Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Стираемые интегральные схемы программируемой постоянной памяти (EPROM) в двухрядных корпусах . Эти пакеты имеют прозрачное окно, через которое видна матрица внутри. Окно используется для стирания памяти, подвергая чип воздействию ультрафиолетового света .
Интегральная схема из микрочипа памяти EPROM, показывающая блоки памяти, поддерживающие схемы и тонкие серебряные провода, которые соединяют кристалл интегральной схемы с ножками корпуса
Виртуальная деталь интегральной схемы через четыре слоя планаризованного медного межсоединения , вплоть до поликремния (розовый), лунок (сероватый) и подложки (зеленый)

Интегральная схема или монолитная интегральная схема (также называемая как IC , в чипе , или микрочип ) представляет собой набор электронных схем на одной небольшую плоскую часть (или «чип») из полупроводникового материала, обычно кремний . Интеграция большого количества крошечных МОП-транзисторов в небольшую микросхему приводит к созданию схем, которые на порядки меньше, быстрее и дешевле, чем схемы, построенные из дискретных электронных компонентов . Возможности массового производства , надежность и структурный подход ИС кКонструкция интегральных схем обеспечила быстрое внедрение стандартизированных ИС вместо конструкций с использованием дискретных транзисторов . ИС теперь используются практически во всем электронном оборудовании и произвели революцию в мире электроники . Компьютеры , мобильные телефоны и другая цифровая бытовая техника теперь являются неотъемлемой частью структуры современного общества, что стало возможным благодаря небольшому размеру и низкой стоимости ИС.

Интегральные схемы стали практическими благодаря технологическим достижениям в производстве полупроводниковых устройств металл-оксид-кремний (МОП) . С момента своего появления в 1960-х годах размер, скорость и емкость микросхем значительно выросли благодаря техническим достижениям, которые позволяют устанавливать все больше и больше МОП-транзисторов на микросхемы того же размера - современный чип может иметь много миллиардов МОП-транзисторов в одном корпусе. площадь размером с человеческий ноготь. Благодаря этим достижениям, примерно следуя закону Мура, современные компьютерные чипы обладают в миллионы раз большей емкостью и в тысячи раз большей скоростью, чем компьютерные чипы начала 1970-х годов.

ИС имеют два основных преимущества перед дискретными схемами : стоимость и производительность. Стоимость низкая, потому что микросхемы со всеми их компонентами печатаются как единое целое с помощью фотолитографии, а не создаются по одному транзистору за раз. Кроме того, в корпусных ИС используется гораздо меньше материала, чем в дискретных схемах. Производительность высока, потому что компоненты ИС переключаются быстро и потребляют сравнительно мало энергии из-за своего небольшого размера и близости. Главный недостаток ИС - высокая стоимость их проектирования и изготовления необходимых фотошаблонов . Такая высокая начальная стоимость означает, что ИС коммерчески жизнеспособны только тогда, когда ожидается большой объем производства.

Терминология [ править ]

Интегральная схема определяется следующим образом: [1]

Схема, в которой все или некоторые элементы схемы неразрывно связаны и электрически взаимосвязаны, так что она считается неделимой для целей строительства и торговли.

Схемы, отвечающие этому определению, могут быть построены с использованием множества различных технологий, включая тонкопленочные транзисторы , толстопленочные технологии или гибридные интегральные схемы . Однако в общем случае интегральная схема стала обозначать цельную конструкцию схемы, первоначально известную как монолитная интегральная схема , часто построенная на едином куске кремния. [2] [3]

История [ править ]

Оригинальная гибридная интегральная схема Джека Килби 1958 года. Это была первая интегральная схема, сделанная из германия .

Первой попыткой объединить несколько компонентов в одном устройстве (например, современные ИС) была вакуумная лампа Loewe 3NF 1920-х годов. В отличие от микросхем, он был разработан с целью избежания налогов , так как в Германии на радиоприемники взимался налог, который взимался в зависимости от того, сколько держателей для ламп было у радиоприемника. Это позволило радиоприемникам иметь единственный держатель для ламп.

Ранние концепции интегральной схемы восходят к 1949 году, когда немецкий инженер Вернер Якоби [4] ( Siemens AG ) [5] подал патент на полупроводниковое усилительное устройство, подобное интегральной схеме [6], показывающее пять транзисторов на общей подложке в трехкаскадный усилитель . Якоби описал маленькие и дешевые слуховые аппараты как типичные промышленные применения своего патента. О немедленном коммерческом использовании его патента не сообщается.

Еще одним ранним сторонником этой концепции был Джеффри Даммер (1909–2002), ученый-радар, работавший в Королевском радиолокационном учреждении министерства обороны Великобритании . Даммер представил эту идею общественности на Симпозиуме по прогрессу в создании качественных электронных компонентов в Вашингтоне, округ Колумбия, 7 мая 1952 года. [7] Он проводил много симпозиумов публично для распространения своих идей и безуспешно пытался построить такую ​​схему в 1956 году. и в 1957 году Сидни Дарлингтон и Ясуо Таруи ( Электротехническая лаборатория ) предложили аналогичные конструкции микросхем, в которых несколько транзисторов могли совместно использовать общую активную область, но не было гальванической развязки.чтобы отделить их друг от друга. [4]

Монолитная интегральная микросхема была включена по Мохамед М. Atalla «ы пассивации поверхности процесс, который электрический стабилизированный кремниевые поверхности с помощью термического окисления , что делает возможным изготовить монолитные интегральные микросхемы схемы с использованием кремния. Это было основой для планарного процесса , разработанного Джин Хорни из Fairchild Semiconductor в начале 1959 года, который имел решающее значение для изобретения монолитной интегральной микросхемы. [8] [9] [10] Ключевой концепцией монолитной ИС является принцип изоляции p – n-перехода., что позволяет каждому транзистору работать независимо, несмотря на то, что он является частью одного кремния. Процесс пассивации поверхности Аталлы изолировал отдельные диоды и транзисторы [11], который был расширен до независимых транзисторов на одном куске кремния Куртом Леховеком из Sprague Electric в 1959 году [12], а затем независимо Робертом Нойсом из Fairchild в конце того же года. [13] [14]

Первые интегральные схемы [ править ]

Роберт Нойс изобрел первую монолитную интегральную схему в 1959 году. Чип был сделан из кремния .

Идея-предшественница ИС заключалась в создании небольших керамических подложек (так называемых микромодулей ) [15], каждая из которых содержит единственный миниатюрный компонент. Затем компоненты могут быть интегрированы и соединены в двумерную или трехмерную компактную сетку. Эта идея, которая казалась очень многообещающей в 1957 году, была предложена американской армии Джеком Килби [15] и привела к недолговечной программе микромодулей (похожей на проект Tinkertoy 1951 года). [15] [16] [17] Однако по мере того, как проект набирал обороты, Килби придумал новый революционный дизайн: ИС.

Вновь принятый на работу в Texas Instruments , Килби записал свои первоначальные идеи относительно интегральной схемы в июле 1958 года, успешно продемонстрировав первый рабочий пример интегральной схемы 12 сентября 1958 года. [18] В своей патентной заявке от 6 февраля 1959 года [19] Килби описал свое новое устройство как «корпус из полупроводникового материала… в котором все компоненты электронной схемы полностью интегрированы». [20] Первым заказчиком нового изобретения были ВВС США . [21] Килби получил Нобелевскую премию по физике 2000 года за участие в изобретении интегральной схемы. [22] Однако изобретение Килби былогибридная интегральная схема (гибридная ИС), а не монолитная интегральная схема (монолитная ИС). [23] ИС Килби имела внешние проводные соединения, что затрудняло серийное производство. [24]

Спустя полгода после Килби Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor изобрел первый настоящий монолитный ИС. [25] [24] Это была новая разновидность интегральных схем, более практичная, чем реализация Килби. Конструкция Нойса была сделана из кремния , а микросхема Килби - из германия . Монолитная ИС Нойса поместила все компоненты на кремниевый кристалл и соединила их медными линиями. [24] Монолитная ИС Нойса была изготовлена с использованием планарного процесса , разработанного в начале 1959 года его коллегой Жаном Орни . Современные микросхемы ИС основаны на монолитной ИС Нойса, [25] [24]а не гибридная ИС Килби. [23]

Программа NASA Apollo была крупнейшим потребителем интегральных схем в период с 1961 по 1965 год [26].

