Il y a à peine vingt-cinq ans, les radioamateurs et les spécialistes de l'ancienne génération devaient alors étudier de nouveaux appareils : les transistors. Il n’a pas été facile d’abandonner les tubes à vide auxquels nous étions si habitués et de passer à la « famille » encombrée et en constante expansion des dispositifs à semi-conducteurs.

Et maintenant, cette «famille» commence de plus en plus à céder la place dans l'ingénierie radio et l'électronique à la dernière génération de dispositifs à semi-conducteurs - les circuits intégrés, souvent appelés CI en abrégé.

Qu'est-ce qu'un circuit intégré

Circuit intégré est une unité électronique miniature contenant dans un boîtier commun des transistors, des diodes, des résistances et d'autres éléments actifs et passifs, dont le nombre peut atteindre plusieurs dizaines de milliers.

Un microcircuit peut remplacer une unité entière d'un récepteur radio, d'un ordinateur électronique (ordinateur) et d'une machine électronique. Le « mécanisme » d’une montre-bracelet numérique, par exemple, n’est qu’une puce plus grande.

Selon leur objectif fonctionnel, les circuits intégrés sont divisés en deux groupes principaux : les microcircuits analogiques ou à impulsions linéaires et logiques ou numériques.

Les microcircuits analogiques sont destinés à l'amplification, à la génération et à la conversion d'oscillations électriques de différentes fréquences, par exemple pour les récepteurs, les amplificateurs et les logiques - pour une utilisation dans les appareils d'automatisation, dans les appareils à horloge numérique, dans les ordinateurs.

Cet atelier est consacré à la familiarisation avec le dispositif, le principe de fonctionnement et l'application possible des circuits intégrés analogiques et logiques les plus simples.

Sur une puce analogique

Parmi l'immense « famille » des microcircuits analogiques, les plus simples sont les microcircuits jumeaux K118UN1A (K1US181A) et K118UN1B (K1US181B), qui font partie de la série K118.

Chacun d’eux est un amplificateur contenant… Cependant, il vaut mieux parler plutôt de « bourrage » électronique. Pour l'instant, nous les considérerons comme des « boîtes noires » avec des broches pour y connecter des alimentations, des pièces supplémentaires, des circuits d'entrée et de sortie.

La différence entre eux réside uniquement dans leurs facteurs d'amplification pour les oscillations basse fréquence : le facteur de gain du microcircuit K118UN1A à une fréquence de 12 kHz est de 250, et celui du microcircuit K118UN1B est de 400.

Aux hautes fréquences, le gain de ces microcircuits est le même - environ 50. Ainsi, n'importe lequel d'entre eux peut être utilisé pour amplifier les oscillations des basses et des hautes fréquences, et donc pour nos expériences. L'apparence et les symboles de ces microcircuits amplificateurs sur les schémas électriques des appareils sont illustrés à la Fig. 88.

Ils ont un corps rectangulaire en plastique. Sur le dessus du boîtier se trouve une marque qui sert de point de référence pour les numéros de broches. Les microcircuits sont conçus pour être alimentés à partir d'une source CC avec une tension de 6,3 V, qui est fournie via les broches 7 (+Upit) et 14 (— U Pierre).

La source d'alimentation peut être une alimentation alternative avec une tension de sortie réglable ou une batterie composée de quatre cellules 334 et 343.

La première expérience avec le microcircuit K118UN1A (ou K118UN1B) a été réalisée selon le schéma présenté sur la Fig. 89. Comme planche de montage, utilisez une plaque en carton mesurant environ 50X40 mm.

Broches de microcircuit 1, 7, 8 Et 14 souder aux agrafes métalliques passées à travers les trous du carton. Tous serviront de supports maintenant le microcircuit sur la carte et les supports de broches 7. et 14, de plus, connecter les contacts avec la batterie G.B.1 (ou alimentation secteur).

Entre eux, des deux côtés du microcircuit, renforcez deux ou trois contacts supplémentaires, qui serviront d'intermédiaires pour des pièces supplémentaires. Monter les condensateurs sur la carte C1(type K50-6 ou K50-3) et C2(KYAS, BM, MBM), connectez un casque à la sortie du microcircuit À 2 HEURES.

Connectez-vous à l'entrée du microcircuit (via un condensateur C1) microphone électrodynamique EN 1 n'importe quel type de capsule téléphonique DEM-4m, allumez l'appareil et, en appuyant plus fermement les téléphones contre vos oreilles, tapotez légèrement sur le microphone avec un crayon. S'il n'y a aucune erreur lors de l'installation, des sons ressemblant à des clics sur un tambour devraient être entendus dans les téléphones.

Demandez à un ami de dire quelque chose devant le microphone - vous entendrez sa voix au téléphone. Au lieu d'un microphone, vous pouvez connecter un haut-parleur de diffusion radio (abonné) avec son transformateur correspondant à l'entrée du microcircuit. L'effet sera à peu près le même.

Poursuivant l'expérience avec un appareil téléphonique simple effet, connectez entre le conducteur commun (négatif) du circuit de puissance et la sortie 12 condensateur électrolytique à microcircuit NO, indiqué sur le schéma par des lignes pointillées. Dans le même temps, le volume sonore des téléphones devrait augmenter.

Les téléphones sonneront encore plus fort si le même condensateur est connecté au circuit de sortie 5 (sur la Fig. 89 - condensateur C4). Mais si l'amplificateur est excité, alors entre le fil commun et la broche 11, vous devrez connecter un condensateur électrolytique d'une capacité de 5 à 10 µF. tension nominale 10 V.

Autre expérience : allumez-le entre les broches 10 Et 3 microcircuits condensateur en céramique ou en papier d'une capacité de 5 à 10 000 picofarads. Ce qui s'est passé? Un son incessant de hauteur moyenne est apparu sur les téléphones. À mesure que la capacité de ce condensateur augmente, la tonalité sonore des téléphones devrait diminuer et, avec une diminution, elle devrait augmenter. Vérifie ça.

Ouvrons maintenant cette « boîte noire » et regardons son « remplissage » (Fig. 90). Oui, il s'agit d'un amplificateur à deux étages avec couplage direct entre ses transistors. Transistors en silicium, structures n -R-n. Le signal basse fréquence généré par le microphone est fourni (via le condensateur C1) à l'entrée du microcircuit (broche 3).

Chute de tension créée aux bornes de la résistance R.6 dans le circuit émetteur du transistor V2, à travers des résistances R.4 Et R.5 fourni à la base du transistor VI et l'ouvre. Résistance R.1 — charge de ce transistor. Le signal amplifié qui en est extrait va à la base du transistor V2 pour un gain supplémentaire.

Dans un amplificateur expérimental avec une charge à transistor V2 il y avait des écouteurs inclus dans son circuit collecteur, qui convertissaient le signal basse fréquence en son.

Mais sa charge pourrait être une résistance R.5 microcircuits, si vous connectez les fils ensemble 10 Et 9. Dans ce cas, les téléphones doivent être connectés entre le fil commun et le point de connexion de ces bornes via un condensateur électrolytique d'une capacité de plusieurs microfarads (la plaque positive au microcircuit).

Lors de la connexion d'un condensateur entre le fil commun et la borne 12 microcircuit, le volume sonore a augmenté, Pourquoi ? Parce qu'il shunte la résistance R.6 microcircuit, affaibli la rétroaction négative sur le courant alternatif qui y fonctionne.

La rétroaction négative est devenue encore plus faible lorsque vous avez inclus un deuxième condensateur dans le circuit de base du transistor. V1. Et le troisième condensateur connecté entre le fil commun et la sortie 11, formé d'une résistance R.7 filtre de découplage de microcircuit qui empêche l'excitation de l'amplificateur.

Que s'est-il passé lorsque vous avez connecté un condensateur entre les bornes ? 10 et 5 ? Il a créé une rétroaction positive entre la sortie et l’entrée de l’amplificateur, ce qui l’a transformé en oscillateur de fréquence audio.

Ainsi, comme vous pouvez le constater, le microcircuit K118UN1B (ou K118UN1A) est un amplificateur qui peut être basse ou haute fréquence, par exemple dans un récepteur. Mais il peut aussi devenir un générateur d’oscillations électriques de basses et hautes fréquences.

Microcircuit dans un récepteur radio

Nous proposons de tester ce microcircuit dans le trajet haute fréquence d'un récepteur assemblé, par exemple, selon le circuit représenté sur la Fig. 91. Le circuit d'entrée de l'antenne magnétique d'un tel récepteur est formé par une bobine L1 et un condensateur variable C1. Signal haute fréquence provenant de la station radio sur laquelle le circuit est syntonisé, via une bobine de communication L2 et condensateur d'isolement C2 arrive à l'entrée (sortie 3) microcircuits L1.

De la sortie du microcircuit (sortie 10, connecté à la sortie 9) le signal amplifié est alimenté par un condensateur C4 pour détecteur, diodes VI Et V2 qui sont allumés en fonction du circuit de multiplication de tension, et le signal basse fréquence qui lui est attribué est le téléphone EN 1 converti en son. Le récepteur est alimenté par batterie G.B.1, composé de quatre éléments 332, 316 ou cinq batteries D-01.

Dans de nombreux récepteurs à transistors, l'amplificateur haute fréquence est constitué de transistors, mais dans celui-ci, il s'agit d'un microcircuit. C'est la seule différence entre eux. Ayant l'expérience des ateliers précédents, j'espère que vous saurez monter et monter en toute autonomie g installez un tel récepteur et même, si vous le souhaitez, complétez-le par un amplificateur basse fréquence pour la réception radio haut-parleur.

Sur une puce logique

L'élément logique ET-NON, dont vous voyez le symbole sur la Fig. 92, UN. Son symbole est le signe "&" placé à l'intérieur d'un rectangle, généralement dans le coin supérieur gauche, remplaçant la conjonction "AND" en anglais. Il y a deux entrées ou plus à gauche, une sortie à droite.

Le petit cercle qui commence la ligne de communication du signal de sortie symbolise la négation logique « NON » à la sortie du microcircuit. Dans le langage de la technologie numérique, « NON » signifie que l'élément NAND est un onduleur, c'est-à-dire un appareil dont les paramètres de sortie sont opposés à ceux d'entrée.

L'état électrique et le fonctionnement d'un élément logique sont caractérisés par les niveaux de signal à ses entrées et à sa sortie. Un signal de tension faible (ou nul), dont le niveau ne dépasse pas 0,3 - 0,4 V, est généralement appelé (conformément au système de nombres binaires) zéro logique (0) et un signal de tension plus élevé (par rapport au 0 logique) , dont le niveau peut être de 2,5 à 3,5 V, - unité logique (1).

Par exemple, ils disent : « la sortie de l’élément est le 1 logique ». Cela signifie qu'au moment où un signal est apparu à la sortie de l'élément, dont la tension correspond au niveau logique 1.

Afin de ne pas entrer dans la technologie et la structure de l'élément NAND, nous le considérerons comme une « boîte noire », qui possède deux entrées et une sortie pour un signal électrique.

La logique de l'élément est que lorsque le O logique est appliqué à l'une de ses entrées et que le 1 logique est appliqué à la deuxième entrée, un signal logique 1 apparaît à la sortie, qui disparaît lorsque les signaux correspondant au 1 logique sont appliqués aux deux entrées. .

Pour les expériences qui mémorisent cette propriété de l'élément, vous aurez besoin du microcircuit K155LAZ le plus courant, d'un voltmètre DC, d'une pile 3336L neuve et de deux résistances d'une résistance de 1...1,2 kOhm.

Le microcircuit K155LAZ est constitué de quatre éléments 2I-NOT (Fig. 92, b), alimentés par une source commune de 5 V CC, mais chacun d'eux fonctionne comme un dispositif logique indépendant. Le chiffre 2 dans le nom du microcircuit indique que ses éléments ont deux entrées.

En apparence et en conception, comme tous les microcircuits de la série K155, il ne diffère pas du microcircuit analogique déjà familier K118UN1, seule la polarité de connexion de la source d'alimentation est différente. Par conséquent, le carton que vous avez fabriqué précédemment convient aux expériences avec ce microcircuit. La source d'alimentation est connectée : +5 V - à la broche 7" — 5 B - jusqu'à la conclusion 14.

Mais ces conclusions ne sont généralement pas indiquées sur un schéma de principe du microcircuit. Cela s'explique par le fait que sur les schémas de circuit, les éléments qui composent le microcircuit sont représentés séparément, par exemple, comme sur la Fig. 92, v. Pour les expériences, vous pouvez utiliser l’un de ses quatre éléments.

Broches du microcircuit 1, 7, 8 Et 14 souder aux poteaux métalliques sur le carton (comme sur la Fig. 89). L'une des broches d'entrée de l'un de ses éléments, par exemple un élément avec des broches 1 — 3, connecter via une résistance d'une résistance de 1...1,2 kOhm à la sortie 14, la sortie de la deuxième entrée est directement avec le conducteur commun (« mis à la terre ») du circuit de puissance, et connectez un voltmètre CC à la sortie de l'élément (Fig. 93, UN).

Allumer l'appareil. Que montre le voltmètre ? Une tension d'environ 3 V. Cette tension correspond à un signal logique 1 en sortie de l'élément. A l'aide du même voltmètre, mesurez la tension à la sortie de la première entrée. Et ici, comme vous pouvez le voir, c'est aussi le 1 logique. Par conséquent, lorsque l'une des entrées de l'élément est le 1 logique, et la seconde est le 0 logique. , la sortie sera logique 1.

Connectez maintenant la sortie de la deuxième entrée via une résistance d'une résistance de 1...1,2 kOhm à la sortie. 14 et en même temps un cavalier - avec un conducteur commun, comme le montre la Fig. 93, b.

