Интегральная схема
.jpg)
Интегральная схема ( ИС ), также известная как микрочип , компьютерный чип или просто чип , представляет собой небольшое электронное устройство, состоящее из множества взаимосвязанных электронных компонентов, таких как транзисторы , резисторы и конденсаторы . Эти компоненты вытравлены на небольшом кусочке полупроводникового материала, обычно кремния . Интегральные схемы используются в широком спектре электронных устройств, включая компьютеры , смартфоны и телевизоры , для выполнения различных функций, таких как обработка и хранение информации. Они оказали большое влияние на сферу электроники, позволив миниатюризировать устройства и расширить их функциональность.
Интегральные схемы на несколько порядков меньше, быстрее и дешевле, чем схемы, построенные из дискретных компонентов, что позволяет использовать большое количество транзисторов .
ИС Возможности массового производства , надежность и блочный подход к проектированию интегральных схем обеспечили быстрое внедрение стандартизированных ИС вместо конструкций с использованием дискретных транзисторов. Сегодня микросхемы используются практически во всем электронном оборудовании и произвели революцию в мире электроники . Компьютеры, мобильные телефоны и другая бытовая техника в настоящее время являются неотъемлемой частью структуры современного общества, что стало возможным благодаря небольшому размеру и низкой стоимости микросхем, таких как современные компьютерные процессоры и микроконтроллеры .
Очень крупномасштабная интеграция стала практичной благодаря технологическим достижениям в производстве полупроводниковых приборов . С момента своего появления в 1960-х годах размер, скорость и емкость чипов значительно изменились благодаря техническим достижениям, которые позволили разместить все больше и больше транзисторов на чипах одного и того же размера — современный чип может иметь многие миллиарды транзисторов на площади, размером с человеческий ноготь. Эти достижения, примерно следуя закону Мура , позволяют сегодняшним компьютерным чипам обладать в миллионы раз большей емкостью и в тысячи раз большей скоростью, чем компьютерные чипы начала 1970-х годов.
Микросхемы имеют три основных преимущества перед схемами, построенными из дискретных компонентов: размер, стоимость и производительность. Размер и стоимость невелики, поскольку чипы со всеми их компонентами печатаются как единое целое методом фотолитографии , а не изготавливаются по одному транзистору за раз. Более того, корпусные микросхемы используют гораздо меньше материала, чем дискретные схемы. Производительность высока, поскольку компоненты микросхемы быстро переключаются и потребляют сравнительно мало энергии из-за своего небольшого размера и близости. Основным недостатком ИС является высокая первоначальная стоимость их проектирования и огромные капитальные затраты на строительство завода. Столь высокая первоначальная стоимость означает, что микросхемы коммерчески жизнеспособны только в том случае, если большие объемы производства ожидаются .
Терминология [ править ]
Интегральная схема определяется как: [1]
Цепь, в которой все или некоторые элементы схемы неразрывно связаны и электрически связаны между собой, так что она считается неделимой для целей строительства и торговли.
В строгом использовании интегральная схема относится к конструкции цельной схемы, первоначально известной как монолитная интегральная схема , построенная на одном куске кремния. [2] [3] В общем случае схемы, не соответствующие этому строгому определению, иногда называются ИС, которые создаются с использованием множества различных технологий, например 3D IC , 2.5D IC , MCM , тонкопленочных транзисторов , толстопленочных технологий или гибридных интегральных схем . Выбор терминологии часто возникает в дискуссиях, связанных с тем, ли закон Мура . устарел
История [ править ]
Первой попыткой объединить несколько компонентов в одном устройстве (например, в современных микросхемах) стала электронная лампа Loewe 3NF, впервые изготовленная в 1926 году. [4] [5] В отличие от микросхем, он был разработан с целью уклонения от уплаты налогов , поскольку в Германии радиоприемники облагались налогом, который взимался в зависимости от того, сколько держателей ламп имел радиоприемник. Это позволило радиоприемникам иметь один держатель трубки. Было произведено один миллион, что стало «первым шагом в интеграции радиоэлектронных устройств». [6] Устройство содержало усилитель , состоящий из трех триодов, двух конденсаторов и четырех резисторов в шестиконтактном устройстве. [7]
Ранние концепции интегральной схемы восходят к 1949 году, когда немецкий инженер Вернер Якоби [8] ( Сименс АГ ) [9] подала патент на полупроводниковое усилительное устройство, подобное интегральной схеме. [10] показаны пять транзисторов на общей подложке в трехкаскадном усилителе . Якоби описал небольшие и дешевые слуховые аппараты как типичное промышленное применение своего патента. О немедленном коммерческом использовании его патента не сообщалось.
Другим ранним сторонником этой концепции был Джеффри Даммер (1909–2002), учёный-радарщик, работавший в Королевском радиолокационном учреждении Великобритании Министерства обороны . Даммер представил эту идею публике на Симпозиуме по прогрессу в области качественных электронных компонентов в Вашингтоне, округ Колумбия , 7 мая 1952 года. [11] Он проводил множество симпозиумов публично для пропаганды своих идей и безуспешно пытался построить такую схему в 1956 году. Между 1953 и 1957 годами Сидни Дарлингтон и Ясуо Таруи ( Электротехническая лаборатория ) предложили аналогичные конструкции микросхем, в которых несколько транзисторов могли иметь общую активную область, но там не было электрической изоляции , которая могла бы отделить их друг от друга. [8]
Монолитная интегральная схема стала возможной благодаря изобретению планарного процесса Жаном Эрни и изоляции p – n-перехода Куртом Леговеком . Изобретение Хорни было основано на работах Мохамеда М. Аталлы по пассивации поверхности, а также на работах Фуллера и Дитценбергера по диффузии примесей бора и фосфора в кремний, на работах Карла Фроша и Линкольна Дерика по защите поверхности, а также на работах Чи-Танг Са '. Работают над диффузионной маскировкой оксидом. [12]
Первые интегральные схемы [ править ]
Идеей-предшественником ИС было создание небольших керамических подложек (так называемых микромодулей ). [13] каждый из которых содержит один миниатюрный компонент. Затем компоненты можно было интегрировать и соединить в двумерную или трехмерную компактную сетку. Эту идею, казавшуюся очень многообещающей в 1957 году, предложил армии США Джек Килби. [13] и привело к недолговечной программе микромодулей (аналогично проекту Tinkertoy 1951 года). [13] [14] [15] Однако по мере того, как проект набирал обороты, Килби придумал новую, революционную конструкцию: IC.
Недавно нанятый на работу в Texas Instruments , Килби записал свои первоначальные идеи относительно интегральной схемы в июле 1958 года, успешно продемонстрировав первый работающий пример интегральной схемы 12 сентября 1958 года. [16] В своей заявке на патент от 6 февраля 1959 г. [17] Килби описал свое новое устройство как «корпус из полупроводникового материала… в котором все компоненты электронной схемы полностью интегрированы». [18] Первым заказчиком нового изобретения стали ВВС США . [19] Килби получил Нобелевскую премию по физике 2000 года за участие в изобретении интегральной схемы. [20]
Однако изобретение Килби не было настоящим монолитным интегральным чипом, поскольку оно имело внешние соединения с золотыми проводами, что затрудняло его массовое производство. [21] Через полгода после Килби Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor изобрел первую настоящую монолитную микросхему. [22] [21] Более практичный, чем реализация Килби, чип Нойса был изготовлен из кремния , тогда как чип Килби был сделан из германия , а чип Нойса был изготовлен с использованием планарного процесса , разработанного в начале 1959 года его коллегой Жаном Эрни и включавшего критически важные алюминиевые соединительные линии на кристалле. Современные микросхемы основаны на монолитной микросхеме Нойса. [22] [21] а не Килби.
Программа НАСА «Аполлон» была крупнейшим потребителем интегральных схем в период с 1961 по 1965 год. [23]
ТТЛ Интегральные схемы [ править ]
Транзисторно-транзисторная логика (TTL) была разработана Джеймсом Л. Буи в начале 1960-х годов в TRW Inc. TTL стала доминирующей технологией интегральных схем в период с 1970-х по начало 1980-х годов. [24]
Десятки интегральных схем ТТЛ были стандартным методом построения процессоров мини ЭВМ - и мейнфреймов . Такие компьютеры , как мэйнфреймы IBM 360 , миникомпьютеры PDP-11 и настольный компьютер Datapoint 2200, были построены на основе биполярных интегральных схем. [25] либо TTL, либо еще более быстрая логика с эмиттерной связью (ECL).