Интегральные схемы TTL [ править ]

Транзисторно-транзисторная логика (TTL) была разработана Джеймсом Л. Буйе в начале 1960-х в компании TRW Inc. TTL стала доминирующей технологией интегральных схем в период с 1970-х до начала 1980-х годов. [27]

Десятки TTL интегральных схем были стандартным методом строительства для процессоров с мини - ЭВМ и ЭВМ . Такие компьютеры , как мэйнфреймы IBM 360 , миникомпьютеры PDP-11 и настольный компьютер Datapoint 2200 были построены на основе биполярных интегральных схем [28] либо TTL, либо еще более быстрой эмиттерно-связанной логики (ECL).

MOS интегральные схемы [ править ]

Мохамед М. Atalla «ы кремния пассивации поверхности процесс (1957) был основой для монолитного кристалла ИС. Позже он предложил микросхему интегральной схемы МОП (1960).

Почти все современные микросхемы IC представляют собой интегральные схемы металл-оксид-полупроводник (MOS), построенные на полевых транзисторах MOSFET (металл-оксид-кремний). [29] МОП-транзистор (также известный как МОП-транзистор), который был изобретен Мохамедом М. Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году, [30] позволил создавать интегральные схемы высокой плотности . [31] Аталла впервые предложил концепцию микросхемы МОП-интегральной схемы (МОП-ИС) в 1960 году, отметив, что простота изготовления МОП-транзистора сделала его полезным для интегральных схем. [32] В отличие отбиполярные транзисторы, которые требовали ряда шагов для изоляции p – n-перехода транзисторов на кристалле, полевые МОП-транзисторы не требовали таких шагов, но их можно было легко изолировать друг от друга. [33] Его преимущество для интегральных схем было повторно итерации по Давону Канга в 1961 г. [34] список IEEE вех включает в себя первый интегральную схему по Килби в 1958 год [35] планарный процесс Hoerni и плоский Нойс ИК в 1959 году, и MOSFET Аталлы и Канга в 1959 г. [36]

Самой ранней экспериментальной МОП-микросхемой, которая была изготовлена, была микросхема с 16 транзисторами, построенная Фредом Хейманом и Стивеном Хофштейном в RCA в 1962 году. [37] General Microelectronics позже представила первую коммерческую интегральную схему МОП в 1964 году, [38] 120-транзисторный сдвиг. регистр разработан Робертом Норманом. [37] К 1964 году MOS-чипы достигли более высокой плотности транзисторов и более низких производственных затрат, чем биполярные чипы. Микросхемы МОП усложняются со скоростью, предсказываемой законом Мура , что приводит к крупномасштабной интеграции (БИС) с сотнями транзисторов.на одном кристалле MOS к концу 1960-х годов. [39]

После разработки Робертом Кервином, Дональдом Клейном и Джоном Сарасом в Bell Labs в 1967 году МОП-транзистора с самовыравнивающимся затвором (кремниевым затвором) [40] появилась первая технология МОП - транзистора с кремниевым затвором и самовыравнивающимися затворами , которая стала основой все современные интегральные схемы КМОП были разработаны в Fairchild Semiconductor Федерико Фаггин в 1968 году. [41] Применение микросхем MOS LSI в вычислительной технике стало основой для первых микропроцессоров , поскольку инженеры начали понимать, что полноценный компьютерный процессорможет содержаться на одной микросхеме MOS LSI. Это привело к изобретениям микропроцессора и микроконтроллера к началу 1970-х годов. [39] В начале 1970-х годов технология МОП-интегральных схем позволила осуществить очень крупномасштабную интеграцию (СБИС) более 10 000 транзисторов на одном кристалле. [42]

Сначала компьютеры на основе МОП имели смысл только тогда, когда требовалась высокая плотность, например, в аэрокосмических и карманных калькуляторах . Компьютеры, полностью построенные на TTL, такие как Datapoint 2200 1970 года , были намного быстрее и мощнее однокристальных микропроцессоров MOS, таких как Intel 8008 1972 года, до начала 1980-х годов. [28]

Прогресс в области технологии ИС, в первую очередь мелких особенностей и крупных чипов, позволили число из МОП - транзисторов в интегральной схеме удваиваться каждые два года, тенденция , известная как закон Мура. Первоначально Мур заявлял, что она будет удваиваться каждый год, но в 1975 году он изменил требование на каждые два года. [43] Эта увеличенная емкость использовалась для снижения стоимости и увеличения функциональности. В общем, по мере уменьшения размера элемента улучшаются почти все аспекты работы ИС. Стоимость транзистора и потребляемая мощность переключения на транзистор снижаются, в то время как объем памяти и скорость возрастают в соответствии с соотношениями, определяемыми соотношениемМасштабирование Деннарда ( масштабирование MOSFET ). [44] Поскольку конечному пользователю очевидно увеличение скорости, емкости и энергопотребления, между производителями идет жесткая конкуренция за использование более тонких геометрических форм. С годами размеры транзисторов уменьшились с 10 микрон в начале 1970-х годов до 10 нанометров в 2017 году [45] с соответствующим увеличением количества транзисторов на единицу площади в миллион раз. По состоянию на 2016 год типичные площади микросхем колеблются от нескольких квадратных миллиметров до примерно 600 мм 2 , при этом на 1 мм 2 приходится до 25 миллионов транзисторов . [46]

Ожидаемое сокращение размеров элементов и необходимый прогресс в смежных областях прогнозировалось на много лет в Международной дорожной карте технологий для полупроводников (ITRS). Окончательный вариант ITRS был выпущен в 2016 году, и его заменяет Международная дорожная карта для устройств и систем . [47]

Изначально ИС были сугубо электронными устройствами. Успех ИС привел к интеграции других технологий в попытке получить те же преимущества небольшого размера и низкой стоимости. Эти технологии включают механические устройства, оптику и датчики.

  • Устройства с зарядовой связью и близкие к ним датчики с активными пикселями - это микросхемы, чувствительные к свету . Они в значительной степени заменили фотопленку в научных, медицинских и потребительских приложениях. Миллиарды этих устройств теперь производятся каждый год для таких приложений, как мобильные телефоны, планшеты и цифровые камеры. Эта подобласть ИС получила Нобелевскую премию в 2009 году. [48]
  • Очень маленькие механические устройства, приводимые в действие электричеством, могут быть интегрированы в микросхемы, технология, известная как микроэлектромеханические системы . Эти устройства были разработаны в конце 1980-х годов [49] и используются в различных коммерческих и военных приложениях. Примеры включают проекторы DLP , струйные принтеры , акселерометры и гироскопы MEMS, используемые для установки автомобильных подушек безопасности .
  • С начала 2000-х годов интеграция оптических функций ( оптических вычислений ) в кремниевые микросхемы активно проводилась как в академических исследованиях, так и в промышленности, что привело к успешной коммерциализации кремниевых интегрированных оптических приемопередатчиков, сочетающих оптические устройства (модуляторы, детекторы, маршрутизация) с КМОП-электроника. [50] Фотонные интегральные схемы , использующие свет, также разрабатываются с использованием новой области физики, известной как фотоника .
  • Интегральные схемы также разрабатываются для сенсорных приложений в медицинских имплантатах или других биоэлектронных устройствах. [51] В таких биогенных средах необходимо применять специальные методы герметизации, чтобы избежать коррозии или биоразложения открытых полупроводниковых материалов. [52]

По состоянию на 2018 год подавляющее большинство всех транзисторов представляют собой полевые МОП-транзисторы, изготовленные в один слой на одной стороне кремниевого кристалла в плоском двумерном планарном процессе . Исследователи создали прототипы нескольких многообещающих альтернатив, таких как:

  • различные подходы к набору нескольких слоев транзисторов для создания трехмерной интегральной схемы (3DIC), такие как сквозные кремниевые переходники , «монолитное трехмерное изображение», [53] многослойное соединение проводов [54] и другие методики.
  • транзисторы , построенные из других материалов: графеновых транзисторов , молибденита транзисторов , углеродной нанотрубки полевого транзистора , галлий нитрид транзистор, транзистор типа электронных устройств нанопроводов , органического полевого транзистора и т.д.
  • изготовление транзисторов по всей поверхности небольшой кремниевой сферы. [55] [56]
  • модификации подложки, обычно для создания « гибких транзисторов » для гибкого дисплея или другой гибкой электроники , что может привести к откатывающемуся компьютеру .

