Startuj z nami!

www.szkolnictwo.pl

praca, nauka, rozrywka....

mapa polskich szkół
Nauka Nauka
Uczelnie Uczelnie
Mój profil / Znajomi Mój profil/Znajomi
Poczta Poczta/Dokumenty
Przewodnik Przewodnik
Nauka Konkurs
uczelnie

zamów reklamę
zobacz szczegóły
uczelnie

Układ scalony

Układ scalony

Monolityczne układy scalone
Hybrydowy układ scalony
Lampa Loewe 3NF

Układ scalony ( ang. integrated circuit, chip, potocznie kość) – zminiaturyzowany układ elektroniczny zawierający w swym wnętrzu od kilku do setek milionów podstawowych elementów elektronicznych, takich jak tranzystory , diody , rezystory , kondensatory .

Spis treści

Historia

Prekursorem współczesnych układów scalonych była wyprodukowana w 1926 lampa próżniowa Loewe 3NF zawierająca wewnątrz jednej bańki trzy triody (dwie sygnałowe i jedną głośnikową), dwa kondensatory i cztery rezystory , całość była przeznaczona do pracy jako jednoobwodowy radioodbiornik reakcyjny.

Pierwszą osobą która opracowała teoretyczne podstawy układu scalonego był angielski naukowiec Geoffrey Dummer, nie udało mu się jednak zbudować pracującego układu. W 1958 Jack Kilby z Texas Instruments i Robert Noyce z Fairchild Semiconductor niezależnie od siebie zaprojektowali i zbudowali działające modele układów scalonych. Kilby zademonstrował swój wynalazek 12 września 1958 [1] (za co otrzymał Nagrodę Nobla z fizyki w 2000 ), Noyce zbudował swój pierwszy układ scalony około pół roku później.

Budowa

Zwykle zamknięty w hermetycznej obudowie – szklanej , metalowej , ceramicznej lub wykonanej z tworzywa sztucznego .

Ze względu na sposób wykonania układy scalone dzieli się na główne grupy:

  • hybrydowe – na płytki wykonane z izolatora nanoszone są warstwy przewodnika oraz materiału rezystywnego, które następnie są wytrawiane, tworząc układ połączeń elektrycznych oraz rezystory . Do tak utworzonych połączeń dołącza się indywidualne, miniaturowe elementy elektroniczne (w tym układy monolityczne). Ze względu na grubość warstw rozróżnia się układy:
    • cienkowarstwowe (warstwy ok. 2 mikrometrów)
    • grubowarstwowe (warstwy od 5 do 50 mikrometrów)
Pomieszczenie wysokiej czystości w fabryce układów scalonych

Większość stosowanych obecnie układów scalonych jest wykonana w technologii monolitycznej.

Ze względu na stopień scalenia występuje, w zasadzie historyczny, podział na układy:

  • małej skali integracji (SSI – small scale of integration)
  • średniej skali integracji (MSI – medium scale of integration)
  • dużej skali integracji (LSI – large scale of integration)
  • wielkiej skali integracji (VLSI – very large scale of integration)
  • ultrawielkiej skali integracji (ULSI – ultra large scale of integration)

Ponieważ w układach monolitycznych praktycznie wszystkie elementy wykonuje się jako tranzystory , odpowiednio tylko przyłączając ich końcówki, dlatego też często mówi się o gęstości upakowania tranzystorów na mm².

Układ AMD AM9080ADC / C8080A CPU 8080

W dominującej obecnie technologii wytwarzania monolitycznych układów scalonych (technologia CMOS ) często używanym wskaźnikiem technicznego zaawansowania procesu oraz gęstości upakowania elementów układów scalonych jest minimalna długość kanału tranzystora (patrz Tranzystor polowy ) wyrażona w mikrometrach lub nanometrach – długość kanału jest nazywana rozmiarem charakterystycznym i im jest on mniejszy, tym upakowanie tranzystorów oraz ich szybkość działania są większe. W najnowszych technologiach, w których między innymi produkowane są procesory firm Intel i AMD , minimalna długość bramki wynosi 90 nm . W roku 2005 wdrożono do masowej produkcji układy wykonane w technologii 65 nm , w 2008 r. Intel wyprodukował pierwszy procesor w technologii 45 nm , a w 2009 w ofercie Intela pojawiły się procesory w technologii 32 nm (mikroarchitektury Westmere oraz Sandy Bridge). Na kolejne lata Intel zapowiada przełamanie kolejnych barier miniaturyzacji. W 2012 roku oczekiwana jest premiera 22 nm mikroarchitektury Haswell.

Zarejestrowane topografie układów scalonych podlegają ochronie, przy czym według prawa własności przemysłowej układem scalonym jest wytwór przestrzenny, utworzony z elementów z materiału półprzewodnikowego tworzącego ciągłą warstwę, ich wzajemnych połączeń przewodzących i obszarów izolujących, nierozdzielnie ze sobą sprzężonych, w celu spełniania funkcji elektronicznych.

