Головна
Встановлення пристроїв
Історія вітчизняної електронної компонентної бази (ЕКБ). Еволюція інтегральної електроніки Рік продажу першої інтегральної схеми

Історія вітчизняної електронної компонентної бази (ЕКБ). Еволюція інтегральної електроніки Рік продажу першої інтегральної схеми

НВІС

Сучасні інтегральні мікросхеми призначені для поверхневого монтажу.

Радянські та зарубіжні цифрові мікросхеми.

Інтегральна(engl. Integrated circuit, IC, microcircuit, microchip, silicon chip, or chip), ( мікро)схема (ІС, ІМС, м/сх), чіп, мікрочіп(Англ. chip- тріска, уламок, фішка) - мікроелектронний пристрій - електронна схема довільної складності, виготовлена ​​на напівпровідниковому кристалі (або плівці) та поміщена у нерозбірний корпус. Часто під інтегральною схемою(ІС) розуміють власне кристал або плівку з електронною схемою, а під мікросхемою(МС) – ІС, укладену в корпус. У той же час вираз "чіп компоненти" означає "компоненти для поверхневого монтажу" на відміну від компонентів для традиційного паяння в отвори на платі. Тому правильніше говорити "чіп мікросхема", маючи на увазі мікросхему для поверхневого монтажу. Зараз (рік) більшість мікросхем виготовляється в корпусах для поверхневого монтажу.

Історія

Винахід мікросхем почалося з вивчення властивостей тонких оксидних плівок, що виявляються в ефекті поганої електропровідності при невеликих електричних напругах. Проблема полягала в тому, що в місці зіткнення двох металів не відбувалося електричного контакту або він мав полярні властивості. Глибокі вивчення цього феномену призвели до відкриття діодів і пізніше транзисторів та інтегральних мікросхем.

Рівні проектування

  • Фізичний методи реалізації одного транзистора (або невеликої групи) у вигляді легованих зон на кристалі.
  • Електричний – принципова електрична схема(Транзистори, конденсатори, резистори тощо).
  • Логічний - логічна схема (логічні інвертори, елементи АБО-НЕ, І-НЕ тощо).
  • Схемо- та системотехнічний рівень - схемо- та системотехнічна схеми (тригери, компаратори, шифратори, дешифратори, АЛУ тощо).
  • Топологічний – топологічні фотошаблони для виробництва.
  • Програмний рівень (для мікроконтролерів та мікропроцесорів) - команди асемблера для програміста.

В даний час більша частина інтегральних схем розробляється за допомогою САПР, які дозволяють автоматизувати та значно прискорити процес отримання топологічних фотошаблонів.

Класифікація

Ступінь інтеграції

Призначення

Інтегральна мікросхема може мати закінченим, як завгодно складним, функціоналом - аж до цілого мікрокомп'ютера (однокристальний мікрокомп'ютер).

Аналогові схеми

  • Генератори сигналів
  • Аналогові помножувачі
  • Аналогові атенюатори та регульовані підсилювачі
  • Стабілізатори джерел живлення
  • Мікросхеми керування імпульсних блоків живлення
  • Перетворювачі сигналів
  • Схеми синхронізації
  • Різні датчики (температури та ін.)

Цифрові схеми

  • Логічні елементи
  • Буферні перетворювачі
  • Модулі пам'яті
  • (Мікро)процесори (у тому числі ЦПУ в комп'ютері)
  • Однокристальні мікрокомп'ютери
  • ПЛІС - програмовані логічні інтегральні схеми

Цифрові інтегральні мікросхеми мають ряд переваг у порівнянні з аналоговими:

  • Зменшене енергоспоживанняпов'язане із застосуванням у цифровій електроніці імпульсних електричних сигналів. При отриманні та перетворенні таких сигналів активні елементи електронних пристроїв(транзисторів) працюють у «ключовому» режимі, тобто транзистор або «відкритий» - що відповідає сигналу високого рівня (1), або «закритий» - (0), у першому випадку на транзисторі немає падіння напруги, у другому - через нього не йде струм. В обох випадках енергоспоживання близько 0, на відміну від аналогових пристроїв, в яких більшу частину часу транзистори знаходяться в проміжному (резистивному) стані.
  • Висока завадостійкістьцифрових пристроїв пов'язана з великою відмінністю сигналів високого (наприклад, 2,5 - 5) і низького (0 - 0,5) рівня. Помилка можлива за таких перешкод, коли високий рівень сприймається як низький і навпаки, що мало можливо. Крім того, у цифрових пристроях можливе застосування спеціальних кодів, що дозволяють виправляти помилки.
  • Велика відмінність сигналів високого та низького рівня та досить широкий інтервал їх допустимих змін робить цифрову техніку. нечутливоюдо неминучого в інтегральній технології розкиду параметрів елементів, позбавляє необхідності підбору та налаштування цифрових пристроїв.
напівпровідника. Здійснення цих пропозицій у роки не могло відбутися через недостатнього розвитку технологій.