Поскольку становится все труднее производить транзисторы все меньшего размера, компании используют многокристальные модули , трехмерные интегральные схемы , пакет на упаковке , память с высокой пропускной способностью и сквозные переходные отверстия с наложением кристаллов, чтобы повысить производительность и уменьшить размер без необходимости уменьшить размер транзисторов. Такие методы все вместе известны как усовершенствованная упаковка. [57]Расширенная упаковка в основном делится на упаковку 2.5D и 3D. 2.5D описывает такие подходы, как многочиповые модули, в то время как 3D описывает подходы, при которых матрицы тем или иным образом уложены друг на друга, например, пакет на корпусе и память с высокой пропускной способностью. Все подходы включают в себя 2 или более штампов в одном корпусе. [58] [59] [60] [61] [62] В качестве альтернативы можно использовать такие подходы, как несколько слоев 3D NAND на одном кристалле.

Дизайн [ править ]

Стоимость проектирования и разработки сложной интегральной схемы довольно высока, обычно исчисляется десятками миллионов долларов. [63] [64] Следовательно, производство интегральных схем с большим объемом производства имеет только экономический смысл, поэтому единовременные затраты на проектирование (NRE) обычно распределяются между миллионами производственных единиц.

Современные полупроводниковые микросхемы состоят из миллиардов компонентов и слишком сложны, чтобы их можно было разрабатывать вручную. Программные инструменты в помощь дизайнеру необходимы. Автоматизация электронного проектирования ( EDA ), также называемая электронным компьютерным проектированием ( ECAD ) [65], представляет собой категорию программных инструментов для проектирования электронных систем , включая интегральные схемы. Инструменты работают вместе в потоке проектирования, который инженеры используют для проектирования и анализа целых полупроводниковых микросхем.

Типы [ править ]

КМОП 4511 IC в DIP

Интегральные схемы могут быть классифицированы на аналоговых , [66] Цифровой [67] , и смешанный сигнал , [68] , состоящий из аналоговых и цифровых сигналов на той же ИС.

Цифровые интегральные схемы могут содержать миллиарды [46] из логики ворота , триггеров , мультиплексоров и другие схемы в несколько квадратных миллиметров. Небольшой размер этих схем обеспечивает высокую скорость, низкое рассеивание мощности и снижение стоимости производства по сравнению с интеграцией на уровне платы. Эти цифровые ИС, обычно микропроцессоры , DSP и микроконтроллеры , используют логическую алгебру для обработки сигналов «единица» и «ноль» .

Умирают от Intel 8742 , 8-битного NMOS микроконтроллера , который включает в себя центральный процессор , работающий на 12 МГц, 128 байт ОЗУ , 2048 байт EPROM и ввода / вывода в одном чипе

К наиболее совершенным интегральным схемам относятся микропроцессоры или « ядра », используемые в персональных компьютерах, сотовых телефонах, микроволновых печах и т. Д. Микросхемы цифровой памяти и специализированные интегральные схемы (ASIC) являются примерами других семейств интегральных схем.

В 1980-х годах были разработаны устройства с программируемой логикой . Эти устройства содержат схемы, логические функции и возможности подключения которых могут быть запрограммированы пользователем, а не фиксироваться производителем интегральных схем. Это позволяет программировать микросхему для выполнения различных функций типа LSI, таких как логические вентили , сумматоры и регистры . Программируемость проявляется в различных формах - устройства, которые можно программировать только один раз , устройства, которые можно стирать и затем перепрограммировать с использованием ультрафиолетового излучения , устройства, которые можно (повторно) программировать с помощью флэш-памяти , и программируемые вентильные матрицы(ПЛИС), которые можно программировать в любое время, в том числе во время работы. Текущие FPGA могут (по состоянию на 2016 год) реализовать эквивалент миллионов вентилей и работать на частотах до 1 ГГц . [69]

Аналоговые ИС, такие как датчики , схемы управления питанием и операционные усилители (операционные усилители), обрабатывают непрерывные сигналы и выполняют аналоговые функции, такие как усиление , активная фильтрация , демодуляция и микширование .

ИС могут комбинировать аналоговые и цифровые схемы на кристалле для создания таких функций, как аналого-цифровые преобразователи и цифро-аналоговые преобразователи . Такие схемы со смешанными сигналами имеют меньший размер и меньшую стоимость, но должны учитывать помехи сигнала. До конца 1990-х годов радиоприемники не могли изготавливаться с использованием тех же недорогих КМОП- процессов, что и микропроцессоры. Но с 1998 года радиочипы разрабатываются с использованием процессов RF CMOS . Примеры включают беспроводной телефон Intel DECT или чипы 802.11 ( Wi-Fi ), созданные Atheros и другими компаниями. [70]

Современные дистрибьюторы электронных компонентов часто делят интегральные схемы на следующие подкатегории:

  • Цифровые ИС подразделяются на логические ИС (например, микропроцессоры и микроконтроллеры ), микросхемы памяти (например, MOS-память и память с плавающим затвором ), интерфейсные ИС ( переключатели уровня , сериализатор / десериализатор и т. Д.), ИС управления питанием и программируемые устройства. .
  • Аналоговые ИС подразделяются на линейные интегральные схемы и РЧ-схемы ( радиочастотные схемы).
  • Смешанных сигналов интегральных схем относятся к категории сбора данных ИС ( в том числе A / D преобразователей , D / A преобразователей , цифровые потенциометры ), часы / ИС синхронизации , включен конденсатор (SC) схемы, и РЧ - КМОП схемы.
  • Трехмерные интегральные схемы (3D ИС) подразделяются на ИС со сквозным кремнием (TSV) и ИС соединения Cu-Cu.

Производство [ править ]

Изготовление [ править ]

Рендеринг небольшой стандартной ячейки с тремя металлическими слоями ( диэлектрик удален). Конструкции песочного цвета представляют собой металлические межсоединения , при этом вертикальные стойки представляют собой контакты, как правило, из вольфрама . Красноватые структуры - это вентили из поликремния, а твердое вещество внизу - это объем кристаллического кремния .
Схематическая структура КМОП- микросхемы, построенной в начале 2000-х годов. На графике показаны LDD-MISFET на подложке SOI с пятью слоями металлизации и паяным выступом для соединения с перевернутым кристаллом. Он также показывает раздел для FEOL ( внешний интерфейс линии), BEOL (внутренний конец строки) и первые части внутреннего процесса.

В полупроводниках о периодической таблице из химических элементов были определены как наиболее вероятными материалы для твердотельной вакуумной трубки . Начиная с оксида меди , заканчивая германием , а затем кремнием , материалы систематически изучались в 1940-х и 1950-х годах. Сегодня монокристаллический кремний является основной подложкой, используемой для ИС, хотя некоторые соединения III-V периодической таблицы, такие как арсенид галлия , используются для специализированных приложений, таких как светодиоды , лазеры ,солнечные элементы и быстродействующие интегральные схемы. Потребовались десятилетия, чтобы усовершенствовать методы создания кристаллов с минимальными дефектами кристаллической структуры полупроводниковых материалов .

Полупроводниковые ИС изготавливаются в плоском процессе, который включает в себя три ключевых этапа процесса - фотолитографию , осаждение (например, химическое осаждение из паровой фазы ) и травление . Основные этапы процесса дополняются легированием и очисткой. Более поздние или высокопроизводительные микросхемы могут вместо этого использовать несколько ворот FinFET или GAAFET транзисторов вместо плоских те, начиная с узла 22 нм (Intel) или 16 / 14nm узлов. [71]

Монокристалл кремния пластины используются в большинстве приложений (или для специальных приложений, другие полупроводники , такие как арсенид галлия используются). Пластина не обязательно должна быть полностью кремниевой. Фотолитография используется для маркировки различных участков подложки, подлежащих легированию, или для нанесения на них поликремния, изоляторов или металлических (обычно алюминиевых или медных) дорожек. Легирующие примеси - это примеси, специально введенные в полупроводник для модуляции его электронных свойств. Легирование - это процесс добавления легирующих добавок к полупроводниковому материалу.

  • Интегральные схемы состоят из множества перекрывающихся слоев, каждый из которых определяется фотолитографией и обычно отображается разными цветами. Некоторые слои отмечают, где различные легирующие примеси диффундируют в подложку (называемые диффузионными слоями), некоторые определяют места имплантации дополнительных ионов (слои имплантата), некоторые определяют проводники (легированный поликремний или металлические слои), а некоторые определяют связи между проводящими слоями. (сквозные или контактные слои). Все компоненты состоят из определенной комбинации этих слоев.
  • В собственной выровненной КМОП способе транзистора формируется везде , где слой затвора (поликремний или металл) пересекает диффузионный слой.
  • Емкостные структуры , по форме очень похожие на параллельные проводящие пластины традиционного электрического конденсатора , сформированы в соответствии с площадью «пластин» с изоляционным материалом между пластинами. На ИС распространены конденсаторы самых разных размеров.
  • Изогнутые полосы различной длины иногда используются для формирования резисторов на кристалле , хотя большинству логических схем резисторы не нужны. Отношение длины резистивной структуры к ее ширине в сочетании с удельным сопротивлением листа определяет сопротивление.
  • Реже индуктивные структуры могут быть построены в виде крошечных катушек на кристалле или смоделированы гираторами .

