ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

- твердотельное устройство, содержащее группу приборов и их соединения (связи), выполненное на единой пластине (подложке). В И. с. интегрируются пассивные элементы (ёмкости, сопротивления) и активные элементы, действие к-рых основано на разл. физ. явлениях. Внутр. связи И. с. преобразуют множество приборов в функциональное устройство для целей информатики, преобразования разл. видов энергии и робототехники. Создание первых полупроводниковых И. с. (1958-59) и начало их серийного выпуска (1960-61) определили рождение микроэлектроники. Поскольку важнейшие И. с. формируются на монокристаллич. подложке, то электронное взаимодействие плотно упакованных микроприборов приводит к новым физ. явлениям. Развитие технологии И. с. позволило создать такие устройства, в к-рых электронное взаимодействие охватывает группы транзисторов (интегральная инжекционная логика); приборы с зарядовой связью (ПЗС), где осуществляется передача эл.-статич. заряда в цепях из тысяч МДП-элементов (см. МДП-структура); приборы на цилиндрических магнитных доменax, где осуществляется передача "магн, заряда", и т. д. Аморфные и стеклообразные полупроводники )и поликристаллич. Si создают оптимальную основу для интегральной технологии. Простота хим. состава обеспечиваетстабильность и надёжность основанных на нём устройств. Свойства Si позволяют создавать разл.датчики, исполнительные микромеханизмы и др. неэлектронные устройства с электронными информационно-управляющими системами. подвижность носителей заряда) и дополняет кремниевую электронику оптоэлектронными, в т. ч. лазерными, системами (см. Оптоэлектроника). И. с. на переходах Джозефсона (см. Джозефсона эффект )позволяют создавать устройства, потребляющие мин. количество энергии на единицу перерабатываемой информации. Благодаря этому элементы могут быть более плотно упакованы, сокращается длина связей между ними, повышается быстродействие устройства. И. с. на пьезоэлектрич. кристаллах (см. Поверхностные акустические волны )обеспечивают возможность параллельной быстрой обработки и преобразования нек-рых видов сигналов. Однако ни один из перечисл. видов интегральных устройств не обладает универсальностью Кремниевых И. с. ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА фото
рисунков, к-рые затем последовательно "переводятся" в кристалл с помощью различных физ.-хим. процессов (выращивание тонких плёнок металлов и полупроводников, их травление, введение легирующих примесей и т. п.). Планерная технология включает спец. методы проектирования И. с. в виде комплекта плоских рисунков, микролитографию, к-рая позволяет осуществитьих перенос на подложку, и методы, обеспечивающие изменение структуры или состава подложки по этим рисункам (рис.).С помощью планарной технологии можно одновременно формировать на подложке 10³-10⁸ транзисторов и осуществлять многостадийные процессы, а благодаря этому создавать И. с. со сложной структурой. Таковы, напр., микропроцессор - центр, часть ЭВМ, выполненная в одной или неск. И. с.; запоминающее устройство, содержащее св. 10⁶ ячеек памяти, и т. д. масса 0,5-50 мг, объём 0,2-50 мм ³. Т. о., на каждый мм ³ чипа и на каждый мг его массы приходится 10⁴ транзисторов. После установки чипа в корпус эти характеристики снижаются в сотни раз (из-за сравнительно больших габаритов и массы корпуса). Но чип может устанавливаться и без корпуса в аппаратуру и даже в организм человека (вживляемые кристаллы). С 80-х гг. интенсивно развивается технология твердотельных И. с. на целых пластинах. Гибридная технология объединяет принципы планарной технологии, с помощью к-рой предварительно формируются микроприборы, и плёночной технологии, средствами к-рой формируются пассивные элементы (сопротивления, конденсаторы, индуктивности) и сеть внутр. связей. В качестве подложки гибридной И. с., на к-рой устанавливаются бескорпусные чипы, используется диэлектрик, иногда металл или полупроводник, защищённые диэлектрич. слоем. Плёночная технология реализует принцип печатного монтажа в миниатюрном интегральном исполнении. Она расширяет диапазон параметров и повышает точность изготовления пассивных элементов. Поэтому она служит важным дополнением планарной технологии. Степень интеграции. Важнейшая характеристика И. с.