Наприкінці 1958 року і першій половині 1959 року у напівпровідникової промисловості відбувся прорив. Три особи, які представляли три приватні американські корпорації, вирішили три фундаментальні проблеми, що перешкоджали створенню інтегральних схем. Джек Кілбіз Texas Instruments запатентував принцип об'єднання, створив перші, недосконалі, прототипи ІВ та довів їх до серійного виробництва. Курт Ліговецьз Sprague Electric Companyвинайшов спосіб електричної ізоляціїкомпонентів, сформованих на одному кристалі напівпровідника(ізоляцію p-n-переходом ( англ. P–n junction isolation)). Роберт-Нойсз Fairchild Semiconductor винайшов спосіб електричного з'єднання компонентів ІС ( металізацію алюмінієм) і запропонував удосконалений варіант ізоляції компонентів на основі нової планарної технологіїЖана Ерні ( англ. Jean Hoerni). 27 вересня 1960 року група Джея Ласта ( англ. Jay Last) створила на Fairchild Semiconductorпершу працездатну напівпровідниковуІС за ідеями Нойса та Ерні. Texas Instruments, що володіла патентом на винахід Кілбі, розв'язала проти конкурентів патентну війну, що завершилася 1966 року світовою угодоюпро перехресному ліцензуваннітехнологій.

Ранні логічні ІС згаданих серій будувалися буквально з стандартнихкомпонентів, розміри та конфігурації яких були задані технологічним процесом. Схемотехніки, що проектували логічні ІС конкретного сімейства, оперували одними і тими ж типовими діодами та транзисторами. У 1961-1962 рр. парадигму проектування зламав провідний розробник SylvaniaТом Лонго, вперше використавши в одній ІС різні Зміни транзисторів в залежності від їх функцій у схемі. Наприкінці 1962 р. Sylvaniaвипустила у продаж перше сімейство розробленої Лонго транзисторно-транзисторної логіки(ТТЛ) - історично перший тип інтегральної логіки, що зумів надовго закріпитись на ринку. В аналогової схемотехнікипрорив подібного рівня здійснив у 1964-1965 роках розробник операційних підсилювачів FairchildБоб Відлар.

Перша вітчизняна мікросхема була створена в 1961 році. ТРТІ(Таганрозькому Радіотехнічному Інституті) під керівництвом Л. Н. Колесова. Ця подія привернула увагу наукової громадськості країни, і ТРТІ було затверджено головним у системі мінвузу щодо проблеми створення мікроелектронної апаратури високої надійності та автоматизації її виробництва. Сам же Л. Н. Колесов був призначений Головою координаційної ради з цієї проблеми.

Перша в СРСР гібридна товстоплівна інтегральна мікросхема (серія 201 «Сцежка») була розроблена в 1963-65 роках у НДІ точної технології (« Ангстрем»), Серійне виробництво з 1965 року. У розробці брали участь фахівці НДЕМ (нині НДІ «Аргон») .

Перша в СРСР напівпровідникова інтегральна мікросхема була створена на основі планарної технології, розробленої на початку 1960 року в НДІ-35(потім перейменований на НДІ «Пульсар») колективом, який надалі був переведений до НДІМЕ (« Мікрон»). Створення першої вітчизняної кремнієвої інтегральної схеми було сконцентровано на розробці та виробництві з військовою прийманням серії інтегральних кремнієвих схем ТС-100 (37 елементів – еквівалент схемотехнічної складності тригера, аналога американських ІС серії SN-51 фірми Texas Instruments ). Зразки-прототипи і виробничі зразки інтегральних кремнієвих схем для відтворення були отримані з США. Роботи проводилися в НДІ-35 (директор Трутко) та Фрязинським напівпровідниковим заводом (директор Колмогорів) з оборонного замовлення для використання в автономному висотомірі системи наведення балістичної ракети. Розробка включала шість типових інтегральних кремнієвих планарних схем серії ТС-100 та з організацією дослідного виробництва зайняла у НДІ-35 три роки (з 1962 по 1965 рік). Ще два роки пішло на освоєння заводського виробництва з військовим прийманням у Фрязіне(1967 рік).

Паралельно робота з розробки інтегральної схеми проводилася центральному конструкторському бюро при Воронезькому заводі напівпровідникових приладів (нині - ). 1965 року під час візиту на ВЗПП міністра електронної промисловості А. І. Шокіназаводу було доручено провести науково-дослідну роботу зі створення кремнієвої монолітної схеми – НДР «Титан» (наказ міністерства від 16.08.1965 р. № 92), яка була достроково виконана вже до кінця року. Тема була успішно здана Держкомісії, і серія 104 мікросхем діодно-транзисторної логіки стала першим фіксованим досягненням у галузі твердотільної мікроелектроніки, що було відображено у наказі МЕП від 30.12.1965 р. № 403.

Рівні проектування

В даний час (2014 р.) більша частина інтегральних схем проектується за допомогою спеціалізованих САПР, які дозволяють автоматизувати та значно прискорити виробничі процесинаприклад, отримання топологічних фотошаблонів.

Класифікація

Ступінь інтеграції

Залежно від рівня інтеграції застосовуються такі назви інтегральних схем:

  • мала інтегральна схема (МІС) - до 100 елементів у кристалі,
  • середня інтегральна схема (СІС) - до 1000 елементів у кристалі,
  • велика інтегральна схема (ВІС) - до 10 тис. елементів у кристалі,
  • надвелика інтегральна схема (СВІС) - понад 10 тис. елементів у кристалі.

Раніше використовувалися також тепер уже застарілі назви: ультравелика інтегральна схема (УБІС) - від 1-10 млн до 1 млрд елементів у кристалі і, іноді, гігавелика інтегральна схема (ГБІС) - понад 1 млрд елементів у кристалі. В даний час, у 2010-х, назви «УБІС» та «ДБІС» практично не використовуються, і всі мікросхеми з числом елементів понад 10 тис. відносять до класу НВІС.