Поскольку устройство CMOS потребляет ток только при переходе между логическими состояниями , устройства CMOS потребляют намного меньше тока, чем устройства с биполярным переходом .

Память с произвольным доступом является наиболее обычным типом интегральной схемы; устройства самой высокой плотности, таким образом, являются воспоминаниями; но даже микропроцессор будет иметь память на кристалле. (См. Структуру регулярного массива в нижней части первого изображения. [ Какой? ] ) Хотя структуры сложны - с шириной, которая уменьшалась в течение десятилетий - слои остаются намного тоньше, чем ширина устройства. Слои материала изготавливаются так же, как фотографический процесс, хотя световые волны в видимом спектре нельзя использовать для «обнажения» слоя материала, так как они будут слишком большими для деталей. Таким образом, фотоны более высоких частот (обычноультрафиолет ) используются для создания узоров для каждого слоя. Поскольку каждая функция настолько мала, электронные микроскопы являются необходимыми инструментами для процесса инженера , который может быть отладки процесса изготовления.

Каждое устройство перед упаковкой тестируется с помощью автоматизированного испытательного оборудования (ATE) в процессе, известном как тестирование пластины или зондирование пластины. Затем пластина разрезается на прямоугольные блоки, каждый из которых называется матрицей . Затем каждый исправный кристалл (несколько кубиков , штампов или штампов ) соединяется в корпус с помощью алюминиевых (или золотых) соединительных проводов, которые термосонически соединяются [72] с контактными площадками , обычно расположенными по краю кристалла. Термозвуковое соединениебыл впервые представлен A. Coucoulas, который обеспечил надежные средства для создания этих жизненно важных электрических соединений с внешним миром. После упаковки устройства проходят финальное тестирование на том же или аналогичном ATE, используемом во время зондирования пластины. Также можно использовать промышленное КТ сканирование . Стоимость испытаний может составлять более 25% стоимости изготовления недорогих продуктов, но может быть незначительной для низкопроизводительных, больших или более дорогих устройств.

По состоянию на 2016 год строительство завода (обычно известного как фабрика по производству полупроводников ) может стоить более 8 миллиардов долларов США. [73] Стоимость производственных мощностей со временем растет из-за увеличения сложности новых продуктов; это известно как закон Рока . Особенности такого объекта:

  • Пластины до 300 мм в диаметре (шире , чем в общей плите обеда ).
  • По состоянию на 2016 год 14 нм транзисторы. [74] [ требуется обновление ]
  • Медные межкомпонентные соединения, в которых медная проводка заменяет алюминий в межсоединениях.
  • Изоляторы с низким κ диэлектрическим .
  • Кремний на изоляторе (КНИ).
  • Напряженный кремний в процессе, используемом IBM, известном как Напряженный кремний непосредственно на изоляторе (SSDOI).
  • Многозатворные устройства, например, трехзатворные транзисторы.

ИС могут изготавливаться либо собственными силами производителями интегрированных устройств (IDM), либо с использованием литейной модели . IDM - это вертикально интегрированные компании (такие как Intel и Samsung ), которые проектируют, производят и продают свои собственные ИС и могут предлагать услуги по проектированию и / или производству (литейное производство) другим компаниям (последние часто - компаниям, не имеющим заводов ). В литейной модели компании без фабрики (например, Nvidia только проектируют и продают ИС, а все производство передают на аутсорсинг производственным предприятиям, таким как TSMC . Эти литейные предприятия могут предлагать услуги по проектированию ИС.

Упаковка [ править ]

Советская микросхема nMOS от MSI, выпущенная в 1977 году, часть четырехчипового калькулятора, разработанного в 1970 году [75]

Самые ранние интегральные схемы были упакованы в керамические плоские корпуса , которые продолжали использоваться военными из-за их надежности и малых размеров в течение многих лет. Коммерческая упаковка схем быстро перешла на двухрядную установку (DIP), сначала из керамики, а затем из пластика. В 1980-х годах количество выводов схем СБИС превысило практический предел для корпусов DIP, что привело к корпусам с матрицами выводов (PGA) и безвыводными держателями микросхем (LCC). Корпуса для поверхностного монтажа появились в начале 1980-х и стали популярными в конце 1980-х, с использованием более мелкого шага выводов с выводами в форме крыла чайки или J-образных выводов, как показано на примере интегральной схемы с малым контуром.(SOIC) корпус - носитель, который занимает площадь примерно на 30–50% меньше, чем эквивалентный DIP, и обычно на 70% тоньше. Эта упаковка имеет выводы типа «крыло чайки», выступающие с двух длинных сторон, и расстояние между выводами 0,050 дюйма.

В конце 1990-х годов наиболее распространенными для устройств с большим количеством выводов стали пластиковые четырехканальные плоские корпуса (PQFP) и тонкие корпуса с малыми габаритами (TSOP), хотя корпуса PGA все еще используются для высокопроизводительных микропроцессоров .

Корпуса с шариковой решеткой (BGA) существуют с 1970-х годов. Пакеты Flip-chip Ball Grid Array , которые позволяют использовать гораздо большее количество выводов, чем корпуса других типов, были разработаны в 1990-х годах. В корпусе FCBGA кристалл устанавливается в перевернутом положении (перевернут) и подключается к шарикам корпуса через подложку корпуса, которая похожа на печатную плату, а не с помощью проводов. Пакеты FCBGA позволяют распределить массив сигналов ввода-вывода (называемый Area-I / O) по всему кристаллу, а не ограничиваться его периферией. У устройств BGA есть то преимущество, что они не нуждаются в выделенном разъеме, и их намного сложнее заменить в случае отказа устройства.

Intel перешла от PGA к массивам наземных сетей (LGA) и BGA, начиная с 2004 года, с последним разъемом PGA, выпущенным в 2014 году для мобильных платформ. По состоянию на 2018 год AMD использует пакеты PGA на основных процессорах для настольных ПК, [76] пакеты BGA на мобильных процессорах, [77] а высокопроизводительные настольные и серверные микропроцессоры используют пакеты LGA. [78]

Электрические сигналы, выходящие из кристалла, должны проходить через материал, электрически соединяющий кристалл с корпусом, через проводящие дорожки (пути) в корпусе, через выводы, соединяющие корпус с токопроводящими дорожками на печатной плате . Материалы и конструкции, используемые на пути, по которому эти электрические сигналы должны проходить, имеют очень разные электрические свойства по сравнению с теми, которые проходят к разным частям одного и того же кристалла. В результате для них требуются специальные методы проектирования, чтобы гарантировать, что сигналы не искажаются, и гораздо больше электроэнергии, чем сигналы, ограниченные самим кристаллом.

Когда несколько матриц помещаются в один пакет, в результате получается система в корпусе , сокращенно SiP . Модуль многокристального ( МКМ ), создаются путем объединения нескольких матриц на небольшую подложку часто изготовленную из керамики. Иногда различие между большим MCM и маленькой печатной платой нечеткое.

Упакованные интегральные схемы обычно достаточно велики, чтобы содержать идентифицирующую информацию. Четыре общих раздела - это название или логотип производителя, номер детали, номер партии и серийный номер детали , а также четырехзначный код даты, позволяющий определить, когда был изготовлен чип. Очень маленькие технологические детали для поверхностного монтажа часто имеют только номер, используемый в справочной таблице производителя для определения характеристик интегральной схемы.

Дата изготовления обычно представлена ​​двузначным годом, за которым следует двузначный код недели, так что деталь с кодом 8341 была изготовлена ​​на 41 неделе 1983 года, или примерно в октябре 1983 года.

Интеллектуальная собственность [ править ]

Возможность копирования путем фотографирования каждого слоя интегральной схемы и подготовки фотошаблонов для их производства на основе полученных фотографий является причиной введения законодательства о защите макетов. Закон Semiconductor Чип защита 1984 установил защиту интеллектуальной собственности для фотошаблонов , используемых для производства интегральных схем. [79]

В 1989 г. в Вашингтоне, округ Колумбия, состоялась дипломатическая конференция, на которой был принят Договор об интеллектуальной собственности в отношении интегральных схем [80] (Договор IPIC).