- степень интеграции, т. е. число активных элементов (для определённости - транзисторов) в одной И. с. По этому показателю И. с. классифицируются на малые (МИС), содержащие до 2⁵ транзисторов, средние (СИС) - до 2¹⁰, большие (БИС) - до 2¹⁵ и сверхбольшие (СБИС) - 2²⁰ транзисторов. Для более высокой степени интеграции предложен термин "ультрабис". Но в действительности более сложные твердотельные структуры представляют не И. с., а интегральные системы. фотолитография, рентгенолитографии, электронная и ионная микролитография. обеспечение надёжности - резервирование, самодиагностика и саморемонт. Они позволяют создавать устройства на частично дефектных и не вполне надёжных элементах. Предельная степень интеграции пластины - системы порядка 10⁹.Степень интеграции можно увеличить последовательным формированием в одной И. с. неск. активных слоев (транзисторы и связи), разделённых диэлектрич. слоями. При этом для каждого активного слоя Si наносится в виде тонкой поликристаллич. плёнки и подвергается рекристаллизационному отжигу. Трёхмерная интеграция позволяет повысить степень интеграции ещё на 1-2 порядка. плотность потребляемой мощности, несмотря на низкое энергопотребление каждого транзистора, велика (иногда превышает плотность мощности на поверхности Солнца). Кроме того, при высоких плотностях тока из-за нестабильности тонкоплёночных проводников происходит увлечение ионов металла электронами или электрическим полем. Наиб, экономичны И. с. на парах МОП-транзисторов, почти не потребляющие мощности между циклами переключения, а также на МДП-транзисторах с двухслойным диэлектриком (металл - нитрид - оксид - полупроводник), с плавающим затвором и др., к-рые не потребляют мощности в режиме хранения информации. Развитие интегральной электроники. Уже первые МИС изменили принцип проектирования радиоэлектронной аппаратуры, особенно ЭВМ. Вместо конструирования устройств, измерения характеристик приборов и их взаимного согласования синтез стал осуществляться на логич. уровне. Согласование характеристик транзисторов перешло к технологии. Поскольку И. с. (независимо от степени интеграции) стоят примерно столько же, сколько транзисторы домикроэлектронного периода, то стоимость ЭВМ снижается (в среднем) пропорц. степени интеграции. Транзистор). С переходом к БИС (60-70-е гг.) доминирующее место заняли полевые транзисторы с МДП-структурой. Они потребляют меньше энергии на каждый бит перерабатываемой информации и обладают более простой структурой, что позволило создать интегральные запоминающие устройства. 4-10⁶ бит. Выпускаются также БИС и СБИС для управления автомобильными двигателями, телевизорами (неск. кристаллов заменяют всю низковольтную аппаратуру телеприёмника) и т. д. Интенсивно развиваются аналоговые и цифроаналоговые БИС и СБИС, а также интегральная схемотехника СВЧ-диапазона. И. с. позволяют упростить и усовершенствовать и механич. системы (печатающие устройства, швейные машины, фотоаппараты и др.), в к-рых большинство механич. узлов, выполняющих управляющие ф-ции, могут быть заменены на БИС или СБИС. 10-10¹¹ операций в 1 с и осуществлять моделирование фпз. явлений. Лит.: Дорфман В. Ф., Твердотельные интегральные структуры и их синтез, М., 1981; Мурога С., Системное проектирование сверхбольших интегральных схем, пер. с англ., т. 1-2, М., 1985; см. также лит. при ст. Микроэлектроника. В. Ф. Дорфлган.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.

