаниями, неудивительно, что они пришли к аналогичным выводам.

Роберт Нойс, работавший в Fairchild, рассуждал, что было бы глупо делать большое количество транзисторов на микросхеме, которую затем разрезали на отдельные устройства. Обычно транзисторы изготавливались из кремниевой пластины, внутри которой производилось большое количество транзисторов. Затем пластина будет разрезана, чтобы получить отдельные транзисторы.

При производстве оборудования эти устройства затем собирались вместе. Вместо этого Нойс подумал, что было бы разумнее удалить этапы разделения и повторной сборки. Нойс применил свои знания в области технологии производства транзисторов, чтобы заложить основы большинства современных технологий интегральных схем.

Ввиду их взаимодополняющей работы Килби и Нойсу приписывают совместное изобретение интегральной схемы. Титул изобретателя интегральной схемы присвоен Роберту Нойсу вместе с Джеком Килби.

Новый импульс для изобретения ИС

Как и многие революционные идеалы, IC не сразу добился успеха. Идея захватила воображение многих инженеров и ученых, но реальность их высокой стоимости ограничивала их использование очень небольшим числом специализированных приложений.

Первые микросхемы поступили в продажу только в 1961 году. Даже тогда только две компании: Texas и Fairchild производили их, и при цене 120 долларов (в ценах 1961 года) за типичную ИС неудивительно, что их использование было ограниченным.

Затем, в 1961 году, президент Кеннеди объявил о своем видении космических исследований, заявив, что к концу десятилетия Америка отправит человека на Луну. Для этого нужно было выделить огромные суммы денег на разработку необходимых новых технологий. Одной из главных областей исследований была электроника. Размер, вес и надежность были одними из главных требований. В результате этого нового импульса вскоре стало доступно больше ИС, хотя их стоимость все еще была очень высокой.

Раннее развитие

Первые шаги в разработке ИС были непростыми. Высокая стоимость свидетельствует о трудностях, с которыми пришлось столкнуться. Урожайность была серьезной проблемой. С доступными в то время процессами была доступна лишь ограниченная точность, и это означало, что только небольшая часть микросхем работала правильно. Чем сложнее чип, тем меньше шансов, что он заработает. Даже схемы с несколькими десятками компонентов давали выход около 10%.

Большая часть разработок ИС в 1960-х годах была посвящена увеличению выхода. Было признано, что ключом к успеху в этой области является возможность экономичного производства ИС. Этого можно было бы достичь только в том случае, если бы процент рабочих цепей в пластине мог быть значительно увеличен.

Большая часть разработок и достижений была сделана в США из-за количества денег, которые были доступны для космических исследований.

Несмотря на это, другие страны добились ряда значительных успехов. Европа была в хорошем настроении. В Великобритании Плесси проделал большую подготовительную работу для Королевского радарного учреждения. Другие компании, включая Ferranti, Standard Telephones and Cables (S. T.C.) и Mullard (теперь часть Philips, которая, в свою очередь, превратилась в NXP), присоединились к клубу IC. Аналогичный интерес к этим новым устройствам проявили и другие страны Европы.

Япония, которая быстро стала очень важной силой в мировой экономике, осознала важность полупроводниковой технологии. В большинстве областей исследований, от первых производственных транзисторов до самой технологии ИС, они отставали от США всего на два года. Одной из первых японских компаний, производивших микросхемы, была Nippon Electric Company, NEC, которая выпустила свою первую продукцию на рынок в 1965 году.

Понимая, что для завоевания мирового лидерства потребуются огромные объемы исследований, пять крупнейших японских производителей интегральных схем объединились в совместное исследовательское предприятие с правительством в 1919 году.75. Эта схема принесла огромные дивиденды, благодаря чему некоторые из этих компаний заняли лидирующие позиции по продажам ИС.

Интегральная схема быстро стала основной технологией электронной промышленности. К концу 1960-х как аналоговые, так и цифровые интегральные схемы стали доступны для многих различных продуктов. Их стоимость была разумной, и они начали использоваться во все больших количествах.