Договор об интеллектуальной собственности в отношении интегральных схем, также называемый Вашингтонским договором или договором IPIC (подписанный в Вашингтоне 26 мая 1989 г.), в настоящее время не вступил в силу, но был частично интегрирован в соглашение ТРИПС . [81]

Национальные законы , защищающие IC дизайн макета были приняты в ряде стран, включая Японию, [82] ЕС , [83] в Великобритании, Австралии и Корее. Великобритания приняла Закон об авторском праве, промышленных образцах и патентах 1988 г., c. 48, § 213, после того, как он изначально занял позицию, согласно которой его закон об авторском праве полностью защищает топографии микросхем. См. British Leyland Motor Corp. против Armstrong Patents Co.

Критика неадекватности британского подхода к авторскому праву, с точки зрения американской индустрии микросхем, резюмируется в дальнейших разработках, касающихся прав на микросхемы. [84]

Австралия приняла Закон о схемах от 1989 года как особую форму защиты микросхем. [ необходима цитата ] Корея приняла Закон о топологии полупроводниковых интегральных схем . [ необходима цитата ]

Поколения [ править ]

На заре создания простых интегральных схем крупномасштабность технологии ограничивала каждый чип всего несколькими транзисторами , а низкая степень интеграции означала, что процесс проектирования был относительно простым. Урожайность обрабатывающей промышленности также была довольно низкой по сегодняшним меркам. По мере развития технологии металл-оксид-полупроводник (МОП) миллионы, а затем и миллиарды МОП-транзисторов могли быть размещены на одном кристалле [85], а хорошие конструкции требовали тщательного планирования, что привело к появлению области автоматизации проектирования электроники , или EDA. Некоторые микросхемы SSI и MSI, например дискретные транзисторы, все еще производятся серийно, как для обслуживания старого оборудования, так и для создания новых устройств, для которых требуется всего несколько затворов. В серии 7400 от ТТЛ микросхем, например, стал стандартом де - факто и остается в производстве.

Малая интеграция (SSI) [ редактировать ]

Первые интегральные схемы содержали всего несколько транзисторов. Ранние цифровые схемы, содержащие десятки транзисторов, обеспечивали несколько логических вентилей, а ранние линейные ИС, такие как Plessey SL201 или Philips TAA320, имели всего два транзистора. С тех пор количество транзисторов в интегральной схеме резко увеличилось. Термин «крупномасштабная интеграция» (LSI) впервые был использован ученым IBM Рольфом Ландауэром при описании теоретической концепции; [88] этот термин породил термины «мелкомасштабная интеграция» (SSI), «средняя интеграция» (MSI), «очень крупномасштабная интеграция» (VLSI) и «сверхбольшая интеграция». "(ULSI). Ранние интегральные схемы были SSI.

Цепи SSI имели решающее значение для ранних аэрокосмических проектов, а аэрокосмические проекты помогли вдохновить развитие технологии. И ракета Minuteman, и программа Apollo нуждались в легких цифровых компьютерах для их инерциальных систем наведения. Хотя управляющий компьютер « Аполлон» был лидером и стимулировал создание технологии интегральных схем [89], именно ракета «Минитмен» вынудила его начать массовое производство. В 1962 году на ракетную программу Minuteman и различные другие программы ВМС США приходилось 4 миллиона долларов на рынке интегральных схем, а к 1968 году расходы правительства США на космос и оборону. по-прежнему составляет 37% от общего объема добычи в 312 миллионов долларов.

Спрос со стороны правительства США поддерживал зарождающийся рынок интегральных схем до тех пор, пока затраты не упали настолько, чтобы позволить фирмам ИС проникнуть на промышленный рынок и, в конечном итоге, на потребительский рынок. Средняя цена за одну интегральную схему упала с 50 долларов в 1962 году до 2,33 долларов в 1968 году. [90] Интегральные схемы начали появляться в потребительских товарах на рубеже 1970-х годов. Типичным применением была обработка звука между несущими FM в телевизионных приемниках.

Первыми прикладными микросхемами MOS были микросхемы малой интеграции (SSI). [91] После Мохамед М. Atalla предложение «ы на МОП интегральной схемы чип в 1960, [32] самый ранний экспериментальный чип - МОП , чтобы быть изготовлен был 16-транзистор чип построен Фред Хейман и Стивена Hofstein на RCA в 1962 году [ 37] Первое практическое применение микросхем MOS SSI было для спутников НАСА . [91]

Среднемасштабная интеграция (MSI) [ редактировать ]

Следующим шагом в развитии интегральных схем были представлены устройства, содержащие сотни транзисторов на каждом кристалле, что называется «интеграция среднего размера» (MSI).

Технология масштабирования MOSFET позволила создавать микросхемы высокой плотности. [31] К 1964 году MOS-чипы достигли более высокой плотности транзисторов и более низких производственных затрат, чем биполярные чипы. [39]

В 1964 году Фрэнк Ванласс продемонстрировал спроектированный им однокристальный 16-разрядный регистр сдвига с невероятными на тот момент 120 МОП-транзисторами на одном кристалле. [91] [92] В том же году General Microelectronics представила первую коммерческую микросхему МОП- микросхемы, состоящую из 120 МОП- транзисторов с p-каналом . [38] Это был 20-битный регистр сдвига , разработанный Робертом Норманом [37] и Фрэнком Ванлассом. [93] Сложность МОП-микросхем увеличивалась со скоростью, предсказанной законом Мура , что привело к появлению микросхем с сотнями полевых МОП-транзисторов.на микросхеме к концу 1960-х. [39]

Крупномасштабная интеграция (LSI) [ редактировать ]

Дальнейшее развитие, обусловленное той же технологией масштабирования MOSFET и экономическими факторами, привело к середине 1970-х годов к «крупномасштабной интеграции» (LSI) с десятками тысяч транзисторов на чип. [94]

Маски, используемые для обработки и производства устройств SSI, MSI и ранних LSI и VLSI (таких как микропроцессоры начала 1970-х годов), в основном создавались вручную, часто с использованием ленты Rubylith или аналогичных материалов. [95] Для больших или сложных ИС (таких как запоминающие устройства или процессоры ) это часто делалось специально нанятыми профессионалами, отвечающими за разводку схем, под наблюдением группы инженеров, которые также вместе с разработчиками схем, осмотрите и проверьте правильность и комплектность каждой маски.

Интегральные схемы, такие как 1К-битные ОЗУ, микросхемы калькуляторов и первые микропроцессоры, которые начали производиться в умеренных количествах в начале 1970-х годов, имели менее 4000 транзисторов. Истинные схемы LSI, насчитывающие около 10 000 транзисторов, начали производиться примерно в 1974 году для основной памяти компьютеров и микропроцессоров второго поколения.

Очень крупномасштабная интеграция (СБИС) [ править ]

Верхние слои межсоединений на кристалле микропроцессора Intel 80486 DX2

Разработка «очень крупномасштабной интеграции» ( СБИС ) началась с сотен тысяч транзисторов в начале 1980-х годов, и по состоянию на 2016 год количество транзисторов продолжает расти, превышая 10 миллиардов транзисторов на чип.

Для достижения этой повышенной плотности потребовались многочисленные разработки. Производители перешли на более мелкие правила проектирования MOSFET и более чистые производственные мощности . Путь усовершенствования процессов был кратко изложен в Международной дорожной карте технологий для полупроводников (ITRS), на смену которой пришла Международная дорожная карта для устройств и систем (IRDS). Усовершенствованы инструменты электронного проектирования , что делает практичным завершение дизайна в разумные сроки. Более энергоэффективная CMOS заменила NMOS и PMOS , что позволило избежать чрезмерного увеличения энергопотребления.. Сложность и плотность современных устройств VLSI сделали невозможным проверку масок или создание оригинального дизайна вручную. Вместо этого инженеры используют инструменты EDA для выполнения большинства работ по проверке работоспособности . [96]

В 1986 году были представлены микросхемы оперативной памяти (RAM) на один мегабит , содержащие более одного миллиона транзисторов. Микропроцессорные микросхемы преодолели отметку в миллион транзисторов в 1989 году и миллиард транзисторов в 2005 году. [97] Тенденция в значительной степени не ослабевает, и в 2007 году были выпущены микросхемы, содержащие десятки миллиардов транзисторов памяти. [98]

ULSI, WSI, SoC и 3D-IC [ править ]

Чтобы отразить дальнейший рост сложности, термин ULSI, который означает «сверхбольшая интеграция», был предложен для микросхем с более чем 1 миллионом транзисторов. [99]

Интеграция в масштабе пластины (WSI) - это средство построения очень больших интегральных схем, в которых используется вся кремниевая пластина для создания одного «суперкристального». Благодаря сочетанию большого размера и уменьшенной комплектации WSI может привести к значительному снижению затрат для некоторых систем, особенно для суперкомпьютеров с массовым параллелизмом. Название взято из термина «очень крупномасштабная интеграция», текущего состояния на момент разработки WSI. [100]

Система на кристалле (SoC или SOC) является интегральной схемой , в которой все компоненты , необходимые для компьютера или другой системы, включены на одном чипе. Конструкция такого устройства может быть сложной и дорогостоящей, и хотя интеграция всех необходимых компонентов на одном кристалле дает преимущества в производительности, затраты на лицензирование и разработку однопроходной машины по-прежнему перевешивают необходимость использования отдельных устройств. При соответствующем лицензировании эти недостатки компенсируются более низкими затратами на производство и сборку, а также значительным сокращением бюджета мощности: поскольку сигналы между компонентами хранятся на кристалле, требуется гораздо меньше энергии (см. « Упаковка» ). [101] Кроме того, источники сигнала и пункты назначения физически ближена кристалле, сокращая длину проводки и, следовательно, время ожидания , затраты на мощность передачи и отходящее тепло от обмена данными между модулями на одном кристалле. Это привело к исследованию так называемых устройств Network-on-Chip (NoC), которые применяют методологии проектирования «система-на-кристалле» к цифровым коммуникационным сетям в отличие от традиционных шинных архитектур .