Смотреть больше слов в «Физической энциклопедии»

ИНТЕГРАЛЬНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ →← ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОПТИКА

Смотреть что такое ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА в других словарях:

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

интегральная микросхема, микроминиатюрное электронное устройство, все или часть элементов которого нераздельно связаны конструктивно и соединен... смотреть

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМАмикроэлектронная схема, сформированная на крошечной пластинке (кристаллике, или "чипе") полупроводникового материала, обычно кремния, которая используется для управления электрическим током и его усиления. Типичная ИС состоит из множества соединенных между собой микроэлектронных компонентов, таких, как транзисторы, резисторы, конденсаторы и диоды, изготовленные в поверхностном слое кристалла. Размеры кремниевых кристаллов лежат в пределах от примерно 1,3?1,3 мм до 13?13 мм. Прогресс в области интегральных схем привел к разработке технологий больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС). Эти технологии позволяют получать ИС, каждая из которых содержит многие тысячи схем: в одном чипе может насчитываться более 1 млн. компонентов. См. также ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ.Интегральные схемы обладают целым рядом преимуществ перед своими предшественниками - схемами, которые собирались из отдельных компонентов, монтируемых на шасси. ИС имеют меньшие размеры, более высокие быстродействие и надежность; они, кроме того, дешевле и в меньшей степени подвержены отказам, вызываемым воздействиями вибраций, влаги и старения.Миниатюризация электронных схем оказалась возможной благодаря особым свойствам полупроводников. Полупроводник - это материал, обладающий гораздо большей электропроводностью (проводимостью), чем такой диэлектрик, как стекло, но существенно меньшей, чем проводники, например, медь. В кристаллической решетке такого полупроводникового материала, как кремний, при комнатной температуре имеется слишком мало свободных электронов, чтобы обеспечить значительную проводимость. Поэтому чистые полупроводники обладают низкой проводимостью. Однако введение в кремний соответствующей примеси увеличивает его электрическую проводимость. См. также ТРАНЗИСТОР.Легирующие примеси вводят в кремний двумя методами. Для сильного легирования или в тех случаях, когда точное регулирование количества вводимой примеси необязательно, обычно пользуются методом диффузии. Диффузию фосфора или бора выполняют, как правило, в атмосфере легирующей примеси при температурах между 1000 и 1150? С в течение от получаса до нескольких часов. При ионной имплантации кремний бомбардируют высокоскоростными ионами легирующей примеси. Количество имплантируемой примеси можно регулировать с точностью до нескольких процентов; точность в ряде случаев важна, поскольку коэффициент усиления транзистора зависит от числа примесных атомов, имплантированных на 1 см2 базы (см. ниже).Производство. Изготовление интегральной схемы может занимать до двух месяцев, поскольку некоторые области полупроводника нужно легировать с высокой точностью. В ходе процесса, называемого выращиванием, или вытягиванием, кристалла, сначала получают цилиндрическую заготовку кремния высокой чистоты. Из этого цилиндра нарезают пластины толщиной, например, 0,5 мм. Пластину в конечном счете режут на сотни маленьких кусочков, называемых чипами, каждый из которых в результате проведения описываемого ниже технологического процесса превращается в интегральную схему.Процесс обработки чипов начинается с изготовления масок каждого слоя ИС. Выполняется крупномасштабный трафарет, имеющий форму квадрата площадью ок. 0,1 м2. На комплекте таких масок содержатся все составляющие части ИС: уровни диффузии, уровни межсоединений и т.п. Вся полученная структура фотографически уменьшается до размера кристаллика и воспроизводится послойно на стеклянной пластине. На поверхности кремниевой пластины выращивается тонкий слой двуокиси кремния. Каждая пластина покрывается светочувствительным материалом (фоторезистом) и экспонируется светом, пропускаемым через маски. Неэкспонированные участки светочувствительного покрытия удаляют растворителем, а с помощью другого химического реагента, растворяющего двуокись кремния, последний вытравливается с тех участков, где он теперь не защищен светочувствительным покрытием. Варианты этого базового технологического процесса используются в изготовлении двух основных типов транзисторных структур: биполярных и полевых (МОП).Биполярный транзистор. Такой транзистор имеет структуру типа n-p-n или, намного реже, типа p-n-p. Обычно технологический процесс начинается с пластины (подложки) сильно легированного материала p-типа. На поверхности этой пластины эпитаксиально выращивается тонкий слой слабо легированного кремния n-типа; таким образом, выращенный слой имеет ту же самую кристаллическую структуру, что и подложка. Этот слой должен содержать активную часть транзистора - в нем будут сформированы индивидуальные коллекторы. Пластина сначала помещается в печь с парами бора. Диффузия бора в кремниевую пластину происходит только там, где ее поверхность подверглась обработке травлением. В результате формируются области и окна из материала n-типа. Второй высокотемпературный процесс, в котором используются пары фосфора и другая маска, служит для формирования контакта с коллекторным слоем. Проведением последовательных диффузий бора и фосфора формируются соответственно база и эмиттер. Толщина базы обычно составляет несколько микрон. Эти крошечные островки проводимостей n- и p-типа соединяются в общую схему посредством межсоединений, выполненных из алюминия, осаждаемого из паровой фазы или наносимого напылением в вакууме. Иногда для этих целей используются такие благородные металлы, как платина и золото. Транзисторы и другие схемные элементы, например резисторы, конденсаторы и индуктивности, вместе с соответствующими межсоединениями могут формироваться в пластине методами диффузии в ходе последовательности операций, создавая в итоге законченную электронную схему. См. также ТРАНЗИСТОР.