Dans ce cas, la sortie, comme dans la première expérience, sera le 1 logique. Ensuite, en surveillant l'aiguille du voltmètre, retirez le cavalier pour qu'un signal correspondant au 1 logique soit envoyé à la deuxième entrée.

Qu'enregistre un voltmètre ? Le signal à la sortie de l'élément est converti en 0 logique. C'est comme ça que ça devrait être ! Et si l'une des entrées est périodiquement court-circuitée avec un fil commun et simule ainsi la fourniture d'un 0 logique, alors des impulsions de courant apparaîtront à la sortie de l'élément avec la même fréquence, comme en témoignent les fluctuations de l'aiguille du voltmètre. Vérifiez cela expérimentalement.

La propriété de l'élément NAND de changer d'état sous l'influence de signaux de commande d'entrée est largement utilisée dans divers appareils informatiques numériques. Les radioamateurs, en particulier les débutants, utilisent très souvent un élément logique comme inverseur - un appareil dont le signal de sortie est opposé au signal d'entrée.

L'expérience suivante peut confirmer cette propriété de l'élément. Connectez les bornes des deux entrées de l'élément ensemble et, via une résistance d'une résistance de 1...1,2 kOhm, connectez-les à la sortie 14 (Fig. 93, V).

De cette façon vous appliquerez un signal correspondant au 1 logique à l'entrée commune de l'élément dont la tension pourra être mesurée avec un voltmètre. Quel est le résultat ?

L'aiguille du voltmètre qui y était connectée s'écartait légèrement du repère zéro. Ici donc, comme prévu, le signal correspond au 0 logique.

Ensuite, sans déconnecter la résistance de la sortie 14 microcircuits, connectez l'entrée de l'élément au conducteur commun plusieurs fois de suite avec un cavalier (sur la Fig. 93, V représenté par une ligne pointillée avec des flèches) et suivez en même temps l'aiguille du voltmètre. Ainsi vous serez convaincu que lorsque l'entrée de l'onduleur est à 0 logique, la sortie est à 1 logique et, à l'inverse, lorsque l'entrée est à 1 logique, la sortie est à 0 logique.

C'est ainsi que fonctionne un onduleur, particulièrement souvent utilisé par les radioamateurs dans les appareils à impulsions qu'ils construisent.

Un exemple d'un tel dispositif est un générateur d'impulsions assemblé selon le circuit représenté sur la Fig. 94. Vous pouvez vérifier sa fonctionnalité immédiatement en y consacrant seulement quelques minutes.

La sortie de l'élément D1.1 est reliée aux entrées de l'élément D1.2 le même microcircuit, sa sortie est avec les entrées de l'élément DJ.3, et la sortie de cet élément (sortie 8) - avec entrée d'élément D1.1 via la résistance variable R1 . Vers la sortie de l'élément D1.3 (entre la sortie 8 et un conducteur commun) connectez les écouteurs B1, un parallèle aux éléments D1.1 et D1.2 condensateur électrolytique C1.

Réglez le moteur à résistance variable sur la position droite (selon le schéma) et mettez sous tension - vous entendrez un son dans les téléphones, dont la tonalité peut être modifiée avec une résistance variable.

Dans cette expérience, les éléments D1.1, D1.2 etD1.3, connectés les uns aux autres en série, comme les transistors d'un amplificateur à trois étages, ils formaient un multivibrateur - un générateur d'impulsions électriques rectangulaires.

Le microcircuit est devenu un générateur grâce à un condensateur et une résistance, qui créaient des circuits de rétroaction dépendant de la fréquence entre la sortie et l'entrée des éléments. À l'aide d'une résistance variable, la fréquence des impulsions générées par le multivibrateur peut varier en douceur d'environ 300 Hz à 10 kHz.

Quelle application pratique un tel appareil à impulsions peut-il trouver ? Il peut devenir, par exemple, une cloche d'appartement, une sonde pour vérifier les performances des cascades de récepteurs et d'amplificateurs basse fréquence, un générateur pour s'entraîner à l'écoute de l'alphabet télégraphique.

Machine à sous faite maison sur puce

Un tel appareil peut être transformé en machine à sous « Rouge ou Vert ? Le schéma d'un tel dispositif à impulsion est présenté sur la Fig. 95. Voici les éléments D1.1, D1.2, D1.3 le même (ou le même) microcircuit et condensateur K155LAZ C1 former un multivibrateur similaire dont les impulsions contrôlent les transistors VI Et V2, connectés selon un circuit émetteur commun.

Élément D1.4 fonctionne comme un onduleur. Grâce à lui, les impulsions du multivibrateur arrivent aux bases des transistors en antiphase et les ouvrent alternativement. Ainsi, par exemple, lorsque le niveau logique est 1 à l'entrée de l'inverseur, et que le niveau logique est 0 à la sortie, alors à ces instants, le transistor EN 1 ouvert et ampoule SALUT dans son circuit collecteur est allumé, et le transistor V2 fermé et son ampoule H2 ne brûle pas.

Avec l'impulsion suivante, l'onduleur changera son état à l'opposé. Maintenant le transistor va s'ouvrir V2 et la lumière s'allume H2, et le transistor VI l'ampoule va se fermer H1 va sortir.

Mais la fréquence des impulsions générées par le multivibrateur est relativement élevée (au moins 15 kHz) et les ampoules ne peuvent naturellement pas répondre à chaque impulsion.

C'est pourquoi ils brillent faiblement. Mais cela vaut la peine d'appuyer sur le bouton S1 pour court-circuiter le condensateur avec ses contacts C1 et perturbe ainsi la génération du multivibrateur, lorsque l'ampoule du transistor sur la base de laquelle à ce moment il y aura une tension correspondant au 1 logique s'allume immédiatement vivement, et l'autre ampoule s'éteint complètement.

Il est impossible de dire à l'avance laquelle des ampoules continuera à s'allumer après avoir appuyé sur le bouton - on ne peut que deviner. C'est le but du jeu.

La machine à sous ainsi que la batterie (3336L ou trois éléments 343 connectés en série) peuvent être placées dans un petit boîtier, par exemple dans le cas d'un récepteur « de poche ».

Ampoules à incandescence SALUT Et H2(MH2.5-0.068 ou MH2.5-0.15) placez-les sous les trous de la paroi avant du boîtier et recouvrez-les de capuchons ou de plaques de verre organique de couleurs rouge et verte. Ici, renforcez l'interrupteur d'alimentation (interrupteur à bascule TV-1) et l'interrupteur à bouton-poussoir §1(tapez P2K ou KM-N) arrêtant le multivibrateur.

Mettre en place une machine à sous implique de sélectionner soigneusement une résistance R.1. Sa résistance doit être telle que lorsque vous arrêtez le multivibrateur avec le bouton S1 au moins 80 à 100 fois le nombre de lumières sur chacune des ampoules était à peu près le même.

Vérifiez d’abord si le multivibrateur fonctionne. Pour ce faire, parallèlement au condensateur C1, e, dont la capacité peut être de 0,1...0,5 µF, connectez un condensateur électrolytique d'une capacité de 20...30 µF et des écouteurs à la sortie du multivibrateur - un son grave devrait apparaître dans les téléphones.

Ce son est un signe du fonctionnement du multivibrateur. Retirez ensuite le condensateur électrolytique, la résistance R.1 remplacer par une résistance d'accord d'une résistance de 1,2...1,3 kOhm, et entre les bornes 8 et 11 éléments D.I..3 Et D1.4 allumez le voltmètre DC. En modifiant la résistance de la résistance d'ajustement, obtenez une position telle que le voltmètre indique une tension nulle entre les sorties de ces éléments du microcircuit.

Il peut y avoir n'importe quel nombre de joueurs. Chaque personne appuie à tour de rôle sur le bouton d'arrêt du multivibrateur. Le gagnant est celui qui, avec un nombre égal de mouvements, par exemple vingt pressions sur un bouton, devine les couleurs des ampoules qui s'allument plusieurs fois après l'arrêt du multivibrateur.

Malheureusement, la fréquence du multivibrateur de la machine à sous la plus simple décrite ici change quelque peu en raison de la décharge de la batterie, ce qui, bien sûr, affecte la probabilité égale d'allumer différentes ampoules, il est donc préférable de l'alimenter à partir d'une source de tension stabilisée de 5 V.

Littérature : Borisov V.G. Atelier pour radioamateur débutant. 2e éd., révisée. et supplémentaire - M. : DOSAAF, 1984. 144 p., ill. 55k.

base élémentaire de tous appareils numériques(CC) [ Appareils numériques] se maquiller circuits intégrés (EST) [ Circuit intégré (CI)], également appelés microcircuits (MS) ou puces (puces électroniques ) [Ébrécher (Puce électronique)].

Circuits intégrés– il s’agit de dispositifs électroniques réalisés sur de fines tranches semi-conductrices, contenant des éléments électroniques et réalisés à l’intérieur d’un boîtier d’un certain type.

Depuis son invention aux États-Unis en 1959, la propriété intellectuelle n’a cessé de s’améliorer et de devenir plus complexe. Les progrès rapides dans le domaine de la fabrication de circuits intégrés ont entraîné une forte augmentation de leur volume de production et une diminution de leurs coûts. Grâce à l'utilisation de la MS, cela est devenu possible non seulement dans des appareils spécialisés complexes (tels que des ordinateurs), mais également dans une variété d'instruments de mesure et de systèmes de contrôle et de surveillance. Le cercle des consommateurs de SEP est en constante expansion.

Une caractéristique de la complexité du SI est niveau d'intégration, évalué soit nombre d'éléments logiques de base(LE) [ Logique(Al)Élément/Composant/Grille/Unité], ou nombre de transistors, qui sont situés sur la puce.

Selon le niveau d'intégration, les CI sont divisés en plusieurs catégories : MIS, SIS, LSI, VLSI, UBIS (respectivement petits, moyens, grands, extra-larges et ultra-larges).

MIS [SSI = Petit/Intégration à l'échelle standard– degré (niveau) d'intégration faible/standard] est un MS avec un très petit nombre d'éléments (plusieurs dizaines). Les MIS implémentent les transformations logiques les plus simples et sont très polyvalents - même avec l'aide d'un seul type de LE (par exemple, NAND), vous pouvez construire n'importe quel centre de contrôle.

SIS [MSI = Intégration à moyenne échelle– degré (niveau) d'intégration moyen] est un MS avec un degré d'intégration de 300 à plusieurs milliers de transistors (généralement jusqu'à 3000). Sous forme de SIS, des circuits sont produits sous forme finie tels que des registres de bits faibles, des compteurs, des décodeurs, des additionneurs... La gamme des SIS devrait être plus large et plus diversifiée, car leur polyvalence par rapport au MIC est réduite. Il existe des centaines de types de SIS dans la série développée de circuits intégrés standard.

BIS [LSI = Intégration à grande échelle– grand (haut) degré (niveau) d'intégration] – MS avec un nombre de portes logiques de 1 000 à 5 000 (dans certaines classifications – de 500 à 10 000). Les premiers LSI ont été développés au début des années 70 du siècle dernier.

VLSI [VLSI = Très grande échelle d'intégration– un très grand (haut) degré (niveau) d’intégration ou GSI = Intégration à grande échelle– degré (niveau) d'intégration gigantesque (extra-large, ultra-élevé)] – ce sont des MS contenant sur une puce de 100 000 à 10 millions ( VLSI) ou plus de 10 millions ( GSI) transistors ou portes logiques.

UBIS [ULSI = Intégration à très grande échelle– degré (niveau) d'intégration ultra-large (ultra-élevé)] – il s'agit de MS dans lesquels le nombre de transistors sur une puce varie de 10 millions à 1 milliard. Ces circuits incluent des processeurs modernes.

Les données ci-dessus sur les États membres à différents degrés d'intégration sont résumées dans le tableau 1 pour plus de clarté. 1.

Premiers circuits intégrés

Dédié au 50e anniversaire de la date officielle

B. Malachevitch

Le 12 septembre 1958, Jack Kilby, employé de Texas Instruments (TI), a présenté à la direction trois appareils étranges : des appareils constitués de deux morceaux de silicium mesurant 11,1 x 1,6 mm collés ensemble avec de la cire d'abeille sur un substrat de verre (Fig. 1). Il s'agissait de maquettes tridimensionnelles - des prototypes d'un circuit intégré (CI) du générateur, prouvant la possibilité de fabriquer tous les éléments du circuit à partir d'un seul matériau semi-conducteur. Cette date est célébrée dans l’histoire de l’électronique comme l’anniversaire des circuits intégrés. Mais est-ce le cas ?

Riz. 1. Mise en page de la première IP par J. Kilby. Photo du site http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

À la fin des années 1950, la technologie d’assemblage d’équipements électroniques (REA) à partir d’éléments discrets avait épuisé ses capacités. Le monde était confronté à une crise aiguë de la REA ; des mesures radicales étaient nécessaires. À cette époque, les technologies intégrées pour la production de dispositifs à semi-conducteurs et de cartes de circuits imprimés en céramique à couches épaisses et à couches minces étaient déjà maîtrisées industriellement aux États-Unis et en URSS, c'est-à-dire que les conditions étaient réunies pour surmonter cette crise en créant des systèmes multi-éléments. produits standards - circuits intégrés.

Les circuits intégrés (puces, CI) comprennent des dispositifs électroniques de complexité variable, dans lesquels tous les éléments similaires sont fabriqués simultanément au cours d'un seul cycle technologique, c'est-à-dire en utilisant une technologie intégrée. Contrairement aux cartes de circuits imprimés (dans lesquelles tous les conducteurs de connexion sont fabriqués simultanément en un seul cycle en utilisant une technologie intégrée), les résistances, les condensateurs et (dans les circuits intégrés à semi-conducteurs) les diodes et les transistors sont formés de la même manière dans les circuits intégrés. De plus, de nombreux circuits intégrés sont fabriqués simultanément, de plusieurs dizaines à plusieurs milliers.