МОП-интегральные схемы [ править ]
Почти все современные микросхемы представляют собой интегральные схемы металл-оксид-полупроводник (МОП), построенные на МОП-транзисторах (полевых транзисторах металл-оксид-кремний). [26] МОП-транзистор (также известный как МОП-транзистор), изобретенный Мохамедом М. Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году. [27] сделало возможным создание интегральных схем высокой плотности . [28] В отличие от биполярных транзисторов , для которых требовалось несколько шагов для изоляции p – n-перехода транзисторов на кристалле, МОП-транзисторы не требовали таких шагов, но их можно было легко изолировать друг от друга. [29] На его преимущество для интегральных схем указал Давон Кан в 1961 году. [30] Список вех IEEE включает первую интегральную схему, созданную Килби в 1958 году. [31] Планарный процесс Эрни и планарная ИС Нойса в 1959 году, а также МОП-транзистор Аталлы и Канга в 1959 году. [32]
Самой ранней экспериментальной МОП-ИС, которая была изготовлена, была 16-транзисторная микросхема, созданная Фредом Хейманом и Стивеном Хофштейном в RCA в 1962 году. [33] Позже компания General Microelectronics представила первую коммерческую интегральную схему МОП в 1964 году. [34] на 120 транзисторов, сдвиговый регистр разработанный Робертом Норманом. [33] К 1964 году МОП-чипы достигли более высокой плотности транзисторов и более низких производственных затрат, чем биполярные чипы. Сложность МОП-чипов продолжала увеличиваться со скоростью, предсказанной законом Мура , что привело к широкомасштабной интеграции (LSI) с сотнями транзисторов на одном МОП-чипе к концу 1960-х годов. [35]
После разработки МОП-транзистора с самовыравнивающимся затвором (кремниевым затвором) Робертом Кервином, Дональдом Кляйном и Джоном Сараче в Bell Labs в 1967 году, [36] Первая -ИС с кремниевым затвором технология МОП и самовыравнивающимися затворами , лежащая в основе всех современных интегральных схем КМОП , была разработана в Fairchild Semiconductor Федерико Фаггином в 1968 году. [37] Применение микросхем MOS LSI для вычислений стало основой для первых микропроцессоров , поскольку инженеры начали осознавать, что полный компьютерный процессор может содержаться на одном чипе MOS LSI. Это привело к изобретению микропроцессора и микроконтроллера в начале 1970-х годов. [35] В начале 1970-х годов технология интегральных схем МОП позволила осуществить очень крупномасштабную интеграцию (СБИС) более чем 10 000 транзисторов на одном кристалле. [38]
Поначалу компьютеры на базе MOS имели смысл только тогда, когда требовалась высокая плотность, например, в аэрокосмической отрасли и карманных калькуляторах . Компьютеры, полностью построенные на основе TTL, такие как Datapoint 2200 были намного быстрее и мощнее, чем однокристальные MOS-микропроцессоры, такие как Intel 8008 1972 года. 1970 года, до начала 1980-х годов [25]
Достижения в технологии интегральных схем, в первую очередь более мелкие детали и более крупные микросхемы, позволили количеству МОП -транзисторов в интегральных схемах удваиваться каждые два года - тенденция, известная как закон Мура. Первоначально Мур заявил, что этот показатель будет удваиваться каждый год, но в 1975 году он изменил заявление на каждые два года. [39] Эта увеличенная емкость была использована для снижения стоимости и увеличения функциональности. В целом, по мере уменьшения размера элемента улучшаются почти все аспекты работы микросхемы. Стоимость транзистора и потребляемая мощность переключения на транзистор снижаются, а емкость памяти и скорость растут благодаря соотношениям, определяемым масштабированием Деннарда ( масштабирование MOSFET ). [40] Поскольку прирост скорости, емкости и энергопотребления очевиден для конечного пользователя, среди производителей существует жесткая конкуренция за использование более тонкой геометрии. За прошедшие годы размеры транзисторов уменьшились с десятков микрон в начале 1970-х годов до 10 нанометров в 2017 году. [41] с соответствующим увеличением количества транзисторов на единицу площади в миллион раз. По состоянию на 2016 год типичная площадь стружки составляет от нескольких квадратных миллиметров до примерно 600 мм. 2 , до 25 миллионов транзисторов на мм 2 . [42]
Ожидаемое уменьшение размеров элементов и необходимый прогресс в смежных областях прогнозировались на протяжении многих лет в Международной технологической дорожной карте для полупроводников (ITRS). Окончательная версия ITRS была выпущена в 2016 году, и ее заменяет Международная дорожная карта для устройств и систем . [43]
Первоначально микросхемы были чисто электронными устройствами. Успех ИС привел к интеграции других технологий в попытке получить те же преимущества небольшого размера и низкой стоимости. Эти технологии включают в себя механические устройства, оптику и датчики.
- Устройства с зарядовой связью и тесно связанные с ними датчики с активными пикселями представляют собой микросхемы, чувствительные к свету . Они в значительной степени заменили фотопленку в научных, медицинских и потребительских целях. В настоящее время ежегодно производятся миллиарды таких устройств для таких приложений, как мобильные телефоны, планшеты и цифровые камеры. Эта подобласть микросхем получила Нобелевскую премию в 2009 году. [44]
- Очень маленькие механические устройства, приводимые в движение электричеством, можно интегрировать в чипы — технология, известная как микроэлектромеханические системы (МЭМС). Эти устройства были разработаны в конце 1980-х годов. [45] и используются в различных коммерческих и военных целях. Примеры включают DLP-проекторы , струйные принтеры , акселерометры и MEMS-гироскопы, используемые для раскрытия автомобильных подушек безопасности .
- С начала 2000-х годов интеграция оптических функций ( оптических вычислений ) в кремниевые чипы активно проводилась как в академических исследованиях, так и в промышленности, что привело к успешной коммерциализации интегральных оптических приемопередатчиков на основе кремния, сочетающих оптические устройства (модуляторы, детекторы, маршрутизация) с Электроника на базе КМОП. [46] Фотонные интегральные схемы , использующие свет, такие как PACE (Фотонная арифметическая вычислительная машина) компании Lightelligence, также разрабатываются с использованием новой области физики, известной как фотоника . [47]
- Интегральные схемы также разрабатываются для сенсорных применений в медицинских имплантатах или других биоэлектронных устройствах. [48] В таких биогенных средах необходимо применять специальные методы герметизации, чтобы избежать коррозии или биоразложения открытых полупроводниковых материалов. [49]
По состоянию на 2018 год [update]Подавляющее большинство всех транзисторов представляют собой МОП-транзисторы , изготовленные в один слой на одной стороне кремниевого чипа с помощью плоского двумерного планарного процесса . Исследователи создали прототипы нескольких многообещающих альтернатив, таких как:
- различные подходы к объединению нескольких слоев транзисторов для создания трехмерной интегральной схемы (3DIC), например, сквозной кремний , «монолитное 3D», [50] многослойное соединение проводов, [51] и другие методологии.
- транзисторы, построенные из других материалов: графеновые транзисторы , молибденитовые транзисторы , полевой транзистор на углеродных нанотрубках , транзистор на нитриде галлия , транзистороподобные нанопроволочные электронные устройства , органический полевой транзистор и т. д.
- изготовление транзисторов по всей поверхности небольшой сферы кремния. [52] [53]
- модификации подложки, обычно для изготовления « гибких транзисторов » для гибкого дисплея или другой гибкой электроники , что может привести к созданию раскладного компьютера .
Поскольку производить транзисторы все меньшего размера становится все труднее, компании используют многокристальные модули , трехмерные интегральные схемы , корпус в корпусе , память с высокой пропускной способностью и сквозные кремниевые переходные отверстия со штабелированием кристаллов для повышения производительности и уменьшения размера без необходимости уменьшить размер транзисторов. Такие методы известны под общим названием « усовершенствованная упаковка» . [54] Расширенная упаковка в основном делится на 2,5D и 3D-упаковку. 2.5D описывает такие подходы, как многочиповые модули, а 3D описывает подходы, в которых кристаллы уложены тем или иным образом, например, пакет на пакете и память с высокой пропускной способностью. Все подходы предусматривают использование двух или более матриц в одном корпусе. [55] [56] [57] [58] [59] Альтернативно, такие подходы, как 3D NAND, укладывают несколько слоев на один кристалл. Была продемонстрирована технология включения микрожидкостного охлаждения в интегральные схемы для улучшения характеристик охлаждения. [60] а также термоэлектрические охладители Пельтье на выступах припоя или термовыступы припоя, используемые исключительно для отвода тепла, используемые в флип-чипах . [61] [62]
Дизайн [ править ]
Стоимость проектирования и разработки сложной интегральной схемы довольно высока и обычно составляет несколько десятков миллионов долларов. [63] [64] Следовательно, производство интегральных схем имеет экономический смысл только в больших объемах производства, поэтому единовременные затраты на проектирование (NRE) обычно распределяются по миллионам производственных единиц.
Современные полупроводниковые чипы состоят из миллиардов компонентов и слишком сложны, чтобы их можно было проектировать вручную. Программные инструменты, помогающие дизайнеру, имеют важное значение. Автоматизация электронного проектирования (EDA), также называемая системой автоматизированного электронного проектирования (ECAD), [65] — категория программных средств для проектирования электронных систем , в том числе интегральных схем. Эти инструменты работают вместе в процессе проектирования , который инженеры используют для проектирования, проверки и анализа целых полупроводниковых чипов. Некоторые из новейших инструментов EDA используют искусственный интеллект (ИИ), чтобы помочь инженерам сэкономить время и повысить производительность чипов.
Типы [ править ]
Интегральные схемы можно разделить на аналоговые , [66] цифровой [67] и смешанный сигнал , [68] состоящая из аналоговой и цифровой сигнализации на одной и той же микросхеме.
Цифровые интегральные схемы могут содержать миллиарды [42] , логических элементов триггеров , мультиплексоров и других схем на нескольких квадратных миллиметрах. Небольшой размер этих схем обеспечивает высокую скорость, низкое рассеивание мощности и снижение производственных затрат по сравнению с интеграцией на уровне платы. Эти цифровые микросхемы, обычно микропроцессоры , DSP и микроконтроллеры , используют булеву алгебру для обработки «единицы» и «нуля» сигналов .
К наиболее совершенным интегральным схемам относятся микропроцессоры или « ядра », используемые в персональных компьютерах, сотовых телефонах, микроволновых печах и т. д. Несколько ядер могут быть объединены в одну ИС или чип. цифровой Чипы памяти и интегральные схемы специального назначения (ASIC) являются примерами других семейств интегральных схем.
В 1980-х годах программируемые логические устройства были разработаны . Эти устройства содержат схемы, логическая функция и подключение которых могут быть запрограммированы пользователем, а не исправлены производителем интегральных схем. Это позволяет запрограммировать микросхему на выполнение различных функций типа LSI, таких как логические элементы , сумматоры и регистры . Программируемость проявляется в различных формах: устройства, которые можно запрограммировать только один раз , устройства, которые можно стереть, а затем перепрограммировать с помощью УФ-излучения , устройства, которые можно (пере)программировать с использованием флэш-памяти , и программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA), которые можно запрограммировать в любой момент, в том числе во время работы. Современные FPGA могут (по состоянию на 2016 год) реализовывать эквивалент миллионов вентилей и работать на частотах до 1 ГГц . [69]
Аналоговые микросхемы, такие как датчики , схемы управления питанием и операционные усилители (ОУ), обрабатывают непрерывные сигналы и выполняют аналоговые функции, такие как усиление , активная фильтрация , демодуляция и микширование .
Микросхемы могут объединять 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 нельзя было производить 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 подразделяют интегральные схемы на подкатегории:
- Цифровые ИС подразделяются на логические ИС (например, микропроцессоры и микроконтроллеры ), микросхемы памяти (например, МОП-память и память с плавающим затвором ), интерфейсные ИС ( сдвигатели уровня , сериализаторы/десериализаторы и т. д.), ИС управления питанием и программируемые устройства. .
- Аналоговые микросхемы подразделяются на линейные интегральные схемы и радиочастотные схемы ( радиочастотные схемы).
- Интегральные схемы смешанных сигналов подразделяются на ИС сбора данных (включая аналого-цифровые преобразователи , цифро-аналоговые преобразователи , цифровые потенциометры ), ИС часов/синхронизации , схемы с переключаемыми конденсаторами (SC) и радиочастотные КМОП- схемы.
- Трехмерные интегральные схемы (3D-ИС) подразделяются на ИС со сквозным кремниевым соединением (TSV) и ИС с соединением Cu-Cu.
Производство [ править ]
 | Это раздел нуждается в дополнительных ссылок для проверки . ( май 2022 г. ) |
Изготовление [ править ]
.svg)
Полупроводники таблицы периодической были химических элементов идентифицированы как наиболее вероятные материалы для твердотельной вакуумной лампы . Начиная с оксида меди , переходя к германию , затем к кремнию , 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 применений, таких как светодиоды , лазеры , солнечные элементы и высокоскоростные интегральные схемы. ушли десятилетия На совершенствование методов создания кристаллов с минимальными дефектами полупроводниковых материалов кристаллической структуры .
Полупроводниковые ИС изготавливаются в рамках планарного процесса , 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. В более поздних или высокопроизводительных микросхемах вместо планарных транзисторов могут использоваться многозатворные транзисторы FinFET или GAAFET , начиная с узла 22 нм (Intel) или узла 16/14 нм. [71]
монокристаллического кремния пластины В большинстве случаев используются другие полупроводники, такие как арсенид галлия (или для специальных применений используются ). Пластина не обязательно должна быть полностью кремниевой. Фотолитография используется для маркировки различных областей подложки, которые подлежат легированию или для нанесения на них поликремниевых, изоляторов или металлических (обычно алюминиевых или медных) дорожек. Легирующие примеси — это примеси, намеренно вводимые в полупроводник для модуляции его электронных свойств. Легирование – это процесс добавления легирующих примесей в полупроводниковый материал.
- 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 (так называемые диффузионные слои), некоторые определяют места имплантации дополнительных ионов (слои имплантатов), некоторые определяют проводники (слои легированного поликремния или металлические слои), а некоторые определяют соединения между проводящими слоями. (через или контактные слои). Все компоненты состоят из определенной комбинации этих слоев.
- самовыравнивания КМОП В процессе транзистор формируется там, где слой затвора (поликремния или металла) пересекает диффузионный слой (это называется «самовыравнивающийся затвор» ). [72] : п.1 (см. рис. 1.1)
- Емкостные структуры , по форме очень похожие на параллельные проводящие пластины традиционного электрического конденсатора , формируются в соответствии с площадью «пластин» с изоляционным материалом между пластинами. В микросхемах часто используются конденсаторы самых разных размеров.
- Извилистые полосы различной длины иногда используются для формирования встроенных резисторов , хотя большинству логических схем резисторы не требуются. Отношение длины резистивной структуры к ее ширине в сочетании с удельным сопротивлением ее листа определяет сопротивление.
- Реже индуктивные структуры могут быть построены в виде крошечных катушек на кристалле или смоделированы гираторами .
Поскольку устройство КМОП потребляет ток только при переходе между логическими состояниями , устройства КМОП потребляют гораздо меньше тока, чем устройства на биполярных транзисторах .
Оперативная память — наиболее обычный тип интегральной схемы; Таким образом, устройствами с самой высокой плотностью являются воспоминания; но даже микропроцессор будет иметь встроенную память. (См. регулярную структуру массива внизу первого изображения. [ который? ] ) Несмотря на то, что структуры сложны – их ширина сокращается на протяжении десятилетий – слои остаются намного тоньше ширины устройства. Слои материала изготавливаются во многом аналогично фотографическому процессу, хотя световые волны видимого спектра нельзя использовать для «экспонирования» слоя материала, поскольку они были бы слишком велики для таких особенностей. Таким образом, фотоны более высоких частот (обычно ультрафиолетовые ) используются для создания узоров для каждого слоя. Поскольку каждая деталь настолько мала, электронные микроскопы являются важным инструментом для инженера -технолога , который может отлаживать производственный процесс.
Каждое устройство перед упаковкой тестируется с использованием автоматизированного испытательного оборудования (ATE) в процессе, известном как тестирование пластин или зондирование пластин. Затем пластину разрезают на прямоугольные блоки, каждый из которых называется штампом . Каждый исправный кристалл (множественные кубики , штампы или кристалл ) затем соединяется с корпусом с помощью алюминиевых (или золотых) соединительных проводов , которые соединяются термозвуком. [73] к площадкам , обычно расположенным по краю матрицы. Термозвуковая связь была впервые представлена А. Кукуласом и стала надежным средством формирования жизненно важных электрических связей с внешним миром. После упаковки устройства проходят окончательное тестирование на том же или аналогичном ATE, который использовался при зондировании пластин. промышленную компьютерную томографию Также можно использовать . Стоимость испытаний может составлять более 25% стоимости изготовления недорогих продуктов, но может быть незначительной для малопроизводительных, более крупных или более дорогих устройств.
По состоянию на 2022 год [update]Строительство производственного предприятия (широко известного как завод по производству полупроводников ) может стоить более 12 миллиардов долларов США. [74] Стоимость производственного предприятия со временем возрастает из-за увеличения сложности новых продуктов; это известно как закон Рока . Такое учреждение отличается:
- Вафли обеденной диаметром до 300 мм (шире обычной тарелки ).
- По состоянию на 2022 год [update], транзисторы 5 нм.
- Медные межсоединения , в которых медная проводка заменяет алюминиевую в межсоединениях.
- с низким κ Диэлектрические изоляторы .
- Кремний на изоляторе (SOI).
- Напряженный кремний в процессе, используемом IBM , известном как «Напряженный кремний непосредственно на изоляторе» (SSDOI).
- Многозатворные устройства , такие как трехзатворные транзисторы.
Микросхемы могут производиться либо собственными силами производителями интегрированных устройств (IDM), либо с использованием литейного производства . IDM — это вертикально интегрированные компании (такие как Intel и Samsung ), которые разрабатывают, производят и продают свои собственные микросхемы и могут предлагать услуги по проектированию и/или производству (литейное производство) другим компаниям (последние часто компаниям, не имеющим собственного капитала ). В литейной модели компании без собственных производственных мощностей (например, Nvidia ) только разрабатывают и продают микросхемы, а все производство передают на аутсорсинг литейным заводам , таким как TSMC . Эти литейные заводы могут предлагать услуги по проектированию микросхем.
Упаковка [ править ]
Самые ранние интегральные схемы были упакованы в плоские керамические корпуса , которые в течение многих лет продолжали использоваться военными из-за своей надежности и небольшого размера. Коммерческая упаковка быстро перешла на двухрядную упаковку (DIP), сначала из керамики, а затем из пластика, который обычно представляет собой крезол - формальдегид - новолак . В 1980-х годах количество контактов в схемах СБИС превысило практический предел для корпусов DIP, что привело к созданию корпусов с решеткой выводов (PGA) и корпусов с бесвыводными носителями микросхем (LCC). Корпуса для поверхностного монтажа появились в начале 1980-х годов и стали популярными в конце 1980-х годов, в них использовался более мелкий шаг выводов с выводами в форме крыла чайки или J-образного вывода, примером чему является корпус интегральной схемы малого контура (SOIC) - носитель, который занимает площадь примерно на 30–50% меньше, чем эквивалентный DIP, и обычно на 70% тоньше. Этот комплект имеет выводы типа «крыло чайки», выступающие с двух длинных сторон, и расстояние между выводами составляет 0,050 дюйма.
В конце 1990-х годов пластиковый четырехъядерный плоский корпус (PQFP) и тонкий корпус малого размера (TSOP) стали наиболее распространенными для устройств с большим количеством контактов, хотя корпуса PGA все еще используются для микропроцессоров высокого класса .
Пакеты с решетчатыми шариками (BGA) существуют с 1970-х годов. Корпуса с шариковой решеткой с перевернутым чипом , которые допускают гораздо большее количество контактов, чем корпуса других типов, были разработаны в 1990-х годах. В корпусе FCBGA кристалл устанавливается перевернутым (перевернутым) и соединяется с шариками корпуса через подложку корпуса, похожую на печатную плату, а не с помощью проводов. массив сигналов ввода-вывода Пакеты FCBGA позволяют распределять (называемый Area-I/O) по всему кристаллу, а не ограничивать его периферией. Преимущество устройств BGA заключается в том, что они не нуждаются в выделенном разъеме, но их гораздо сложнее заменить в случае неисправности устройства.
Intel перешла от PGA к массиву наземных сетей (LGA) и BGA, начиная с 2004 года, причем последний сокет PGA был выпущен в 2014 году для мобильных платформ. По состоянию на 2018 год [update], AMD использует пакеты PGA в основных процессорах для настольных ПК, [76] BGA-пакеты на мобильных процессорах, [77] а высокопроизводительные настольные и серверные микропроцессоры используют корпуса 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 проводящими дорожками на печатной плате . Материалы и конструкции, используемые на пути прохождения этих электрических сигналов, имеют совершенно другие электрические свойства по сравнению с теми, которые проходят к различным частям одного и того же кристалла. В результате им требуются специальные методы проектирования, чтобы гарантировать, что сигналы не будут искажены, а также гораздо больше электроэнергии, чем сигналы, заключенные в самом кристалле.
Когда несколько кристаллов помещаются в один корпус, в результате получается система в пакете , сокращенно SiP . ( Многочиповый модуль MCM ) создается путем объединения нескольких кристаллов на небольшой подложке, часто изготовленной из керамики. Различие между большим MCM и маленькой печатной платой иногда нечеткое.
Компактные интегральные схемы обычно достаточно велики, чтобы содержать идентифицирующую информацию. Четыре общих раздела — это название или логотип производителя, номер детали, номер производственной партии детали и серийный номер , а также четырехзначный код даты, указывающий, когда чип был изготовлен. Чрезвычайно маленькие детали для поверхностного монтажа производителя часто имеют только номер, используемый в справочной таблице для определения характеристик интегральной схемы.
Дата изготовления обычно представляется в виде двухзначного года, за которым следует двухзначный 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 ее изготовления на основе полученных фотографий является поводом для введения законодательства об охране топологии. Закон США о защите полупроводниковых чипов 1984 года установил защиту интеллектуальной собственности на фотошаблоны, используемые для производства интегральных схем. [79]
Дипломатическая конференция, состоявшаяся в Вашингтоне, округ Колумбия, в 1989 году приняла Договор об интеллектуальной собственности в отношении интегральных микросхем. [80] также называемый Вашингтонским договором или Договором IPIC. В настоящее время договор не вступил в силу, но был частично интегрирован в соглашение ТРИПС . [81]
Существует несколько патентов США, связанных с интегральными схемами, в том числе патенты Дж. С. Килби US3 138 743 , US 3 261 081 , US 3 434 015 и RF Stewart US 3 138 747 .
Национальные законы, защищающие топологии ИС, приняты в ряде стран, в том числе в Японии, [82] ЕС , [83] Великобритании, Австралии и Корее. Великобритания приняла Закон об авторском праве, промышленных образцах и патентах 1988 г., c. 48, § 213, после того, как первоначально компания заняла позицию, согласно которой ее закон об авторском праве полностью защищает топографии чипов. См. дело British Leyland Motor Corp. против Armstrong Patents Co.
Критика неадекватности британского подхода к авторскому праву, как его воспринимает американская индустрия микросхем, обобщена в дальнейших разработках в области прав на чипы. [84]
Австралия приняла Закон о схемах схем 1989 года как своеобразную форму защиты чипов. [85] В 1992 году Корея приняла Закон о топологии полупроводниковых интегральных схем . [86]
Поколения [ править ]
На заре создания простых интегральных схем масштабы технологии ограничивали количество каждого чипа всего несколькими транзисторами , а низкая степень интеграции означала, что процесс проектирования был относительно простым. Доходность производства также была довольно низкой по сегодняшним меркам. По мере развития технологии металл-оксид-полупроводник (МОП) миллионы, а затем и миллиарды МОП-транзисторов можно было разместить на одном кристалле. [87] а хорошие проекты требовали тщательного планирования, что привело к появлению области автоматизации электронного проектирования , или EDA. Некоторые чипы SSI и MSI, такие как дискретные транзисторы , до сих пор производятся массово, как для обслуживания старого оборудования, так и для создания новых устройств, требующих всего несколько вентилей. стандартом факто - де Например, серия TTL-чипов 7400 стала и продолжает производиться.
| Акроним | Имя | Год | Количество транзисторов [88] | логических элементов Число [89] |
|---|---|---|---|---|
| ССИ | малая интеграция | 1964 | от 1 до 10 | от 1 до 12 |
| МСИ | среднемасштабная интеграция | 1968 | от 10 до 500 | с 13 до 99 |
| БИС | масштабная интеграция | 1971 | от 500 до 20 000 | от 100 до 9999 |
| СБИС | очень масштабная интеграция | 1980 | от 20 000 до 1 000 000 | от 10 000 до 99 999 |
| УЛСИ | сверхширокомасштабная интеграция | 1984 | 1 000 000 и более | 100 000 и более |
Малая интеграция (SSI) [ править ]
Первые интегральные схемы содержали всего несколько транзисторов. Ранние цифровые схемы, содержащие десятки транзисторов, содержали несколько логических вентилей, а ранние линейные микросхемы, такие как Plessey SL201 или Philips TAA320, имели всего два транзистора. С тех пор количество транзисторов в интегральной схеме резко возросло. Термин «крупномасштабная интеграция» (LSI) был впервые использован IBM ученым Рольфом Ландауэром при описании теоретической концепции; [90] этот термин породил термины «малая интеграция» (SSI), «среднемасштабная интеграция» (MSI), «очень крупномасштабная интеграция» (VLSI) и «сверхкрупномасштабная интеграция» (ULSI). ). Первые интегральные схемы были SSI.
Схемы SSI имели решающее значение для ранних аэрокосмических проектов, а аэрокосмические проекты способствовали развитию этой технологии. И ракете «Минитмен» , и программе «Аполлон» требовались легкие цифровые компьютеры для их инерциальных систем наведения. Хотя управляющий компьютер «Аполлон» стал движущей силой технологии интегральных схем, [91] именно ракета «Минитмен» вынудила его начать массовое производство. Ракетная программа Minuteman и различные другие программы ВМС США в 1962 году составляли общий рынок интегральных схем стоимостью 4 миллиона долларов, а к 1968 году расходы правительства США на космос и оборону все еще составляли 37% от общего объема производства в 312 миллионов долларов.
Спрос со стороны правительства США поддерживал зарождающийся рынок интегральных микросхем до тех пор, пока цены не упали настолько, чтобы позволить фирмам-интеграторам проникнуть на промышленный рынок и, в конечном итоге, на потребительский рынок. Средняя цена за интегральную схему упала с 50 долларов в 1962 году до 2,33 доллара в 1968 году. [92] Интегральные схемы начали появляться в потребительских товарах на рубеже 1970-х годов. Типичным применением была FM обработка звука между несущими в телевизионных приемниках.
Первыми прикладными MOS- чипами были микросхемы малой интеграции (SSI). [93] После Мохамеда М. Аталлы предложения о интегральной микросхеме МОП в 1960 году, [94] Самым ранним экспериментальным МОП-чипом, который был изготовлен, был чип с 16 транзисторами, созданный Фредом Хейманом и Стивеном Хофштейном в RCA в 1962 году. [33] Первое практическое применение чипов MOS SSI было для НАСА спутников . [93]
Среднемасштабная интеграция (MSI) [ править ]
Следующим шагом в развитии интегральных схем стали устройства, содержащие сотни транзисторов на каждом кристалле, получившие название «средней интеграции» (MSI).
Технология масштабирования MOSFET позволила создавать чипы высокой плотности. [28] К 1964 году МОП-чипы достигли более высокой плотности транзисторов и более низких производственных затрат, чем биполярные чипы. [35]
В 1964 году Фрэнк Ванласс продемонстрировал сконструированный им однокристальный 16-битный сдвиговый регистр с невероятными для того времени 120 МОП-транзисторами на одном кристалле. [93] [95] В том же году компания General Microelectronics представила первую коммерческую интегральную микросхему МОП, состоящую из 120 МОП- транзисторов с p-каналом. [34] Это был 20-битный сдвиговый регистр , разработанный Робертом Норманом. [33] и Фрэнк Ванласс. [96] [97] Сложность МОП-чипов продолжала увеличиваться со скоростью, предсказанной законом Мура , что привело к появлению микросхем с сотнями МОП-транзисторов на кристалле к концу 1960-х годов. [35]
Крупномасштабная интеграция (LSI) [ править ]
Дальнейшее развитие, вызванное той же технологией масштабирования MOSFET и экономическими факторами, привело к середине 1970-х годов к «крупномасштабной интеграции» (LSI) с десятками тысяч транзисторов на кристалл. [98]
Маски, используемые для обработки и производства устройств SSI, MSI и ранних устройств LSI и VLSI (таких как микропроцессоры начала 1970-х годов), в основном создавались вручную, часто с использованием рубилитовой ленты или чего-то подобного. [99] Для больших или сложных ИС (таких как память или процессоры ) это часто делалось специально нанятыми специалистами, отвечающими за компоновку схем, под руководством группы инженеров, которые также вместе с разработчиками схем проверяли и проверяли. правильность и полноту каждой маски.
Интегральные схемы, такие как 1-килобитная ОЗУ, микросхемы калькуляторов и первые микропроцессоры, которые начали производиться в умеренных количествах в начале 1970-х годов, содержали менее 4000 транзисторов. Настоящие схемы БИС, численностью около 10 000 транзисторов, начали производиться примерно в 1974 году для основной памяти компьютеров и микропроцессоров второго поколения.
Очень крупномасштабная интеграция (СБИС) [ править ]
«Очень крупномасштабная интеграция» ( СБИС ) — это разработка, начатая с сотен тысяч транзисторов в начале 1980-х годов, и по состоянию на 2023 год количество транзисторов продолжает расти и превышает 5,3 триллиона транзисторов на кристалл.
Для достижения такой повышенной плотности потребовалось множество разработок. Производители перешли на меньшие MOSFET правила проектирования и более чистые производственные мощности . Путь совершенствования процессов был обобщен в Международной технологической дорожной карте для полупроводников (ITRS), на смену которой с тех пор пришла Международная дорожная карта для устройств и систем (IRDS). Усовершенствованы электронные инструменты проектирования , что позволяет выполнять проекты в разумные сроки. Более энергоэффективные CMOS заменили NMOS и PMOS , избежав непомерного увеличения энергопотребления . Сложность и плотность современных устройств СБИС сделали невозможной проверку масок или выполнение оригинальной конструкции вручную. Вместо этого инженеры используют инструменты EDA для выполнения большинства работ по функциональной проверке . [100]
(ОЗУ) емкостью один мегабит В 1986 году были представлены микросхемы оперативной памяти , содержащие более миллиона транзисторов. Микропроцессорные чипы преодолели отметку в миллион транзисторов в 1989 году и отметку в миллиард транзисторов в 2005 году. [101] Эта тенденция практически не ослабевает: в 2007 году были представлены чипы, содержащие десятки миллиардов транзисторов памяти. [102]
ULSI, WSI, SoC и 3D-IC [ править ]
Чтобы отразить дальнейший рост сложности, для чипов, содержащих более 1 миллиона транзисторов, был предложен термин ULSI , что означает «сверхбольшая интеграция». [103]
Интеграция в масштабе пластины (WSI) — это средство создания очень больших интегральных схем, в которых для производства одного «суперчипа» используется вся кремниевая пластина. Благодаря сочетанию большого размера и уменьшенной упаковки WSI может привести к значительному снижению затрат на некоторые системы, особенно на суперкомпьютеры с массовым параллелизмом. Название взято из термина «Очень-крупномасштабная интеграция», обозначавшего текущее состояние техники на момент разработки WSI. [104] [105]
Система на кристалле (SoC или SOC) — это интегральная схема, в которой все компоненты, необходимые для компьютера или другой системы, включены в один кристалл. Конструкция такого устройства может быть сложной и дорогостоящей, и хотя выигрыш в производительности можно получить за счет интеграции всех необходимых компонентов на одном кристалле, затраты на лицензирование и разработку однокристальной машины по-прежнему перевешивают необходимость использования отдельных устройств. При соответствующем лицензировании эти недостатки компенсируются более низкими затратами на производство и сборку, а также значительно уменьшенным бюджетом мощности: поскольку сигналы между компонентами сохраняются на кристалле, требуется гораздо меньше энергии (см. Упаковка ). [106] Кроме того, источники и пункты назначения сигналов физически расположены ближе на кристалле, что уменьшает длину проводки и, следовательно, задержку , затраты на мощность передачи и потери тепла от связи между модулями на одном кристалле. Это привело к исследованию так называемых устройств «сеть-на-кристалле» (NoC), которые применяют методологии проектирования «система-на-кристалле» к цифровым сетям связи в отличие от традиционных шинных архитектур .
( Трехмерная интегральная схема 3D-IC) имеет два или более слоев активных электронных компонентов, которые интегрированы как по вертикали, так и по горизонтали в одну схему. Для связи между уровнями используется встроенная сигнализация, поэтому энергопотребление намного ниже, чем в эквивалентных отдельных схемах. Разумное использование коротких вертикальных проводов может существенно уменьшить общую длину проводов и ускорить работу. [107]
Силиконовая граффити маркировка и
Чтобы обеспечить идентификацию во время производства, большинство кремниевых чипов имеют серийный номер в одном углу. Также принято добавлять логотип производителя. С тех пор, как были созданы микросхемы, некоторые разработчики микросхем использовали поверхность кремния для тайных, нефункциональных изображений или слов. Их иногда называют чип-артом , кремниевым искусством, кремниевыми граффити или кремниевыми рисунками. [ нужна цитата ]
Микросхемы и семейства микросхем [ править ]
- Микросхема таймера 555
- Операционный усилитель
- Интегральные схемы серии 7400
- Интегральные схемы серии 4000 , КМОП-аналог серии 7400 (см. также: серия 74HC00 )
- Intel 4004 , обычно считающийся первым коммерчески доступным микропроцессором , который привел к созданию 8008, знаменитого процессора 8080 , 8086, 8088 (использовавшегося в оригинальном IBM PC ) и полностью обратно совместимого (с 8088/8086) 80286. , 80386/i386, i486 и т. д.
- Микропроцессоры MOS Technology 6502 и Zilog Z80 , использовавшиеся во многих домашних компьютерах начала 1980-х годов.
- Серия Motorola 6800 компьютерных чипов , ведущая к сериям 68000 и 88000 (серия 68000 была очень успешной и использовалась в Apple Lisa и Macintosh на базе PowerPC, Commodore Amiga , Atari ST/TT/Falcon030 и Семейства компьютеров NeXT, а также множество моделей рабочих станций и серверов многих производителей 80-х годов, а также множество других систем и устройств)
- Серия LM аналоговых интегральных схем
См. также [ править ]
- Центральное процессорное устройство
- Чип-носитель
- ЧИПС и Закон о науке
- Чипсет
- метод Чохральского
- Темный кремний
- Ионная имплантация
- Интегрированная логика впрыска
- Интегрированные пассивные устройства
- Узкое место межсоединения
- Выделение тепла в интегральных схемах
- Срок службы при высоких температурах
- Микроэлектроника
- Монолитная интегральная схема СВЧ
- Многопороговая КМОП
- Кремний-германий
- Звуковой чип
- СПАЙС
- Тепловое моделирование для интегральных схем
- Гиброт
Ссылки [ править ]
- ^ «Интегральная схема (ИС)» . ДЖЕДЕК .
- ^ Уайли, Эндрю (2009). «Первые монолитные интегральные схемы» . Архивировано из оригинала 4 мая 2018 года . Проверено 14 марта 2011 г.
Сегодня, когда люди говорят «интегральная схема», они обычно имеют в виду монолитную микросхему, вся схема которой построена из одного куска кремния.
- ^ 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, состоящие из дискретных транзисторов, сами по себе представляют собой просто массивы транзисторов и других компонентов, построенных из одного чипа из полупроводникового материала.
- ^ Майк Харрисон, Mike's Electric Stuff (1998-2014) Многоклапанный клапан Loewe 3NF — первая интегральная схема.
- ^ «Радиоламп Loewe 3NF, 1926–1966 | Коллекция группы Музея науки» .
- ^ Антон Панкратов (20 ноября 2010 г.) Интегрированная лампа Loewe 3NF
- ^ Клайв Максфилд, EE Times (04.05.2006) Первая «интегральная схема» 1926 года!
- ^ Перейти обратно: а б «Кто изобрел микросхему?» . Блог @CHM. Музей истории компьютеров. 20 августа 2014 г.
- ^ «Интегральные схемы помогают изобретениям» . Integratedcircuithelp.com . Проверено 13 августа 2012 г.
- ^ Патент DE 833366 , В. Якоби, «Полупроводниковый усилитель», опубликованный 15 мая 1952 г., передан SIEMENS AG.
- ^ «Несчастная история Джеффри Даммера» . epn-online.com . 1 октября 2005 г. Архивировано из оригинала 26 июля 2011 г.
- ^ Саксена, Арджум (2009). Изобретение интегральных схем: неописанные важные факты . Всемирная научная. стр. 95–103.
- ^ Перейти обратно: а б с Росткий, Георгий. «Микромодули: идеальный пакет» . ЭЭ Таймс . Архивировано из оригинала 7 января 2010 года . Проверено 23 апреля 2018 г.
- ^ «Микромодуль RCA» . Винтажные коллекционные компьютерные чипы, памятные вещи и ювелирные изделия . Проверено 23 апреля 2018 г.
- ^ Даммер, GWA; Робертсон, Дж. Маккензи (16 мая 2014 г.). Ежегодник данных американской микроэлектроники за 1964–65 гг . Эльзевир. стр. 392–397, 405–406. ISBN 978-1-4831-8549-1 .
- ^ «Чип, который построил Джек, изменил мир» . ti.com . 9 сентября 1997 года. Архивировано из оригинала 18 апреля 2000 года.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ Патент США 3138743 , Килби, Джек С., «Миниатюрные электронные схемы», опубликован 23 июня 1964 г.
- ^ Уинстон, Брайан (1998). Медиа-технологии и общество: история: от телеграфа к Интернету . Рутледж. п. 221. ИСБН 978-0-415-14230-4 .
- ^ «Texas Instruments – 1961 год. Первый компьютер на базе микросхемы» . Ti.com . Проверено 13 августа 2012 г.
- ^ «Нобелевская премия по физике 2000 года» . NobelPrize.org . 10 октября 2000 г.
- ^ Перейти обратно: а б с "Интегральные схемы" . НАСА . Проверено 13 августа 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б «1959: Запатентована практическая концепция монолитной интегральной схемы» . Музей истории компьютеров . Проверено 13 августа 2019 г.
- ^ Холл, Элдон К. (1996). Путешествие на Луну: история компьютера управления Аполлоном . Библиотека полета. Американский институт аэронавтики и астронавтики. стр. 18–19. ISBN 978-1-56347-185-8 . Проверено 5 октября 2023 г.
- ^ «Пионеры компьютеров - Джеймс Л. Буи» . Компьютерное общество IEEE . Проверено 25 мая 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Texas Instruments TMX 1795: (почти) первый, забытый микропроцессор» . Блог Кена Ширриффа . 25 октября 1970 года.
- ^ Куо, Юэ (1 января 2013 г.). «Технология тонкопленочных транзисторов — прошлое, настоящее и будущее» (PDF) . Интерфейс электрохимического общества . 22 (1): 55–61. Бибкод : 2013ECSIn..22a..55K . дои : 10.1149/2.F06131if .
- ^ «1960: Демонстрация металлооксидно-полупроводникового (МОП) транзистора» . Музей истории компьютеров .
- ^ Перейти обратно: а б Лоус, Дэвид (4 декабря 2013 г.). «Кто изобрел транзистор?» . Музей истории компьютеров .
- ^ Бассетт, Росс Нокс (2002). В эпоху цифровых технологий: исследовательские лаборатории, стартапы и развитие MOS-технологий . Издательство Университета Джонса Хопкинса . стр. 53–4. ISBN 978-0-8018-6809-2 .
- ^ Бассетт, Росс Нокс (2007). В эпоху цифровых технологий: исследовательские лаборатории, стартапы и развитие MOS-технологий . Издательство Университета Джонса Хопкинса . стр. 22–25. ISBN 9780801886393 .
- ^ «Вехи: первая полупроводниковая интегральная схема (ИС), 1958 год» . Сеть глобальной истории IEEE . ИИЭЭ . Проверено 3 августа 2011 г.
- ^ «Вехи: Список вех IEEE - Wiki по истории техники и технологий» . ethw.org . 9 декабря 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д «Черепаха транзисторов побеждает в гонке - революция CHM» . Музей истории компьютеров . Проверено 22 июля 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б «1964 – Представлена первая коммерческая МОП-ИС» . Музей истории компьютеров .
- ^ Перейти обратно: а б с д Ширрифф, Кен (30 августа 2016 г.). «Удивительная история первых микропроцессоров» . IEEE-спектр . 53 (9). Институт инженеров по электротехнике и электронике : 48–54. дои : 10.1109/MSPEC.2016.7551353 . S2CID 32003640 .
- ^ «1968: Разработана технология кремниевых затворов для микросхем» . Музей истории компьютеров . Проверено 22 июля 2019 г.
- ^ «1968: Разработана технология кремниевых затворов для микросхем» . Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров . Проверено 13 октября 2019 г.
- ^ Хиттингер, Уильям К. (1973). «Технология металл-оксид-полупроводник». Научный американец . 229 (2): 48–59. Бибкод : 1973SciAm.229b..48H . doi : 10.1038/scientificamerican0873-48 . JSTOR 24923169 .
- ^ Канеллос, Майкл (11 февраля 2003 г.). «Закон Мура будет действовать еще десять лет» . CNET .
- ^ Давари, Биджан, Роберт Х. Деннард и Гавам Г. Шахиди (1995). «Масштабирование КМОП для обеспечения высокой производительности и низкого энергопотребления — следующие десять лет» (PDF) . Труды IEEE . Том. 83, нет. 4. С. 595–606.
{{cite news}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ «Qualcomm и Samsung сотрудничают в разработке 10-нм техпроцесса для новейшего мобильного процессора Snapdragon 835» . news.samsung.com . Проверено 11 февраля 2017 г. .
- ^ Перейти обратно: а б «Внутри Паскаля: новейшая вычислительная платформа NVIDIA» . 5 апреля 2016 г. . 15 300 000 000 транзисторов в 610 мм 2 .
- ^ «Международная дорожная карта для устройств и систем» (PDF) . IEEE. 2016.
- ^ Нобелевская премия по физике 2009 г. , Нобелевский фонд, 6 октября 2009 г. , получено 6 октября 2009 г.
- ^ Фудзита, Х. (1997). Десятилетие МЭМС и его будущее . Десятый ежегодный международный семинар по микроэлектромеханическим системам. дои : 10.1109/MEMSYS.1997.581729 .
- ^ Нарасимха, А.; и другие. (2008). «Оптоэлектронный приемопередатчик QSFP со скоростью 40 Гбит / с, выполненный по технологии КМОП-кремний на изоляторе толщиной 0,13 мкм» . Материалы конференции по волоконно-оптической связи (ОФК) : ОМК7.
- ^ «Производитель оптических чипов фокусируется на высокопроизводительных вычислениях» . 7 апреля 2022 г.
- ^ Биркхольц, М.; Май, А.; Венгер, К.; Мелиани, К.; Шольц, Р. (2016). «Технологические модули микро- и наноэлектроники для наук о жизни» . ПРОВОДА Наномед. Нанобиотехнологии . 8 (3): 355–377. дои : 10.1002/wnan.1367 . ПМИД 26391194 .
- ^ Грэм, Энтони HD; Роббинс, Джон; Боуэн, Крис Р.; Тейлор, Джон (2011). «Коммерциализация технологии КМОП-интегральных схем в многоэлектродных матрицах для нейробиологии и клеточных биосенсоров» . Датчики . 11 (5): 4943–4971. Бибкод : 2011Senso..11.4943G . дои : 10.3390/s110504943 . ПМЦ 3231360 . ПМИД 22163884 .
- ^ Ор-Бах, Цви (23 декабря 2013 г.). «Почему SOI — это технология будущего полупроводников» . semimd.com . Архивировано из оригинала 29 ноября 2014 года.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) . 2013. - ^ «Восьмистековая флэш-память Samsung появилась в iPhone 4 от Apple» . Силиконика . 13 сентября 2010 г.
- ^ Корпорация Яматаке (2002 г.). «Сферический полупроводниковый радиодатчик температуры» . Природный интерфейс . 7 : 58–59. Архивировано из оригинала 7 января 2009 года.
- ^ Такеда, Нобуо, МЭМС-приложения Ball Semiconductor Technology (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 1 января 2015 г.
- ^ «Продвинутая упаковка» .
- ^ «2,5Д» . Полупроводниковая техника .
- ^ «3D-ИС» . Полупроводниковая техника .
- ^ "Чиплет " ВикиЧип 28 февраля
- ^ «Чтобы идти в ногу с законом Мура, производители микросхем обращаются к «чиплетам» » . Проводной . 11 июня 2018 г.
- ^ Шодт, Кристофер (16 апреля 2019 г.). «Это год процессорного чиплета » . Engadget .
- ^ «Создание силовой электроники с помощью микроскопической сантехники может сэкономить огромные суммы денег - IEEE Spectrum» .
- ^ «Стартап сжимает кулер Пельтье, помещает его в корпус чипа» . 10 января 2008 г.
- ^ «Wire Bond против упаковки с перевернутым чипом | Обзор полупроводников» . 10 декабря 2016 г.
- ^ ЛаПедус, Марк (16 апреля 2015 г.). «Развертывание FinFET медленнее, чем ожидалось» . Полупроводниковая техника.
- ^ Басу, Джойдип (9 октября 2019 г.). «От проектирования до вывода на ленту в технологии производства интегральных схем КМОП SCL 180 нм». Образовательный журнал IETE . 60 (2): 51–64. arXiv : 1908.10674 . дои : 10.1080/09747338.2019.1657787 . S2CID 201657819 .
- ^ «Об индустрии EDA» . Консорциум автоматизации электронного проектирования . Архивировано из оригинала 2 августа 2015 года . Проверено 29 июля 2015 г.
- ^ Грей, Пол Р.; Херст, Пол Дж.; Льюис, Стивен Х.; Мейер, Роберт Г. (2009). Анализ и проектирование аналоговых интегральных схем . Уайли. ISBN 978-0-470-24599-6 .
- ^ Рабай, Ян М.; Чандракасан, Ананта; Николич, Боривое (2003). Цифровые интегральные схемы (2-е изд.). Пирсон. ISBN 978-0-13-090996-1 .
- ^ Бейкер, Джейкоб (2008). КМОП: проектирование схем смешанных сигналов . Уайли. ISBN 978-0-470-29026-2 .
- ^ «Обзор устройства Stratix 10» (PDF) . Альтера . 12 декабря 2015 г.
- ^ Натавад, Л.; Заргари, М.; Самавати, Х.; Мехта, С.; Хейрхаки, А.; Чен, П.; Гонг, К.; Вакиль-Амин, Б.; Хван, Дж.; Чен, М.; Теровитис, М.; Качиньский, Б.; Лимотиракис, С.; Мак, М.; Ган, Х.; Ли, М.; Абдуллахи-Алибейк, Б.; Байтекин Б.; Онодера, К.; Мендис, С.; Чанг, А.; Джен, С.; Су, Д.; Вули, Б. «20.2: двухдиапазонная система на кристалле CMOS MIMO Radio для беспроводной локальной сети IEEE 802.11n» (PDF) . Веб-хостинг IEEE Entity . IEEE. Архивировано из оригинала PDF ) 23 октября. ( Получено 22 октября.
- ^ «16/14 нм FinFET: открывая новые возможности в области электроники» . www.electronicdesign.com . 17 января 2013 г.
- ^ Мид, Карвер ; Конвей, Линн (1991). Введение в системы СБИС . Издательство Аддисон Уэсли. ISBN 978-0-201-04358-7 . OCLC 634332043 .
- ^ «Ультразвуковая сварка при горячей обработке - метод облегчения текучести металла посредством процессов восстановления» , Proc. 20-я конференция электронных компонентов IEEE. Вашингтон, округ Колумбия, май 1970 г., стр. 549–556.]