МОП-транзистор. Наибольшее распространение получила МОП (металл-окисел-полупроводник) - структура, состоящая из двух близко расположенных областей кремния n-типа, реализованных на подложке p-типа. На поверхности кремния наращивается слой его двуокиси, а поверх этого слоя (между областями n-типа и слегка захватывая их) формируется локализованный слой металла, выполняющий роль затвора. Две упомянутые выше области n-типа, называемые истоком и стоком, служат соединительными элементами для входа и выхода соответственно. Через окна, предусмотренные в двуокиси кремния, выполняются металлические соединения с истоком и стоком. Узкий поверхностный канал из материала n-типа соединяет исток и сток; в других случаях канал может быть индуцированным - создаваемым под действием напряжения, приложенного к затвору. Когда на затвор транзистора с индуцированным каналом подается положительное напряжение, расположенный под затвором слой p-типа превращается в слой n-типа, и ток, управляемый и модулируемый сигналом, поступающим на затвор, течет от истока к стоку. МОП-транзистор потребляет очень небольшую мощность; он имеет высокое входное сопротивление, отличается низким током цепи стока и очень низким уровнем шумов. Поскольку затвор, оксид и кремний образуют конденсатор, такое устройство широко используется в системах компьютерной памяти (см. ниже). В комплементарных, или КМОП-схемах, МОП-структуры применяются в качестве нагрузок и не потребляют мощности, когда основной МОП-транзистор находится в неактивном состоянии.После завершения обработки пластины разрезают на части. Операция резки выполняется дисковой пилой с алмазными кромками. Каждый кристаллик (чип, или ИС) заключается затем в корпус одного из нескольких типов. Для подсоединения компонентов ИС к рамке выводов корпуса используется золотая проволока толщиной 25 мкм. Более толстые выводы рамки позволяют подсоединить ИС к электронному устройству, в котором она будет работать.Надежность. Надежность интегральной схемы примерно такая же, как у отдельного кремниевого транзистора, эквивалентного по форме и размеру. Теоретически транзисторы могут безотказно служить тысячи лет - один из важнейших факторов для таких областей применения, как ракетная и космическая техника, где единственный отказ может означать полный провал осуществляемого проекта.Микропроцессоры и миникомпьютеры. Впервые представленные публично в 1971 микропроцессоры выполняли большинство основных функций компьютера на единственной кремниевой ИС, реализованной на кристалле размером 5?5 мм. Благодаря интегральным схемам стало возможным создание миникомпьютеров - малых ЭВМ, где все функции выполняются на одной или нескольких больших интегральных схемах. Такая впечатляющая миниатюризация привела к резкому снижению стоимости вычислений. Выпускаемые в настоящее время мини-ЭВМ ценой менее 1000 долл. по своей производительности не уступают первым очень большим вычислительным машинам, стоимость которых в начале 1960-х годов доходила до 20 млн. долл. Микропроцессоры находят применение в оборудовании для связи, карманных калькуляторах, наручных часах, селекторах телевизионных каналов, электронных играх, автоматизированном кухонном и банковском оборудовании, средствах автоматического регулирования подачи топлива и нейтрализации отработавших газов в легковых автомобилях, а также во многих других устройствах. Большая часть мировой электронной индустрии, оборот которой превышает 15 млрд. долл., так или иначе зависит от интегральных схем. В масштабах всего мира интегральные схемы находят применение в оборудовании, суммарная стоимость которого составляет многие десятки миллиардов долларов.Компьютерные запоминающие устройства. В электронике термин "память" обычно относится к какому-либо устройству, предназначенному для хранения информации в цифровой форме. Среди множества типов запоминающих устройств (ЗУ) рассмотрим ЗУ с произвольной выборкой (ЗУПВ), приборы с зарядовой связью (ПЗС) и постоянные ЗУ (ПЗУ).У ЗУПВ время доступа к любой ячейке памяти, находящейся на кристалле, одинаково. Такие устройства могут запоминать 65 536 бит (двоичных единиц, обычно 0 и 1), по одному биту на ячейку, и представляют собой широко используемый тип электронной памяти; на каждом чипе у них насчитывается ок. 150 тыс. компонентов. Выпускаются ЗУПВ емкостью 256 Кбит (К = 210 = 1024; 256 К = 262 144). В устройствах памяти с последовательной выборкой циркуляция запомненных битов происходит как бы по замкнутому конвейеру (в ПЗС используется именно такой тип выборки). В ПЗС, представляющем собой ИС специальной конфигурации, пакеты электрических зарядов могут размещаться под расположенными на малых расстояниях друг от друга крошечными металлическими пластинками, электрически изолированными от чипа. Заряд (или его отсутствие) может, таким образом, перемещаться по полупроводниковому устройству от одной ячейки к другой. В результате появляется возможность запоминания информации в виде последовательности единиц и нулей (двоичного кода), а также доступа к ней, когда это требуется. Хотя ПЗС не могут конкурировать с ЗУПВ по быстродействию, они способны обрабатывать большие объемы информации при меньших затратах, и их используют там, где память с произвольной выборкой не требуется. ЗУПВ, выполненное на такой ИС, является энергозависимым, и записанная в нем информация теряется при отключении питания. В ПЗУ информация заносится в ходе производственного процесса и хранится постоянно.Разработки и выпуск ИС новых типов не прекращаются. В стираемых программируемых ПЗУ (СППЗУ) имеются два затвора, расположенные один над другим. При подаче напряжения на верхний затвор нижний может приобрести заряд, что соответствует 1 двоичного кода, а при переключении (реверсе) напряжения затвор может потерять свой заряд, что соответствует 0 двоичного кода. См. также ОРГТЕХНИКА И КАНЦЕЛЯРСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ; КОМПЬЮТЕР; ЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА СВЯЗИ; ИНФОРМАЦИИ НАКОПЛЕНИЕ И ПОИСК.... смотреть