Les circuits intégrés sont développés et produits par l'industrie sous forme de séries, combinant un certain nombre de microcircuits à diverses fins fonctionnelles, destinés à être utilisés conjointement dans des équipements électroniques. Les circuits intégrés de la série ont une conception standard et un système unifié de caractéristiques électriques et autres. Les circuits intégrés sont fournis par le fabricant à divers consommateurs en tant que produits commerciaux indépendants répondant à un certain système d'exigences standardisées. Les circuits intégrés sont des produits non réparables ; lors de la réparation d’équipements électroniques, les circuits intégrés défectueux sont remplacés.

Il existe deux groupes principaux de circuits intégrés : les hybrides et les semi-conducteurs.

Dans les circuits intégrés hybrides (HIC), tous les conducteurs et éléments passifs sont formés à la surface d'un substrat de microcircuit (généralement en céramique) à l'aide d'une technologie intégrée. Les éléments actifs sous forme de diodes sans boîtier, de transistors et de cristaux IC semi-conducteurs sont installés sur le substrat individuellement, manuellement ou automatiquement.

Dans les circuits intégrés semi-conducteurs, les éléments de connexion, passifs et actifs sont formés en un seul cycle technologique à la surface d'un matériau semi-conducteur (généralement du silicium) avec invasion partielle de son volume à l'aide de méthodes de diffusion. Dans le même temps, sur une plaquette semi-conductrice, en fonction de la complexité du dispositif et de la taille de son cristal et de sa plaquette, de plusieurs dizaines à plusieurs milliers de circuits intégrés sont fabriqués. L'industrie produit des circuits intégrés semi-conducteurs dans des boîtiers standard, sous forme de puces individuelles ou sous forme de tranches non divisées.

L’introduction des circuits intégrés hybrides (SIG) et semi-conducteurs dans le monde s’est produite de différentes manières. GIS est le produit du développement évolutif des micromodules et de la technologie de montage de cartes céramiques. Par conséquent, ils sont passés inaperçus : il n'y a pas de date de naissance généralement acceptée du SIG ni d'auteur généralement reconnu. Les circuits intégrés à semi-conducteurs étaient un résultat naturel et inévitable du développement de la technologie des semi-conducteurs, mais ils nécessitaient la génération de nouvelles idées et la création de nouvelles technologies, qui ont leurs propres dates de naissance et leurs propres auteurs. Les premiers circuits intégrés hybrides et semi-conducteurs sont apparus en URSS et aux États-Unis presque simultanément et indépendamment les uns des autres.

Les premiers circuits intégrés hybrides

Les circuits intégrés hybrides comprennent les circuits intégrés dont la production combine la technologie intégrale de fabrication d'éléments passifs avec une technologie individuelle (manuelle ou automatisée) d'installation et d'assemblage d'éléments actifs.

À la fin des années 40, la société Centralab aux États-Unis a développé les principes de base pour la fabrication de circuits imprimés à couche épaisse à base de céramique, qui ont ensuite été développés par d'autres sociétés. La base était la technologie de fabrication de cartes de circuits imprimés et de condensateurs céramiques. À partir des cartes de circuits imprimés, nous avons utilisé une technologie intégrée pour former la topologie des conducteurs de connexion : la sérigraphie. Des condensateurs - le matériau du substrat (céramique, souvent sital), ainsi que les matériaux des pâtes et la technologie thermique de leur fixation sur le substrat.

Et au début des années 1950, la société RCA a inventé la technologie des couches minces : en pulvérisant sous vide divers matériaux et en les déposant à travers un masque sur des substrats spéciaux, elle a appris à produire simultanément de nombreux films miniatures connectant des conducteurs, des résistances et des condensateurs sur un seul appareil. substrat céramique.

Par rapport à la technologie des couches épaisses, la technologie des couches minces offrait la possibilité de fabriquer plus précisément des éléments topologiques de plus petite taille, mais nécessitait un équipement plus complexe et plus coûteux. Les appareils fabriqués sur des circuits imprimés en céramique utilisant la technologie des couches épaisses ou des couches minces sont appelés « circuits hybrides ». Les circuits hybrides étaient produits en tant que composants de produits de leur propre production ; chaque fabricant avait sa propre conception, ses dimensions et ses objectifs fonctionnels ; ils ne sont pas entrés sur le marché libre et sont donc peu connus.

Les circuits hybrides ont également envahi les micromodules. Au début, ils utilisaient des éléments miniatures passifs et actifs discrets, unis par un câblage imprimé traditionnel. La technologie d'assemblage était complexe, avec une part énorme de travail manuel. Les micromodules étaient donc très coûteux et leur utilisation était limitée aux équipements embarqués. Ensuite, des foulards miniatures en céramique à film épais ont été utilisés. Ensuite, les résistances ont commencé à être fabriquées en utilisant la technologie des couches épaisses. Mais les diodes et transistors utilisés étaient toujours discrets, emballés individuellement.

Le micromodule est devenu un circuit intégré hybride au moment où des transistors et des diodes non emballés y étaient utilisés et où la structure était scellée dans un boîtier commun. Cela a permis d'automatiser considérablement le processus de leur assemblage, de réduire considérablement les prix et d'élargir le champ d'application. Sur la base de la méthode de formation des éléments passifs, on distingue les SIG à couches épaisses et à couches minces.

Le premier SIG en URSS

Les premiers SIG (modules de type « Kvant », plus tard désignés série IS 116) en URSS ont été développés en 1963 au NIIRE (plus tard NPO Leninets, Leningrad) et la même année, son usine pilote a commencé leur production en série. Dans ces SIG, les circuits intégrés semi-conducteurs « R12-2 », développés en 1962 par l'usine de dispositifs semi-conducteurs de Riga, ont été utilisés comme éléments actifs. En raison de l'inextricabilité des histoires de création de ces CI et de leurs caractéristiques, nous les considérerons ensemble dans la section consacrée au P12-2.

Sans aucun doute, les modules Kvant ont été les premiers au monde SIG à intégrer deux niveaux : ils utilisaient des circuits intégrés à semi-conducteurs plutôt que des transistors discrets comme éléments actifs. Il est probable qu'ils furent également les premiers au monde en matière de SIG - des produits multiéléments structurellement et fonctionnellement complets, fournis au consommateur en tant que produit commercial indépendant. Les premiers produits étrangers similaires identifiés par l'auteur sont les modules IBM Corporation SLT décrits ci-dessous, mais ils ont été annoncés l'année suivante, 1964.

Le premier SIG aux USA

L'apparition du SIG à couche épaisse comme élément principal de base du nouvel ordinateur IBM System /360 a été annoncée pour la première fois par IBM en 1964. Il semble que ce soit la première utilisation du SIG en dehors de l'URSS ; l'auteur n'a pas pu trouver d'exemples antérieurs. .

Déjà connues à l'époque dans les milieux spécialisés, les séries de circuits intégrés à semi-conducteurs « Micrologic » de Fairchild et « SN-51 » de TI (nous en parlerons ci-dessous) étaient encore inaccessibles et d'un coût prohibitif pour des applications commerciales, telles que la construction de un gros ordinateur. Ainsi, la société IBM, prenant comme base la conception d'un micromodule plat, a développé sa série de SIG à couches épaisses, annoncée sous le nom général (par opposition aux « micromodules ») - « modules SLT » (Solid Logic Technology - solid technologie logique. Habituellement, le mot « solide » est traduit en russe par « solide », ce qui est absolument illogique. En effet, le terme « modules SLT » a été introduit par IBM par opposition au terme « micromodule » et devrait refléter leur différence. Mais les deux les modules sont "solides", c'est-à-dire que cette traduction ne l'est pas. Le mot "solide" a d'autres significations - "solide", "entier", qui soulignent avec succès la différence entre "modules SLT" et "micromodules" - les modules SLT sont indivisibles, non réparable, c'est-à-dire « tout ». Nous n'avons pas utilisé la traduction généralement acceptée en russe : Solid Logic Technology - technologie de logique solide).

Le module SLT était une microplaque carrée en céramique à film épais d’un demi-pouce avec des broches verticales enfoncées. Des conducteurs de connexion et des résistances ont été appliqués sur sa surface par sérigraphie (selon le schéma du dispositif mis en œuvre) et des transistors non emballés ont été installés. Des condensateurs, si nécessaire, ont été installés à côté du module SLT sur la carte de l'appareil. Bien qu'extérieurement presque identiques (les micromodules sont légèrement plus hauts, Fig. 2.), les modules SLT se distinguaient des micromodules plats par leur densité d'éléments plus élevée, leur faible consommation d'énergie, leurs hautes performances et leur haute fiabilité. De plus, la technologie SLT était assez facile à automatiser et pouvait donc être produite en grandes quantités à un coût suffisamment bas pour être utilisée dans des équipements commerciaux. C'est exactement ce dont IBM avait besoin. L'entreprise a construit une usine automatisée à East Fishkill, près de New York, pour la production de modules SLT, qui les a produits à des millions d'exemplaires.

Riz. 2. Micromodule URSS et module SLT f. IBM. Photo STL du site http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

À la suite d'IBM, d'autres sociétés ont commencé à produire des SIG, pour lesquels les SIG sont devenus un produit commercial. La conception standard des micromodules plats et des modules SLT d'IBM est devenue l'une des normes pour les circuits intégrés hybrides.

Les premiers circuits intégrés à semi-conducteurs

À la fin des années 1950, l’industrie avait toutes les possibilités de produire des éléments d’équipement électronique bon marché. Mais si les transistors ou les diodes étaient constitués de germanium et de silicium, alors les résistances et les condensateurs étaient constitués d'autres matériaux. Beaucoup pensaient alors que lors de la création de circuits hybrides, l'assemblage de ces éléments, fabriqués séparément, ne poserait aucun problème. Et s'il est possible de produire tous les éléments de taille et de forme standard et ainsi d'automatiser le processus d'assemblage, le coût de l'équipement sera alors considérablement réduit. Sur la base d'un tel raisonnement, les partisans de la technologie hybride la considéraient comme l'orientation générale du développement de la microélectronique.

Mais tout le monde ne partageait pas cette opinion. Le fait est que les transistors mesa, et en particulier les transistors planaires, déjà créés à cette époque, étaient adaptés au traitement de groupe, dans lequel un certain nombre d'opérations de fabrication de plusieurs transistors sur une plaque de substrat étaient effectuées simultanément. Autrement dit, de nombreux transistors ont été fabriqués à la fois sur une seule plaquette semi-conductrice. Ensuite, la plaque a été découpée en transistors individuels, placés dans des boîtiers individuels. Et puis le fabricant de matériel a combiné les transistors sur une seule carte de circuit imprimé. Il y avait des gens qui pensaient que cette approche était ridicule : pourquoi séparer les transistors puis les reconnecter ? Est-il possible de les combiner immédiatement sur une plaquette semi-conductrice ? Débarrassez-vous par la même occasion de plusieurs opérations complexes et coûteuses ! Ces personnes ont inventé les circuits intégrés à semi-conducteurs.

L’idée est extrêmement simple et tout à fait évidente. Mais, comme cela arrive souvent, seulement après que quelqu'un l'ait annoncé et prouvé. Il a prouvé que le simple fait de l’annoncer n’est souvent pas suffisant, comme dans ce cas-ci. L'idée d'un circuit intégré a été annoncée en 1952, avant l'avènement des méthodes de groupe pour la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs. Lors de la conférence annuelle sur les composants électroniques, tenue à Washington, Jeffrey Dummer, employé du British Royal Radar Office à Malvern, a présenté un rapport sur la fiabilité des composants radar. Dans le rapport, il fait une déclaration prophétique : « Avec l'avènement du transistor et les travaux dans le domaine de la technologie des semi-conducteurs, il est généralement possible d'imaginer un équipement électronique sous la forme d'un bloc massif ne contenant aucun fil de connexion. Le bloc peut être constitué de couches de matériaux isolants, conducteurs, rectifiants et de renforcement dans lesquelles certaines zones sont découpées afin de pouvoir remplir directement des fonctions électriques.. Mais cette prévision est passée inaperçue auprès des experts. Ils ne s'en sont souvenus qu'après l'apparition des premiers circuits intégrés à semi-conducteurs, c'est-à-dire après la preuve pratique d'une idée longtemps médiatisée. Quelqu'un devait être le premier à réinventer et à mettre en œuvre l'idée des circuits intégrés à semi-conducteurs.

Comme dans le cas du transistor, les créateurs généralement reconnus de circuits intégrés à semi-conducteurs ont eu des prédécesseurs plus ou moins réussis. Dammer lui-même a tenté de concrétiser son idée en 1956, mais a échoué. En 1953, Harvick Johnson de RCA a reçu un brevet pour un oscillateur monopuce et, en 1958, avec Torkel Wallmark, a annoncé le concept d'un « dispositif intégré à semi-conducteurs ». En 1956, Ross, un employé des Bell Labs, fabriqua un circuit compteur binaire basé sur des structures n-p-n-p dans un seul cristal. En 1957, Yasuro Taru de la société japonaise MITI a reçu un brevet pour combiner divers transistors dans un seul cristal. Mais tous ces développements et d’autres similaires étaient de nature privée, n’ont pas été mis en production et ne sont pas devenus la base du développement de l’électronique intégrée. Seuls trois projets ont contribué au développement de la propriété intellectuelle dans la production industrielle.

Les plus chanceux étaient Jack Kilby de Texas Instruments (TI), Robert Noyce de Fairchild (tous deux des États-Unis) et Yuri Valentinovich Osokin du bureau d'études de l'usine de dispositifs semi-conducteurs de Riga (URSS). Les Américains ont créé des échantillons expérimentaux de circuits intégrés : J. Kilby - un prototype de générateur IC (1958), puis un déclencheur sur transistors mesa (1961), R. Noyce - un déclencheur utilisant la technologie planaire (1961) et Yu. Osokin – le circuit intégré logique « 2NOT-OR » est immédiatement entré en production de masse en Allemagne (1962). Ces sociétés ont commencé la production en série d’IP presque simultanément, en 1962.