Трехмерная интегральная схема (3D-IC) , имеет два или более слоев активных электронных компонентов, которые интегрированы как вертикально , так и горизонтально в единый контур. Для связи между уровнями используется передача сигналов на кристалле, поэтому потребляемая мощность намного ниже, чем в эквивалентных отдельных схемах. Разумное использование коротких вертикальных проводов может существенно уменьшить общую длину провода и ускорить работу. [102]

Маркировка кремния и граффити [ править ]

Для идентификации во время производства на большинстве кремниевых чипов в одном углу будет указан серийный номер. Также распространено добавление логотипа производителя. С тех пор, как были созданы ИС, некоторые разработчики микросхем использовали поверхность кремния для скрытых, нефункциональных изображений или слов. Иногда это называют чип-артом , силиконовым искусством, силиконовым граффити или силиконовым рисунком. [ необходима цитата ]

ИС и семейства ИС [ править ]

  • 555 Таймер IC
  • Операционный усилитель
  • Интегральные схемы серии 7400
  • Интегральные схемы серии 4000 , аналог КМОП серии 7400 (см. Также: серию 74HC00 )
  • Intel 4004 , как правило , рассматривается в качестве первого коммерчески доступного микропроцессора , который привел к известному 8080 CPU и затем с IBM PC «s 8088 , 80286 , 486 и т.д.
  • В MOS Technology 6502 и Zilog Z80 микропроцессоры, используемые во многих домашних компьютеров в начале 1980 - х годов
  • Motorola 6800 серии компьютерных связанных чипов, что приводит к 68000 и 88000 серии (используемые в некоторых Apple , компьютеров , а в 1980 - е годы Commodore Amiga серии)
  • LM-серия аналоговых интегральных схем

См. Также [ править ]

  • Набор микросхем
  • Интегрированная логика впрыска
  • Ионная имплантация
  • Монолитная интегральная схема СВЧ
  • Многопороговая CMOS
  • Кремний-германий
  • Звуковой чип
  • СПЕЦИЯ
  • Чип-носитель
  • Темный кремний
  • Интегрированные пассивные устройства
  • Срок службы при высоких температурах
  • Тепловое моделирование интегральных схем
  • Тепловыделение в интегральных схемах