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

интегра́льная схе́ма (ИС, интегральная микросхема), микроэлектронное устройство, содержащее большое число объединённых конструктивно и электрически ... смотреть

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

(ИС). интегральная микросхема (ИМС), микросхема, - микроминиатюрное электронное устройство с высокой плотностью упаковки связанных между собой (как пра... смотреть

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА (ИС, интегральная микросхема, микросхема), микроминиатюрное устройство с высокой плотностью упаковки элементов (диодов, транзисторов, резисторов, конденсаторов и др.), неразрывно связанных (объединенных) между собой конструктивно, технологически и электрически. Предназначена для приема, обработки информации, представленной обычно в виде непрерывных или дискретных электрических и оптических сигналов. ИС подразделяются: по способу объединения (интеграции) элементов - на монолитные (основной тип) и гибридные (с использованием навесных дискретных электронных приборов); по виду обрабатываемых сигналов - на цифровые и аналоговые; по числу содержащихся в ИС элементов N (степени интеграции) - на малые (N<102), средние (N=102-103), большие (БИС; N=103-104) и сверхбольшие (СБИС; N>104). ... смотреть

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА (ИС, интегральная микросхема, микросхема), микроминиатюрное электронное устройство, элементы которого неразрывно связаны (объединены) конструктивно, технологически и электрически. ИС подразделяются: по способу объединения (интеграции) элементов - на полупроводниковые, или монолитные (основной тип), пленочные и гибридные (в т. ч. многокристальные); по виду обрабатываемой информации - на цифровые и аналоговые; по степени интеграции элементов - на малые, ИС со средней степенью интеграции, большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС). ... смотреть

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА (ИС - интегральная микросхема, микросхема), микроминиатюрное электронное устройство, элементы которого неразрывно связаны (объединены) конструктивно, технологически и электрически. ИС подразделяются: по способу объединения (интеграции) элементов - на полупроводниковые, или монолитные (основной тип), пленочные и гибридные (в т. ч. многокристальные); по виду обрабатываемой информации - на цифровые и аналоговые; по степени интеграции элементов - на малые, ИС со средней степенью интеграции, большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС). ... смотреть

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

integrated(-circuit) component, electronic chip, microcircuit chip, chip, integrated circuit, microelectronic circuit, IC element, micro, IC device, in... смотреть

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

Integralschaltung, integrierte Mikroschaltung, integrierter Schaltkreis, integrierte Schaltung, (англ. integrated circuit) IC, (integrierte Schaltung)... смотреть

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

микросхема, микроминиатюрное электронное устройство, элементы которого изготовлены в едином технологическом цикле и неразрывно связаны (объединены) конструктивно и электрически. ... смотреть

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

chip, microelectronic integrated circuit, integrated circuit, monolithic integrated circuit, microelectronic IC, integration, microcircuit

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

Integralschaltung f, integriertes Schaltkreis m, integrierte Schaltung f

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

integrated circuit; (реактора) integrated design

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

микроминиатюрное электронное устройство, элементы к-рого объединены конструктивно и электрически.