Premiers circuits intégrés à semi-conducteurs aux États-Unis

Propriété intellectuelle de Jack Kilby. Série IS SN-51”

En 1958, J. Kilby (un pionnier dans l'utilisation de transistors dans les aides auditives) a rejoint Texas Instruments. Le nouveau venu Kilby, en tant que concepteur de circuits, a été « lancé » dans l'amélioration du remplissage micromodulaire des fusées en créant une alternative aux micromodules. L'option d'assembler des blocs à partir de pièces de forme standard, similaire à l'assemblage de modèles de jouets à partir de figurines LEGO, a été envisagée. Cependant, Kilby était fasciné par autre chose. Le rôle décisif a été joué par l'effet d'un « regard neuf » : d'une part, il a immédiatement déclaré que les micromodules sont une impasse, et d'autre part, après avoir admiré les structures mesa, il est venu à l'idée que le circuit devrait (et peut) être mis en œuvre à partir d'un seul matériau - un semi-conducteur. Kilby connaissait l'idée de Dummer et sa tentative infructueuse de la mettre en œuvre en 1956. Après analyse, il comprit la raison de l'échec et trouva un moyen de le surmonter. " Mon mérite est d’avoir pris cette idée et de l’avoir transformée en réalité.», a déclaré J. Kilby plus tard dans son discours Nobel.

N'ayant pas encore obtenu le droit de partir, il a travaillé dans le laboratoire sans interférence pendant que tout le monde se reposait. Le 24 juillet 1958, Kilby a formulé un concept dans un journal de laboratoire appelé Monolithic Idea. Son essence était la suivante : « . ..les éléments de circuit tels que les résistances, les condensateurs, les condensateurs distribués et les transistors peuvent être intégrés dans une seule puce - à condition qu'ils soient constitués du même matériau... Dans la conception d'un circuit bascule, tous les éléments doivent être en silicium, les résistances utilisant la résistance volumique du silicium et les condensateurs - la capacité des jonctions p-n". L'« idée du monolithe » a suscité une attitude condescendante et ironique de la part de la direction de Texas Instruments, qui a exigé la preuve de la possibilité de fabriquer des transistors, des résistances et des condensateurs à partir d'un semi-conducteur et de l'opérabilité d'un circuit assemblé à partir de tels éléments.

En septembre 1958, Kilby réalisa son idée : il fabriqua un générateur à partir de deux morceaux de germanium mesurant 11,1 x 1,6 mm, collés ensemble avec de la cire d'abeille sur un substrat de verre, contenant deux types de régions de diffusion (Fig. 1). Il a utilisé ces zones et les contacts existants pour créer un circuit générateur, reliant les éléments avec de fins fils d'or d'un diamètre de 100 microns par soudage par thermocompression. Un mésatransistor a été créé à partir d’une zone et un circuit RC à partir de l’autre. Les trois générateurs assemblés ont été présentés à la direction de l'entreprise. Une fois l'alimentation connectée, ils ont commencé à fonctionner à une fréquence de 1,3 MHz. Cela s'est produit le 12 septembre 1958. Une semaine plus tard, Kilby fabriquait un amplificateur de la même manière. Mais il ne s'agissait pas encore de structures intégrées, il s'agissait de maquettes tridimensionnelles de circuits intégrés à semi-conducteurs, prouvant l'idée de fabriquer tous les éléments de circuit à partir d'un seul matériau - un semi-conducteur.

Riz. 3. Détente Type 502 J. Kilby. Photo du site http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

Le premier circuit véritablement intégré de Kilby, réalisé dans une seule pièce de germanium monolithique, était le circuit intégré déclencheur expérimental de type 502 (Fig. 3). Il utilisait à la fois la résistance volumique du germanium et la capacité de la jonction p-n. Sa présentation a eu lieu en mars 1959. Un petit nombre de ces circuits intégrés ont été fabriqués en laboratoire et vendus à un petit cercle pour 450 dollars. Le circuit intégré contenait six éléments : quatre transistors mesa et deux résistances, placés sur une plaquette de silicium d'un diamètre de 1 cm. Mais le circuit intégré de Kilby présentait un sérieux inconvénient : les transistors mesa, qui, sous la forme de colonnes « actives » microscopiques, dominaient les autres. , partie « passive » du cristal. La connexion des colonnes mesa entre elles dans le Kilby IS a été réalisée au moyen de fins fils d'or bouillants - la « technologie poilue » détestée de tous. Il est devenu clair qu'avec de telles interconnexions, un microcircuit comportant un grand nombre d'éléments ne peut pas être réalisé - la bande métallique se brisera ou se reconnectera. Et le germanium, à cette époque, était déjà considéré comme un matériau peu prometteur. Il n’y a eu aucune percée.

À cette époque, Fairchild avait développé la technologie du silicium planaire. Compte tenu de tout cela, Texas Instruments a dû mettre de côté tout ce que Kilby avait fait et commencer, sans Kilby, à développer une série de circuits intégrés basés sur la technologie du silicium planaire. En octobre 1961, la société a annoncé la création d'une série de circuits intégrés de type SN-51 et, en 1962, elle a commencé leur production et leurs livraisons en série dans l'intérêt du département américain de la Défense et de la NASA.

Propriété intellectuelle de Robert Noyce. Série ISMicrologique”

En 1957, pour plusieurs raisons, W. Shockley, l'inventeur du transistor planaire, quitte un groupe de huit jeunes ingénieurs qui souhaitent tenter de mettre en œuvre leurs propres idées. « Les Huit Traîtres », comme les appelait Shockley, dont les dirigeants étaient R. Noyce et G. Moore, fondèrent la société Fairchild Semiconductor (« bel enfant »). L'entreprise était dirigée par Robert Noyce, il avait alors 23 ans.

Fin 1958, le physicien D. Horney, qui travaillait chez Fairchild Semiconductor, développa la technologie planaire pour la fabrication de transistors. Et le physicien d'origine tchèque Kurt Lehovec, qui a travaillé chez Sprague Electric, a développé une technique permettant d'utiliser une jonction NP connectée en inverse pour isoler électriquement les composants. En 1959, Robert Noyce, ayant entendu parler de la conception des circuits intégrés de Kilby, décida d'essayer de créer un circuit intégré en combinant les processus proposés par Horney et Lehovec. Et au lieu d'une « technologie poilue » d'interconnexions, Noyce a proposé le dépôt sélectif d'une fine couche de métal sur des structures semi-conductrices isolées par du dioxyde de silicium avec une connexion aux contacts des éléments à travers des trous laissés dans la couche isolante. Cela a permis de « plonger » les éléments actifs dans le corps du semi-conducteur, en les isolant avec de l'oxyde de silicium, puis de relier ces éléments avec des pistes pulvérisées en aluminium ou en or, qui sont créées à l'aide des procédés de photolithographie, de métallisation et de gravure à la dernière étape de la fabrication du produit. Ainsi, une version véritablement « monolithique » de combinaison de composants en un seul circuit a été obtenue, et la nouvelle technologie a été appelée « planaire ». Mais il fallait d’abord tester l’idée.

Riz. 4. Déclencheur expérimental par R. Noyce. Photo du site http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Riz. 5. Photo de Micrologic IC dans le magazine Life. Photo du site http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

En août 1959, R. Noyce chargea Joy Last de développer une version du circuit intégré basée sur la technologie planaire. Tout d'abord, comme Kilby, ils ont réalisé un prototype de déclencheur sur plusieurs cristaux de silicium, sur lequel ont été réalisés 4 transistors et 5 résistances. Puis, le 26 mai 1960, le premier déclencheur monopuce était fabriqué. Pour isoler les éléments qu'elle contient, des rainures profondes ont été gravées sur la face arrière de la plaquette de silicium et remplies de résine époxy. Le 27 septembre 1960, une troisième version du déclencheur a été fabriquée (Fig. 4), dans laquelle les éléments étaient isolés par une jonction p-n connectée en inverse.

Jusqu'alors, Fairchild Semiconductor ne s'occupait que des transistors ; elle ne disposait pas de concepteurs de circuits pour créer des circuits intégrés à semi-conducteurs. C'est pourquoi Robert Norman de Sperry Gyroscope a été invité en tant que concepteur de circuits. Norman connaissait la logique résistance-transistor, que la société, à sa suggestion, a choisie comme base pour sa future série de circuits intégrés « Micrologic », qui a trouvé sa première application dans l'équipement de la fusée Minuteman. En mars 1961, Fairchild annonçait le premier circuit intégré expérimental de cette série (flip-flop contenant six éléments : quatre transistors bipolaires et deux résistances placés sur une plaque d'un diamètre de 1 cm) avec la publication de sa photographie (Fig. 5 ) dans le magazine Vie(daté du 10 mars 1961). Cinq autres IP ont été annoncées en octobre. Et dès le début de 1962, Fairchild a lancé la production en série de circuits intégrés et leur fourniture, également dans l'intérêt du département américain de la Défense et de la NASA.

Kilby et Noyce ont dû écouter de nombreuses critiques concernant leurs innovations. On pensait que le rendement pratique de circuits intégrés appropriés serait très faible. Il est clair qu'elle devrait être inférieure à celle des transistors (puisqu'elle contient plusieurs transistors), pour lesquels elle n'était alors pas supérieure à 15 %. Deuxièmement, beaucoup pensaient que des matériaux inappropriés étaient utilisés dans les circuits intégrés, car à cette époque, les résistances et les condensateurs n'étaient pas fabriqués à partir de semi-conducteurs. Troisièmement, beaucoup ne pouvaient pas accepter l’idée de la non-réparabilité de la propriété intellectuelle. Il leur semblait blasphématoire de jeter un produit dont un seul élément parmi tant d’autres était défaillant. Tous les doutes ont été progressivement dissipés lorsque les circuits intégrés ont été utilisés avec succès dans les programmes militaires et spatiaux américains.

L'un des fondateurs de Fairchild Semiconductor, G. Moore, a formulé la loi fondamentale du développement de la microélectronique sur silicium, selon laquelle le nombre de transistors dans un cristal de circuit intégré doublait chaque année. Cette loi, appelée « loi de Moore », a fonctionné très clairement pendant les 15 premières années (à partir de 1959), puis ce doublement s'est produit en un an et demi environ.

En outre, le secteur de la propriété intellectuelle aux États-Unis a commencé à se développer à un rythme rapide. Aux États-Unis, un processus semblable à une avalanche d'émergence d'entreprises orientées exclusivement « pour le plan » a commencé, atteignant parfois le point qu'une douzaine d'entreprises étaient enregistrées par semaine. A la recherche d'anciens combattants (les cabinets W. Shockley et R. Noyce), ainsi que grâce aux incitations fiscales et aux services fournis par l'Université de Stanford, les « nouveaux arrivants » se sont concentrés principalement dans la vallée de Santa Clara (Californie). Il n’est donc pas surprenant qu’en 1971, avec la main légère du journaliste et vulgarisateur des innovations techniques Don Hofler, l’image romantique et technologique de la « Silicon Valley » soit apparue, devenant à jamais synonyme de la Mecque de la révolution technologique des semi-conducteurs. À propos, dans cette région, il y a vraiment une vallée qui était autrefois célèbre pour ses nombreux vergers d'abricots, de cerisiers et de pruniers, qui avant l'apparition de la société Shockley avait un autre nom plus agréable - la Vallée des Délices du Coeur, maintenant, malheureusement , presque oublié.

En 1962, la production de masse de circuits intégrés a commencé aux États-Unis, même si leur volume de livraisons aux clients ne s'élevait qu'à quelques milliers. La technologie des fusées et de l'espace a été la principale motivation pour le développement de l'industrie de la fabrication d'instruments et de l'électronique sur de nouvelles bases. Les États-Unis ne disposaient pas alors des mêmes puissants missiles balistiques intercontinentaux que les Soviétiques et, pour augmenter la charge, ils furent contraints de minimiser la masse du porteur, y compris les systèmes de contrôle, grâce à l'introduction des dernières avancées en matière de technologie électronique. . Texas Instrument et Fairchild Semiconductor ont conclu d'importants contrats pour la conception et la fabrication de circuits intégrés avec le département américain de la Défense et la NASA.

Les premiers circuits intégrés semi-conducteurs en URSS

À la fin des années 1950, l’industrie soviétique avait tellement besoin de diodes semi-conductrices et de transistors que des mesures radicales étaient nécessaires. En 1959, des usines de fabrication de semi-conducteurs ont été fondées à Alexandrov, Briansk, Voronej, Riga, etc. En janvier 1961, le Comité central du PCUS et le Conseil des ministres de l'URSS ont adopté une autre résolution « Sur le développement de l'industrie des semi-conducteurs », qui prévoyait la construction d'usines et d'instituts de recherche à Kiev, Minsk, Erevan, Naltchik et dans d'autres villes.