Цифровые или логические схемы стали популярными с введением первой серии интегральных схем 74xx, а аналоговые схемы, такие как операционные усилители, а также ряд радиочастотных интегральных схем, также получили широкое распространение.

Совместные изобретатели интегральной схемы Джек Килби и Роберт Нойс смогли увидеть, как их изобретение стало большим успехом.

Больше истории:
Хронология истории радио История радио История любительского радио Когерер Хрустальное радио Магнитный детектор Датчик искры телеграф Морзе История клапана / трубки Изобретение диода с PN-переходом Транзистор Интегральная схема Кристаллы кварца Классические радиоприемники История мобильных телекоммуникаций Старинные мобильные телефоны
    Вернуться в меню «История». . .

Микросхема, изменившая мир

«Чего мы не осознавали (когда разрабатывали интегральную схему), так это того, что она снизит стоимость электронных функций в миллион раз». – Джек Килби

Когда Джек Килби изобрел первую интегральную схему (ИС) в Texas Instruments в 1958 году, он не мог знать, что когда-нибудь это сделает автомобили более безопасными, умные счетчики воды, ультразвуковые аппараты, которые поместятся в вашем кармане, и так далее. многие другие важные приложения, на которые мы полагаемся сегодня.

Это потому, что он не мог предсказать постепенные инновации в полупроводниковых технологиях, которые произошли в течение следующих нескольких десятилетий, чтобы снизить стоимость электроники, уменьшить размер и повысить надежность и эффективность, что в конечном итоге помогло создать лучший мир.

 

 

Мы в TI стремимся сделать мир лучше, сделав электронику более доступной с помощью полупроводников. Мы думаем об этом как о инженерном прогрессе, и изобретение Джеком интегральной схемы плюс десятилетия последующих инноваций — вот некоторые из способов, которыми наша компания помогла добиться прогресса на протяжении десятилетий.

Отмечая 62-ю годовщину Джека и его чипа, который изменил мир, мы хотели бы сосредоточиться на трех наших недавних инновациях, которые улучшили медицинскую диагностику, безопасность автомобилей и обнаружение утечек воды.

Портативный ультразвуковой аппарат делает здравоохранение более доступным

Когда наша группа исследований и разработок TI India внедряет инновации, позволяющие уменьшить размер и количество интегральных схем, необходимых в ультразвуковой системе, наши клиенты могут создавать доступные ультразвуковые аппараты, которые являются портативными и подключаемыми. , и мир получит более широкий доступ к качественному медицинскому обслуживанию.

В течение почти 20 лет группа сотрудников Центра исследований и разработок (НИОКР) нашей компании в Бангалоре, Индия, улучшала качество и снижала стоимость ультразвуковой визуализации за счет создания устройств все меньшего размера.

Ультразвуковые сканеры традиционно устанавливаются на тележках в больницах и клиниках. Теперь, благодаря усовершенствованным компонентам, которые уменьшают мощность и размер при одновременном улучшении качества сигнала, ультразвуковые устройства уменьшаются до ручных интеллектуальных датчиков с батарейным питанием. То, что раньше требовало 128 отдельных компонентов для создания 32-канального передающего/приемного интерфейса, теперь интегрировано в две интегральные схемы, настолько маленькие, что они помещаются непосредственно в пробник, что устраняет необходимость в проводах, обычно необходимых для подачи питания и выполнения вычислений.

Доступные по цене и достаточно портативные, чтобы их можно было взять с собой в отдаленные районы и носить с собой лица, оказывающие первую помощь в полевых условиях или в машинах скорой помощи, интеллектуальные датчики могут создавать четкие изображения внутренних органов в режиме реального времени и могут просматриваться на смартфоне, часто раскрывая детали, важные для немедленное лечение.

миллиметра Датчики волны делают больше автомобилей более безопасными

Когда TI создала передовую радиолокационную технологию миллиметрового диапазона для обнаружения, наши клиенты-автомобилисты впервые смогли интегрировать ее в менее дорогие модели автомобилей, и мир увидел более безопасные автомобили, которые более широко доступный.