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

1. integrerad krets

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

circuito integrato

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

IC-Bauelement, integrierter Schaltkreis

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

• integrovaný obvod• IO

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

circuit intégré

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

bar, chip, integrated circuit

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

(circuito integrato) CI

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

інтеґра́льна схе́ма

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

integrated circuit

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

интегралдық сұлба

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

esquema integral

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА АНАЛОГОВАЯ

аналогты интегралдық сұлба

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА БЕСКОРПУСНАЯ

корпуссыз интегралдық сұлба

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩАЯ

тезәрекетті интегралдық сұлба

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА В КОРПУСЕ

корпустағы интегралдық сұлба

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА ГИБРИДНАЯ

гибрид интегралдық сұлба

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА ЗАКАЗНАЯ

тапсырысты интегралдық сұлба

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА ЗУ

memory chip

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА ИНТЕРФЕЙСНАЯ

интерфейсті интегралдық сұлбасы

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА (ИС

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА (ИС , интегральная микросхема, микросхема), микроминиатюрное электронное устройство, элементы которого неразрывно связаны (объединены) конструктивно, технологически и электрически. ИС подразделяются: по способу объединения (интеграции) элементов - на полупроводниковые, или монолитные (основной тип), пленочные и гибридные (в т. ч. многокристальные); по виду обрабатываемой информации - на цифровые и аналоговые; по степени интеграции элементов - на малые, ИС со средней степенью интеграции, большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС).... смотреть