Nous serons intéressés par l'une des nouvelles usines - l'usine de dispositifs semi-conducteurs de Riga mentionnée ci-dessus (RZPP, elle a changé de nom à plusieurs reprises, pour plus de simplicité, nous utilisons la plus célèbre, qui est toujours en activité aujourd'hui). Le bâtiment de l'école technique coopérative en construction, d'une superficie de 5 300 m2, a été désigné comme rampe de lancement pour la nouvelle usine et, en même temps, la construction d'un bâtiment spécial a commencé. En février 1960, l'usine avait déjà créé 32 services, 11 laboratoires et une production pilote, qui commença en avril pour préparer la production des premiers appareils. L'usine employait déjà 350 personnes, dont 260 ont été envoyées étudier à l'Institut de recherche de Moscou-35 (plus tard l'Institut de recherche Pulsar) et à l'usine de Leningrad Svetlana au cours de l'année. Et à la fin des années 1960, le nombre d'employés atteignait 1 900 personnes. Initialement, les lignes technologiques étaient situées dans la salle de sport reconstruite du bâtiment de l'école technique coopérative, et les laboratoires OKB étaient situés dans les anciennes salles de classe. L'usine a produit les premiers dispositifs (transistors en germanium de diffusion et de conversion en alliage P-401, P-403, P-601 et P-602 développés par NII-35) 9 mois après la signature de la commande pour sa création, en mars 1960. Et fin juillet, il avait fabriqué les mille premiers transistors P-401. Puis il maîtrise la production de nombreux autres transistors et diodes. En juin 1961, la construction d'un bâtiment spécial a été achevée, dans laquelle la production en série de dispositifs semi-conducteurs a commencé.

Depuis 1961, l'usine a commencé des travaux technologiques et de développement indépendants, notamment la mécanisation et l'automatisation de la production de transistors basés sur la photolithographie. À cette fin, le premier répéteur photo domestique (tampon photo) a été développé - une installation de combinaison et d'impression photo par contact (développée par A.S. Gotman). Une grande aide dans le financement et la fabrication d'équipements uniques a été fournie par des entreprises du ministère de l'Industrie radiophonique, notamment KB-1 (plus tard NPO Almaz, Moscou) et NIIRE. À cette époque, les développeurs les plus actifs d'équipements radio de petite taille, ne disposant pas de leur propre base technologique de semi-conducteurs, cherchaient des moyens d'interagir de manière créative avec les usines de semi-conducteurs nouvellement créées.

Au RZPP, des travaux actifs ont été menés pour automatiser la production de transistors au germanium des types P401 et P403 sur la base de la ligne de production Ausma créée par l'usine. Son concepteur en chef (GC) A.S. Gottman a proposé de créer des chemins de courant à la surface du germanium depuis les électrodes du transistor jusqu'à la périphérie du cristal pour faciliter le soudage des conducteurs du transistor dans le boîtier. Mais surtout, ces pistes pouvaient être utilisées comme bornes externes du transistor lorsqu'elles étaient assemblées en cartes (contenant des éléments de connexion et passifs) sans emballage, en les soudant directement aux plages de contact correspondantes (en fait, la technologie de création de circuits intégrés hybrides était proposé). La méthode proposée, dans laquelle les chemins de courant du cristal semblent embrasser les plages de contact de la carte, a reçu le nom original - « technologie du baiser ». Mais en raison d'un certain nombre de problèmes technologiques qui se sont révélés insolubles à cette époque, principalement liés à des problèmes de précision d'obtention de contacts sur un circuit imprimé, il n'a pas été possible de mettre en œuvre pratiquement la « technologie du baiser ». Quelques années plus tard, une idée similaire a été mise en œuvre aux États-Unis et en URSS et a trouvé une large application dans la technologie dite des « câbles à billes » et dans la technologie « chip-to-board ».

Cependant, les sociétés de matériel informatique coopérant avec le RZPP, dont le NIIRE, espéraient une « technologie du baiser » et planifiaient son utilisation. Au printemps 1962, lorsqu'il devint évident que sa mise en œuvre était reportée sine die, l'ingénieur en chef du NIIRE V.I. Smirnov a demandé au directeur de RZPP S.A. Bergman pour trouver une autre façon de mettre en œuvre un circuit 2NOR multi-éléments, universel pour la construction d'appareils numériques.

Riz. 7. Circuit équivalent de IC R12-2 (1LB021). Tiré du prospectus IP de 1965.

Le premier SI et SIG par Yuri Osokin. Schéma solide R12-2(série IS 102 Et 116 )

Le directeur du RZPP a confié cette tâche au jeune ingénieur Yuri Valentinovich Osokin. Nous avons organisé un département composé d'un laboratoire technologique, d'un laboratoire de développement et de production de masques photo, d'un laboratoire de mesure et d'une ligne de production pilote. À cette époque, la technologie de fabrication des diodes et des transistors au germanium a été fournie à RZPP et a servi de base au nouveau développement. Et déjà à l'automne 1962, les premiers prototypes du circuit solide en germanium 2NOT-OR furent obtenus (puisque le terme IS n'existait pas alors, par respect pour les affaires de l'époque, on retiendra le nom de « circuit dur » - TS), qui a reçu la désignation d'usine « P12-2 ». Un livret publicitaire de 1965 sur P12-2 a survécu (Fig. 6), informations et illustrations dont nous utiliserons. Le TS R12-2 contenait deux transistors p-n-p en germanium (transistors modifiés de type P401 et P403) avec une charge commune sous la forme d'une résistance distribuée de type p en germanium (Fig. 7).

Riz. 8. Structure du CI R12-2. Tiré du prospectus IP de 1965.

Riz. 9. Dessin dimensionnel du véhicule R12-2. Tiré du prospectus IP de 1965.

Les conducteurs externes sont formés par soudage par thermocompression entre les régions en germanium de la structure TC et l'or des conducteurs de plomb. Cela garantit un fonctionnement stable des circuits sous influences extérieures dans des conditions tropicales et de brouillard marin, ce qui est particulièrement important pour le fonctionnement des centraux téléphoniques automatiques quasi électroniques navals produits par l'usine de Riga VEF, qui s'est également intéressée à ce développement.

Structurellement, le R12-2 TS (et le R12-5 ultérieur) ont été réalisés sous la forme d'une « tablette » (Fig. 9) à partir d'une coupelle métallique ronde d'un diamètre de 3 mm et d'une hauteur de 0,8 mm. Le cristal TC y était placé et rempli d'un composé polymère, d'où sortaient les extrémités extérieures courtes des fils en fil d'or doux d'un diamètre de 50 microns, soudés au cristal. La masse de P12-2 ne dépassait pas 25 mg. Dans cette conception, les véhicules résistaient à une humidité relative de 80 % à une température ambiante de 40 °C et aux changements de température cycliques de -60 ° à 60 °C.

À la fin de 1962, la production pilote du RZPP produisait environ 5 000 véhicules R12-2 et, en 1963, plusieurs dizaines de milliers d'entre eux étaient fabriqués. Ainsi, 1962 est devenue l’année de naissance de l’industrie microélectronique aux États-Unis et en URSS.

Riz. 10. Groupes TS R12-2

Riz. 11. Caractéristiques électriques de base du R12-2

La technologie des semi-conducteurs en était alors à ses balbutiements et ne garantissait pas encore une stricte répétabilité des paramètres. Par conséquent, les appareils utilisables ont été triés en groupes de paramètres (cela se fait souvent à notre époque). Les habitants de Riga ont fait de même en installant 8 classifications standards du véhicule R12-2 (Fig. 10). Toutes les autres caractéristiques électriques et autres sont les mêmes pour toutes les valeurs standard (Fig. 11).

La production du TS R12-2 a commencé simultanément avec la R&D « Dureté », qui s'est terminée en 1964 (GK Yu.V. Osokin). Dans le cadre de ces travaux, une technologie de groupe améliorée pour la production en série de véhicules en germanium a été développée, basée sur la photolithographie et le dépôt galvanique d'alliages à travers un photomasque. Ses principales solutions techniques sont enregistrées comme invention par Yu.V. Osokin. et Mikhalovitch D.L. (A.S. n° 36845). Plusieurs articles de Yu.V. ont été publiés dans la revue classifiée Spetsradioelectronics. Osokina en collaboration avec les spécialistes KB-1 I.V. Rien, G.G. Smolko et Yu.E. Naumov avec une description de la conception et des caractéristiques du véhicule R12-2 (et du véhicule R12-5 ultérieur).

La conception du P12-2 était bonne en tout, sauf sur une chose : les consommateurs ne savaient pas comment utiliser des produits aussi petits avec les câbles les plus fins. En règle générale, les fabricants de matériel informatique ne disposaient ni de la technologie ni de l'équipement nécessaires. Pendant toute la période de production du R12-2 et du R12-5, leur utilisation a été maîtrisée par le NIIRE, l'usine radio Zhigulevsky du ministère de l'Industrie radiophonique, VEF, NIIP (depuis 1978 NPO Radiopribor) et quelques autres entreprises. Comprenant le problème, les développeurs de TS, en collaboration avec le NIIRE, ont immédiatement pensé à un deuxième niveau de conception, qui en même temps augmentait la densité de la disposition des équipements.

Riz. 12. Module de 4 véhicules R12-2

En 1963, au NIIRE, dans le cadre des travaux de conception et de développement de Kvant (GK A.N. Pelipenko, avec la participation de E.M. Lyakhovich), une conception de module a été développée combinant quatre véhicules R12-2 (Fig. 12). De deux à quatre appareils R12-2 (dans un boîtier) ont été placés sur une microcarte en fibre de verre fine, qui implémentait collectivement une certaine unité fonctionnelle. Jusqu'à 17 broches (le nombre variait pour un module spécifique) d'une longueur de 4 mm ont été pressées sur la carte. Le microboard a été placé dans une coupelle en métal estampé mesurant 21,6 ? 6,6 mm et 3,1 mm de profondeur et rempli d'un composé polymère. Le résultat est un circuit intégré hybride (HIC) avec double étanchéité des éléments. Et, comme nous l'avons déjà dit, il s'agissait du premier SIG au monde à intégration à deux niveaux et, peut-être, du premier SIG en général. Huit types de modules ont été développés sous le nom général « Quantum », qui remplissaient diverses fonctions logiques. Dans le cadre de ces modules, les véhicules R12-2 sont restés opérationnels lorsqu'ils ont été exposés à des accélérations constantes allant jusqu'à 150 g et à des charges vibratoires dans la plage de fréquences de 5 à 2 000 Hz avec une accélération allant jusqu'à 15 g.

Les modules Kvant ont d'abord été produits par la production pilote du NIIRE, puis transférés à l'usine radio Zhigulevsky du ministère de l'Industrie radiophonique de l'URSS, qui les a fournis à divers consommateurs, y compris l'usine VEF.

Les modules TS R12-2 et « Kvant » basés sur ceux-ci ont fait leurs preuves et sont largement utilisés. En 1968, une norme a été publiée établissant un système de désignation unifié pour les circuits intégrés dans le pays, et en 1969, les spécifications techniques générales pour les circuits intégrés semi-conducteurs (NP0.073.004TU) et hybrides (NP0.073.003TU) avec un système unifié d'exigences. . Conformément à ces exigences, le Bureau central pour l'application des circuits intégrés (TsBPIMS, plus tard CDB Dayton, Zelenograd) a approuvé le 6 février 1969 de nouvelles spécifications techniques ShT3.369.001-1TU pour le véhicule. Dans le même temps, le terme « circuit intégré » de la série 102 apparaît pour la première fois dans la désignation du produit. TS R12-2 commence à s'appeler IS : 1LB021V, 1LB021G, 1LB021ZH, 1LB021I. En fait, il s'agissait d'un seul circuit intégré, classé en quatre groupes en fonction de la tension de sortie et de la capacité de charge.

Riz. 13. CI séries 116 et 117

Et le 19 septembre 1970, le TsBPIMS a approuvé les spécifications techniques AB0.308.014TU pour les modules Kvant, désignés IS série 116 (Fig. 13). La série comprenait neuf circuits intégrés : 1ХЛ161, 1ХЛ162 et 1ХЛ163 – circuits numériques multifonctionnels ; 1LE161 et 1LE162 – deux et quatre éléments logiques 2NOR ; 1TP161 et 1TP1162 – un et deux déclencheurs ; 1UP161 – amplificateur de puissance, ainsi que 1LP161 – élément logique « inhibition » pour 4 entrées et 4 sorties. Chacun de ces circuits intégrés présentait quatre à sept options de conception, différant par la tension du signal de sortie et la capacité de charge, pour un total de 58 types de circuits intégrés. Les dessins étaient marqués d'une lettre après la partie numérique de la désignation IS, par exemple 1ХЛ161ж. Par la suite, la gamme de modules s'est élargie. Les circuits intégrés de la série 116 étaient en réalité hybrides, mais à la demande du RZPP, ils ont été étiquetés comme semi-conducteurs (le premier chiffre de la désignation est « 1 », les circuits hybrides devraient avoir « 2 »).

En 1972, par décision conjointe du ministère de l'Industrie électronique et du ministère de l'Industrie radiophonique, la production de modules a été transférée de l'usine radio Zhigulevsky à RZPP. Cela a éliminé la possibilité de transporter les circuits intégrés de la série 102 sur de longues distances, et ils ont donc abandonné la nécessité de sceller la puce de chaque circuit intégré. En conséquence, la conception des circuits intégrés des séries 102 et 116 a été simplifiée : il n'était pas nécessaire de conditionner les circuits intégrés de la série 102 dans une coupelle métallique remplie de composé. Les CI non emballés de la série 102 dans des conteneurs technologiques ont été livrés à un atelier voisin pour l'assemblage des CI de la série 116, montés directement sur leur microcarte et scellés dans le boîtier du module.

Au milieu des années 1970, une nouvelle norme pour le système de désignation IP a été publiée. Après cela, par exemple, IS 1LB021V a reçu la désignation 102LB1V.

Deuxième SI et SIG par Yuri Osokin. Schéma solide R12-5(série IS 103 Et 117 )

Au début de 1963, à la suite de travaux sérieux sur le développement de transistors n-p-n haute fréquence, l'équipe de Yu.V. Osokina a accumulé une vaste expérience en travaillant avec les couches P sur la plaquette de n-germanium originale. Ceci et la présence de tous les composants technologiques nécessaires ont permis à Osokin de commencer en 1963 à développer de nouvelles technologies et à concevoir une version plus rapide du véhicule. En 1964, sur ordre du NIIRE, le développement du véhicule R12-5 et des modules basés sur celui-ci a été achevé. Sur la base de ses résultats, le R&D de Palanga a été ouvert en 1965 (GK Yu.V. Osokin, son adjoint - D.L. Mikhalovich, a achevé ses travaux en 1966). Les modules basés sur le R12-5 ont été développés au sein du même projet R&D « Kvant » que les modules basés sur le R12-2. Simultanément aux spécifications techniques des séries 102 et 116, les spécifications techniques ShT3.369.002-2TU pour le circuit intégré de la série 103 (R12-5) et AV0.308.016TU pour le circuit intégré de la série 117 (modules basés sur le circuit intégré de la série 103) ont été approuvé. La nomenclature des types et des valeurs standard du TS R12-2, des modules qui les composent et des séries IS 102 et 116 était identique à la nomenclature des séries TS R12-5 et IS 103 et 117, respectivement. Ils ne différaient que par la vitesse et la technologie de fabrication du cristal IC. Le temps de propagation typique de la série 117 était de 55 ns contre 200 ns pour la série 116.

Structurellement, le R12-5 TS était une structure semi-conductrice à quatre couches (Fig. 14), dans laquelle le substrat de type n et les émetteurs de type p + étaient connectés à un bus de masse commun. Les principales solutions techniques pour la construction du véhicule R12-5 sont enregistrées comme étant l'invention de Yu.V. Osokin, D.L. Mikhalovich. Kaydalova Zh.A et Akmensa Ya.P. (A.S. n° 248847). Lors de la fabrication de la structure à quatre couches du TC R12-5, un savoir-faire important a été la formation d'une couche P de type N dans la plaque de germanium d'origine. Ceci a été réalisé par diffusion de zinc dans une ampoule de quartz scellée, où les plaques sont situées à une température d'environ 900°C, et le zinc est situé à l'autre extrémité de l'ampoule à une température d'environ 500°C. La structure TS dans la couche P créée est similaire à celle du TS P12-2. Les nouvelles technologies ont permis d'éviter la forme complexe du cristal TS. Les tranches avec P12-5 ont également été meulées depuis l'arrière jusqu'à une épaisseur d'environ 150 microns, préservant une partie de la tranche d'origine, puis elles ont été gravées dans des puces IC rectangulaires individuelles.

Riz. 14. Structure du cristal TS R12-5 du numéro AS 248847. 1 et 2 – masse, 3 et 4 – entrées, 5 – sortie, 6 – alimentation

Après les premiers résultats positifs de la production de véhicules expérimentaux R12-5, le projet de recherche Mezon-2 a été ouvert sur ordre de KB-1, visant à créer un véhicule équipé de quatre R12-5. En 1965, des échantillons de travail dans un boîtier plat en métal-céramique ont été obtenus. Mais le P12-5 s'est avéré difficile à fabriquer, principalement en raison de la difficulté de former une couche P dopée au zinc sur la plaquette de n-Ge d'origine. La production du cristal s'est avérée laborieuse, le pourcentage de rendement est faible et le coût du véhicule est élevé. Pour les mêmes raisons, le R12-5 TC a été produit en petits volumes et ne pouvait pas remplacer le R12-2, plus lent mais plus avancé technologiquement. Et le projet de recherche Mezon-2 n'a pas été poursuivi du tout, notamment en raison de problèmes d'interconnexion.

À cette époque, l'Institut de recherche Pulsar et le NIIME menaient déjà des travaux approfondis sur le développement de la technologie du silicium planaire, qui présente de nombreux avantages par rapport à la technologie du germanium, dont le principal est une plage de températures de fonctionnement plus élevée (+150°C). pour le silicium et +70°C pour le germanium) et la présence d'un film protecteur naturel de SiO 2 sur le silicium. Et la spécialisation du RZPP a été réorientée vers la création de circuits intégrés analogiques. Par conséquent, les spécialistes du RZPP ont jugé inapproprié le développement de la technologie du germanium pour la production de circuits intégrés. Cependant, dans la production de transistors et de diodes, le germanium n'a pas perdu sa place depuis un certain temps. Dans le département de Yu.V. Osokin, après 1966, ont été développés et produits des transistors micro-ondes planaires à faible bruit en germanium RZPP GT329, GT341, GT 383, etc.. Leur création a reçu le Prix d'État de l'URSS lettone.

Application

Riz. 15. Dispositif arithmétique sur modules à circuits solides. Photo du livret TS daté de 1965.

Riz. 16. Dimensions comparatives du dispositif de commande automatique du central téléphonique, réalisé sur un relais et un véhicule. Photo du livret TS daté de 1965.

Les clients et premiers consommateurs du R12-2 TS et des modules ont été les créateurs de systèmes spécifiques : l'ordinateur Gnome (Fig. 15) pour le système embarqué de l'avion Kupol (NIIRE, GK Lyakhovich E.M.) et les centraux téléphoniques automatiques navals et civils (usine VEF, GK Misulovin L.Ya.). A participé activement à toutes les étapes de la création des véhicules et modules R12-2, R12-5 sur ceux-ci et KB-1, le principal conservateur de cette coopération de KB-1 était N.A. Barkanov. Ils ont contribué au financement, à la fabrication d'équipements et à la recherche de véhicules et de modules dans divers modes et conditions de fonctionnement.

Les modules TS R12-2 et « Kvant » basés sur celui-ci ont été les premiers microcircuits du pays. Et au monde, ils ont été parmi les premiers - ce n'est qu'aux États-Unis que Texas Instruments et Fairchild Semiconductor ont commencé à produire leurs premiers circuits intégrés à semi-conducteurs, et en 1964, IBM Corporation a commencé à produire des circuits intégrés hybrides à couche épaisse pour ses ordinateurs. Dans d’autres pays, la propriété intellectuelle n’a pas encore été envisagée. Les circuits intégrés constituaient donc une curiosité pour le public ; l'efficacité de leur utilisation produisait une impression frappante et était mise en avant dans la publicité. Le livret survivant sur le véhicule R12-2 de 1965 (basé sur des applications réelles) dit : « L'utilisation de circuits à semi-conducteurs P12-2 dans les appareils informatiques embarqués permet de réduire de 10 à 20 fois le poids et les dimensions de ces appareils, de réduire la consommation d'énergie et d'augmenter la fiabilité opérationnelle. ... L'utilisation de circuits solides P12-2 dans les systèmes de contrôle et la commutation des chemins de transmission d'informations des centraux téléphoniques automatiques permet de réduire le volume des dispositifs de contrôle d'environ 300 fois, ainsi que de réduire considérablement la consommation électrique (30-50 fois)" . Ces déclarations ont été illustrées par des photographies du dispositif arithmétique de l'ordinateur Gnome (Fig. 15) et une comparaison du rack ATS à relais produit par l'usine VEF à cette époque avec un petit bloc sur la paume de la fille (Fig. 16) . Il existe de nombreuses autres applications des premiers circuits intégrés de Riga.

Production

Il est désormais difficile de restituer une image complète des volumes de production des séries IC 102 et 103 par année (aujourd'hui, RZPP est passée d'une grande usine à une petite production et de nombreuses archives ont été perdues). Mais selon les mémoires de Yu.V. Osokin, dans la seconde moitié des années 1960, la production s'élevait à plusieurs centaines de milliers par an, dans les années 1970, à des millions. Selon ses notes personnelles survivantes, en 1985, les circuits intégrés de la série 102 ont été produits - 4 100 000 pièces, les modules de la série 116 - 1 025 000 pièces, les circuits intégrés de la série 103 - 700 000 pièces, les modules de la série 117 - 175 000 pièces. .

Fin 1989, Yu.V. Osokin, alors directeur général de l'Alpha Production Association, s'est tourné vers la direction de la Commission militaro-industrielle du Conseil des ministres de l'URSS (MIC) pour lui demander de retirer les séries 102, 103, 116 et 117 de la production en raison de leur obsolescence et une forte intensité de travail (en 25 ans, la microélectronique est loin d'avoir progressé), mais a reçu un refus catégorique. Vice-président du complexe militaro-industriel V.L. Koblov lui a dit que les avions volaient de manière fiable et que le remplacement était exclu. Après l'effondrement de l'URSS, les séries IC 102, 103, 116 et 117 ont été produites jusqu'au milieu des années 1990, soit pendant plus de 30 ans. Les ordinateurs Gnome sont toujours installés dans la cabine de navigation de l'Il-76 et de certains autres avions. "C'est un supercalculateur", nos pilotes ne sont pas désemparés lorsque leurs collègues étrangers sont surpris par leur intérêt pour cet appareil inédit.

À propos des priorités

Malgré le fait que J. Kilby et R. Noyce aient eu des prédécesseurs, ils sont reconnus par la communauté mondiale comme les inventeurs du circuit intégré.

R. Kilby et J. Noyce, par l'intermédiaire de leurs sociétés, ont déposé des demandes de brevet pour l'invention d'un circuit intégré. Texas Instruments a déposé une demande de brevet plus tôt, en février 1959, et Fairchild ne l'a fait qu'en juillet de la même année. Mais le brevet numéro 2981877 a été délivré en avril 1961 à R. Noyce. J. Kilby a intenté une action en justice et n'a reçu son brevet numéro 3138743 qu'en juin 1964. Il y a ensuite eu une guerre de priorités de dix ans, à la suite de laquelle (dans de rares cas) « l'amitié a gagné ». En fin de compte, la Cour d'appel a confirmé la prétention de Noyce à la primauté technologique, mais a statué que J. Kilby devait être crédité de la création du premier microcircuit fonctionnel. Et Texas Instruments et Fairchild Semiconductor ont signé un accord sur les technologies de licences croisées.

En URSS, le brevetage des inventions ne procurait aux auteurs que des tracas, un paiement unique insignifiant et une satisfaction morale, de sorte que de nombreuses inventions n'étaient pas du tout enregistrées. Et Osokin n'était pas non plus pressé. Mais pour les entreprises, le nombre d’inventions était l’un des indicateurs, elles devaient donc toujours être enregistrées. Par conséquent, Yu. Osokina et D. Mikhalovich n'ont reçu le certificat d'auteur de l'URSS n° 36845 pour l'invention du véhicule R12-2 que le 28 juin 1966.

Et J. Kilby est devenu en 2000 l'un des lauréats du prix Nobel pour l'invention de la propriété intellectuelle. R. Noyce n'a pas reçu de reconnaissance mondiale, il est décédé en 1990 et, selon le règlement, le prix Nobel n'est pas décerné à titre posthume. Ce qui, dans ce cas, n'est pas tout à fait juste, puisque toute la microélectronique a suivi la voie amorcée par R. Noyce. L'autorité de Noyce parmi les spécialistes était si élevée qu'il reçut même le surnom de « maire de la Silicon Valley », car il était alors le plus populaire des scientifiques travaillant dans cette partie de la Californie, qui reçut le nom officieux de Silicon Valley (V. Shockley s'appelait « Moïse de la Silicon Valley »). Mais le chemin de J. Kilby (germanium « poilu ») s'est avéré être une impasse et n'a pas été mis en œuvre même dans son entreprise. Mais la vie n'est pas toujours juste.

Le prix Nobel a été décerné à trois scientifiques. La moitié de cette somme a été reçue par Jack Kilby, 77 ans, et l'autre moitié a été partagée entre l'académicien de l'Académie russe des sciences Zhores Alferov et le professeur de l'Université de Californie à Santa Barbara, l'allemand-américain Herbert Kremer, pour « le développement d’hétérostructures semi-conductrices utilisées en optoélectronique à grande vitesse.

En évaluant ces travaux, les experts ont noté que "les circuits intégrés sont, bien entendu, la découverte du siècle, qui a eu un profond impact sur la société et l'économie mondiale". Pour l’oublié J. Kilby, le prix Nobel a été une surprise. Dans une interview avec le magazine Actualités Europhysique Il admit: " À cette époque, je ne pensais qu’à ce qui serait important d’un point de vue économique pour le développement de l’électronique. Mais je ne comprenais pas alors que la réduction du coût des produits électroniques provoquerait une avalanche de croissance dans les technologies électroniques.».

Et les travaux de Yu. Osokin ne sont pas seulement appréciés par le Comité Nobel. Ils sont également oubliés dans notre pays ; la priorité du pays dans la création de la microélectronique n’est pas protégée. Et il l’était sans aucun doute.

