ТехНовБум – Онлайн журнал о новых технологиях

Эволюция полупроводниковой электроники – интегральные схемы

Слышали ли вы о знаменитом законе Мура? Вполне возможно. Полмира, а то и больше, осведомлены о политике компании Intel, вдвое увеличивающей количество транзисторов каждые два года. Но все, как обычно, намного сложнее, чем кажется на первый взгляд. И если вас не смущает поговорить о сути микроэлектроники, взглянуть на процессы, проходящие на микро- и нано-уровнях, узнать, что же именно скрывается за кричащими заголовками об освоении N-нной компанией X-нм технологии, то это статья для вас.

Вы, наверное, читаете эту статью на домашнем ПК, ноутбуке, электронной книге или смартфоне. Все из вышеперечисленных приборов достаточно мощные, чтобы отвечать требованиям современного человека, некоторые из них могут быть даже более чем профессиональные. Но когда-то не было нестационарных компьютеров, а телефоны были примитивны настолько, что даже обычный звонок стоил потребителю усилий. Что же именно отдаляло людей десять-пятнадцать лет назад от владения всем арсеналом современной техники, которой мы все располагаем сегодня?

Что такое микросхема

Современные интегральные микросхемы

Многие технологии былы усовершенствованы за последние 20-50 лет. Но если мы говорим специфически об электронных системах, то ключевым элементом в эволюции стала разработка микросхем. Микросхема является  совокупностью электронных элементов, которые помещены в один неразборный корпус и выполняют определенный набор логических задач. Среди микросхем можно различить сложные модели (процессоры, микроконтроллеры, виды памяти) и модули попроще (компараторы, триггеры, сумматоры и другие), используемые обычно в составе других систем.

Предисловие

Еще в шестидесятых годах электронные компоненты (резисторы, конденсаторы, транзисторы) размещались отдельно друг от друга на кристалле. Такой способ стал особенно неудобен при внедрении  впоследствии изобретенных транзисторов. Схемы стали особенно громозкими, очень ненадежными и потребляли большое количество электроэнергии. Уже в эти годы можно было услышать от отдельных людей идеи по интергированию всех компонентов на одном монолитном кристалле и механизировании процесса. И, несмотря на недоверчивую  критику общества по отношению к смелым и крутым новациям, эти люди сумели построить первые прототипы нового звена полупроводниковой электроники – интегральные схемы.

Отцами идеи официально считаются два человека – Джек Килби, работавший в Texas Instruments , и Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor. Работая отдельно друг от друга, они сформулировали концепцию интегральной схемы, и, впоследствии, реализовали ее в 1958-59- гг. В физическом воплощении идеи предпочтения изобретателей разошлись: Нойс решил  использовать германий, в то время как Килби предпочел кремний. Оба этих полупроводниковых материалов были одинаково хороши для использования в электронике 60-х годов.

Главной задачей Нойса и Килби в построении интегральной схемы было изготовление абсолютно всех электронных элементов одинакового размера, используя  при этом единый материал. В отличие от транзисторов, которые изначально изготавливались с помощью кремния или германия, полупроводниковые конденсаторы и резисторы были менее надежны, чем их тефлоновые или нитрид-титановые «сородичи». Нойс и Килби, в конце концов, приносят каждый своему начальству  на демонстрацию работающие прототипы первых интегральных схем. Резисторы здесь используют объемное сопротивление кремния и германия, а конденстаторы –емкости p-n-переходов.

Поначалу интегральные схемы не были единодушно одоборены и приняты по причине доровизны изготовления, невысокой надежности и так сильно мешающего прогрессу вечного скептицизма. Но доказавшие себя в работе единицы привлекли всеобщее внимание, инвестиции и дальнейшее продвижение (автоматизирование процесса сборки ) и совершенствование (современные сверхсильные микрочипы).

Метки: изобретение, микросхема