Радиолокационные системы существуют уже почти столетие, но традиционно они были очень дорогими в производстве и в основном использовались в военных целях. Наша компания недавно создала радиолокационную технологию, которая объединила надежную радиолокационную систему в единый полностью интегрированный микрочип и широко используется во многих промышленных и автомобильных приложениях.

Технология миллиметровых волн (mmWave) компании TI была одной из первых прорывных инноваций, разработанных в нашем научно-исследовательском центре Kilby Labs. Это самый точный в мире однокристальный датчик с комплементарной металл-оксид-полупроводник (КМОП) миллиметрового диапазона, который обеспечивает в три раза более точное считывание и наименьшую занимаемую площадь при меньшей мощности, чем у конкурирующих сенсорных технологий.

Внедрение наших радарных датчиков миллиметрового диапазона в конце 2018 года ознаменовало начало быстрой эволюции радарных систем в автомобилях, что позволило уменьшить размеры систем и повысить их производительность, а также открыло возможности для новых вариантов использования радаров в автомобилях, выходящих за рамки опытных водителей. системы помощи (ADAS). Эта технология значительно повысила точность радиолокационного обнаружения дальнего, ближнего и среднего радиуса действия.

Выйдя за рамки ADAS, автомобильные инженеры используют датчики миллиметрового диапазона TI, сертифицированные для автомобилей, для обнаружения свободного пространства вокруг автомобиля, препятствий возле дверей и багажника, более интеллектуальной автоматизированной парковки, оповещения о вторжении и обнаружения присутствия в салоне, чтобы поднять тревогу в случае аварии. ребенок может быть случайно оставлен в машине без присмотра. Эти возможности в конечном итоге делают транспортные средства более безопасными во многих отношениях, и, поскольку эта технология становится все более доступной, мы будем продолжать видеть, как эти функции распространяются на модели автомобилей в более низких ценовых диапазонах.

Ультразвуковой датчик обнаруживает утечку воды для улучшения сохранения

Когда TI создает доступные технологии обнаружения, способные обнаруживать даже самые незначительные утечки воды или газа, наши клиенты могут устанавливать высокотехнологичные счетчики воды или газа, что позволяет проводить ремонт сделано вскоре после обнаружения и до того, как проблема усугубится, что приведет к меньшему растрату этих природных ресурсов.

По данным Всемирного банка, ежегодно во всем мире из-за утечек и разрывов водопроводных сетей теряется 8,8 трлн галлонов воды. И часто эти утечки и поломки обнаруживаются только через несколько дней после их возникновения, потому что традиционные счетчики воды и их электромеханические системы с вращающимся шпинделем или шестерней предназначены просто для измерения расхода воды. Но, как и в случае с термостатами, двигателями и многими другими повседневными устройствами и промышленными продуктами, электромеханические системы в расходомерах быстро переходят на электронные системы.

Инновации в ультразвуковых технологиях трансформируют многие отрасли, включая робототехнику, домашнюю автоматизацию и водосбережение по всему миру. В нашем усовершенствованном микроконтроллере ультразвукового датчика (MCU) используется интеллектуальный аналоговый интерфейс с высокопроизводительным аналого-цифровым преобразователем для улучшения соотношения сигнал-шум, преодоления неточностей калибровки расходомера, измерения расхода в широком диапазоне от пожара. шланг к небольшой утечке и обнаружить турбулентность, пузырьки и другие аномалии потока.

Ультразвуковая технология дает счетчикам воды, установленным в «умных» зданиях и «умных» городах, возможность обнаруживать и локализовать утечки размером от одной капли каждые несколько секунд. В этих системах пара иммерсивных ультразвуковых преобразователей измеряет скорость акустических волн в жидкости. Скорость распространения акустической волны зависит от вязкости, расхода и направления жидкости, протекающей по трубе. Ультразвуковые волны распространяются с разной скоростью в зависимости от жесткости среды или материала, через который они проходят.

