Мікросхема

Ісмієв Роман, 37гр.

Загальний опис (принцип дії)

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

Мікросхема, інтегральна мікросхема - електронна схема, що реалізована у вигляді напівпровідникового кристалу (чіпу) та 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) - ІС в 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.

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 - гігавеликі (більш 1 мільярда).

Історична довідка

Роберт Нойс і Джек Кілбі однаковою мірою 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 пустила 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 кристала за допомогою тонкоплівкової технології. Напівпровідникові мікросхеми можуть бути однокристальні (монолітними) і багатокристальні (мікрозборки). Однокристальна мікросхема може мати індивідуальний герметизований корпус із зовнішніми висновками для монтажу на комутаційній платі, або бути безкорпусною і входити до складу мікросхеми.

Багатокристальна мікросхема (мікрозбірка) являє собою сукупність безкорпусних мікросхем, змонтованих на загальній комутаційній платі. В якості компонентів у мікрозбірці 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.

Сфера застосування

Інтегральні мікросхеми застосовуються у всіх областях сучасної техніки де використовують напівпровідникові прилади. Малі габарити і маси, велика надійність, висока стабільність і відтворюваність параметрів, низький рівень власних шумів, мале споживання енергії дозволяють ІМС успішно конкурувати з 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 клітках живого організму. Мікроелектроніка дозволила створити приймач радіопередач, що вміщується в дужці окулярів, телевізор, 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