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА ИС

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА ИСмикроэлектронная схема, сформированная на крошечной пластинке (кристаллике, или "чипе") полупроводникового материала, обычно кремния, которая используется для управления электрическим током и его усиления. Типичная ИС состоит из множества соединенных между собой микроэлектронных компонентов, таких, как транзисторы, резисторы, конденсаторы и диоды, изготовленные в поверхностном слое кристалла. Размеры кремниевых кристаллов лежат в пределах от примерно 1,3?1,3 мм до 13?13 мм. Прогресс в области интегральных схем привел к разработке технологий больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС). Эти технологии позволяют получать ИС, каждая из которых содержит многие тысячи схем: в одном чипе может насчитываться более 1 млн. компонентов. См. также ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ.Интегральные схемы обладают целым рядом преимуществ перед своими предшественниками - схемами, которые собирались из отдельных компонентов, монтируемых на шасси. ИС имеют меньшие размеры, более высокие быстродействие и надежность; они, кроме того, дешевле и в меньшей степени подвержены отказам, вызываемым воздействиями вибраций, влаги и старения.Миниатюризация электронных схем оказалась возможной благодаря особым свойствам полупроводников. Полупроводник - это материал, обладающий гораздо большей электропроводностью (проводимостью), чем такой диэлектрик, как стекло, но существенно меньшей, чем проводники, например, медь. В кристаллической решетке такого полупроводникового материала, как кремний, при комнатной температуре имеется слишком мало свободных электронов, чтобы обеспечить значительную проводимость. Поэтому чистые полупроводники обладают низкой проводимостью. Однако введение в кремний соответствующей примеси увеличивает его электрическую проводимость. См. также ТРАНЗИСТОР.Легирующие примеси вводят в кремний двумя методами. Для сильного легирования или в тех случаях, когда точное регулирование количества вводимой примеси необязательно, обычно пользуются методом диффузии. Диффузию фосфора или бора выполняют, как правило, в атмосфере легирующей примеси при температурах между 1000 и 1150? С в течение от получаса до нескольких часов. При ионной имплантации кремний бомбардируют высокоскоростными ионами легирующей примеси. Количество имплантируемой примеси можно регулировать с точностью до нескольких процентов; точность в ряде случаев важна, поскольку коэффициент усиления транзистора зависит от числа примесных атомов, имплантированных на 1 см2 базы (см. ниже).Производство. Изготовление интегральной схемы может занимать до двух месяцев, поскольку некоторые области полупроводника нужно легировать с высокой точностью. В ходе процесса, называемого выращиванием, или вытягиванием, кристалла, сначала получают цилиндрическую заготовку кремния высокой чистоты. Из этого цилиндра нарезают пластины толщиной, например, 0,5 мм. Пластину в конечном счете режут на сотни маленьких кусочков, называемых чипами, каждый из которых в результате проведения описываемого ниже технологического процесса превращается в интегральную схему.Процесс обработки чипов начинается с изготовления масок каждого слоя ИС. Выполняется крупномасштабный трафарет, имеющий форму квадрата площадью ок. 0,1 м2. На комплекте таких масок содержатся все составляющие части ИС: уровни диффузии, уровни межсоединений и т.п. Вся полученная структура фотографически уменьшается до размера кристаллика и воспроизводится послойно на стеклянной пластине. На поверхности кремниевой пластины выращивается тонкий слой двуокиси кремния. Каждая пластина покрывается светочувствительным материалом (фоторезистом) и экспонируется светом, пропускаемым через маски. Неэкспонированные участки светочувствительного покрытия удаляют растворителем, а с помощью другого химического реагента, растворяющего двуокись кремния, последний вытравливается с тех участков, где он теперь не защищен светочувствительным покрытием. Варианты этого базового технологического процесса используются в изготовлении двух основных типов транзисторных структур: биполярных и полевых (МОП).Биполярный транзистор. Такой транзистор имеет структуру типа n-p-n или, намного реже, типа p-n-p. Обычно технологический процесс начинается с пластины (подложки) сильно легированного материала p-типа. На поверхности этой пластины эпитаксиально выращивается тонкий слой слабо легированного кремния n-типа; таким образом, выращенный слой имеет ту же самую кристаллическую структуру, что и подложка. Этот слой должен содержать активную часть транзистора - в нем будут сформированы индивидуальные коллекторы. Пластина сначала помещается в печь с парами бора. Диффузия бора в кремниевую пластину происходит только там, где ее поверхность подверглась обработке травлением. В результате формируются области и окна из материала n-типа. Второй высокотемпературный процесс, в котором используются пары фосфора и другая маска, служит для формирования контакта с коллекторным слоем. Проведением последовательных диффузий бора и фосфора формируются соответственно база и эмиттер. Толщина базы обычно составляет несколько микрон. Эти крошечные островки проводимостей n- и p-типа соединяются в общую схему посредством межсоединений, выполненных из алюминия, осаждаемого из паровой фазы или наносимого напылением в вакууме. Иногда для этих целей используются такие благородные металлы, как платина и золото. Транзисторы и другие схемные элементы, например резисторы, конденсаторы и индуктивности, вместе с соответствующими межсоединениями могут формироваться в пластине методами диффузии в ходе последовательности операций, создавая в итоге законченную электронную схему. См. также ТРАНЗИСТОР.