Technologia planarna

W procesie produkcji monolitycznego układu scalonego można wyróżnić ok. 350 operacji technologicznych, poniżej zostanie przedstawiony tylko zarys czynności koniecznych do wyprodukowania układu.

Przybliżone wymiary pręta półprzewodnikowego oraz podłoża
  • Wytworzenie podłoża:
    • Z pręta (walca) monokrystalicznego półprzewodnika wycinane są piłą diamentową plastry (dyski) o grubości kilkuset mikrometrów.
    • Krawędź plastra jest ścinana, by możliwe było określenie jego orientacji w dalszych etapach.
    • Plaster następnie podlega szlifowaniu oraz polerowaniu stając się podłożem dla układów scalonych.
  • Proces epitaksji
    • Na podłożu wytwarzana jest cienka warstwa epitaksjalna półprzewodnika o przeciwnym typie przewodnictwa niż podłoże. Warstwa ta ma grubość kilka-kilkadziesiąt mikrometrów i charakteryzuje się dużą jednorodnością i gładkością powierzchni.
  • Maskowanie – celem tego etapu jest wytworzenie maski, która umożliwi selektywne domieszkowanie warstwy epitaksjalnej
    • Warstwa epitaksjalną jest utleniana – na jej powierzchni wytwarza się cienka warstwa dwutlenku krzemu – warstwa maskująca; jej grubość wynosi mikrometr lub mniej, nawet kilka warstw atomów . Dwutlenek krzemu charakteryzuje się dużą wytrzymałością mechaniczną oraz chemiczną, a także dużą rezystancją.
    • W warstwie maskującej wykonywane są otwory. Istnieją dwie techniki:
      • Fotolitografia:
        • na warstwę maskującą nakładana jest emulsja światłoczuła
        • nakładana jest maska fotograficzna
        • następuje naświetlenie światłem ultrafioletowym (wysoka częstotliwość ultrafioletu pozwala uzyskać wysoką rozdzielczość)
        • emulsja w miejscach naświetlonych podlega polimeryzacji
        • emulsja niespolimeryzowana zostaje wypłukana
        • dwutlenek krzemu w miejscach odsłoniętych jest wytrawiany, odsłaniając fragmenty warstwy epitaksjalnej
        • na końcu pozostała emulsja jest usuwana (chemicznie albo mechanicznie)
      • Wycinanie wiązką elektronową
        • Precyzyjnie sterowana wiązka elektronów wycina w dwutlenku krzemu otwory. Jest to technika bardziej precyzyjna, ale droższa niż fotolitografia.
  • Domieszkowanie
    • Odsłonięte części warstwy epitaksjalnej są domieszkowane. Robi się to dwiema metodami:
      • Dyfuzja domieszek – w wysokiej temperaturze (ok. 1200 stopni) domieszki niesione przez gaz szlachetny dyfundują w odsłonięte miejsca półprzewodnika; można bardzo precyzyjnie określić koncentrację nośników i głębokość domieszkowania. Dyfuzja domieszek jest powolnym procesem.
      • Implantacja jonów – zjonizowane domieszki są przyspieszane i "wbijane" w półprzewodnik. Proces jest szybki i precyzyjny, ale drogi.
  • Wykonanie połączeń
    • Całość jest ponownie maskowana dwutlenkiem krzemu .
    • W tlenku wykonywane są niezbędne otwory połączeniowe.
    • Napylane są warstwy przewodzące. Jako przewodnik stosuje się aluminium lub miedź .
  • Montaż
    • Cięcie podłoża na indywidualne układy piłą diamentową lub laserem .
    • Indywidualne układy są testowane testerem ostrzowym.
    • Wykonywane są połączenia struktury z wyprowadzeniami zewnętrznymi za pomocą cienkich drucików aluminiowych lub złotych .

Producenci

Zgodnie z badaniami w 2007 roku[2], największym producentem układów scalonych jest firma Intel . Kolejne miejsca zajmują: Samsung , Toshiba i Texas Instruments .

Zobacz też

Przypisy


Inne hasła zawierające informacje o "Układ scalony":

Albumina ...

1972 ...

Zawał mięśnia sercowego ...

Zygmunt III Waza ...

Mantua ...

Stratyfikacja termiczna wody w jeziorze ...

Torebka kłębuszka nerkowego ...

Ciałko nerkowe ...

Opłucna ...

1977 ...


Inne lekcje zawierające informacje o "Układ scalony":

Schemat blokowy algorytmu (plansza 2) ...

15 Holowanie (plansza 7) ...

01 Znaki drogowe - tabliczki do znaków drogowych - część 1 (plansza 11) ...





Zachodniopomorskie Pomorskie Warmińsko-Mazurskie Podlaskie Mazowieckie Lubelskie Kujawsko-Pomorskie Wielkopolskie Lubuskie Łódzkie Świętokrzyskie Podkarpackie Małopolskie Śląskie Opolskie Dolnośląskie