Технологія виготовлення

  • Плівкова інтегральна мікросхема - всі елементи та міжелементні з'єднання виконані у вигляді плівок :
    • товстоплівна інтегральна схема;
    • тонкоплівкова інтегральна схема.
  • Гібридна мікросхема(часто звана мікроскладанням), містить кілька безкорпусних діодів, безкорпусних транзисторів та інших електронних активних компонентів. Також мікроскладання може включати безкорпусні інтегральні мікросхеми. Пасивні компоненти мікроскладання ( резистори , конденсатори , котушки індуктивності) зазвичай виготовляються методами тонкоплівкової або товстоплівкової технологій на загальній, зазвичай, керамічній підкладці гібридної мікросхеми. Вся підкладка з компонентами міститься в єдиний герметизований корпус.
  • Змішана мікросхема - крім напівпровідникового кристала містить тонкоплівкові (товстоплівкові) пасивні елементи, що розміщені на поверхні кристала.

Вид сигналу, що обробляється

Технології виготовлення

Типи логіки

Основним елементом аналогових мікросхем є транзистори (біполярніабо польові). Різниця у технології виготовлення транзисторів суттєво впливає на характеристики мікросхем. Тому нерідко в описі мікросхеми вказують технологію виготовлення, щоб підкреслити цим загальну характеристикувластивостей та можливостей мікросхеми. У сучасних технологіях поєднують технології біполярних і польових транзисторів, щоб досягти покращення характеристик мікросхем.

  • Мікросхеми на уніполярних (польових) транзисторах- найекономічніші (за споживанням струму):
    • МОП-логіка (метал-оксид-напівпровідник логіка) - мікросхеми формуються з польових транзисторів n-МОП або p-МОП типу;
    • КМОП-логіка (комплементарна МОП-логіка) – кожен логічний елемент мікросхеми складається з пари взаємодоповнюючих (комплементарних) польових транзисторів ( n-МОП та p-МОП).
  • Мікросхеми на біполярних, транзисторах :
    • РТЛ- резисторно-транзисторна логіка (застаріла, замінена на ТТЛ);
    • ДТЛ- діодно-транзисторна логіка (застаріла, замінена на ТТЛ);
    • ТТЛ- транзисторно-транзисторна логіка - мікросхеми виготовлені з біполярних транзисторів з багатоемітерними транзисторами на вході;
    • ТТЛШ- транзисторно-транзисторна логіка з діодами Шоттки- удосконалена ТТЛ, в якій використовуються біполярні транзистори з ефектом Шоттки ;
    • ЕСЛ- емітерно-пов'язана логіка - на біполярних транзисторах, режим роботи яких підібраний так, щоб вони не входили до режиму насичення, - що суттєво підвищує швидкодію;
    • ІІЛ- Інтегрально-інжекційна логіка.
  • Мікросхеми, що використовують як польові, так і біполярні транзистори:

Використовуючи той самий тип транзисторів, мікросхеми можуть створюватися за різними методологіями, наприклад, статичною або динамічної.

КМОП і ТТЛ (ТТЛШ) технології є найпоширенішими логіками мікросхем. Де необхідно економити споживання струму, застосовують КМОП-технологію, де важливіша швидкість і не потрібна економія споживаної потужності застосовують ТТЛ-технологію. Слабким місцем КМОП-мікросхем є вразливість до статичною електриці- Досить торкнутися рукою виведення мікросхеми, і її цілісність не гарантується. З розвитком технологій ТТЛ та КМОП мікросхеми за параметрами зближуються і, як наслідок, наприклад, серія мікросхем 1564 зроблена за технологією КМОП, а функціональність та розміщення в корпусі як у ТТЛ технології.

Мікросхеми, виготовлені за ЕСЛ-технологією, є найшвидшими, але й найбільш енергоспоживаючими, і застосовувалися під час виробництва обчислювальної технікитоді, коли найважливішим параметром була швидкість обчислення. В СРСРнайпродуктивніші ЕОМ типу ЕС106х виготовлялися на ЕСЛ-мікросхемах. Наразі ця технологія використовується рідко.

Технологічний процес

При виготовленні мікросхем використовується метод фотолітографії(проекційної, контактної та ін.), при цьому схему формують на підкладці (зазвичай з кремнію), отриманої шляхом різання алмазними дисками монокристалів кремнію на тонкі пластини. З огляду на небагато лінійних розмірів елементів мікросхем, від використання видимого світлаі навіть ближнього ультрафіолетового випромінюванняпри засвіченні відмовилися.

Наступні процесори виготовляли з використанням УФ-випромінювання ( ексимерний лазер ArF, довжина хвилі 193 нм. У середньому впровадження лідерами індустрії нових техпроцесівпо плану ITRSвідбувалося кожні 2 роки, при цьому забезпечувалося подвоєння кількості транзисторів на одиницю площі: 45 нм (2007), 32 нм (2009), 22 нм (2011), виробництво 14 нм розпочато в 2014 році, освоение 1 1 .

У 2015 році з'явилися оцінки, що впровадження нових техпроцесів уповільнюватиметься.

Контроль якості

Для контролю якості інтегральних мікросхем широко застосовують так звані тестові структури.

Призначення

Інтегральна мікросхема може мати закінчену, як завгодно складну, функціональність - аж до цілого мікрокомп'ютера (однокристальний, мікрокомп'ютер).