МОП-транзистор. Наибольшее распространение получила МОП (металл-окисел-полупроводник) - структура, состоящая из двух близко расположенных областей кремния n-типа, реализованных на подложке p-типа. На поверхности кремния наращивается слой его двуокиси, а поверх этого слоя (между областями n-типа и слегка захватывая их) формируется локализованный слой металла, выполняющий роль затвора. Две упомянутые выше области n-типа, называемые истоком и стоком, служат соединительными элементами для входа и выхода соответственно. Через окна, предусмотренные в двуокиси кремния, выполняются металлические соединения с истоком и стоком. Узкий поверхностный канал из материала n-типа соединяет исток и сток; в других случаях канал может быть индуцированным - создаваемым под действием напряжения, приложенного к затвору. Когда на затвор транзистора с индуцированным каналом подается положительное напряжение, расположенный под затвором слой p-типа превращается в слой n-типа, и ток, управляемый и модулируемый сигналом, поступающим на затвор, течет от истока к стоку. МОП-транзистор потребляет очень небольшую мощность; он имеет высокое входное сопротивление, отличается низким током цепи стока и очень низким уровнем шумов. Поскольку затвор, оксид и кремний образуют конденсатор, такое устройство широко используется в системах компьютерной памяти (см. ниже). В комплементарных, или КМОП-схемах, МОП-структуры применяются в качестве нагрузок и не потребляют мощности, когда основной МОП-транзистор находится в неактивном состоянии.После завершения обработки пластины разрезают на части. Операция резки выполняется дисковой пилой с алмазными кромками. Каждый кристаллик (чип, или ИС) заключается затем в корпус одного из нескольких типов. Для подсоединения компонентов ИС к рамке выводов корпуса используется золотая проволока толщиной 25 мкм. Более толстые выводы рамки позволяют подсоединить ИС к электронному устройству, в котором она будет работать.Надежность. Надежность интегральной схемы примерно такая же, как у отдельного кремниевого транзистора, эквивалентного по форме и размеру. Теоретически транзисторы могут безотказно служить тысячи лет - один из важнейших факторов для таких областей применения, как ракетная и космическая техника, где единственный отказ может означать полный провал осуществляемого проекта.Микропроцессоры и миникомпьютеры. Впервые представленные публично в 1971 микропроцессоры выполняли большинство основных функций компьютера на единственной кремниевой ИС, реализованной на кристалле размером 5?5 мм. Благодаря интегральным схемам стало возможным создание миникомпьютеров - малых ЭВМ, где все функции выполняются на одной или нескольких больших интегральных схемах. Такая впечатляющая миниатюризация привела к резкому снижению стоимости вычислений. Выпускаемые в настоящее время мини-ЭВМ ценой менее 1000 долл. по своей производительности не уступают первым очень большим вычислительным машинам, стоимость которых в начале 1960-х годов доходила до 20 млн. долл. Микропроцессоры находят применение в оборудовании для связи, карманных калькуляторах, наручных часах, селекторах телевизионных каналов, электронных играх, автоматизированном кухонном и банковском оборудовании, средствах автоматического регулирования подачи топлива и нейтрализации отработавших газов в легковых автомобилях, а также во многих других устройствах. Большая часть мировой электронной индустрии, оборот которой превышает 15 млрд. долл., так или иначе зависит от интегральных схем. В масштабах всего мира интегральные схемы находят применение в оборудовании, суммарная стоимость которого составляет многие десятки миллиардов долларов.Компьютерные запоминающие устройства. В электронике термин "память" обычно относится к какому-либо устройству, предназначенному для хранения информации в цифровой форме. Среди множества типов запоминающих устройств (ЗУ) рассмотрим ЗУ с произвольной выборкой (ЗУПВ), приборы с зарядовой связью (ПЗС) и постоянные ЗУ (ПЗУ).У ЗУПВ время доступа к любой ячейке памяти, находящейся на кристалле, одинаково. Такие устройства могут запоминать 65 536 бит (двоичных единиц, обычно 0 и 1), по одному биту на ячейку, и представляют собой широко используемый тип электронной памяти; на каждом чипе у них насчитывается ок. 150 тыс. компонентов. Выпускаются ЗУПВ емкостью 256 Кбит (К = 210 = 1024; 256 К = 262 144). В устройствах памяти с последовательной выборкой циркуляция запомненных битов происходит как бы по замкнутому конвейеру (в ПЗС используется именно такой тип выборки). В ПЗС, представляющем собой ИС специальной конфигурации, пакеты электрических зарядов могут размещаться под расположенными на малых расстояниях друг от друга крошечными металлическими пластинками, электрически изолированными от чипа. Заряд (или его отсутствие) может, таким образом, перемещаться по полупроводниковому устройству от одной ячейки к другой. В результате появляется возможность запоминания информации в виде последовательности единиц и нулей (двоичного кода), а также доступа к ней, когда это требуется. Хотя ПЗС не могут конкурировать с ЗУПВ по быстродействию, они способны обрабатывать большие объемы информации при меньших затратах, и их используют там, где память с произвольной выборкой не требуется. ЗУПВ, выполненное на такой ИС, является энергозависимым, и записанная в нем информация теряется при отключении питания. В ПЗУ информация заносится в ходе производственного процесса и хранится постоянно.Разработки и выпуск ИС новых типов не прекращаются. В стираемых программируемых ПЗУ (СППЗУ) имеются два затвора, расположенные один над другим. При подаче напряжения на верхний затвор нижний может приобрести заряд, что соответствует 1 двоичного кода, а при переключении (реверсе) напряжения затвор может потерять свой заряд, что соответствует 0 двоичного кода. См. также ОРГТЕХНИКА И КАНЦЕЛЯРСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ; КОМПЬЮТЕР; ЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА СВЯЗИ; ИНФОРМАЦИИ НАКОПЛЕНИЕ И ПОИСК.... смотреть

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА

Смотреть что такое ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА в других словарях:

Рекомендуем посмотреть: