Мікросхема

Ісмієв Роман, 37гр.

Загальний опис (принцип дії)

Джек Кілбі, лауреат Нобелівської премії з фізики за винахід інтегральної схеми у 1958 році

Мікросхема (або інтегральна схема) - електронна схема, що реалізована у вигляді напівпровідникового кристалу (чіпу), що виконує певну функцію.

Чіп - напівпровідникова структура, на поверхні якої сформовані контактні площинки. Часто під інтегральною схемою (ІС) розуміють власне кристал або плівку з електронною схемою, а під мікросхемою (МС) - інтегральну схему у корпусі.

Винахід мікросхем розпочався з вивчення властивостей тонких оксидних плівок, що проявляються в ефекті поганої електропровідності при невеликій електричній напрузі. Проблема полягала в тому, що в місці зіткнення двох металів не відбувалося електричного контакту або він мав полярні властивості. Глибокі вивчення цього феномену привели до винаходу діодів, а пізніше до транзисторів і інтегральних мікросхем.

Історична довідка

Роберт Нойс і Джек Кілбі вважаються авторами головного винаходу століття інформаційних технологій. Не знаючи один одного, вони вирішили проблему мінімізації дискретних елементів монтажної плати комп’ютера та перенесення їх на пластину з кремнію (Нойс) і германію (Кілбі). Це значно збільшило продуктивність комп’ютера й одночасно скоротило його вартість. Інтегральна схема, як і раніше, залишається ключовим досягненням ери електроніки. У 1959 році вони окремо один від одного одержали патенти на свої винаходи - почалося протистояння двох компаній, що закінчилося мирним договором і створенням спільної ліцензії на виробництво чіпів. Після того як у 1961 році Fairchild Semiconductor Corporation випустила чіпи у вільний продаж, їх відразу стали використовувати у виробництві калькуляторів і комп'ютерів замість окремих транзисторів, що дозволило значно зменшити розмір і збільшити продуктивність.

Технічні характеристики

За конструктивно-технологічним виконанням мікросхеми діляться на напівпровідникові і гібридно-плівкові. Напівпровідникові мікросхеми мають в своїй основі монокристал напівпровідникового матеріалу (зазвичай кремнію), в поверхневому шарі якого методами літографії і виборчого легування створюються транзистори, діоди, резистори та конденсатори, а з'єднання між ними формуються по поверхні кристалу за допомогою тонкоплівкової технології. Напівпровідникові мікросхеми можуть бути однокристальні і багатокристальні. Однокристальна мікросхема може мати індивідуальний герметизований корпус, або бути без корпусу і входити до складу мікросхеми.

Багатокристальна мікросхема являє собою сукупність безкорпусних мікросхем, змонтованих на загальній комутаційній платі. В якості компонентів можуть бути безкорпусні резистори та розв'язувальні конденсатори. Внаслідок високої насиченості зв'язків комутаційна плата виконується багаторівнево і, таким чином, є мініатюрним аналогом багатошарової друкованої плати. При виготовленні комутаційної плати може бути використана як тонкоплівкова, так і товстоплівкова технології.

Гібридно-плівкові мікросхеми включають в себе плівкові пасивні елементи (резистори і конденсатори), комутаційні провідники, нанесені безпосередньо на підкладку із ізоляційного матеріалу, і безкорпусні напівпровідникові кристали (транзистори, діоди, діодні матриці, нескладні мікросхеми), монтовані на тій же підкладці. Пасивні елементи і провідники можуть бути виконані по тонкоплівковій або товстоплівковій технології.

Запропоновані наступні назви мікросхем у залежності від ступеня інтеграції:

• МІС - мала інтегральна схема (до 100 елементів у кристалі);
• СІС - середня інтегральна схема (до 1 000);
• ВІС - велика інтегральна схема (до 10 000);
• ЗВІС - надвелика інтегральна схема (до 1 мільйона);
• УВІС - ультравелика інтегральна схема (до 1 мільярда);
• ГВІС - гігавелика (більш 1 мільярда).

Сфера застосування

Інтегральні мікросхеми застосовуються у всіх областях сучасної техніки де використовують напівпровідникові прилади. Малі габарити і маси, висока надійність, стабільність і відтворюваність параметрів, низький рівень шуму, мале споживання енергії дозволяють ІМС успішно конкурувати зі схемами, зібраними на дискретних елементах.

Особливо велике значення інтегральних мікросхем для подальшого розвитку обчислювальної техніки, автоматики, телевимірювальної техніки, систем управління технологічними процесами в промисловості і сільському господарстві, дротяного, радіо- і телевізійного зв'язку, всіх видів транспорту. Мікроелектроніка дозволила розширити теоретичні і експериментальні дослідження в космосі, біології, фізиці. Вона застосовується і в автоматах, що працюють на Місяці і Марсі, і при вивченні біострумів в клітинах живого організму. Мікроелектроніка дозволила створити приймач радіопередач, що вміщується в дужці окулярів, телевізорі, вбудований в браслет для ручного годинника, кишенькову обчислювальну машину та інше.

Фото, відео-матеріали

Список використаних джерел

1. Електроніка і мікросхемотехніка : Навч. посіб. для підгот. фахівців із спец. "Енергетика с.-г. вир-ва" в аграр. вищ. навч. закл. ІІІ - IV рівнів акредитації / В. Т. Дмитрів, В. М. Шиманський. - Л.: Афіша, 2004. - 176 c.
2. Микросхемы, диоды, транзисторы: Справочник / С. В. Триполитов, А.В. Ермаков. - М.: Машиностроение, 1994. - 319 с.
3. Парфенов О. Д. Технология микросхем / О. Д. Парфенов. - М.: Высш. шк., 1986. - 318 с.
4. Інтегральні мікросхеми
5. Общие сведения о микросхемах и технологии их изготовления
6. Wiki: Мікросхема