Аналогові схеми

Цифрові схеми

Цифрові інтегральні мікросхеми мають ряд переваг у порівнянні з аналоговими:

  • Зменшене енергоспоживанняпов'язане із застосуванням у цифровій електроніці імпульсних електричних сигналів. При отриманні та перетворенні таких сигналів активні елементи електронних пристроїв ( транзисторів) працюють у «ключовому» режимі, тобто транзистор або «відкритий» - що відповідає сигналу високого рівня (1), або «закритий» - (0), у першому випадку на транзисторі немає падіння напруги, у другому - через нього не йде струм. В обох випадках енергоспоживання близько 0, на відміну від аналогових пристроїв, в яких більшу частину часу транзистори знаходяться в проміжному (активному) стані.
  • Висока завадостійкістьцифрових пристроїв пов'язана з великою відмінністю сигналів високого (наприклад, 2,5-5) і низького (0-0,5) рівня. Помилка стану можлива за такого рівня перешкод, коли високий рівень інтерпретується як низький і навпаки, що є малоймовірним. Крім того, у цифрових пристроях можливе застосування спеціальних кодів, що дозволяють виправити помилки.
  • Велика різниця рівнів станів сигналів високого та низького рівня (логічних «0» і «1») і досить широкий діапазон їх допустимих змін робить цифрову техніку нечутливою до неминучого в інтегральній технології розкиду параметрів елементів, позбавляє необхідності підбору компонентів та налаштування елементами регулювання в цифрових пристроях.

Аналого-цифрові схеми

Серії мікросхем

Аналогові та цифрові мікросхеми випускаються серіями. Серія - це група мікросхем, що мають єдине конструктивно-технологічне виконання та призначені для спільного застосування. Мікросхеми однієї серії, як правило, мають однакову напругу джерел живлення, узгоджені за вхідними та вихідними опорами, рівнями сигналів.

Корпуси

Специфічні назви

Правовий захист

Законодавство Росії надає правову охорону топологій інтегральних мікросхем. Топологією інтегральної мікросхеми є зафіксоване на матеріальному носії просторово-геометричне розташування сукупності елементів інтегральної мікросхеми та зв'язків між ними (ст. 1448

Інтегральна мікросхема (ІВ)- це мікроелектронний виріб, що виконує функції перетворення та обробки сигналів, що характеризується щільною упаковкою елементів так, щоб усі зв'язки та з'єднання між елементами представляли єдине ціле.

Складовою частиною ІС є елементи, які виконують роль електрорадіоелементів (транзисторів, резисторів та ін) і не можуть бути виділені як самостійні вироби. У цьому активними називають елементи ІМС, виконують функції посилення чи іншого перетворення сигналів (діоди, транзистори та інших.), а пасивними - елементи, реалізують лінійну передавальну функцію (резистори, конденсатори, індуктивності).

Класифікація інтегральних мікросхем:

За способом виготовлення:

За рівнем інтеграції.

Ступінь інтеграції ІС є показником складності, що характеризується числом елементів, що містяться в ній, і компонентів. Ступінь інтеграції визначається формулою

де k - коефіцієнт, що визначає ступінь інтеграції, що округляється до найближчого більшого цілого числа, а N - число елементів та компонентів, що входять до ІС.

Для кількісної характеристики ступеня інтеграції часто використовують такі терміни: якщо k? 1, ІС називають простий ІС, якщо 1< k ? 2 - средней ИС (СИС), если 2 < k ? 4 - большой ИС (БИС), если k ?4 - сверхбольшой ИС (СБИС).

Крім ступеня інтеграції використовують ще такий показник, як густина упаковки елементів - кількість елементів (найчастіше транзисторів) на одиницю площі кристала. Цей показник характеризує переважно рівень технології, нині він становить понад 1000 елементів/мм 2 .

Плівкові інтегральні схеми- це інтегральні схеми, елементи яких нанесені поверхню діелектричного підстави як плівки. Їхня особливість - у чистому вигляді не існують. Служать лише виготовлення пасивних елементів - резисторів, конденсаторів, провідників, індуктивностей.

Рис. 1. Структура плівкової гібридної ІС: 1, 2 - нижній та верхній обкладки конденсатора, З - шар діелектрика, 4 - дротяна сполучна шина, 5 - навісний транзистор, 6 - плівковий резистор, 7 - контактний висновок, 8 - діелектрична підкладка

Гібридні ІВ – це тонкоплівкові мікросхеми, що складаються з пасивних елементів (резисторів, конденсаторів, контактних майданчиків) та дискретних активних елементів (діодів, транзисторів). Гібридна ІВ, показана на рис. 1, являє собою діелектричну підкладку з нанесеними на неї плівковими конденсаторами і резисторами і приєднаним навісним транзистором, база якого з'єднана з верхньою шиною обкладинкою конденсатора у вигляді дуже тонкої дроти.

У напівпровідникових ІСвсі елементи та міжелементні з'єднання виконані в обсязі та на поверхні кристала напівпровідника. Напівпровідникові ІС є плоским кристалом напівпровідника (підкладка), в поверхневому шарі якого різними технологічними прийомами сформовані еквівалентні елементам електричної схеми локальні області (діоди, транзистори, конденсатори, резистори та ін.), об'єднані по поверхні плівковими металевими сполуками (

Як підкладки напівпровідникових ІС служать круглі пластини кремнію, германію або арсеніду галію, що мають діаметр 60 - 150 мм і товщину 0,2 - 0,4 мм.

Напівпровідникова підкладка є груповою заготовкою (рис. 2), де одночасно виготовляють велику кількість ІС.

Рис. 2. Групова кремнієва пластина: 1 – базовий зріз, 2 – окремі кристали (чіпи)

Після завершення основних технологічних операцій її розрізають частини - кристали 2, звані також чіпами. Розміри сторін кристалів можуть бути від 3 до 10 мм. Базовий зріз 1 пластини служить її орієнтації при різних технологічних процесах.

Структури елементів напівпровідникової ІС - транзистора, діода, резистора та конденсатора, що виготовляються відповідним легуванням локальних ділянок напівпровідника методами планарної технології, показано на рис. 3, а-р. Планарна технологія характеризується тим, що всі висновки елементів ІС розташовуються в одній площині на поверхні та одночасно з'єднуються в електричну схему тонкоплівковими міжз'єднаннями. При планарній технології проводиться групова обробка, тобто протягом одного технологічного процесу на підкладках отримують велику кількість ІВ, що забезпечує високу технологічність та економічність, а також дозволяє автоматизувати виробництво.


Рис. 3. Структури елементів напівпровідникової ІС: а - транзистора, б - діода, - резистора, г - конденсатора, 1 - тонкоплівковий контакт, 2 - шар діелектрика, З - емітер; 4 - база; 5 - колектор; 6 - катод; 7 - анод; 8 - ізолюючий шар; 9 - резистивний шар, 10 - ізолюючий шар, 11 - пластина, 12, 14 - верхній та нижній електроди конденсатора, 13 - шар діелектрика

У поєднаних ІС(рис. 4), що є варіантом напівпровідникових, на кремнієвій підкладці створюють напівпровідникові та тонкоплівкові елементи. Перевага цих схем полягає в тому, що в твердому тілі технологічно важко виготовляти резистори заданого опору, так як воно залежить не тільки від товщини легованого шару напівпровідника, але і від розподілу питомого опору по товщині. Доведення опору до номінального значення після виготовлення резистора також становить значні труднощі. Напівпровідникові резистори мають помітну температурну залежність, що ускладнює розробку ІС.


Рис. 4. Структура сполученої ІС: 1 - плівка діоксиду кремнію, 2 - діод, З - плівкові внутрішньосхемні з'єднання, 4 - тонкоплівковий резистор, 5, 6, 7 - верхній і нижній електроди тонкоплівкового конденсатора та діелектрик, 8 - тонкоплівкові контакти, 9 - тран - Кремнієва пластина.

Крім того, у твердому тілі також важко створювати конденсатори. Для розширення номінальних значень опорів резисторів та ємностей конденсаторів напівпровідникових ІС, а також покращення їх робочих характеристик розроблена заснована на технології тонких плівок комбінована технологія, яка називається технологією суміщених схем. У цьому випадку активні елементи ІС (можна і деякі некритичні по номінальному опору резистори) виготовляють в тілі кремнієвого кристала дифузійним методом, а потім вакуумним нанесенням плівок (як плівкових ІС) формують пасивні елементи - резистори, конденсатори і міжз'єднання.

Елементна база електроніки розвивається безперервно зростаючими темпами. Кожне поколінь, з'явившись у певний час, продовжує вдосконалюватися у найбільш виправданих напрямах. Розвиток виробів електроніки від покоління до покоління йде у напрямку їх функціонального ускладнення, підвищення надійності та терміну служби, зменшення габаритних розмірів, маси, вартості та споживаної енергії, спрощення технології та покращення параметрів електронної апаратури.

Становлення мікроелектроніки як самостійної науки стало можливим завдяки використанню багатого досвіду та бази промисловості, що випускає дискретні напівпровідникові прилади. Проте з розвитком напівпровідникової електроніки з'ясувалися серйозні обмеження застосування електронних явищ і систем з їхньої основі. Тому мікроелектроніка продовжує просуватися швидкими темпами як у напрямку вдосконалення напівпровідникової інтегральної технології, так і в напрямку використання нових фізичних явищ. радіоелектронний інтегральний мікросхема

Вироби мікроелектроніки: інтегральні мікросхеми різного ступеня інтеграції, мікроскладання, мікропроцесори, міні- та мікро-ЕОМ - дозволили здійснити проектування та промислове виробництво функціонально складної радіо- та обчислювальної апаратури, що відрізняється від апаратури попередніх поколінь кращими параметрами, більш високими споживаної енергією та вартістю. Апаратура на основі виробів мікроелектроніки знаходить широке застосування у всіх сферах діяльності.

Створенню систем автоматичного проектування, промислових роботів, автоматизованих та автоматичних виробничих ліній, засобів зв'язку та багато іншого сприяє мікроелектроніка.

Перший етап

До першого етапу належить винахід у 1809 році російським інженером Ладигіним лампи розжарювання.

Відкриття у 1874 році німецьким вченим Брауном випрямляючого ефекту у контакті метал-напівпровідник. Використання цього ефекту російським винахідником Поповим для визначення радіосигналу дозволило створити йому перший радіоприймач. Датою винаходу радіо прийнято вважати 7 травня 1895 коли Попов виступив з доповіддю і демонстрацією на засіданні фізичного відділення російського фізико-хімічного товариства в Петербурзі. У різних країнах велися розробки та дослідження різних типів простих та надійних виявників високочастотних коливань – детекторів.

Другий етап

Другий етап розвитку електроніки розпочався з 1904 р., коли англійський вчений Флемінг сконструював електровакуумний діод. За ним був винахід першої підсилювальної лампи - тріода в 1907 році.

1913 – 1919 роки – період різкого розвитку електронної техніки. У 1913 р. німецький інженер Мейснер розробив схему лампового регенеративного приймача і за допомогою тріода отримав незатухаючі гармонійні коливання.

У Росії перші радіолампи були виготовлені в 1914 в Санкт-Петербурзі консультантом російського товариства бездротового телеграфування Миколою Дмитровичем Папалексі, майбутнім академіком АН СРСР.

Третій етап

Третій період розвитку електроніки - це період створення та впровадження дискретних напівпровідникових приладів, що розпочався з винаходу точкового транзистора. В 1946 при лабораторії "Белл Телефон" була створена група на чолі з Вільямом Шоклі, що проводила дослідження властивостей напівпровідників на Кремнії та Німеччині. Група проводила як теоретичні, і експериментальні дослідження фізичних процесів межі розділу двох напівпровідників з різними типами електричної провідності. У результаті було винайдено: трехэлектродные напівпровідникові прилади - транзистори. Залежно кількості носіїв заряду транзистори були поділені на:

  • - уніполярні (польові), де використовувалися однополярні носії.
  • - біполярні, де використовувалися різнополярні носії (електрони та дірки).

Винахід транзисторів стало знаменною віхою в історії розвитку електроніки і тому його автори Джон Бардін, Уолтер Браттейн та Вільям Шоклі були удостоєні нобелівської премії з фізики за 1956 рік.

Поява мікроелектроніки

З появою біполярних польових транзисторів почали втілюватися ідеї розробки малогабаритних ЕОМ. На їх основі стали створювати бортові електронні системи для авіаційної та космічної техніки. Так як ці пристрої містили тисячі окремих електрорадіоелементів і постійно вимагалося все більше і більше їх збільшення, виникли і технічні проблеми. Зі збільшенням числа елементів електронних системпрактично не вдавалося забезпечити їхню працездатність відразу ж після складання, і забезпечити, надалі, надійність функціонування систем. Проблема якості монтажно-складальних робіт стала основною проблемою виробників у забезпеченні працездатності та надійності радіоелектронних пристроїв. Вирішення проблеми міжз'єднань і стало причиною появи мікроелектроніки. Прообразом майбутніх мікросхем послужила друкована плата, де всі поодинокі провідники об'єднані в єдине ціле і виготовляються одночасно груповим методом шляхом стравлювання мідної фольги з площиною фольгованого діелектрика. Єдиним видом інтеграції у разі є провідники. Застосування друкованих плат хоч і не вирішує проблем мініатюризації, проте вирішує проблему підвищення надійності міжз'єднань. Технологія виготовлення друкованих плат не дозволяє виготовити одночасно інші пасивні елементи крім провідників. Саме тому друкарські платине перетворилися на інтегральні мікросхеми у сучасному розумінні. Першими були розроблені наприкінці 40-х років товстоплівкові гібридні схеми, в основу їх виготовлення була покладена вже відпрацьована технологія виготовлення керамічних конденсаторів, що використовує метод нанесення на керамічну підкладку через трафарети паст, що містять порошок срібла та скла.

Тонкоплівкова технологія виробництва інтегральних мікросхем включає нанесення у вакуумі на гладку поверхню діелектричних підкладок тонких плівок різних матеріалів (провідних, діелектричних, резистивних).

Четвертий етап

В 1960 Роберт Нойс з фірми Fairchild запропонував і запатентував ідею монолітної інтегральної схеми і, застосувавши планарну технологію виготовив перші кремнієві монолітні інтегральні схеми.

Сімейство монолітних транзисторно-транзисторних логічних елементів з чотирма і біполярнішими транзисторами на одному кристалі кремнію було випущено фірмою Fairchild вже в лютому 1960 року і отримало назву "мікрологіка". Планарна технологія Хорні і монолітна технологія Нойса заклали в 1960 фундамент розвитку інтегральних мікросхем, спочатку на біполярних транзисторах, а потім 1965-85 гг. на польових транзисторах та комбінаціях тих та інших.

Два директивні рішення прийняті в 1961-1962 рр. вплинули на розвиток виробництва кремнієвих транзисторів та ІС. Рішення фірми IBM (Нью-Йорк) з розробки для перспективної ЕОМ не феромагнітних пристроїв, а електронних ЗУ (запам'ятовувачів) на базі n-канальних польових транзисторів (метал-окис-напівпровідник - МОП). Результатом успішного виконання цього плану був випуск у 1973р. універсальної ЕОМ з МОП ЗУ - IBM-370/158. Директивні рішення фірми Fairchild, що передбачають розширення робіт у напівпровідниковій науково-дослідній лабораторії з дослідження кремнієвих приладів та матеріалів для них.

Тим часом у липні 1968 р. Гордон Мур і Роберт Нойс йдуть з відділення напівпровідників фірми Fairchild і 28 червня 1968 організують крихітну фірму Intel з дванадцяти осіб, які орендують кімнатку в Каліфорнійському місті Маунтін Вью. Завдання, яке поставили перед собою Мур, Нойс і фахівець з хімічної технології, що приєднався до них - Ендрю Гроув, використати величезний потенціал інтеграції великої кількостіелектронних компонентів на одному напівпровідниковому кристалі для створення нових видів електронних приладів.

У 1997 році Ендрю Гроув став "людиною року", а очолювана ним компанія Intel, що стала однією з провідних у силіконовій долині в Каліфорнії, стала виробляти мікропроцесори на 90% всіх персональних комп'ютерів планети. Поява інтегральних мікросхем зіграла вирішальну роль у розвиток електроніки започаткувавши новий етап мікроелектроніки. Мікроелектроніку четвертого періоду називають схематичною, тому що у складі основних базових елементів можна виділити елементи еквівалентні дискретним електро-радіоелементам і кожній інтегральній мікросхемі відповідає певна принципова електрична схема, як і для електронних вузлів апаратури попередніх поколінь.

Інтегральні мікросхеми стали називатися мікроелектронні пристрої, що розглядаються як єдиний виріб, що має високу щільність розташування елементів, еквівалентних елементам звичайної схеми. Ускладнення, що виконуються мікросхемами функцій, досягається підвищенням ступеня інтеграції.

Справжнє електроніки

В даний час мікроелектроніка переходить на якісно новий рівень – наноелектроніку.

Наноелектроніка насамперед базується на результатах фундаментальних досліджень атомних процесів у напівпровідникових структурах зниженої розмірності. Квантові точки, або нульмерні системи, є граничним випадком систем зі зниженою розмірністю, які складаються з масиву атомних кластерів або острівців нанометрових розмірів у напівпровідниковій матриці, що виявляють самоорганізацію в епітаксійних гетероструктурах.

Одним із можливих робіт пов'язаних з наноелеткронікою є роботи зі створення матеріалів та елементів ІЧ-техніки. Вони затребувані підприємствами галузі та є основою для створення у найближчому майбутньому систем "штучного" (технічного) зору з розширеним, порівняно з біологічним зором, спектральним діапазоном в ультрафіолетовій та інфрачервоній областях спектру. Системи технічного зорута фотонні компоненти на наноструктурах, здатні отримувати та обробляти величезні масиви інформації, стануть основою принципово нових телекомунікаційних пристроїв, систем екологічного та космічного моніторингу, теплобачення, нанодіагностики, робототехніки, високоточної зброї, засобів боротьби з тероризмом тощо. Застосування напівпровідникових наноструктур значно зменшить габарити пристроїв спостереження та реєстрації, зменшить енергоспоживання, покращить вартісні характеристики та дозволить використати переваги масового виробництва у мікро- та наноелектроніці найближчого майбутнього.

Назвіть перший обчислювальний пристрій. Абак Калькулятор Арифмометр російські рахунки Яку ідею висунув у середині

19 століття англійський математик Чарльз Беббідж?

Ідею створення програмно керованої лічильної машини, що має арифметичний пристрій, пристрій управління, а також пристрій введення та друку

Ідею створення стільникового телефону

Ідею створення роботів, керованих комп'ютером

У якому році і де було створено першу ЕОМ на основі електронних ламп?

1945 рік, США

1944 р, Англія

1946 р. Франція

На якій основі було створено ЕОМ третього покоління?

Інтегральні схеми

напівпровідники

електронні лампи

надвеликі інтегральні схеми

Як називався перший персональний комп'ютер?

Назвіть центральний пристрійкомп'ютера.

Процесор

Системний блок

Блок живлення

Материнська плата

Процесор обробляє інформацію, подану:

У десятковій системі числення

На англійській мові

Російською мовою

Машинною мовою (у двійковому коді)

Для введення числової та текстової інформаціївикористовується

Клавіатура

Сканер використовується для…

Для введення в комп'ютер зображень та текстових документів

Для малювання на ній спеціальною ручкою

Переміщення курсору на екрані монітора

Отримання голографічних зображень

10. Який тип принтера є доцільним для друку фінансових документів?

Матричний принтер

Струменевий принтер

Лазерний принтер

Який тип принтера доцільно використовуватиме для друку рефератів?

Матричний принтер

Струменевий принтер

Лазерний принтер

Який тип принтера доцільно використовувати для друку фотографій?

Матричний принтер

Струменевий принтер

Лазерний принтер

При недотриманні санітарно-гігієнічних вимог комп'ютера шкідливий вплив на здоров'я людини може вплинути.

Монітор на електронно-променевій трубці

Монітор на рідких кристалах

Плазмові панелі

При вимиканні комп'ютера вся інформація стирається...

Оперативна пам'ять

Жорсткого диска

Лазерного диска

Який пристрій комп'ютера зберігає інформацію?

Зовнішня пам'ять;

процесор;

Оптичні доріжки мають меншу товщину та розміщені більш щільно на …

Цифровий відеодиск (DVD – диск)

Компакт диск (CD – диск)

У пристрої введення входять...

До пристроїв виведення входять…

Клавіатура, миша, джойстик, світлове перо, сканер, цифрова камера, мікрофон

Звукові колонки, монітор, принтер, навушник

Жорсткий диск, процесор, модулі пам'яті, материнська плата, дискета

Програмою називається...

Комп'ютерна програмаможе керувати роботою комп'ютера, якщо вона перебуває.

В оперативної пам'яті

На гнучкому диску

На жорсткому диску

На CD – диску

Дані – це…

Послідовність команд, яку виконує комп'ютер у процесі обробки даних

Інформація, представлена ​​у цифровій формі та оброблена на комп'ютері

Дані, що мають ім'я та зберігаються в довгостроковій пам'яті

Файл це…

Текст роздрукований на комп'ютері

Інформація, представлена ​​у цифровій формі та оброблена на комп'ютері

Програма або дані, що мають ім'я та зберігаються в довгостроковій пам'яті

При швидкому форматуванні гнучкого диска.

Проводиться очищення каталогу диска

Стираються всі дані

Виробляється дефрагментація диска

Проводиться перевірка поверхні диска

При повному форматуванні гнучкого диска.

стираються всі дані

виконується повна перевірка диска

проводиться очищення каталогу диска

диск стає системним

У багаторівневій ієрархічній файловій системі...