- ^ Чафкин (15 мая 2020 г.). «TSMC построит 5-нм завод в Аризоне, который будет запущен в эксплуатацию в 2024 году» . Анандтех.
- ^ «ИС 145 серии (на русском языке)» . Проверено 22 апреля 2012 г.
- ^ Моаммер, Халид (16 сентября 2016 г.). «На фото процессор AMD Zen и разъем AM4, выпуск в феврале 2017 г. — подтвержден дизайн PGA с 1331 контактом» . Wccftech . Проверено 20 мая 2018 г.
- ^ «Ryzen 5 2500U — AMD — WikiChip» . Wikichip.org . Проверено 20 мая 2018 г.
- ^ Унг, Гордон Мах (30 мая 2017 г.). «Сокет процессора AMD 'TR4' Threadripper огромен» . ПКМир . Проверено 20 мая 2018 г.
- ^ «Федеральная законодательная защита масок» (PDF) . Бюро регистрации авторских прав США . Проверено 22 октября 2016 г. .
- ^ «Вашингтонский договор об интеллектуальной собственности в отношении интегральных микросхем» . www.wipo.int .
- ^ 1 января 1995 г. Соглашение о торговых аспектах прав интеллектуальной собственности вступило в силу (ТРИП) (Приложение 1C к Соглашению Всемирной торговой организации (ВТО)). Часть II, раздел 6 ТРИПС защищает продукцию полупроводниковых микросхем и легла в основу Президентского указа № 6780 от 23 марта 1995 г. в соответствии с § 902(a)(2) SCPA, распространяющего защиту на всех нынешних и будущих членов ВТО.
- ↑ Япония была первой страной, принявшей собственную версию SCPA, японский «Закон о схеме полупроводниковой интегральной схемы» 1985 года.
- ^ В 1986 году ЕС обнародовал директиву, требующую от своих членов принять национальное законодательство по защите топографии полупроводников. Директива Совета 1987/54/EEC от 16 декабря 1986 г. о правовой охране топографии полупроводниковой продукции , ст. 1(1)(b), ОЖ 1987 г. (L 24) 36.
- ^ Стерн, Ричард (1985). «Микроправо». IEEE микро . 5 (4): 90–92. дои : 10.1109/MM.1985.304489 .
- ^ Радомский, Леон (2000). «Шестнадцать лет после принятия Закона США о защите полупроводниковых чипов: работает ли международная защита» . Журнал технологического права Беркли . 15 :1069 . Проверено 13 сентября 2022 г.
- ^ Кукконен, Карл А. III (1997–1998). «Необходимость отмены регистрации топографий интегральных микросхем при поездках» . ИДЕЯ: Журнал права и технологий . 38 :126 . Проверено 13 сентября 2022 г.
- ^ Кларк, Питер (14 октября 2005 г.). «Intel вступает в эпоху процессоров с миллиардами транзисторов» . ЭЭ Таймс . Архивировано из оригинала 8 июня 2011 года.
- ^ Далмау, М. «Микропроцессоры» (PDF) . IUT де Байонна . Архивировано из оригинала (PDF) 9 августа 2017 года . Проверено 7 июня 2015 г.
- ^ Бюллетень Фрибургского общества естественных наук, тома с 62 по 63 (на французском языке). 1973.
- ^ Сафир, Рубен (март 2015 г.). «Система на кристалле – интегральные схемы» . Журнал NYLXS . ISBN 9781312995512 .
- ^ Минделл, Дэвид А. (2008). Цифровой Аполлон: Человек и машина в космическом полете . Массачусетский технологический институт Пресс. ISBN 978-0-262-13497-2 .
- ^ Гинзберг, Эли (1976). Экономический эффект крупных государственных программ: опыт НАСА . Издательство Олимп. п. 57. ИСБН 978-0-913420-68-3 .
- ^ Перейти обратно: а б с Джонстон, Боб (1999). Мы горели: японские предприниматели и становление электронной эпохи . Основные книги. стр. 47–48. ISBN 978-0-465-09118-8 .
- ^ Московиц, Сэнфорд Л. (2016). Инновации в области передовых материалов: управление глобальными технологиями в 21 веке . Джон Уайли и сыновья . стр. 165–167. ISBN 9780470508923 .
- ^ Бойсел, Ли (12 октября 2007 г.). «Как заработать свой первый миллион (и другие советы начинающим предпринимателям)» . Презентация EECS Университета Мичигана / Записи ECE .
- ^ Килби, Дж. С. (2007). «Миниатюрные электронные схемы [Патент США № 3138743]» . Информационный бюллетень Общества твердотельных схем IEEE . 12 (2): 44–54. дои : 10.1109/N-SSC.2007.4785580 .
- ^ Патент США 3138743.
- ^ Хиттингер, Уильям К. (1973). «Технология металл-оксид-полупроводник». Научный американец . 229 (2): 48–59. Бибкод : 1973SciAm.229b..48H . doi : 10.1038/scientificamerican0873-48 . JSTOR 24923169 .
- ^ Канеллос, Майкл (16 января 2002 г.). «Случайная революция Intel» . CNET .
- ^ О'Доннелл, CF (1968). «Проектирование систем с использованием крупномасштабной интеграции» (PDF) . Афипс 1968 : 870. doi : 10.1109/AFIPS.1968.93 .
- ^ Кларк, Питер (14 октября 2005 г.). «Intel вступает в эпоху процессоров с миллиардами транзисторов» . EETimes.com . Проверено 23 мая 2022 г.
- ^ «Samsung первой начала массово производить флэш-память NAND емкостью 16 ГБ» . физ.орг . 30 апреля 2007 года . Проверено 23 мая 2022 г.
- ^ Мейндл, JD (1984). «Сверхбольшая интеграция». Транзакции IEEE на электронных устройствах . 31 (11): 1555–1561. Бибкод : 1984ITED...31.1555M . дои : 10.1109/T-ED.1984.21752 . S2CID 19237178 .
- ^ Патент США 4866501 , Шейнфилд, Дэниел, «Интеграция в масштабе пластины», опубликован в 1985 г.
- ^ Эдвардс, Бендж (14 ноября 2022 г.). «Жаждете искусственного интеллекта? Новый суперкомпьютер содержит 16 чипов размером с обеденную тарелку» . Арс Техника .
- ^ Патент США 6816750 , Клаас, Джефф, «Система на кристалле», опубликован в 2000 г.
- ^ Тополь, АВ; Тюлип, округ Колумбия; Ши, Л; и др., др. (2006). «Трехмерные интегральные схемы». Журнал исследований и разработок IBM . 50 (4,5): 491–506. дои : 10.1147/rd.504.0491 . S2CID 18432328 .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Вендрик, HJM (2017). Нанометровые КМОП-ИС: от основ до ASIC . Спрингер. ISBN 978-3-319-47595-0 . OCLC 990149326 .
- Бейкер, Р.Дж. (2010). КМОП: схемотехника, компоновка и моделирование (3-е изд.). Wiley-IEEE. ISBN 978-0-470-88132-3 . OCLC 699889340 .
- Марш, Стивен П. (2006). Практичная конструкция MMIC . Артех Хаус. ISBN 978-1-59693-036-0 . OCLC 1261968369 .
- Камензинд, Ганс (2005). Проектирование аналоговых микросхем (PDF) . Виртуальный книжный червь. ISBN 978-1-58939-718-7 . OCLC 926613209 . Архивировано из оригинала (PDF) 12 июня 2017 года.
Ганс 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 . OCLC 840380650 .
- Рабай, Дж. М.; Чандракасан, А.; Николич, Б. (2003). Цифровые интегральные схемы (2-е изд.). Пирсон. ISBN 978-0-13-090996-1 . OCLC 893541089 .
- Мид, Карвер; Конвей, Линн (1991). Введение в системы СБИС . Издательство Аддисон Уэсли. ISBN 978-0-201-04358-7 . OCLC 634332043 .
Внешние ссылки [ править ]
СМИ, связанные с интегральными схемами, на Викискладе? - Первые монолитные интегральные схемы
- Большая таблица со списком микросхем по общим номерам, включая доступ к большинству технических характеристик деталей.
- История интегральной схемы