Dans les années 1950, la base matérielle a été créée pour la formation de produits multi-éléments - des circuits intégrés - dans un cristal monolithique ou sur un substrat céramique. Il n’est donc pas surprenant que presque simultanément l’idée de propriété intellectuelle soit apparue indépendamment dans l’esprit de nombreux spécialistes. Et la rapidité de mise en œuvre d'une nouvelle idée dépendait des capacités technologiques de l'auteur et de l'intérêt du fabricant, c'est-à-dire de la présence du premier consommateur. À cet égard, Yu. Osokin s'est retrouvé dans une meilleure position que ses collègues américains. Kilby était nouveau chez TI, il devait même prouver à la direction de l'entreprise la possibilité fondamentale de mettre en œuvre un circuit monolithique en réalisant son tracé. En fait, le rôle de J. Kilby dans la création de l'IP revient à rééduquer la direction de TI et à inciter R. Noyce à agir activement avec sa mise en page. L'invention de Kilby n'a pas été produite en série. R. Noyce, dans sa jeune et pas encore entreprise solide, est allé créer une nouvelle technologie planaire, qui est effectivement devenue la base de la microélectronique ultérieure, mais n'a pas immédiatement cédé à l'auteur. En relation avec ce qui précède, eux et leurs entreprises ont dû consacrer beaucoup d'efforts et de temps pour mettre en pratique leurs idées sur la construction de circuits intégrés produits en série. Leurs premiers échantillons sont restés expérimentaux, mais d'autres microcircuits, qu'ils n'ont même pas développés, ont été produits en série. Contrairement à Kilby et Noyce, qui étaient loin de la production, le propriétaire de l'usine Yu. Osokin s'appuyait sur les technologies de semi-conducteurs RZPP développées industriellement, et il avait garanti aux consommateurs des premiers véhicules sous la forme de l'initiateur du développement du NIIRE et de l'usine voisine VEF, qui a aidé dans ce travail. Pour ces raisons, la première version de son véhicule est immédiatement passée en production expérimentale, qui a ensuite évolué en douceur vers une production de masse, qui s'est poursuivie sans interruption pendant plus de 30 ans. Ainsi, ayant commencé à développer le TS plus tard que Kilby et Noyce, Yu. Osokin (ne connaissant pas cette compétition) les rattrapa rapidement. De plus, les travaux de Yu. Osokin n'ont aucun lien avec les travaux des Américains, comme en témoigne la dissemblance absolue de son véhicule et des solutions mises en œuvre à partir des microcircuits Kilby et Noyce. Texas Instruments (et non l'invention de Kilby), Fairchild et RZPP ont commencé la production de leurs circuits intégrés presque simultanément, en 1962. Cela donne tout à fait le droit de considérer Yu. Osokin comme l'un des inventeurs du circuit intégré au même titre que R. Noyce et plus que J. Kilby, et il serait juste de partager une partie du prix Nobel pour J. Kilby avec Yu. Osokin. Osokin. Quant à l’invention du premier SIG à intégration à deux niveaux (et éventuellement du SIG en général), ici la priorité A. Pelipenko du NIIRE est absolument incontestable.

Malheureusement, il n'a pas été possible de trouver des échantillons de véhicules et d'appareils basés sur ceux-ci, nécessaires aux musées. L’auteur serait très reconnaissant pour de tels échantillons ou photographies d’eux.

Le contenu de l'article

CIRCUIT INTÉGRÉ(IC), un circuit microélectronique formé sur une minuscule plaquette (cristal ou « puce ») de matériau semi-conducteur, généralement du silicium, utilisé pour contrôler et amplifier le courant électrique. Un circuit intégré typique est constitué de nombreux composants microélectroniques interconnectés, tels que des transistors, des résistances, des condensateurs et des diodes, fabriqués au niveau de la couche superficielle de la puce. Les tailles des cristaux de silicium vont d'environ 1,3 à 1,3 mm à 13 à 13 mm. Les progrès des circuits intégrés ont conduit au développement de technologies de circuits intégrés à grande et très grande échelle (LSI et VLSI). Ces technologies permettent d'obtenir des circuits intégrés contenant chacun plusieurs milliers de circuits : une seule puce peut contenir plus d'un million de composants.

Les circuits intégrés présentent un certain nombre d'avantages par rapport à leurs prédécesseurs : des circuits assemblés à partir de composants individuels montés sur un châssis. Les circuits intégrés sont plus petits, plus rapides et plus fiables ; Ils sont également moins chers et moins sujets aux pannes causées par les vibrations, l’humidité et le vieillissement.

La miniaturisation des circuits électroniques a été rendue possible grâce aux propriétés particulières des semi-conducteurs. Un semi-conducteur est un matériau qui a une conductivité électrique (conductivité) bien supérieure à celle d'un diélectrique tel que le verre, mais nettement inférieure à celle des conducteurs tels que le cuivre. Le réseau cristallin d’un matériau semi-conducteur tel que le silicium contient trop peu d’électrons libres à température ambiante pour fournir une conductivité significative. Les semi-conducteurs purs ont donc une faible conductivité. Cependant, l’introduction d’une impureté appropriée dans le silicium augmente sa conductivité électrique.

Les dopants sont introduits dans le silicium selon deux méthodes. Pour un dopage important ou dans les cas où un contrôle précis de la quantité d'impureté introduite n'est pas nécessaire, la méthode de diffusion est généralement utilisée. La diffusion du phosphore ou du bore s'effectue habituellement dans une atmosphère d'un dopant à des températures comprises entre 1000 et 1150°C pendant d'une demi-heure à plusieurs heures. Lors de l’implantation ionique, le silicium est bombardé d’ions dopants à haute vitesse. La quantité d'impureté implantée peut être ajustée avec une précision de plusieurs pour cent ; la précision dans certains cas est importante, puisque le gain du transistor dépend du nombre d'atomes d'impuretés implantés par 1 cm 2 de base ( voir ci-dessous).

Production.

La fabrication d'un circuit intégré peut prendre jusqu'à deux mois car certaines zones du semi-conducteur doivent être précisément dopées. Dans un processus appelé croissance des cristaux, ou extraction des cristaux, une plaque cylindrique de silicium de haute pureté est d'abord produite. A partir de ce cylindre, on découpe des plaques d'une épaisseur par exemple de 0,5 mm. La tranche est finalement découpée en centaines de petits morceaux appelés puces, dont chacun est transformé en circuit intégré grâce au processus décrit ci-dessous.

Le processus de traitement des puces commence par la production de masques pour chaque couche du circuit intégré. Un pochoir à grande échelle est réalisé, en forme de carré d'une superficie d'env. 0,1 m2. Un ensemble de tels masques contient tous les composants du CI : niveaux de diffusion, niveaux d'interconnexion, etc. L’ensemble de la structure résultante est photographiquement réduit à la taille d’un cristal et reproduit couche par couche sur une plaque de verre. Une fine couche de dioxyde de silicium se développe à la surface de la plaquette de silicium. Chaque plaque est recouverte d'un matériau photosensible (photorésist) et exposée à la lumière transmise à travers des masques. Les zones non exposées du revêtement photosensible sont éliminées avec un solvant et, à l'aide d'un autre réactif chimique qui dissout le dioxyde de silicium, ce dernier est gravé des zones où il n'est plus protégé par le revêtement photosensible. Des variantes de cette technologie de processus de base sont utilisées dans la fabrication de deux principaux types de structures de transistors : bipolaires et à effet de champ (MOS).

Transistor bipolaire.

Un tel transistor a une structure comme n-p-n ou, beaucoup moins souvent, comme p-n-p. En règle générale, le processus technologique commence par une plaque (substrat) d'un matériau fortement allié p-taper. Une fine couche de silicium légèrement dopé est épitaxiée à la surface de cette plaquette. n-taper; ainsi, la couche développée a la même structure cristalline que le substrat. Cette couche doit contenir la partie active du transistor - des collecteurs individuels y seront formés. La plaque est d'abord placée dans un four à vapeur de bore. La diffusion du bore dans la plaquette de silicium se produit uniquement là où sa surface a été gravée. En conséquence, des zones et des fenêtres de matériau se forment n-taper. Un deuxième processus à haute température, qui utilise de la vapeur de phosphore et un autre masque, permet d'entrer en contact avec la couche collectrice. En effectuant des diffusions successives de bore et de phosphore, on forme respectivement la base et l'émetteur. L'épaisseur de la base est généralement de plusieurs microns. Ces minuscules îlots de conductivité n- Et p-type sont connectés dans un circuit commun via des interconnexions en aluminium, déposées en phase vapeur ou pulvérisées sous vide. Parfois, des métaux nobles comme le platine et l’or sont utilisés à ces fins. Les transistors et autres éléments de circuit, tels que les résistances, les condensateurs et les inductances, ainsi que les interconnexions associées, peuvent être formés dans la tranche par des techniques de diffusion via une série d'opérations, créant finalement un circuit électronique complet.

Transistor MOSFET.

Le plus largement utilisé est le MOS (métal-oxyde-semi-conducteur) - une structure composée de deux zones de silicium étroitement espacées. n-type, mis en œuvre sur un substrat p-taper. Une couche de dioxyde de silicium se forme à la surface du silicium et, au-dessus de cette couche (entre les régions n-type et en les saisissant légèrement), une couche localisée de métal se forme, agissant comme une porte. Les deux domaines mentionnés ci-dessus n-les types, appelés source et drain, servent respectivement d'éléments de connexion pour l'entrée et la sortie. Grâce aux fenêtres prévues dans le dioxyde de silicium, des connexions métalliques sont établies vers la source et le drain. Canal de surface étroit en matériau n-type connecte la source et le drain ; dans d'autres cas, le canal peut être induit, créé par une tension appliquée à la grille. Lorsqu'une tension positive est appliquée à la grille d'un transistor à canal induit, la couche située sous la grille p-se transforme en quelque sorte en une couche n-type, et le courant, contrôlé et modulé par le signal entrant dans la porte, circule de la source au drain. Le MOSFET consomme très peu d'énergie ; Il présente une impédance d'entrée élevée, un faible courant de drain et un très faible bruit. Étant donné que la grille, l'oxyde et le silicium forment un condensateur, un tel dispositif est largement utilisé dans les systèmes de mémoire informatique ( voir ci-dessous). Dans les circuits complémentaires, ou CMOS, les structures MOS sont utilisées comme charges et ne consomment pas d'énergie lorsque le transistor MOS principal est à l'état inactif.

Une fois le traitement terminé, les plaques sont découpées en morceaux. L'opération de découpe est réalisée avec une scie circulaire à bords diamantés. Chaque cristal (puce ou CI) est ensuite enfermé dans l'un des nombreux types de boîtiers. Un fil d'or de 25 microns est utilisé pour connecter les composants IC à la grille de connexion du boîtier. Des broches de cadre plus épaisses permettent de connecter le circuit intégré au dispositif électronique dans lequel il fonctionnera.

Fiabilité.

La fiabilité d'un circuit intégré est approximativement la même que celle d'un transistor au silicium individuel, équivalent en forme et en taille. Théoriquement, les transistors peuvent durer des milliers d’années sans défaillance – un facteur critique pour des applications telles que les fusées et la technologie spatiale, où une seule défaillance peut entraîner l’échec complet du projet.

Microprocesseurs et mini-ordinateurs.

Introduits publiquement pour la première fois en 1971, les microprocesseurs exécutaient la plupart des fonctions de base d'un ordinateur sur un seul circuit intégré en silicium, implémenté sur une puce de 5 à 5 mm. Grâce aux circuits intégrés, il est devenu possible de créer des mini-ordinateurs, de petits ordinateurs où toutes les fonctions sont exécutées sur un ou plusieurs grands circuits intégrés. Cette miniaturisation impressionnante a conduit à une réduction spectaculaire du coût de l’informatique. Les mini-ordinateurs actuellement produits, dont le prix est inférieur à 1 000 dollars, sont aussi puissants que les premiers très gros ordinateurs, qui coûtaient jusqu'à 20 millions de dollars au début des années 1960. Les microprocesseurs sont utilisés dans les équipements de communication, les calculatrices de poche et les montres-bracelets. , les jeux électroniques, les équipements automatisés de cuisine et de banque, le contrôle automatique du carburant et le post-traitement des gaz d'échappement dans les voitures particulières, ainsi que de nombreux autres appareils. Une grande partie de l’industrie électronique mondiale, estimée à 15 milliards de dollars, dépend d’une manière ou d’une autre des circuits intégrés. Partout dans le monde, les circuits intégrés sont utilisés dans des équipements d’une valeur totale de plusieurs dizaines de milliards de dollars.

Périphériques de stockage informatique.

En électronique, le terme « mémoire » désigne généralement tout dispositif conçu pour stocker des informations sous forme numérique. Parmi les nombreux types de périphériques de stockage (MSD), nous considérons la mémoire vive (RAM), le dispositif à couplage de charge (CCD) et la mémoire morte (ROM).

Pour la RAM, le temps d’accès à n’importe quelle cellule mémoire située sur la puce est le même. De tels dispositifs peuvent stocker 65 536 bits (unités binaires, généralement 0 et 1), un bit par cellule, et constituent un type de mémoire électronique largement utilisé ; sur chaque puce, ils ont env. 150 000 composants. Les RAM sont disponibles avec une capacité de 256 Kbits (K = 2 10 = 1024 ; 256 K = 262 144). Dans les dispositifs de mémoire à accès séquentiel, la circulation des bits stockés s'effectue comme sur un convoyeur fermé (les CCD utilisent exactement ce type d'échantillonnage). Un CCD, un circuit intégré spécialement configuré, peut placer des paquets de charges électriques sous de minuscules morceaux de métal étroitement espacés et électriquement isolés de la puce. La charge (ou son absence) peut ainsi se déplacer dans tout le dispositif semi-conducteur d'une cellule à l'autre. En conséquence, il devient possible de stocker des informations sous la forme d’une séquence de uns et de zéros (code binaire) et d’y accéder en cas de besoin. Bien que les CCD ne puissent pas rivaliser avec la mémoire RAM en termes de vitesse, ils peuvent traiter de grandes quantités d'informations à moindre coût et sont utilisés là où la mémoire vive n'est pas requise. La RAM créée sur un tel circuit intégré est volatile et les informations qui y sont enregistrées sont perdues lorsque l'alimentation est coupée. Les informations sont saisies dans la ROM pendant le processus de production et sont stockées de manière permanente.

Le développement et la publication de nouveaux types de propriété intellectuelle ne s'arrêtent pas. Les ROM programmables effaçables (EPROM) ont deux portes, l'une au-dessus de l'autre. Lorsqu'une tension est appliquée à la grille supérieure, la grille inférieure peut acquérir une charge, ce qui correspond à 1 dans le code binaire, et lors de la commutation (inversion) de la tension, la grille peut perdre sa charge, ce qui correspond à 0 dans le code binaire. .