Файли зберігаються в системі, що є системою вкладених папок

Файли зберігаються в системі, яка є лінійною послідовністю

Історія розвитку обчислювальної техніки:

1. Назвіть перший обчислювальний пристрій.
1) Абак
2) Калькулятор
3) Арифмометр
4) російські рахунки

2. Яку ідею висунув у середині 19 століття англійський математик Чарльз Беббідж?
1) Ідею створення програмно керованої лічильної машини, що має арифметичний пристрій, пристрій управління, а також пристрій введення та друку
2) Ідею створення стільникового телефону
3) Ідею створення роботів, керованих комп'ютером
3. Назвіть першого програміста обчислювальних машин.
1) Ада Лавлейс
2) Сергій Лебедєв
3) Білл Гейтс
4) Софія Ковалевська

4. У якому році і де було створено першу ЕОМ на основі електронних ламп?
1) 1945 рік, США
2) 1950, СРСР
3) 1944 р, Англія
4) 1946 р, Франція

5. На якій основі було створено ЕОМ третього покоління?
1) Інтегральні схеми
2) напівпровідники
3) електронні лампи
4) надвеликі інтегральні схеми

6. Як називався перший персональний комп'ютер?
1) Apple II
2) IBM PC
3) Dell
4) Корвет
Пристрій комп'ютера.........................15
1. Назвіть центральний пристрій комп'ютера.
1) Процесор
2) Системний блок
3) Блок живлення
4) Материнська плата
2. Як записується та передається фізичної інформаціїв ЕОМ?
1) цифрами;
2) за допомогою програм;
3) подається у формі електричних сигналів.

3. Процесор обробляє інформацію, подану:
1) У десятковій системі числення
2) Англійською мовою
3) Російською мовою
4) Машинною мовою (у двійковому коді)
4. Для введення числової та текстової інформації використовується
1) Клавіатура
2) Миша
3) Трекбол
4) Ручка
5. Найважливішою характеристикою координатних пристроїв введення є роздільна здатність, яка зазвичай становить 500 dpi (dot per inch – точок на дюйм (1 дюйм = 2,54 см)), що означає…
1) При переміщенні миші на один дюйм покажчик миші переміщується на 500 пікселів
2) При переміщенні миші на 500 точок вказівник миші переміщається на один дюйм
6. Сканер використовується для…
1) Для введення в комп'ютер зображень та текстових документів
2) Для малювання на ній спеціальною ручкою
3) Переміщення курсору на екрані монітора
4) Отримання голографічних зображень
Пристрої виведення інформації 21
1. Який тип принтера є доцільним для друку фінансових документів?
1) Матричний принтер
2) Струменевий принтер
3) Лазерний принтер
2. Який тип принтера доцільно використовуватиме для друку рефератів?
1) Матричний принтер
2) Струменевий принтер
3) Лазерний принтер

1. Який тип принтера доцільно використовувати для друку фотографій?
1) Матричний принтер
2) Струменевий принтер
3) Лазерний принтер
2. При недотриманні санітарно-гігієнічних вимог комп'ютера шкідливий вплив на здоров'я людини може вплинути на...
1) Монітор на електронно-променевій трубці
2) Монітор на рідких кристалах
4) Плазмові панелі
3. Пристрій, який забезпечує запис та зчитування інформації називається…
1) Дисководом чи накопичувачем

4. Коли комп'ютер вимкнено, вся інформація стирається з…
4) Оперативна пам'ять
5) Жорсткого диска
6) Лазерного диска
7) Дискети
13. Який пристрій комп'ютера зберігає інформацію?
1) Зовнішня пам'ять;
2) монітор;
3) процесор;
2. Оптичні доріжки мають меншу товщину та розміщені більш щільно на …
1) Цифровий відеодиск (DVD – диск)
2) Компакт диск (CD – диск)
3) Дискеті
3. На якому диску інформація зберігається на концентричних доріжках, на яких чергуються намагнічені та ненамагнічені ділянки
1) На дискеті
2) На компакт-диску
3) На DVD – диску

4. У пристрої введення входять:

1) Жорсткий диск, процесор, модулі пам'яті, материнська плата, дискета
5. До пристроїв виведення входять…
1) Клавіатура, миша, джойстик, світлове перо, сканер, цифрова камера, мікрофон
2) Звукові колонки, монітор, принтер, навушник
3) Жорсткий диск, процесор, модулі пам'яті, материнська плата, дискета
6. Програмою називається...

7. Комп'ютерна програма може керувати роботою комп'ютера, якщо вона перебуває.
1) В оперативній пам'яті
2) На гнучкому диску
3) На жорсткому диску
4) На CD – диску
8. Дані – це…
1) Послідовність команд, яку виконує комп'ютер у процесі обробки даних
2) Інформація, представлена ​​у цифровій формі та оброблена на комп'ютері
3) Дані, що мають ім'я та зберігаються в довгостроковій пам'яті
9. Файл – це…
1) Текст роздрукований на комп'ютері
2) Інформація, представлена ​​у цифровій формі та оброблена на комп'ютері
3) Програма або дані, що мають ім'я та зберігаються в довгостроковій пам'яті

10. При швидкому форматуванні гнучкого диска …
1) Здійснюється очищення каталогу диска
2) Стираються всі дані
3) Виробляється дефрагментація диска
4) Проводиться перевірка з

1. Коли та ким були винайдені лічильно-перфораційні машини? Які завдання ними вирішувалися?

2. Що таке електромеханічне реле? Коли створювалися релейні обчислювальні машини? Яку швидкодію вони мали?
3. Де і коли було побудовано першу ЕОМ? Як вона називалася?
4. Яка роль Джона фон Неймана у створенні ЕОМ?
5. Хто був конструктором перших вітчизняних ЕОМ?
6. На якій елементній базі створювалися машини першого покоління? Якими були їхні основні характеристики?
7. На якій елементній базі створювалися машини другого покоління? У чому переваги проти першим поколінням ЕОМ?
8. Що таке інтегральна схема? Коли було створено перші ЕОМ на інтегральних схемах? Як вони називалися?
9. Які нові сфери застосування ЕОМ виникли з появою машин третього покоління?

Встановлення пристроїв

Вам також може сподобатися