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Интегральная схема (ИС)» . JEDEC .
  2. ^ Уайли, Эндрю (2009). «Первые монолитные интегральные схемы» . Проверено 14 марта 2011 года . В настоящее время, когда люди говорят «интегральная схема», они обычно имеют в виду монолитную ИС, где вся схема построена из единого куска кремния.
  3. ^ Горовиц, Пол ; Хилл, Уинфилд (1989). Искусство электроники (2-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 61 . ISBN 978-0-521-37095-0. Интегральные схемы, которые в значительной степени заменили схемы, построенные на дискретных транзисторах, сами по себе представляют собой просто массивы транзисторов и других компонентов, построенных из одного кристалла из полупроводникового материала.
  4. ^ a b "Кто изобрел ИС?" . Блог @CHM. Музей истории компьютеров. 20 августа 2014 г.
  5. ^ «Интегральные схемы помогают изобретению» . Integratedcircuithelp.com . Проверено 13 августа 2012 года .
  6. ^ DE 833366  W. Jacobi / SIEMENS AG: "Halbleiterverstärker" приоритет подачи 14 апреля 1949 года, опубликован 15 мая 1952 года.
  7. ^ "The Hapless Tale of Geoffrey Dummer" Архивировано 11 мая 2013 г. в Wayback Machine (nd) (HTML), Electronic Product News , по состоянию на 8 июля 2008 г.
  8. ^ Lojek, Бо (2007). История полупроводниковой техники . Springer Science & Business Media . С. 120 и 321–323. ISBN 9783540342588.
  9. ^ Бассетт, Росс Нокс (2007). К эпохе цифровых технологий: исследовательские лаборатории, начинающие компании и рост технологии MOS . Издательство Университета Джона Хопкинса . п. 46. ISBN 9780801886393.
  10. ^ С, Чжи-Tang (октябрь 1988). «Эволюция МОП-транзистора - от концепции до СБИС» (PDF) . Труды IEEE . 76 (10): 1280–1326 (1290). Bibcode : 1988IEEEP..76.1280S . DOI : 10.1109 / 5.16328 . Те из нас, кто занимался исследованиями кремниевых материалов и устройств в течение 1956–1960 годов, считали эту успешную попытку группы Bell Labs во главе с Аталлой по стабилизации поверхности кремния самым важным и значительным технологическим достижением, проложившим путь, который привел к технологии кремниевых интегральных схем. разработки на втором этапе и объемы производства на третьем этапе.
  11. Вольф, Стэнли (март 1992 г.). «Обзор технологий изоляции ИС» . Твердотельная технология . 35 (3): 63–67.
  12. ^ Lehovec, Курт. «Множественная полупроводниковая сборка» Патент США 3 029 366, выданный 10 апреля 1962 г., подан 22 апреля 1959 г. Нойс признает Леховца в своей статье 1977 г. Нойс Роберт (сентябрь 1977 г.). «Микроэлектроника». Scientific American . 23 (3): 63–69. JSTOR 24920319 . 
  13. ^ «Интервью с Робертом Нойсом, 1975–1976» . IEEE. Архивировано из оригинального 19 сентября 2012 года . Проверено 22 апреля 2012 года .
  14. ^ Brock, D .; Лекюер, К. (2010). Lécuyer, C. (ред.). Создатели микрочипа: документальная история Fairchild Semiconductor . MIT Press. п. 158. ISBN. 9780262014243.
  15. ^ a b c Ростки, Георгий. «Микромодули: окончательный пакет» . EE Times . Архивировано из оригинального 7 -го января 2010 года . Проверено 23 апреля 2018 года .
  16. ^ "Микромодуль RCA" . Винтажные коллекционные предметы, памятные вещи и ювелирные изделия компьютерных чипов . Проверено 23 апреля 2018 года .
  17. ^ Даммер, GWA; Робертсон, Дж. Маккензи (16 мая 2014 г.). Ежегодные данные по американской микроэлектронике, 1964–65 . Эльзевир. С. 392–397, 405–406. ISBN 978-1-4831-8549-1.
  18. The Chip that Jack Built , (c. 2008), (HTML), Texas Instruments, последнее обращение 29 мая 2008 г.
  19. ^ Килби, Джек С. «Миниатюрные электронные схемы», патент США 3138743 , поданный 6 февраля 1959 г., выданный 23 июня 1964 г.
  20. ^ Уинстон, Брайан (1998). Медиа-технологии и общество: история: от телеграфа до Интернета . Рутледж. п. 221. ISBN. 978-0-415-14230-4.
  21. ^ "Texas Instruments - 1961 Первый компьютер на базе ИС" . Ti.com . Проверено 13 августа 2012 года .
  22. ^ "Нобелевская премия по физике 2000 г." , nobelprize.org (10 октября 2000 г.)
  23. ^ a b Саксена, Арджун Н. (2009). Изобретение интегральных схем: нераскрытые важные факты . World Scientific . п. 140. ISBN 9789812814456.
  24. ^ a b c d «Интегральные схемы» . НАСА . Проверено 13 августа 2019 .
  25. ^ a b "1959: запатентована практическая концепция монолитной интегральной схемы" . Музей истории компьютеров . Проверено 13 августа 2019 .
  26. ^ Холл, Элдон С. (1996). «Путешествие на Луну: история навигационного компьютера Аполлона» . Американский институт аэронавтики и астронавтики. С. 18–19. ISBN 9781563471858 
  27. ^ "Компьютерные пионеры - Джеймс Л. Буйе" . Компьютерное общество IEEE . Проверено 25 мая 2020 .
  28. ^ а б Кен Ширрифф. «Texas Instruments TMX 1795: (почти) первый забытый микропроцессор» . 2015 г.
  29. Куо, Юэ (1 января 2013 г.). «Технология тонкопленочных транзисторов - прошлое, настоящее и будущее» (PDF) . Интерфейс электрохимического общества . 22 (1): 55–61. Bibcode : 2013ECSIn..22a..55K . DOI : 10.1149 / 2.F06131if .
  30. ^ "1960: Металлооксидный полупроводниковый (МОП) транзистор продемонстрирован" . Музей истории компьютеров .
  31. ^ a b Лоус, Дэвид (4 декабря 2013 г.). "Кто изобрел транзистор?" . Музей истории компьютеров .
  32. ^ a b Московиц, Сэнфорд Л. (2016). Передовые инновации в материалах: управление глобальными технологиями в 21 веке . Джон Вили и сыновья . С. 165–167. ISBN 9780470508923.
  33. ^ Бассетт, Росс Нокс (2002). К эпохе цифровых технологий: исследовательские лаборатории, начинающие компании и рост технологии MOS . Издательство Университета Джона Хопкинса . С. 53–4. ISBN 978-0-8018-6809-2.
  34. ^ Бассетт, Росс Нокс (2007). К эпохе цифровых технологий: исследовательские лаборатории, начинающие компании и рост технологии MOS . Издательство Университета Джона Хопкинса . С. 22–25. ISBN 9780801886393.
  35. ^ "Вехи: Первая полупроводниковая интегральная схема (IC), 1958" . Сеть глобальной истории IEEE . IEEE . Проверено 3 августа 2011 года .
  36. ^ «Вехи: Список вех IEEE - Вики по истории инженерии и технологий» . ethw.org .
  37. ^ a b c d "Черепаха транзисторов побеждает в гонке - революция CHM" . Музей истории компьютеров . Проверено 22 июля 2019 .
  38. ^ a b «1964 - Представлена ​​первая коммерческая MOS IC» . Музей истории компьютеров .
  39. ^ a b c d Ширрифф, Кен (30 августа 2016 г.). «Удивительная история первых микропроцессоров» . IEEE Spectrum . Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике . 53 (9): 48–54. DOI : 10.1109 / MSPEC.2016.7551353 . S2CID 32003640 . 
  40. ^ «1968: технология кремниевого затвора, разработанная для ИС» . Музей истории компьютеров . Проверено 22 июля 2019 .
  41. ^ «1968: технология кремниевого затвора, разработанная для ИС» . Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров . Проверено 13 октября 2019 .
  42. ^ Хиттингер, Уильям К. (1973). «Технология металл – оксид – полупроводник». Scientific American . 229 (2): 48–59. Bibcode : 1973SciAm.229b..48H . DOI : 10.1038 / Scientificamerican0873-48 . JSTOR 24923169 . 
  43. ^ Kanellos, Майкл (11 февраля 2003). «Закон Мура будет действовать еще десять лет» . CNET .
  44. ^ Давари, Биджан, Роберт Х. Деннард и Гавам Г. Шахиди (1995). «Масштабирование CMOS для повышения производительности и низкого энергопотребления - ближайшие десять лет» (PDF) . Труды IEEE . 83 (4). С. 595–606. CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  45. ^ «Qualcomm и Samsung сотрудничают по 10-нм техпроцессу для новейшего мобильного процессора Snapdragon 835» . news.samsung.com . Проверено 11 февраля 2017 года .
  46. ^ a b «Внутри Паскаля: новейшая вычислительная платформа NVIDIA» . 5 апреля 2016.. 15 300 000 000 транзисторов в 610 мм 2 .
  47. ^ «Международная дорожная карта для устройств и систем» (PDF) . IEEE. 2016 г.
  48. Нобелевская премия по физике 2009 г. , Нобелевский фонд, 6 октября 2009 г. , получено 6 октября 2009 г..
  49. Перейти ↑ Fujita, H. (1997). Десятилетие МЭМС и его будущее . Десятый ежегодный международный семинар по микроэлектромеханическим системам. DOI : 10.1109 / MEMSYS.1997.581729 .
  50. ^ Нарасимха, А .; и другие. (2008). «Оптоэлектронный приемопередатчик QSFP с пропускной способностью 40 Гбит / с в технологии кремния на изоляторе CMOS 0,13 мкм» . Труды конференции по оптоволоконной связи (OFC) : OMK7.
  51. ^ Birkholz, M .; Mai, A .; Wenger, C .; Meliani, C .; Шольц Р. (2016). «Технологические модули из микро- и наноэлектроники для наук о жизни» . ПРОВОДА Nanomed. Нанобиотех . 8 (3): 355–377. DOI : 10.1002 / wnan.1367 . PMID 26391194 . 
  52. ^ Грэм, Энтони HD; Роббинс, Джон; Боуэн, Крис Р .; Тейлор, Джон (2011). «Коммерциализация технологии КМОП интегральных схем в многоэлектродных массивах для нейробиологии и клеточных биосенсоров» . Датчики . 11 (5): 4943–4971. DOI : 10.3390 / s110504943 . PMC 3231360 . PMID 22163884 .  
  53. Ор-Бах, Цви (23 декабря 2013 г.). «Почему SOI - это технология будущего для полупроводников» . semimd.com. Архивировано 29 ноября 2014 года на Wayback Machine . 2013.