CIRCUIT INTÉGRÉ
(IC), un circuit microélectronique formé sur une minuscule plaquette (cristal ou « puce ») de matériau semi-conducteur, généralement du silicium, utilisé pour contrôler et amplifier le courant électrique. Un circuit intégré typique est constitué de nombreux composants microélectroniques interconnectés, tels que des transistors, des résistances, des condensateurs et des diodes, fabriqués au niveau de la couche superficielle de la puce. Les tailles des cristaux de silicium vont d'environ 1,3 à 1,3 mm à 13 à 13 mm. Les progrès des circuits intégrés ont conduit au développement de technologies de circuits intégrés à grande et très grande échelle (LSI et VLSI). Ces technologies permettent d'obtenir des circuits intégrés contenant chacun plusieurs milliers de circuits : une seule puce peut contenir plus d'un million de composants.
voir également DISPOSITIFS ÉLECTRONIQUES À SEMI-CONDUCTEURS. Les circuits intégrés présentent un certain nombre d'avantages par rapport à leurs prédécesseurs : des circuits assemblés à partir de composants individuels montés sur un châssis. Les circuits intégrés sont plus petits, plus rapides et plus fiables ; Ils sont également moins chers et moins sujets aux pannes causées par les vibrations, l’humidité et le vieillissement. La miniaturisation des circuits électroniques a été rendue possible grâce aux propriétés particulières des semi-conducteurs. Un semi-conducteur est un matériau qui a une conductivité électrique (conductivité) bien supérieure à celle d'un diélectrique tel que le verre, mais nettement inférieure à celle des conducteurs tels que le cuivre. Le réseau cristallin d’un matériau semi-conducteur tel que le silicium contient trop peu d’électrons libres à température ambiante pour fournir une conductivité significative. Les semi-conducteurs purs ont donc une faible conductivité. Cependant, l’introduction d’une impureté appropriée dans le silicium augmente sa conductivité électrique.
voir également TRANSISTOR. Les dopants sont introduits dans le silicium selon deux méthodes. Pour un dopage important ou dans les cas où un contrôle précis de la quantité d'impureté introduite n'est pas nécessaire, la méthode de diffusion est généralement utilisée. La diffusion du phosphore ou du bore s'effectue habituellement dans une atmosphère d'un dopant à des températures comprises entre 1000 et 1150°C pendant d'une demi-heure à plusieurs heures. Lors de l’implantation ionique, le silicium est bombardé d’ions dopants à haute vitesse. La quantité d'impureté implantée peut être ajustée avec une précision de plusieurs pour cent ; la précision est importante dans certains cas, puisque le gain du transistor dépend du nombre d'atomes d'impuretés implantés pour 1 cm2 de base (voir ci-dessous).

Production. La fabrication d'un circuit intégré peut prendre jusqu'à deux mois car certaines zones du semi-conducteur doivent être précisément dopées. Dans un processus appelé croissance des cristaux, ou extraction des cristaux, une plaque cylindrique de silicium de haute pureté est d'abord produite. A partir de ce cylindre, on découpe des plaques d'une épaisseur par exemple de 0,5 mm. La tranche est finalement découpée en centaines de petits morceaux appelés puces, dont chacun est transformé en circuit intégré grâce au processus décrit ci-dessous. Le processus de traitement des puces commence par la production de masques pour chaque couche du circuit intégré. Un pochoir à grande échelle est réalisé, en forme de carré d'une superficie d'env. 0,1 m2. Un ensemble de tels masques contient tous les composants du CI : niveaux de diffusion, niveaux d'interconnexion, etc. L’ensemble de la structure résultante est photographiquement réduit à la taille d’un cristal et reproduit couche par couche sur une plaque de verre. Une fine couche de dioxyde de silicium se développe à la surface de la plaquette de silicium. Chaque plaque est recouverte d'un matériau photosensible (photorésist) et exposée à la lumière transmise à travers des masques. Les zones non exposées du revêtement photosensible sont éliminées avec un solvant et, à l'aide d'un autre réactif chimique qui dissout le dioxyde de silicium, ce dernier est gravé des zones où il n'est plus protégé par le revêtement photosensible. Des variantes de cette technologie de processus de base sont utilisées dans la fabrication de deux principaux types de structures de transistors : bipolaires et à effet de champ (MOS).
Transistor bipolaire. Un tel transistor présente une structure de type n-p-n ou, beaucoup plus rarement, de type p-n-p. Généralement, le processus commence par une tranche (substrat) d'un matériau de type p fortement dopé. Une fine couche de silicium de type n légèrement dopé est épitaxiée à la surface de cette plaquette ; ainsi, la couche développée a la même structure cristalline que le substrat. Cette couche doit contenir la partie active du transistor - des collecteurs individuels y seront formés. La plaque est d'abord placée dans un four à vapeur de bore. La diffusion du bore dans la plaquette de silicium se produit uniquement là où sa surface a été gravée. En conséquence, des régions et des fenêtres de matériau de type n sont formées. Un deuxième processus à haute température, qui utilise de la vapeur de phosphore et un autre masque, permet d'entrer en contact avec la couche collectrice. En effectuant des diffusions successives de bore et de phosphore, on forme respectivement la base et l'émetteur. L'épaisseur de la base est généralement de plusieurs microns. Ces minuscules îlots de conductivité de type n et p sont connectés dans un circuit commun via des interconnexions en aluminium déposé en phase vapeur ou pulvérisé sous vide. Parfois, des métaux nobles comme le platine et l’or sont utilisés à ces fins. Les transistors et autres éléments de circuit, tels que les résistances, les condensateurs et les inductances, ainsi que les interconnexions associées, peuvent être formés dans la tranche par des techniques de diffusion via une série d'opérations, créant finalement un circuit électronique complet. Voir aussi TRANSISTOR.
Transistor MOSFET. Le plus largement utilisé est le MOS (métal-oxyde-semi-conducteur) - une structure composée de deux régions étroitement espacées de silicium de type n implantées sur un substrat de type p. Une couche de dioxyde de silicium se forme à la surface du silicium et, au-dessus de cette couche (entre les régions de type n et les capturant légèrement), une couche localisée de métal est formée, qui agit comme une grille. Les deux régions de type n mentionnées ci-dessus, appelées source et drain, servent respectivement d'éléments de connexion pour l'entrée et la sortie. Grâce aux fenêtres prévues dans le dioxyde de silicium, des connexions métalliques sont établies vers la source et le drain. Un canal de surface étroit en matériau de type N relie la source et le drain ; dans d'autres cas, le canal peut être induit – créé par une tension appliquée à la grille. Lorsqu'une tension positive est appliquée à la grille d'un transistor à canal induit, la couche de type p située sous la grille est convertie en une couche de type n, et un courant contrôlé et modulé par le signal entrant dans la grille circule de la source au drain. Le MOSFET consomme très peu d'énergie ; Il présente une impédance d'entrée élevée, un faible courant de drain et un très faible bruit. Étant donné que la grille, l'oxyde et le silicium forment un condensateur, un tel dispositif est largement utilisé dans les systèmes de mémoire informatique (voir ci-dessous). Dans les circuits complémentaires, ou CMOS, les structures MOS sont utilisées comme charges et ne consomment pas d'énergie lorsque le transistor MOS principal est à l'état inactif.

Une fois le traitement terminé, les plaques sont découpées en morceaux. L'opération de découpe est réalisée avec une scie circulaire à bords diamantés. Chaque cristal (puce ou CI) est ensuite enfermé dans l'un des nombreux types de boîtiers. Un fil d'or de 25 microns est utilisé pour connecter les composants IC à la grille de connexion du boîtier. Des broches de cadre plus épaisses permettent de connecter le circuit intégré au dispositif électronique dans lequel il fonctionnera.
Fiabilité. La fiabilité d'un circuit intégré est approximativement la même que celle d'un transistor au silicium individuel, équivalent en forme et en taille. Théoriquement, les transistors peuvent durer des milliers d’années sans défaillance – un facteur critique pour des applications telles que les fusées et la technologie spatiale, où une seule défaillance peut entraîner l’échec complet du projet.
Microprocesseurs et mini-ordinateurs. Introduits publiquement pour la première fois en 1971, les microprocesseurs exécutaient la plupart des fonctions de base d'un ordinateur sur un seul circuit intégré en silicium, implémenté sur une puce de 5 à 5 mm. Grâce aux circuits intégrés, il est devenu possible de créer des mini-ordinateurs, de petits ordinateurs où toutes les fonctions sont exécutées sur un ou plusieurs grands circuits intégrés. Cette miniaturisation impressionnante a conduit à une réduction spectaculaire du coût de l’informatique. Les mini-ordinateurs actuellement produits, dont le prix est inférieur à 1 000 dollars, sont aussi puissants que les premiers très gros ordinateurs, qui coûtaient jusqu'à 20 millions de dollars au début des années 1960. Les microprocesseurs sont utilisés dans les équipements de communication, les calculatrices de poche et les montres-bracelets. , les jeux électroniques, les équipements automatisés de cuisine et de banque, le contrôle automatique du carburant et le post-traitement des gaz d'échappement dans les voitures particulières, ainsi que de nombreux autres appareils. Une grande partie de l’industrie électronique mondiale, estimée à 15 milliards de dollars, dépend d’une manière ou d’une autre des circuits intégrés. Partout dans le monde, les circuits intégrés sont utilisés dans des équipements d’une valeur totale de plusieurs dizaines de milliards de dollars.
Périphériques de stockage informatique. En électronique, le terme « mémoire » désigne généralement tout dispositif conçu pour stocker des informations sous forme numérique. Parmi les nombreux types de périphériques de stockage (MSD), nous considérons la mémoire vive (RAM), le dispositif à couplage de charge (CCD) et la mémoire morte (ROM). Pour la RAM, le temps d’accès à n’importe quelle cellule mémoire située sur la puce est le même. De tels dispositifs peuvent stocker 65 536 bits (unités binaires, généralement 0 et 1), un bit par cellule, et constituent un type de mémoire électronique largement utilisé ; sur chaque puce, ils ont env. 150 000 composants. Les RAM sont disponibles avec une capacité de 256 Kbits (K = 210 = 1024 ; 256 K = 262 144). Dans les dispositifs de mémoire à accès séquentiel, la circulation des bits stockés s'effectue comme sur un convoyeur fermé (les CCD utilisent exactement ce type d'échantillonnage). Un CCD, un circuit intégré spécialement configuré, peut placer des paquets de charges électriques sous de minuscules morceaux de métal étroitement espacés et électriquement isolés de la puce. La charge (ou son absence) peut ainsi se déplacer dans tout le dispositif semi-conducteur d'une cellule à l'autre. En conséquence, il devient possible de stocker des informations sous la forme d’une séquence de uns et de zéros (code binaire) et d’y accéder en cas de besoin. Bien que les CCD ne puissent pas rivaliser avec la mémoire RAM en termes de vitesse, ils peuvent traiter de grandes quantités d'informations à moindre coût et sont utilisés là où la mémoire vive n'est pas requise. La RAM créée sur un tel circuit intégré est volatile et les informations qui y sont enregistrées sont perdues lorsque l'alimentation est coupée. Les informations sont saisies dans la ROM pendant le processus de production et sont stockées de manière permanente. Le développement et la publication de nouveaux types de propriété intellectuelle ne s'arrêtent pas. Les ROM programmables effaçables (EPROM) ont deux portes, l'une au-dessus de l'autre. Lorsqu'une tension est appliquée à la grille supérieure, la grille inférieure peut acquérir une charge, ce qui correspond à 1 dans le code binaire, et lors de la commutation (inversion) de la tension, la grille peut perdre sa charge, ce qui correspond à 0 dans le code binaire. .
voir également
ÉQUIPEMENT DE BUREAU ET ÉQUIPEMENT DE BUREAU ;
ORDINATEUR ;
COMMUNICATIONS ÉLECTRONIQUES ;
ACCUMULATION ET RECHERCHE D'INFORMATIONS.
LITTÉRATURE
Meizda F. Circuits intégrés : technologie et applications. M., 1981 Zi S. Physique des dispositifs semi-conducteurs. M., 1984 Technologie VLSI. M., 1986 Maller R., Keimin S. Éléments de circuits intégrés. M., 1989 Shur M.S. Physique des dispositifs semi-conducteurs. M., 1992

Encyclopédie de Collier. - Société ouverte. 2000 .

Voyez ce qu'est « CIRCUIT INTÉGRÉ » dans d'autres dictionnaires :

Un dispositif à semi-conducteurs contenant un groupe de dispositifs et leurs connexions (connexions), réalisés sur une seule plaque (substrat). Dans I. s. Des éléments passifs (capacités, résistances) et des éléments actifs sont intégrés dont l'action repose sur divers. physique... ... Encyclopédie physique

- (IC, circuit intégré, microcircuit), dispositif microminiature avec une densité élevée d'éléments (diodes, transistors, résistances, condensateurs, etc.), inextricablement liés (unis) les uns aux autres structurellement, technologiquement... ... Encyclopédie moderne

- (circuit intégré IC, microcircuit), un dispositif électronique microminiature dont les éléments sont inextricablement liés (unis) structurellement, technologiquement et électriquement. Les SI sont divisés : selon la méthode de combinaison (intégration) des éléments dans... Grand dictionnaire encyclopédique

circuit intégré- (UIT T Q.1741). Sujets : télécommunications, concepts de base FR circuit intégréIC... Guide du traducteur technique

La requête « BIS » est redirigée ici ; voir aussi d'autres significations. Circuits intégrés modernes conçus pour le montage en surface Circuit (micro) intégré (... Wikipédia

- (EST). circuit intégré (IC), microcircuit, dispositif électronique microminiature avec une densité élevée d'éléments interconnectés (généralement électriquement) (diodes, transistors, résistances, condensateurs, etc.),... ... Grand dictionnaire polytechnique encyclopédique

- (IC, circuit intégré, microcircuit), un dispositif électronique microminiature dont les éléments sont fabriqués dans un seul cycle technologique et sont inextricablement liés (unis) structurellement et électriquement. Les circuits intégrés sont divisés en : ... Dictionnaire encyclopédique