Точность измерения зависит от качества преобразователя, прецизионной аналоговой схемы и алгоритмов обработки сигнала. Акустические или ультразвуковые преобразователи представляют собой пьезоматериалы, которые преобразуют электрические сигналы в механические колебания на относительно высокой частоте в сотни килогерц. Как правило, пара ультразвуковых преобразователей в диапазоне 1–2 МГц должна быть хорошо согласована и откалибрована для точного измерения расхода. Они составляют значительную часть стоимости расходомера. Сенсорная система должна работать с очень низким энергопотреблением, чтобы обеспечить срок службы батареи 15-20 лет.

Усовершенствованное семейство микроконтроллеров ультразвуковых датчиков нашей компании включает в себя уникальный аналоговый интерфейс и алгоритм, которые значительно повышают точность при одновременном снижении общей стоимости и энергопотребления. В нашей архитектуре измерения расхода используется высокопроизводительная аналоговая конструкция, усовершенствованные алгоритмы и встроенная обработка, что снижает потребность в дорогостоящей паре ультразвуковых преобразователей.

Стремление сделать мир лучше

Ультразвуковые счетчики воды, карманные УЗИ-аппараты и радарные датчики миллиметрового диапазона от TI для повышения безопасности транспортных средств — это лишь три примера того, как наша компания воплощает в жизнь свое стремление сделать мир лучше, делая электронику более доступной за счет полупроводников. Эта страсть жива и сегодня, поскольку мы продолжаем продвигать вперед интегральные схемы. Каждое поколение инноваций опирается на предыдущее, чтобы сделать технологии меньше, эффективнее, надежнее и доступнее, открывая новые рынки и позволяя полупроводникам повсеместно внедряться в электронику. Мы думаем об этом как о инженерном прогрессе. Это то, что мы делаем и делаем на протяжении десятилетий.

Разработка первых интегральных схем для орбитальной Земли

Джеку Килби оставалось немногим более двух лет до изобретения интегральной схемы (ИС), когда его повысили до должности руководителя молодой лаборатории полупроводников в нашей компании. Это был 1961 год. Он работал над тремя громкими контрактами, и у всех были проблемы.

Ему было поручено изготовить специальные ИС для системы наведения ракет Minuteman и ИС для компьютерной системы ВВС США. Третий проект был особенно сложной задачей для НАСА, и Джек точно знал, кого он хочет возглавить.

Чарльз «Боб» Кук был молодым, но блестящим инженером, который умел устранять неисправности полупроводников. Джек лично выбрал Боба ведущим инженером проекта НАСА, и его решение изменит освоение космоса для будущих поколений.

«Я думал, что смогу это сделать, потому что, когда я смотрел на задачу, она казалась возможной с математической точки зрения», — сказал Боб.

Съемка на Луну

НАСА нацелилось на Луну в ходе ожидаемых пилотируемых миссий Аполлон. Чтобы добиться успеха, ему необходимо увеличить вычислительную мощность и уменьшить вес своих модулей. В результате космическое агентство уже занималось заменой схем дискретных транзисторов на интегральные схемы. Джек ранее поставил НАСА нашу первую коммерчески доступную микросхему — TI SN502 — по цене около 450 долларов. Но НАСА нуждалась в альтернативе, которая обеспечивала бы большую мощность и большую скорость на том же пространстве.

SN514 была первой интегральной схемой на орбите Земли (фото любезно предоставлено Industrial Alchemy)

Задача Джека: разработать линейку цифровых логических микросхем для замены SN502, но с в 10 раз большей скоростью и одной десятой мощностью требования, чтобы помочь НАСА достичь своей цели по увеличению мощности компьютера и снижению веса. И НАСА хотело это за 10 месяцев.

Бизнес IC был в шатком положении. Хотя многие думали, что это отличная идея, у интегральной схемы также были свои критики на раннем этапе. Выход продукции был удивительно низким, а бизнес-задачи создали огромное препятствие для массового производства. Но Патрик Хаггерти, один из соучредителей TI, и Джек думали, что это можно сделать.

Они были правы.

«В то время большую часть нашего бизнеса составляли оборонные контракты, и все они хотели устройства меньшего размера и легче», — сказал Макс Пост, пенсионер TI, который в то время работал в корпорации. «Хаггерти очень сильно верил в IC и верил, что это сработает. Именно ИС оказалась самой важной разработкой для уменьшения размера и веса этих систем».