  54. ^ "Восьмистековая вспышка Samsung появляется в iPhone 4 от Apple" . sst.semiconductor-digest.com. 13 сентября 2010 г.
  55. ^ Yamatake Corporation (2002). «Сферический полупроводниковый радиодатчик температуры» . Природа Интерфейс . 7 : 58–59. Архивировано из оригинального 7 -го января 2009 года.
  56. Takeda, Nobuo, MEMS-приложения Ball Semiconductor Technology (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 1 января 2015 г.
  57. ^ «Расширенная упаковка» .
  58. ^ "2.5D" . Полупроводниковая техника .
  59. ^ "3D ИС" . Полупроводниковая техника .
  60. ^ Wikichip (2018) Чиплет . wikichip.org цитирует IEDM 2017, дата доступа доктора Лизы Су = 2019-05-26
  61. ^ «Чтобы идти в ногу с законом Мура, производители микросхем обращаются к« чиплетам » » . Проводной . 11 июня 2018.
  62. ^ Schodt, Кристофер (16 апреля 2019) визуализируются: Это год процессора 'chiplet' . Конец гаджета
  63. ^ LaPedus, Марк (16 апреля 2015). «Развертывание FinFET медленнее, чем ожидалось» . Полупроводниковая техника.
  64. ^ Бас, Joydeep (9 октября 2019). «От проектирования до вывода на ленту в технологии изготовления интегральных схем SCL 180 нм CMOS». Журнал образования IETE . 60 (2): 51–64. arXiv : 1908.10674 . DOI : 10.1080 / 09747338.2019.1657787 . S2CID 201657819 . 
  65. ^ "О индустрии EDA" . Консорциум по автоматизации проектирования электроники . Архивировано из оригинального 2 -го августа 2015 года . Проверено 29 июля 2015 года .
  66. ^ Грей, Пол Р .; Херст, Пол Дж .; Льюис, Стивен Х .; Мейер, Роберт Г. (2009). Анализ и проектирование аналоговых интегральных схем . Вайли. ISBN 978-0-470-24599-6.
  67. ^ Rabaey, Ян М .; Чандракасан, Ананта; Николич, Боривое (2003). Цифровые интегральные схемы (2-е изд.). Пирсон. ISBN 978-0-13-090996-1.
  68. ^ Бейкер, Джейкоб (2008). КМОП: схема со смешанными сигналами . Вайли. ISBN 978-0-470-29026-2.
  69. ^ «Обзор устройства Stratix 10» (PDF) . Альтера . 12 декабря 2015.
  70. ^ Nathawad, L .; Заргари, М .; Samavati, H .; Mehta, S .; Хейрхаки, А .; Chen, P .; Gong, K .; Вакили-Амини, Б .; Hwang, J .; Chen, M .; Terrovitis, M .; Качиньский, Б .; Limotyrakis, S .; Mack, M .; Gan, H .; Ли, М .; Абдоллахи-Алибейк, Б .; Байтекин, Б .; Онодера, К .; Mendis, S .; Чанг, А .; Jen, S .; Вс, Д .; Вули Б. "20.2: Двухдиапазонный CMOS MIMO Radio SoC для беспроводной локальной сети IEEE 802.11n" (PDF) . Веб-хостинг IEEE Entity . IEEE . Проверено 22 октября +2016 .
  71. Сюй, Чи-Пин (17 января 2013 г.). 16нм / 14нм FinFET: открывая новые горизонты в области электроники . Электронный дизайн
  72. ^ "Ультразвуковое соединение при горячей работе - метод облегчения течения металла за счет процессов восстановления" , Proc. 20-я конференция по электронным компонентам IEEE. Вашингтон, округ Колумбия, май 1970 г., стр. 549–556.]
  73. ^ Чафкин, Макс; Кинг, Ян (9 июня 2016 г.). «Как Intel делает чип» . Bloomburg Businessweek.
  74. ^ Lapedus, Марк (21 мая 2015). "10 нм Fab Watch" . Полупроводниковая техника.
  75. ^ "ИС 145 серии" . Проверено 22 апреля 2012 года .
  76. ^ Moammer, Халид (16 сентября 2016). «На фото процессор AMD Zen и разъем AM4, выпуск в феврале 2017 г. - подтвержден дизайн PGA с 1331 контактом» . Wccftech . Проверено 20 мая 2018 .
  77. ^ "Ryzen 5 2500U - AMD - WikiChip" . wikichip.org . Проверено 20 мая 2018 .
  78. Ung, Gordon Mah (30 мая 2017 г.). «Процессорный сокет AMD 'TR4' Threadripper огромен» . PCWorld . Проверено 20 мая 2018 .
  79. ^ «Федеральное законодательство по охране масок» (PDF) . Бюро авторских прав США . Бюро авторских прав США . Проверено 22 октября +2016 .
  80. ^ «Вашингтонский договор об интеллектуальной собственности в отношении интегральных схем» . www.wipo.int .
  81. ^ 1 января 1995 г. вступило в силу Соглашение о торговых аспектах прав интеллектуальной собственности (ТРИПС) (Приложение 1С к Соглашению Всемирной торговой организации (ВТО)). Часть II, раздел 6 TRIPs защищает полупроводниковые микросхемы и послужила основой для президентской декларации № 6780 от 23 марта 1995 года в соответствии с § 902 (a) (2) SCPA, распространяющей защиту на всех нынешних и будущих членов ВТО.
  82. Япония была первой страной, принявшей собственную версию SCPA, японского «Закона о схемах полупроводниковой интегральной схемы» 1985 года.
  83. ^ В 1986 году ЕС обнародовал директиву, требующую от его членов принять национальное законодательство для защиты топографии полупроводников. Директива Совета 1987/54 / EEC от 16 декабря 1986 г. о правовой охране топографии полупроводниковых изделий , ст. 1 (1) (b), 1987 OJ (L 24) 36.
  84. ^ Стерн, Ричард (1985). «МикроЗакон». IEEE Micro . 5 (4): 90–92. DOI : 10.1109 / MM.1985.304489 .
  85. ^ Питер Кларк, Intel вступает в эру процессоров с миллиардом транзисторов , EE Times, 14 октября 2005 г. Архивировано 10 мая 2013 г., Wayback Machine
  86. ^ Dalmau, M. Les Microprocesseurs . IUT де Байон
  87. Bulletin de la Société fribourgeoise des Sciences naturelles, Volumes 62–63 (на французском языке). 1973 г.
  88. ^ Сафир, Рубен (март 2015). «Система на кристалле - интегральные схемы» . Журнал NYLXS . ISBN 9781312995512.
  89. ^ Минделл, Дэвид А. (2008). Цифровой Аполлон: человек и машина в космическом полете . MIT Press. ISBN 978-0-262-13497-2.
  90. Перейти ↑ Ginzberg, Eli (1976). Экономическое влияние крупных государственных программ: опыт НАСА . Издательская компания "Олимп". п. 57. ISBN 978-0-913420-68-3.
  91. ^ a b c Джонстон, Боб (1999). Мы горели: японские предприниматели и создание электронной эры . Основные книги. С. 47–48. ISBN 978-0-465-09118-8.
  92. ^ Boysel, Ли (12 октября 2007). «Заработай свой первый миллион (и другие советы начинающим предпринимателям)» . Презентация EECS США / Записи ЕЭК .
  93. Перейти ↑ Kilby, JS (2007). «Миниатюрные электронные схемы [Патент США № 3,138,743]» . Информационный бюллетень IEEE Solid-State Circuits Society . 12 (2): 44–54. DOI : 10.1109 / N-SSC.2007.4785580 .
  94. ^ Хиттингер, Уильям К. (1973). «Металло-оксидно-полупроводниковая технология». Scientific American . 229 (2): 48–59. Bibcode : 1973SciAm.229b..48H . DOI : 10.1038 / Scientificamerican0873-48 . JSTOR 24923169 . 
  95. ^ Kanellos, Майкл (16 января 2002). «Случайная революция Intel» . CNET .
  96. Перейти ↑ O'Donnell, CF (1968). «Проектирование систем с использованием крупномасштабной интеграции» (PDF) . Afips 1968 : 870. DOI : 10,1109 / AFIPS.1968.93 .
  97. ^ Кларк, Питер (14 ноября 2005 г.) «Intel вступает в эру процессоров с миллиардом транзисторов». EE Times
  98. ^ Samsung первой начала массовое производство флэш-памяти NAND 16 ГБ . Phys.org (30 апреля 2007 г.)
  99. ^ Мейндл, JD (1984). «Ультра-крупномасштабная интеграция». Транзакции IEEE на электронных устройствах . 31 (11): 1555–1561. Bibcode : 1984ITED ... 31.1555M . DOI : 10,1109 / Т-ED.1984.21752 . S2CID 19237178 . 
  100. ^ Shanefield, Daniel (1985). «Интеграция вафельной шкалы» . google.com/patents . Проверено 21 сентября 2014 года .
  101. ^ Клаас, Джефф (2000). «Система на кристалле» . google.com/patents . Проверено 21 сентября 2014 года .
  102. ^ Тополь, AW; Тюлип, DCLa; Ши, Л; et., al (2006). «Трехмерные интегральные схемы» . Журнал исследований и разработок IBM . 50 (4.5): 491–506. DOI : 10.1147 / rd.504.0491 . S2CID 18432328 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Вендрик, HJM (2017). Нанометрические КМОП-микросхемы, от основ до ASIC . Springer. ISBN 978-3-319-47595-0.
  • Бейкер, Р.Дж. (2010). CMOS: схемотехника, компоновка и моделирование (3-е изд.). Wiley-IEEE. ISBN 978-0-470-88132-3.
  • Марш, Стивен П. (2006). Практичный дизайн MMIC . Артек Хаус. ISBN 978-1-59693-036-0.
  • Камензинд, Ганс (2005). Проектирование аналоговых микросхем (PDF) . Виртуальный книжный червь. ISBN 978-1-58939-718-7. Архивировано из оригинального (PDF) 12 июня 2017 года. Ханс Камензинд изобрел таймер 555.
  • Ходжес, Дэвид; Джексон, Гораций; Салех, Ресве (2003). Анализ и проектирование цифровых интегральных схем . Макгроу-Хилл. ISBN 978-0-07-228365-5.
  • Rabaey, JM; Chandrakasan, A .; Николич Б. (2003). Цифровые интегральные схемы (2-е изд.). Пирсон. ISBN 978-0-13-090996-1.
  • Мид, Карвер; Конвей, Линн (1980). Введение в системы СБИС . Издательство Эддисон Уэсли. ISBN 978-0-201-04358-7.

Внешние ссылки [ править ]

Общий

  • Первые монолитные интегральные схемы
  • Большая диаграмма, в которой перечислены ИС по общему номеру, включая доступ к большинству таблиц данных по деталям.
  • История интегральной схемы на Nobelprize.org

Патенты

  • US3,138,743 - Миниатюрная электронная схема - Дж. С. Килби
  • US3,138,747 - Устройство интегральной полупроводниковой схемы - RF Stewart
  • US3,261,081 - Метод создания миниатюрных электронных схем - Дж. С. Килби
  • US3,434,015 - Конденсатор для миниатюрных электронных схем и т.п. - J. Килби

Производство кристаллов интегральных схем

  • IC Die Photography - Галерея фотографий IC Die
  • Zeptobars - еще одна галерея фотографий кристаллов микросхем