Закладка фундамента для будущих достижений

Боб работал от рассвета до заката шесть дней в неделю – плюс после церкви по воскресеньям – чтобы уложиться в срок. Он подошел к производственной линии и тщательно отобрал каждую пластину, чтобы получить максимально возможный выход. Около 50% чипов работали, поэтому он исследовал брак по отдельности с помощью пинцета, чтобы выяснить, какие корректировки повысят выход продукции.

«Мы сделали две вещи, которых никогда раньше не делали, — сказал Боб, которому сейчас 88 лет и он живет в Уэст-Палм-Бич, штат Флорида. кремния, чтобы мы могли поместить на него проводники для соединения транзисторов».

Так родилось семейство интегральных схем Series 51.

Боб Кук держит ноябрьский номер журнала Fortune за 1961 год с чипом Series 51 на обложке.

Серия 51 — также представлена ​​19 ноября.61 обложка журнала Fortune — это набор из шести цифровых логических схем на основе резисторно-конденсаторно-транзисторной технологии меньшей мощности в небольшом плоском корпусе. Наша компания теперь имела свой первый полный, совместимый логический набор, который послужил основой для современных вычислений и ввел термин «Серия». Примерно за три года торговые марки Series 51, 52, 53 и 54 быстро завоевали признание в отрасли. SN5400, четырехканальный вентиль И-НЕ с двумя входами военного класса, используемый в оборонных радиостанциях, все еще доступен сегодня.

«Я сказал Джеку, что мы можем поместить в чип намного больше вещей, а затем настроить его так, чтобы он был полезен для множества других приложений», — сказал Боб. «Два других контракта в конечном итоге перешли на процесс Series 51, и это изменило их проекты. Мы смогли избавить его от всех трех головных болей благодаря сделанному нами устройству».

Работа, проделанная над Series 51, заложила основу для нескольких продуктов, которые наша компания продает сегодня, и, в конечном счете, стала предшественником всей технологии ИС, которая делает возможным наш все более цифровой мир.

«Можно с уверенностью сказать, что, вероятно, 99% приложений, с которыми мы сегодня взаимодействуем, — от недорогих детских игрушек до электроприборов и персональной электроники, автоматизации и управления производством — имеют в себе какие-то логические элементы», — сказал Майкл Шультис, специалист по маркетингу и менеджер приложений для логических продуктов в нашей компании. «Из-за того, что было сделано с Series 51 и, в конечном итоге, с Series 54, сегодняшний рынок логических полупроводников взорвался».

«Я просто делал свою работу»

Вскоре после Дня Благодарения 1963 года и без особой помпы НАСА запустило Explorer 18, первый спутник Межпланетной платформы мониторинга. Спутник собирал данные о радиации в космосе для поддержки предстоящих миссий «Аполлон».

Боб Кук держит SN502, подаренный ему Джеком Килби в знак благодарности за его работу над Серией 51.

На первый взгляд запуск кажется обычным. Но для будущего космической электроники это было экстраординарно: в основе бортового компьютера Optical Aspect была пара микросхем серии 51, разработанных Бобом и его командой в нашей компании, — SN510 и SN514 — и они были первыми микросхемами. на орбиту Земли. «В то время я этого не знал, но я думал, что это может произойти из-за того, у кого они были», — сказал Боб, напомнив, что он не знал, что его ИС будут первыми в космосе. «Я никогда не знал, в какие системы входила моя работа. Я просто делал свою работу».

Боб покинул TI незадолго до запуска Explorer 18. Он построил замечательную 45-летнюю карьеру, уйдя на пенсию в 2002 году из Siemens. Он имеет 22 патента, в том числе один на датчики подушек безопасности до того, как подушки безопасности стали стандартом в автомобилях.

Похожие записи

31.08.2023 0

Микросхема 358: datasheet на русском, применение, аналоги, назначение выводов

30.08.2023 0

Радиозвонок схема: ДВЕРНОЙ РАДИОЗВОНОК

29.08.2023 0

Электросхема ваз 2105 инжектор: Схема ВАЗ-2105 | 2 Схемы

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *