entegre devre -Integrated circuit
Entegre devre veya yekpare entegre devre (ayrıca IC , çip veya mikroçip olarak da adlandırılır ) , genellikle silikon olan yarı iletken malzemeden küçük bir düz parça (veya "çip") üzerindeki bir dizi elektronik devredir . Çok sayıda minyatür transistör ve diğer elektronik bileşenler çip üzerinde bir araya getirilmiştir. Bu, büyük bir transistör sayısına izin veren, ayrık bileşenlerden inşa edilenlerden çok daha küçük, daha hızlı ve daha ucuz olan devrelerle sonuçlanır . IC'nin seri üretim kapasitesi, güvenilirliği ve entegre devre tasarımına yapı taşı yaklaşımı, ayrık transistörler kullanan tasarımlar yerine standartlaştırılmış IC'lerin hızla benimsenmesini sağlamıştır. IC'ler artık neredeyse tüm elektronik ekipmanlarda kullanılıyor ve elektronik dünyasında devrim yarattı . Bilgisayarlar , cep telefonları ve diğer ev aletleri , modern bilgisayar işlemcileri ve mikrodenetleyiciler gibi IC'lerin küçük boyutları ve düşük maliyetleri sayesinde artık modern toplumların yapısının ayrılmaz parçalarıdır .
Yarı iletken cihaz imalatındaki teknolojik gelişmeler sayesinde çok büyük ölçekli entegrasyon pratik hale getirildi . 1960'lardaki kökenlerinden bu yana, çiplerin boyutu, hızı ve kapasitesi, aynı boyuttaki çiplere giderek daha fazla transistör sığdıran teknik gelişmelerle birlikte muazzam bir şekilde ilerledi - modern bir çip, bir alanda milyarlarca transistöre sahip olabilir. insan tırnağı büyüklüğünde. Kabaca Moore yasasını izleyen bu ilerlemeler , günümüzün bilgisayar çiplerinin 1970'lerin başındaki bilgisayar çiplerinin milyonlarca katı kapasiteye ve binlerce kat daha hızlı olmasına neden oluyor.
IC'lerin ayrı devrelere göre üç ana avantajı vardır : boyut, maliyet ve performans. Boyut ve maliyet düşüktür çünkü çipler, tüm bileşenleriyle birlikte, her seferinde bir transistör inşa edilmek yerine fotolitografi ile bir birim olarak basılır . Ayrıca, paketlenmiş IC'ler, ayrık devrelerden çok daha az malzeme kullanır. Performans yüksektir çünkü IC'nin bileşenleri hızlı bir şekilde değişir ve küçük boyutları ve yakınlıkları nedeniyle nispeten az güç tüketir. IC'lerin ana dezavantajı, onları tasarlamanın yüksek ilk maliyeti ve fabrika inşaatının muazzam sermaye maliyetidir. Bu yüksek başlangıç maliyeti, IC'lerin yalnızca yüksek üretim hacimleri beklendiğinde ticari olarak uygun olduğu anlamına gelir .
terminoloji
Bir entegre devre şu şekilde tanımlanır:
Devre elemanlarının tamamının veya bir kısmının ayrılmaz bir şekilde bağlantılı olduğu ve elektriksel olarak birbirine bağlı olduğu, böylece inşaat ve ticaret amaçları için bölünmez kabul edilen bir devre.
Sıkı kullanımda entegre devre, tek bir silikon parçası üzerine inşa edilmiş, orijinal olarak monolitik entegre devre olarak bilinen tek parça devre yapısını ifade eder . Genel kullanımda, bu katı tanımı karşılamayan devrelere bazen, örneğin 3D IC , 2.5D IC , MCM , ince film transistörler , kalın film teknolojileri veya hibrit entegre devreler gibi birçok farklı teknoloji kullanılarak oluşturulan IC'ler denir . Terminoloji seçimi, Moore Yasasının eskimiş olup olmadığıyla ilgili tartışmalarda sıklıkla ortaya çıkar.
Tarih
Birkaç bileşeni tek bir cihazda (modern IC'ler gibi) birleştirmenin erken bir girişimi, 1920'lerden kalma Loewe 3NF vakum tüpüydü. IC'lerin aksine, vergiden kaçınmak amacıyla tasarlandı , Almanya'da olduğu gibi, radyo alıcılarının, bir radyo alıcısının sahip olduğu tüp tutucu sayısına bağlı olarak alınan bir vergisi vardı. Radyo alıcılarının tek bir tüp tutucuya sahip olmasına izin verdi.
Entegre devrenin ilk kavramları, Alman mühendis Werner Jacobi'nin ( Siemens AG ) , üç aşamalı bir amplifikatör düzenlemesinde ortak bir alt tabaka üzerinde beş transistörü gösteren entegre devre benzeri yarı iletken bir yükseltme cihazı için patent başvurusu yaptığı 1949 yılına kadar gider . Jacobi, patentinin tipik endüstriyel uygulamaları olarak küçük ve ucuz işitme cihazlarını açıkladı . Patentinin acil bir ticari kullanımı bildirilmemiştir.
Konseptin bir başka erken savunucusu , İngiliz Savunma Bakanlığı Kraliyet Radar Kuruluşu için çalışan bir radar bilimcisi olan Geoffrey Dummer (1909–2002) idi . Dummer, 7 Mayıs 1952'de Washington, DC'de düzenlenen Kaliteli Elektronik Bileşenlerde İlerleme Sempozyumunda bu fikri kamuoyuna sundu. Fikirlerini yaymak için alenen birçok sempozyum verdi ve 1956'da böyle bir devre kurmaya başarısız oldu. 1953 ile 1957 arasında, Sidney Darlington ve Yasuo Tarui ( Elektroteknik Laboratuvarı ), birkaç transistörün ortak bir aktif alanı paylaşabileceği, ancak bunları birbirinden ayıracak elektriksel izolasyonun olmadığı benzer çip tasarımları önerdi.
Monolitik tümleşik devre çipi, Jean Hoerni tarafından düzlemsel sürecin ve Kurt Lehovec tarafından p-n bağlantı izolasyonunun icat edilmesiyle sağlandı . Hoerni'nin icadı, Mohamed M. Atalla'nın yüzey pasivasyonu üzerine çalışması, ayrıca Fuller ve Ditzenberger'in bor ve fosfor safsızlıklarının silikona difüzyonu üzerine çalışması, Carl Frosch ve Lincoln Derick'in yüzey koruması üzerine çalışması ve Chih-Tang Sah ' üzerine inşa edildi. oksit tarafından difüzyon maskeleme üzerinde çalışır.
İlk entegre devreler
IC'nin öncü fikirlerinden biri, her biri tek bir minyatür bileşen içeren küçük seramik alt tabakalar ( mikro modüller olarak adlandırılır) oluşturmaktı. Bileşenler daha sonra entegre edilebilir ve iki boyutlu veya üç boyutlu kompakt bir ızgaraya kablolanabilir. 1957'de çok ümit verici görünen bu fikir, ABD Ordusu'na Jack Kilby tarafından önerildi ve kısa ömürlü Mikromodül Programı'nın (1951'deki Tinkertoy Projesi'ne benzer) yolunu açtı. Ancak proje ivme kazanırken Kilby yeni, devrim niteliğinde bir tasarım ortaya attı: IC.
Texas Instruments tarafından yeni işe alınan Kilby, entegre devre ile ilgili ilk fikirlerini Temmuz 1958'de kaydetti ve entegre devrenin ilk çalışan örneğini 12 Eylül 1958'de başarıyla sergiledi. 6 Şubat 1959'daki patent başvurusunda Kilby, yeni cihazını " elektronik devrenin tüm bileşenlerinin tamamen entegre olduğu bir yarı iletken malzeme gövdesi". Yeni buluşun ilk müşterisi ABD Hava Kuvvetleri oldu . Kilby , entegre devrenin icadındaki rolü nedeniyle 2000 Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı.
Bununla birlikte, Kilby'nin icadı gerçek bir yekpare entegre devre çipi değildi, çünkü seri üretimi zorlaştıracak harici altın tel bağlantıları vardı. Kilby'den altı ay sonra, Fairchild Semiconductor'dan Robert Noyce ilk gerçek monolitik IC çipini icat etti. Kilby'nin uygulamasından daha pratik olan Noyce'nin çipi silikondan yapılmıştır , oysa Kilby'ninki germanyumdan yapılmıştır ve Noyce'ninki, 1959'un başlarında meslektaşı Jean Hoerni tarafından geliştirilen ve kritik çip üstü alüminyum ara bağlantı hatlarını içeren düzlemsel süreç kullanılarak imal edilmiştir. Modern IC yongaları, Kilby'ninki yerine Noyce'nin yekpare IC'sine dayanmaktadır.
NASA'nın Apollo Programı, 1961 ile 1965 yılları arasında entegre devrelerin en büyük tek tüketicisiydi.
TTL entegre devreler
Transistör-transistör mantığı (TTL), 1960'ların başında TRW Inc.'de James L. Buie tarafından geliştirildi. TTL, 1970'lerden 1980'lerin başına kadar baskın entegre devre teknolojisi haline geldi.
Düzinelerce TTL tümleşik devre, mini bilgisayarların ve ana bilgisayarların işlemcileri için standart bir yapım yöntemiydi . IBM 360 ana çerçeveleri, PDP-11 mini bilgisayarları ve masaüstü Datapoint 2200 gibi bilgisayarlar , TTL veya daha da hızlı yayıcı-bağlı mantık (ECL) olmak üzere iki kutuplu tümleşik devrelerden oluşturuldu .
MOS entegre devreler
Neredeyse tüm modern IC yongaları, MOSFET'lerden (metal oksit silikon alan etkili transistörler) yapılmış metal oksit yarı iletken (MOS) entegre devrelerdir. 1959'da Mohamed M. Atalla ve Dawon Kahng tarafından Bell Laboratuarlarında icat edilen MOSFET (MOS transistörü olarak da bilinir), yüksek yoğunluklu entegre devreler oluşturmayı mümkün kıldı . Bir çip üzerindeki transistörlerin p-n bağlantısı izolasyonu için bir dizi adım gerektiren iki kutuplu transistörlerin aksine , MOSFET'ler böyle bir adım gerektirmez, ancak birbirlerinden kolayca izole edilebilirler. Entegre devreler için avantajı 1961'de Dawon Kahng tarafından işaret edildi. IEEE kilometre taşları listesi, 1958'de Kilby tarafından yapılan ilk entegre devreyi, 1959'da Hoerni'nin düzlemsel sürecini ve Noyce'nin düzlemsel IC'sini ve 1959'da Atalla ve Kahng tarafından MOSFET'i içerir.
Üretilecek en eski deneysel MOS IC, 1962'de RCA'da Fred Heiman ve Steven Hofstein tarafından inşa edilen 16 transistörlü bir çipti . General Microelectronics daha sonra 1964'te Robert Norman tarafından geliştirilen 120 transistörlü bir kaydırma yazmacı olan ilk ticari MOS entegre devresini tanıttı. 1964'te MOS yongaları, bipolar yongalardan daha yüksek transistör yoğunluğuna ve daha düşük üretim maliyetlerine ulaştı . MOS çiplerinin karmaşıklığı , Moore yasası tarafından tahmin edilen bir oranda daha da arttı ve 1960'ların sonlarında tek bir MOS çipinde yüzlerce transistörle büyük ölçekli entegrasyona (LSI) yol açtı .
1967'de Bell Laboratuarlarında Robert Kerwin, Donald Klein ve John Sarace tarafından self-aligned gate (silicon-gate) MOSFET'in geliştirilmesinin ardından , tüm modern CMOS'un temeli olan self-aligned gate'lere sahip ilk silikon geçitli MOS IC teknolojisi entegre devreler, 1968'de Federico Faggin tarafından Fairchild Semiconductor'da geliştirildi. MOS LSI yongalarının hesaplamaya uygulanması , mühendislerin tüm bilgisayar işlemcisinin tek bir MOS LSI yongasında bulunabileceğini fark etmeye başlamasıyla ilk mikroişlemcilerin temelini oluşturdu . Bu, 1970'lerin başında mikroişlemci ve mikrodenetleyicinin icat edilmesine yol açtı . 1970'lerin başlarında, MOS tümleşik devre teknolojisi, tek bir çip üzerinde 10.000'den fazla transistörün çok büyük ölçekli entegrasyonunu (VLSI) mümkün kıldı.
İlk başta, MOS tabanlı bilgisayarlar yalnızca havacılık ve uzay ve cep hesap makineleri gibi yüksek yoğunluğun gerekli olduğu durumlarda anlamlıydı . 1970 Datapoint 2200 gibi tamamen TTL'den oluşturulan bilgisayarlar , 1980'lerin başına kadar 1972 Intel 8008 gibi tek çipli MOS mikroişlemcilerden çok daha hızlı ve daha güçlüydü .
Öncelikle daha küçük özellikler ve daha büyük yongalar olmak üzere IC teknolojisindeki gelişmeler , bir entegre devredeki MOS transistör sayısının her iki yılda bir ikiye katlanmasına izin verdi ; bu, Moore yasası olarak bilinen bir eğilimdir. Moore başlangıçta her yıl iki katına çıkacağını belirtmişti, ancak 1975'te iddiayı iki yılda bir olarak değiştirdi. Bu artan kapasite, maliyeti düşürmek ve işlevselliği artırmak için kullanıldı. Genel olarak, özellik boyutu küçüldükçe, bir IC'nin çalışmasının hemen hemen her yönü gelişir. Dennard ölçeklendirmesi ( MOSFET ölçeklendirmesi ) tarafından tanımlanan ilişkiler yoluyla , transistör başına maliyet ve transistör başına anahtarlama gücü tüketimi azalırken bellek kapasitesi ve hız artar . Hız, kapasite ve güç tüketimi kazanımları son kullanıcı tarafından görülebildiğinden, üreticiler arasında daha ince geometriler kullanmak için kıyasıya bir rekabet vardır. Yıllar geçtikçe, transistör boyutları 1970'lerin başındaki onlarca mikrondan 2017'de 10 nanometreye düştü ve buna karşılık gelen birim alan başına transistör sayısı milyon kat arttı. 2016 itibariyle, tipik çip alanları , mm2 başına 25 milyona kadar transistör ile birkaç milimetre kareden yaklaşık 600 mm2'ye kadar değişmektedir .
Özellik boyutlarında beklenen küçülme ve ilgili alanlarda ihtiyaç duyulan ilerleme, Uluslararası Yarı İletkenler için Teknoloji Yol Haritası (ITRS) tarafından uzun yıllar boyunca tahmin edildi. Nihai ITRS 2016'da yayınlandı ve yerini Cihazlar ve Sistemler için Uluslararası Yol Haritası alıyor .
Başlangıçta, IC'ler kesinlikle elektronik cihazlardı. IC'lerin başarısı, aynı küçük boyut ve düşük maliyet avantajlarını elde etme çabasıyla diğer teknolojilerin entegrasyonuna yol açmıştır. Bu teknolojiler mekanik cihazları, optikleri ve sensörleri içerir.
- Şarj bağlantılı cihazlar ve yakından ilişkili aktif piksel sensörleri , ışığa duyarlı çiplerdir . Bilimsel, tıbbi ve tüketici uygulamalarında fotoğraf filminin yerini büyük ölçüde aldılar . Cep telefonları, tabletler ve dijital kameralar gibi uygulamalar için her yıl bu cihazlardan milyarlarca üretiliyor. IC'lerin bu alt alanı 2009'da Nobel Ödülü kazandı.
- Elektrikle çalışan çok küçük mekanik cihazlar, mikroelektromekanik sistemler olarak bilinen bir teknoloji olan çiplere entegre edilebilir . Bu cihazlar 1980'lerin sonunda geliştirildi ve çeşitli ticari ve askeri uygulamalarda kullanıldı. Örnekler arasında DLP projektörleri , mürekkep püskürtmeli yazıcılar ve otomobil hava yastıklarını açmak için kullanılan ivmeölçerler ve MEMS jiroskopları yer alır .
- 2000'li yılların başından bu yana, optik işlevselliğin ( optik bilgi işlem ) silikon çiplere entegrasyonu, hem akademik araştırmalarda hem de endüstride aktif olarak takip edildi ve bu, optik cihazları (modülatörler, dedektörler, yönlendirme) birleştiren silikon bazlı entegre optik alıcı-vericilerin başarılı bir şekilde ticarileştirilmesiyle sonuçlandı. CMOS tabanlı elektronik. Lightelligence'ın PACE'si (Photonic Aritmetic Computing Engine) gibi ışık kullanan fotonik entegre devreler de, fotonik olarak bilinen yeni gelişen fizik alanı kullanılarak geliştiriliyor .
- Tıbbi implantlarda veya diğer biyoelektronik cihazlarda sensör uygulamaları için entegre devreler de geliştirilmektedir . Açıkta kalan yarı iletken malzemelerin korozyonunu veya biyolojik bozunmasını önlemek için bu tür biyojenik ortamlarda özel sızdırmazlık teknikleri uygulanmalıdır .
2018 itibariyle, tüm transistörlerin büyük çoğunluğu, düz iki boyutlu düzlemsel bir işlemde bir silikon çipin bir tarafında tek bir katman halinde üretilen MOSFET'lerdir . Araştırmacılar, aşağıdakiler gibi birkaç umut verici alternatifin prototiplerini ürettiler:
- silikon yoluyla , "monolitik 3D", yığılmış tel bağlama ve diğer metodolojiler gibi üç boyutlu bir entegre devre (3DIC) yapmak için birkaç transistör katmanını istiflemeye yönelik çeşitli yaklaşımlar .
- diğer malzemelerden yapılmış transistörler: grafen transistörler , molibdenit transistörler , karbon nanotüp alan etkili transistör , galyum nitrür transistör, transistör benzeri nanotel elektronik cihazlar , organik alan etkili transistör , vb.
- küçük bir silikon kürenin tüm yüzeyi üzerinde transistörler üretmek.
- tipik olarak esnek bir ekran veya diğer esnek elektronikler için " esnek transistörler " yapmak için alt tabakada yapılan değişiklikler , muhtemelen bir katlanabilir bilgisayara yol açar .
Daha küçük transistörler üretmek daha zor hale geldikçe, şirketler performansı artırmak ve boyutu küçültmek zorunda kalmadan çok çipli modüller , üç boyutlu entegre devreler , paket paket , Yüksek Bant Genişlikli Bellek ve kalıp istiflemeli silikon geçişler kullanıyor. transistörlerin boyutunu küçültün. Bu tür teknikler toplu olarak gelişmiş paketleme olarak bilinir . Gelişmiş paketleme temel olarak 2.5D ve 3D paketlemeye ayrılmıştır. 2.5D, çok çipli modüller gibi yaklaşımları tanımlarken, 3D, kalıpların bir şekilde istiflendiği yaklaşımları, örneğin paket üzerinde paket ve yüksek bant genişliğine sahip bellek gibi yaklaşımları tanımlar. Tüm yaklaşımlar, tek bir pakette 2 veya daha fazla kalıp içerir. Alternatif olarak, 3D NAND gibi yaklaşımlar, birden çok katmanı tek bir kalıp üzerinde istifler.
Tasarım
Karmaşık bir entegre devre tasarlamanın ve geliştirmenin maliyeti oldukça yüksektir, normalde birkaç on milyonlarca dolardır. Bu nedenle, yalnızca yüksek üretim hacimli entegre devre ürünleri üretmek ekonomik açıdan mantıklıdır, bu nedenle tekrar etmeyen mühendislik (NRE) maliyetleri tipik olarak milyonlarca üretim birimine yayılır.
Modern yarı iletken çipler milyarlarca bileşene sahiptir ve elle tasarlanamayacak kadar karmaşıktır. Tasarımcıya yardımcı olacak yazılım araçları çok önemlidir. Elektronik bilgisayar destekli tasarım (ECAD) olarak da adlandırılan elektronik tasarım otomasyonu (EDA) , entegre devreler de dahil olmak üzere elektronik sistemleri tasarlamak için bir yazılım araçları kategorisidir . Araçlar, mühendislerin tüm yarı iletken yongaları tasarlamak ve analiz etmek için kullandıkları bir tasarım akışında birlikte çalışır.
Türler
Entegre devreler, aynı IC üzerinde analog ve dijital sinyalleşmeden oluşan analog , dijital ve karışık sinyal olarak geniş bir şekilde sınıflandırılabilir .
Dijital tümleşik devreler , birkaç milimetre karede milyarlarca mantık geçidi , parmak arası terlik , çoklayıcı ve diğer devreleri içerebilir . Bu devrelerin küçük boyutu, pano düzeyinde entegrasyona kıyasla yüksek hız, düşük güç dağılımı ve düşük üretim maliyeti sağlar. Bu dijital IC'ler, tipik olarak mikroişlemciler , DSP'ler ve mikrodenetleyiciler , "bir" ve "sıfır" sinyalleri işlemek için boole cebri kullanır .
En gelişmiş tümleşik devreler arasında, kişisel bilgisayarlarda, cep telefonlarında, mikrodalga fırınlarda vb. kullanılan mikroişlemciler veya " çekirdekler " bulunur . Birkaç çekirdek, tek bir IC veya çipte birbirine entegre edilebilir. Dijital bellek yongaları ve uygulamaya özel tümleşik devreler (ASIC'ler), diğer tümleşik devre ailelerinin örnekleridir.
1980'lerde programlanabilir mantık cihazları geliştirildi. Bu cihazlar, mantıksal işlevi ve bağlantısı, entegre devre üreticisi tarafından sabitlenmek yerine kullanıcı tarafından programlanabilen devreler içerir. Bu, bir çipin mantık kapıları , toplayıcılar ve yazmaçlar gibi çeşitli LSI tipi işlevleri yapacak şekilde programlanmasına izin verir . Programlanabilirlik çeşitli şekillerde gelir - yalnızca bir kez programlanabilen cihazlar , silinebilen ve daha sonra UV ışığı kullanılarak yeniden programlanabilen cihazlar, flash bellek kullanılarak (yeniden) programlanabilen cihazlar ve alan programlanabilir kapı dizileri (FPGA'lar). çalışma sırasında da dahil olmak üzere herhangi bir zamanda programlanabilir. Mevcut FPGA'lar (2016 itibariyle) milyonlarca kapıya eşdeğer uygulayabilir ve 1 GHz'e kadar frekanslarda çalışabilir .
Sensörler , güç yönetimi devreleri ve işlemsel yükselteçler (op-amp'ler) gibi analog IC'ler , sürekli sinyalleri işler ve amplifikasyon , aktif filtreleme , demodülasyon ve karıştırma gibi analog işlevleri yerine getirir .
IC'ler , analogdan dijitale dönüştürücüler ve dijitalden analoğa dönüştürücüler gibi işlevler oluşturmak için analog ve dijital devreleri bir çip üzerinde birleştirebilir . Bu tür karışık sinyal devreleri daha küçük boyut ve daha düşük maliyet sunar, ancak sinyal girişimini hesaba katmalıdır. 1990'ların sonundan önce radyolar , mikroişlemcilerle aynı düşük maliyetli CMOS süreçlerinde üretilememekteydi . Ancak 1998'den beri, RF CMOS süreçleri kullanılarak radyo çipleri geliştirilmiştir . Örnekler arasında Intel'in DECT kablosuz telefonu veya Atheros ve diğer şirketler tarafından oluşturulan 802.11 ( Wi-Fi ) yongaları yer alır .
Modern elektronik bileşen distribütörleri, entegre devreleri genellikle alt kategorilere ayırır:
- Dijital IC'ler , mantık IC'leri ( mikroişlemciler ve mikrodenetleyiciler gibi ), bellek yongaları ( MOS bellek ve kayan kapılı bellek gibi ), arayüz IC'leri ( seviye değiştiriciler , seri hale getirici/seri hale getirici vb.), güç yönetimi IC'leri ve programlanabilir cihazlar olarak sınıflandırılır. .
- Analog IC'ler, doğrusal entegre devreler ve RF devreleri ( radyo frekans devreleri) olarak kategorize edilir .
- Karışık sinyal entegre devreleri, veri toplama IC'leri ( A/D dönüştürücüler , D/A dönüştürücüler , dijital potansiyometreler dahil ), saat/zamanlama IC'leri , anahtarlamalı kapasitör (SC) devreleri ve RF CMOS devreleri olarak sınıflandırılır .
- Üç boyutlu entegre devreler (3D IC'ler), silikon yoluyla (TSV) IC'ler ve Cu-Cu bağlantı IC'leri olarak kategorize edilir .
Üretme
Yapılışı
Kimyasal elementlerin periyodik tablosunun yarı iletkenleri , katı hal vakum tüpü için en olası malzemeler olarak belirlendi . Bakır oksitten başlayarak , germanyuma ve daha sonra silikona devam eden malzemeler, 1940'larda ve 1950'lerde sistematik olarak incelendi. Günümüzde, galyum arsenit gibi periyodik tablonun bazı III-V bileşiklerinin LED'ler , lazerler , güneş pilleri ve en yüksek hızlı entegre devreler gibi özel uygulamalar için kullanılmasına rağmen, monokristal silikon , IC'ler için kullanılan ana substrattır . Yarı iletken malzemelerin kristal yapısında minimum kusurlu kristaller oluşturma yöntemlerini mükemmelleştirmek on yıllar aldı .
Yarı iletken IC'ler , üç temel işlem adımını içeren düzlemsel bir süreçte üretilir - fotolitografi , biriktirme ( kimyasal buhar biriktirme gibi ) ve aşındırma . Ana işlem adımları katkılama ve temizleme ile desteklenir. Daha yeni veya yüksek performanslı IC'ler , 22 nm düğümden (Intel) veya 16/14 nm düğümlerden başlayarak, bunun yerine düzlemsel olanlar yerine çok kapılı FinFET veya GAAFET transistörleri kullanabilir .
Çoğu uygulamada mono kristal silikon plakalar kullanılır (veya özel uygulamalar için galyum arsenit gibi diğer yarı iletkenler kullanılır). Gofretin tamamen silikon olması gerekmez. Fotolitografi, katkılanacak alt tabakanın farklı alanlarını işaretlemek veya üzerlerinde polisilikon, yalıtkanlar veya metal (tipik olarak alüminyum veya bakır) izleri biriktirmek için kullanılır. Katkı maddeleri, elektronik özelliklerini modüle etmek için bir yarı iletkene kasıtlı olarak eklenen safsızlıklardır. Doping, yarı iletken bir malzemeye katkı maddeleri ekleme işlemidir.
- Entegre devreler, her biri fotolitografi ile tanımlanan ve normalde farklı renklerle gösterilen birçok örtüşen katmandan oluşur. Bazı katmanlar, çeşitli dopantların substrata yayıldığı yerleri (difüzyon katmanları olarak adlandırılır), bazıları ek iyonların implante edildiği yerleri (implant katmanları), bazıları iletkenleri (katkılı polisilikon veya metal katmanlar) ve bazıları da iletken katmanlar arasındaki bağlantıları tanımlar. (üzerinden veya temas katmanları). Tüm bileşenler, bu katmanların belirli bir kombinasyonundan oluşturulur.
- Kendi kendine hizalanan bir CMOS işleminde, geçit katmanının (polisilikon veya metal) bir difüzyon katmanını geçtiği her yerde bir transistör oluşur .
- Geleneksel bir elektrik kondansatörünün paralel iletken plakalarına çok benzeyen kapasitif yapılar , plakalar arasında yalıtım malzemesi ile "plakaların" alanına göre oluşturulur. IC'lerde çok çeşitli boyutlarda kapasitörler yaygındır.
- Çoğu mantık devresi herhangi bir dirence ihtiyaç duymasa da, değişen uzunluklarda dolambaçlı şeritler bazen çip üzerinde dirençler oluşturmak için kullanılır. Dirençli yapının uzunluğunun genişliğine oranı, levha özdirenci ile birlikte direnci belirler.
- Daha nadiren, endüktif yapılar çip üzerinde küçük bobinler olarak inşa edilebilir veya jiratörler tarafından simüle edilebilir .
Bir CMOS cihazı sadece mantık durumları arasındaki geçişte akım çektiğinden , CMOS cihazları iki kutuplu bağlantı transistörlü cihazlara göre çok daha az akım tüketir.
Bir rasgele erişim belleği, en düzenli tümleşik devre türüdür; bu nedenle en yüksek yoğunluklu cihazlar hafızalardır; ancak bir mikroişlemcinin bile çip üzerinde belleği olacaktır. (İlk görüntünün altındaki düzenli dizi yapısına bakın.) Yapılar karmaşık olsa da - on yıllardır küçülen genişliklerle - katmanlar, cihaz genişliklerinden çok daha ince kalır. Görünür spektrumdaki ışık dalgaları , özellikler için çok büyük olacağından, bir malzeme katmanını "maruz bırakmak" için kullanılamasa da, malzeme katmanları bir fotoğraf işlemine çok benzer şekilde üretilir . Bu nedenle, her katman için desenleri oluşturmak için daha yüksek frekanslara (tipik olarak ultraviyole ) sahip fotonlar kullanılır. Her bir özellik çok küçük olduğu için, elektron mikroskopları bir üretim sürecinde hata ayıklayan bir süreç mühendisi için temel araçlardır .
Her cihaz paketlemeden önce otomatik test ekipmanı (ATE) kullanılarak gofret testi veya gofret araştırması olarak bilinen bir süreçte test edilir . Gofret daha sonra her biri kalıp olarak adlandırılan dikdörtgen bloklar halinde kesilir . Her iyi kalıp (çoğul zar , kalıp veya kalıp ), daha sonra , genellikle kalıbın kenarında bulunan pedlere termosonik olarak bağlanan alüminyum ( veya altın) bağ telleri kullanılarak bir pakete bağlanır . Termosonik bağ ilk olarak A. Coucoulas tarafından dış dünya ile bu hayati elektrik bağlantılarını oluşturmak için güvenilir bir yol sağlayan tarafından tanıtıldı. Paketlemeden sonra, cihazlar gofret araştırma sırasında kullanılan aynı veya benzer ATE üzerinde son teste tabi tutulur. Endüstriyel BT taraması da kullanılabilir. Test maliyeti, düşük maliyetli ürünlerde üretim maliyetinin %25'inden fazlasını oluşturabilir, ancak düşük verimli, daha büyük veya daha yüksek maliyetli cihazlarda ihmal edilebilir.
2022 itibariyle, bir fabrikasyon tesisinin (yaygın olarak yarı iletken fabrika olarak bilinir ) inşa edilmesi 12 milyar ABD dolarının üzerinde bir maliyete sahip olabilir. Bir fabrikasyon tesisinin maliyeti, yeni ürünlerin karmaşıklığının artması nedeniyle zaman içinde yükselir; bu Rock yasası olarak bilinir . Böyle bir tesisin özellikleri:
- 300 mm çapa kadar gofretler (sıradan bir yemek tabağından daha geniş ).
- 2022 itibariyle, 5 nm transistörler.
- Bakır kabloların ara bağlantılar için alüminyumun yerini aldığı bakır ara bağlantılar .
- Düşük-κ dielektrik yalıtkanlar .
- Yalıtkan üzerinde silikon (SOI).
- IBM tarafından kullanılan ve doğrudan yalıtkan üzerinde Gerilmiş silikon (SSDOI) olarak bilinen bir süreçte süzülmüş silikon .
- Üç kapılı transistörler gibi çok kapılı cihazlar .
IC'ler, entegre cihaz üreticileri (IDM'ler) tarafından şirket içinde veya dökümhane modeli kullanılarak üretilebilir . IDM'ler, kendi IC'lerini tasarlayan, üreten ve satan ve diğer şirketlere (ikincisi genellikle fabrikasız şirketlere ) tasarım ve/veya üretim (dökümhane) hizmetleri sunabilen dikey olarak entegre şirketlerdir ( Intel ve Samsung gibi ). Dökümhane modelinde, fabrikasyon olmayan şirketler ( Nvidia gibi ) yalnızca IC'ler tasarlar ve satar ve tüm üretimi TSMC gibi saf oyun dökümhanelerine yaptırır . Bu dökümhaneler IC tasarım hizmetleri sunabilir.
Ambalajlama
İlk entegre devreler , güvenilirlikleri ve küçük boyutları nedeniyle uzun yıllar ordu tarafından kullanılmaya devam eden seramik yassı paketlerde paketlendi . Ticari devre ambalajı, hızlı bir şekilde, önce seramik ve daha sonra yaygın olarak kresol - formaldehit - novalak olan plastik olan ikili sıralı pakete (DIP) taşındı . 1980'lerde VLSI devrelerinin pin sayısı, DIP paketleme için pratik sınırı aştı ve bu da pin ızgara dizisi (PGA) ve kurşunsuz çip taşıyıcı (LCC) paketlerine yol açtı. Yüzeye monte ambalaj 1980'lerin başında ortaya çıktı ve 1980'lerin sonlarında popüler hale geldi; küçük hatlı entegre devre (SOIC) paketi ile örneklendiği gibi, martı kanadı veya J-kurşun olarak oluşturulan uçlarla daha ince kurşun hatvesi kullanıldı . eşdeğer bir DIP'den yaklaşık %30-50 daha az yer kaplar ve tipik olarak %70 daha incedir. Bu paket, iki uzun kenardan çıkıntı yapan "martı kanadı" kablolarına ve 0,050 inçlik bir kurşun aralığına sahiptir.
1990'ların sonlarında, plastik dörtlü düz paket (PQFP) ve ince küçük anahat paketi (TSOP) paketleri, yüksek pin sayısı olan cihazlar için en yaygın hale geldi, ancak PGA paketleri hala üst düzey mikroişlemciler için kullanılıyor .
Top ızgara dizisi (BGA) paketleri 1970'lerden beri mevcuttur. Diğer paket türlerine göre çok daha fazla pin sayısına izin veren Flip-chip Ball Grid Array paketleri 1990'lı yıllarda geliştirildi. Bir FCBGA paketinde, kalıp baş aşağı monte edilir (ters çevrilir) ve kablolardan ziyade baskılı devre kartına benzer bir paket alt tabakası aracılığıyla paket toplarına bağlanır. FCBGA paketleri, bir dizi giriş-çıkış sinyalinin (Alan-I/O olarak adlandırılır) kalıbın çevresiyle sınırlandırılmak yerine tüm kalıbın üzerine dağıtılmasına izin verir. BGA cihazları, özel bir sokete ihtiyaç duymama avantajına sahiptir, ancak cihaz arızası durumunda değiştirilmesi çok daha zordur.
Intel , mobil platformlar için 2014'te piyasaya sürülen son PGA soketiyle, 2004'ten başlayarak PGA'dan kara şebeke dizisine (LGA) ve BGA'ya geçiş yaptı. AMD, 2018 itibarıyla ana masaüstü işlemcilerde PGA paketleri, mobil işlemcilerde BGA paketleri ve üst düzey masaüstü ve sunucu mikroişlemcilerinde LGA paketleri kullanıyor.
Kalıptan çıkan elektrik sinyalleri, kalıbı pakete elektriksel olarak bağlayan malzemeden, paketteki iletken izlerden (yollardan), paketi baskılı devre kartındaki iletken izlere bağlayan uçlardan geçmelidir . Bu elektrik sinyallerinin gitmesi gereken yolda kullanılan malzemeler ve yapılar, aynı kalıbın farklı bölümlerine gidenlere kıyasla çok farklı elektriksel özelliklere sahiptir. Sonuç olarak, sinyallerin bozulmamasını sağlamak için özel tasarım teknikleri ve kalıbın kendisiyle sınırlı sinyallerden çok daha fazla elektrik gücü gerektirirler.
Tek bir pakete birden fazla kalıp yerleştirildiğinde, sonuç paketteki bir sistemdir , kısaltılmış SiP'dir . Bir çoklu çip modülü ( MCM ), genellikle seramikten yapılmış küçük bir alt tabaka üzerinde çoklu kalıpların birleştirilmesiyle oluşturulur. Büyük bir MCM ile küçük bir baskılı devre kartı arasındaki ayrım bazen belirsizdir.
Paketlenmiş tümleşik devreler genellikle tanımlayıcı bilgileri içerecek kadar büyüktür. Dört ortak bölüm, üreticinin adı veya logosu, parça numarası, parça üretim parti numarası ve seri numarası ve çipin ne zaman üretildiğini belirten dört haneli tarih kodudur. Son derece küçük yüzeye monte teknoloji parçaları, genellikle yalnızca entegre devrenin özelliklerini bulmak için üreticinin arama tablosunda kullanılan bir numarayı taşır.
Üretim tarihi genellikle iki basamaklı bir yıl ve ardından iki basamaklı bir hafta kodu olarak gösterilir, öyle ki 8341 kodunu taşıyan bir parça 1983'ün 41. haftasında veya yaklaşık olarak Ekim 1983'te üretilmiştir.
Fikri mülkiyet
Bir entegre devrenin her katmanının fotoğraflanarak kopyalanması ve elde edilen fotoğraflardan üretimine yönelik fotomaskelerin hazırlanması, pafta tasarımlarının korunmasına yönelik mevzuatın getirilmesinin bir nedenidir. 1984 tarihli ABD Yarı İletken Çip Koruma Yasası, entegre devreler üretmek için kullanılan foto maskeler için fikri mülkiyet koruması oluşturdu.
1989'da Washington DC'de düzenlenen bir diplomatik konferans, Washington Antlaşması veya IPIC Antlaşması olarak da adlandırılan Entegre Devrelerle İlgili Fikri Mülkiyet Antlaşması'nı kabul etti. Anlaşma şu anda yürürlükte değil, ancak kısmen TRIPS anlaşmasına entegre edildi.
JS Kilby US3,138,743 , US3,261,081 , US3,434,015 ve RF Stewart US3,138,747 patentlerini içeren, entegre devreye bağlı birkaç Birleşik Devletler patenti vardır .
IC yerleşim tasarımlarını koruyan ulusal yasalar, Japonya, Avrupa Topluluğu , Birleşik Krallık, Avustralya ve Kore dahil olmak üzere birçok ülkede kabul edilmiştir . Birleşik Krallık, Telif Hakkı, Tasarımlar ve Patentler Yasasını yürürlüğe koydu, 1988, c. 48, § 213, başlangıçta telif hakkı yasasının çip topografyalarını tamamen koruduğu görüşünü aldıktan sonra. Bkz. British Leyland Motor Corp. - Armstrong Patents Co.
ABD çip endüstrisi tarafından algılanan Birleşik Krallık telif hakkı yaklaşımının yetersizliğine yönelik eleştiriler , daha fazla çip hakları gelişmesinde özetlenmiştir.
Avustralya, 1989 Devre Düzenleri Yasasını kendine özgü bir çip koruma biçimi olarak kabul etti. Kore, 1992'de Yarı İletken Entegre Devrelerin Düzen-Tasarımına İlişkin Yasayı kabul etti.
Nesiller
Basit entegre devrelerin ilk günlerinde, teknolojinin büyük ölçeği her çipi yalnızca birkaç transistörle sınırlıyordu ve düşük entegrasyon derecesi, tasarım sürecinin nispeten basit olduğu anlamına geliyordu. Üretim verimleri de günümüz standartlarına göre oldukça düşüktü. Metal-oksit-yarı iletken (MOS) teknolojisi ilerledikçe , milyonlarca ve ardından milyarlarca MOS transistörü tek bir çip üzerine yerleştirilebilir ve iyi tasarımlar kapsamlı planlama gerektirerek elektronik tasarım otomasyonu veya EDA alanını doğurur. Ayrık transistörler gibi bazı SSI ve MSI yongaları , hem eski ekipmanı korumak hem de yalnızca birkaç kapı gerektiren yeni cihazlar oluşturmak için hala seri üretiliyor. Örneğin 7400 serisi TTL yongaları fiili bir standart haline geldi ve üretimde kalmaya devam ediyor .
kısaltma | İsim | Yıl | transistör sayısı | Mantık kapıları numarası |
---|---|---|---|---|
SGK | küçük ölçekli entegrasyon | 1964 | 1 ila 10 | 1 ila 12 |
MSI | orta ölçekli entegrasyon | 1968 | 10 ila 500 | 13 ila 99 |
LSI | büyük ölçekli entegrasyon | 1971 | 500 ila 20 000 | 100 ila 9999 |
VLSI | Çok Büyük Ölçekli Entegrasyon | 1980 | 20 000 ila 1 000 000 | 10 000 ila 99 999 |
ULSI | ultra geniş ölçekli entegrasyon | 1984 | 1 000 000 ve üzeri | 100 000 ve üzeri |
Küçük ölçekli entegrasyon (SSI)
İlk entegre devreler sadece birkaç transistör içeriyordu. Onlarca transistör içeren ilk dijital devreler, birkaç mantık geçidi sağladı ve Plessey SL201 veya Philips TAA320 gibi erken doğrusal IC'lerde iki transistör kadar az vardı. Bir entegre devredeki transistör sayısı o zamandan beri önemli ölçüde arttı. "Büyük ölçekli entegrasyon" (LSI) terimi ilk olarak IBM bilim adamı Rolf Landauer tarafından teorik kavramı açıklarken kullanıldı; bu terim, "küçük ölçekli entegrasyon" (SSI), "orta ölçekli entegrasyon" (MSI), "çok büyük ölçekli entegrasyon" (VLSI) ve "ultra büyük ölçekli entegrasyon" (ULSI) terimlerinin ortaya çıkmasına neden oldu. ). İlk entegre devreler SSI idi.
SSI devreleri, erken havacılık projeleri için çok önemliydi ve havacılık projeleri, teknolojinin gelişimine ilham vermeye yardımcı oldu. Hem Minuteman füzesi hem de Apollo programı, atalet güdüm sistemleri için hafif dijital bilgisayarlara ihtiyaç duyuyordu. Apollo Güdüm Bilgisayarı tümleşik devre teknolojisine öncülük etmiş ve motive etmiş olsa da , onu seri üretime zorlayan Minuteman füzesiydi. Minuteman füze programı ve diğer çeşitli Birleşik Devletler Donanması programları, 1962'de toplam 4 milyon dolarlık entegre devre pazarını oluşturuyordu ve 1968'de ABD Hükümeti'nin uzay ve savunma harcamaları , hala 312 milyon dolarlık toplam üretimin %37'sini oluşturuyordu.
ABD Hükümeti'nin talebi, maliyetler IC firmalarının endüstriyel pazara ve nihayetinde tüketici pazarına girmesine izin verecek kadar düşene kadar yeni oluşan entegre devre pazarını destekledi. Entegre devre başına ortalama fiyat 1962'de 50,00 dolardan 1968'de 2,33 dolara düştü. Entegre devreler, 1970'lerin başında tüketici ürünlerinde görünmeye başladı. Tipik bir uygulama, televizyon alıcılarında FM taşıyıcılar arası ses işlemeydi.
İlk uygulama MOS yongaları, küçük ölçekli entegrasyon (SSI) yongalarıydı. Mohamed M. Atalla'nın 1960 yılında MOS tümleşik devre çipi önerisinin ardından , imal edilecek en eski deneysel MOS çipi, 1962'de RCA'da Fred Heiman ve Steven Hofstein tarafından yapılan 16 transistörlü bir çipti. MOS SSI'nın ilk pratik uygulaması çipler NASA uyduları içindi .
Orta ölçekli entegrasyon (MSI)
Entegre devrelerin geliştirilmesindeki bir sonraki adım, "orta ölçekli entegrasyon" (MSI) olarak adlandırılan, her çipte yüzlerce transistör içeren cihazları tanıttı.
MOSFET ölçekleme teknolojisi, yüksek yoğunluklu yongalar oluşturmayı mümkün kıldı. 1964'te MOS yongaları, bipolar yongalardan daha yüksek transistör yoğunluğuna ve daha düşük üretim maliyetlerine ulaştı .
1964'te Frank Wanlass , tek bir çip üzerinde o zamanlar inanılmaz olan 120 MOS transistör ile tasarladığı tek çipli 16 bitlik bir kaydırma yazmacını gösterdi. Aynı yıl General Microelectronics , 120 p-kanal MOS transistörden oluşan ilk ticari MOS entegre devre çipini piyasaya sürdü . Robert Norman ve Frank Wanlass tarafından geliştirilen 20 bitlik bir kaydırma yazmacıydı . MOS çiplerinin karmaşıklığı, Moore yasası tarafından tahmin edilen bir oranda daha da arttı ve 1960'ların sonlarında bir çip üzerinde yüzlerce MOSFET içeren çiplere yol açtı.
Büyük ölçekli entegrasyon (LSI)
Aynı MOSFET ölçekleme teknolojisi ve ekonomik faktörlerin yönlendirdiği daha fazla gelişme, 1970'lerin ortalarında çip başına on binlerce transistörle "büyük ölçekli entegrasyona" (LSI) yol açtı.
SSI, MSI ve erken dönem LSI ve VLSI cihazlarını (1970'lerin başındaki mikroişlemciler gibi) işlemek ve üretmek için kullanılan maskeler çoğunlukla Rubylith bant veya benzeri kullanılarak elle oluşturuldu. Büyük veya karmaşık IC'ler için ( bellekler veya işlemciler gibi ), bu genellikle devre tasarımcılarıyla birlikte denetleyecek ve doğrulayacak olan bir mühendis ekibinin gözetimi altında devre düzeninden sorumlu özel olarak işe alınmış profesyoneller tarafından yapılırdı . her maskenin doğruluğu ve eksiksizliği .
1970'lerin başında makul miktarlarda üretilmeye başlanan 1K-bit RAM'ler, hesap makinesi yongaları ve ilk mikroişlemciler gibi entegre devrelerde 4.000'in altında transistör vardı. 10.000 transistöre yaklaşan gerçek LSI devreleri, bilgisayar ana bellekleri ve ikinci nesil mikroişlemciler için 1974 civarında üretilmeye başlandı.
Çok büyük ölçekli entegrasyon (VLSI)
"Çok büyük ölçekli entegrasyon" ( VLSI ), 1980'lerin başında yüzbinlerce transistörle başlayan bir gelişmedir ve 2016 itibarıyla transistör sayısı , çip başına on milyar transistörü aşmaya devam etmektedir.
Bu artan yoğunluğa ulaşmak için birden fazla geliştirme gerekiyordu. Üreticiler daha küçük MOSFET tasarım kurallarına ve daha temiz üretim tesislerine geçtiler . Süreç iyileştirmelerinin yolu , Uluslararası Yarıiletkenler için Teknoloji Yol Haritası (ITRS) tarafından özetlenmiştir ve o zamandan beri yerini Cihazlar ve Sistemler için Uluslararası Yol Haritası (IRDS) almıştır . Elektronik tasarım araçları geliştirildi ve tasarımları makul bir sürede bitirmeyi pratik hale getirdi. Daha enerji verimli CMOS, NMOS ve PMOS'un yerini alarak güç tüketiminde engelleyici bir artışı önledi . Modern VLSI cihazlarının karmaşıklığı ve yoğunluğu, maskeleri kontrol etmeyi veya orijinal tasarımı elle yapmayı artık mümkün kılmıyordu. Bunun yerine mühendisler, çoğu işlevsel doğrulama işini gerçekleştirmek için EDA araçlarını kullanır .
1986'da, bir milyondan fazla transistör içeren bir megabitlik rastgele erişimli bellek (RAM) yongaları piyasaya sürüldü. Mikroişlemci çipleri 1989'da milyon transistör sınırını ve 2005'te milyar transistör sınırını geçti. 2007'de piyasaya sürülen on milyarlarca bellek transistörü içeren yongalarla bu eğilim büyük ölçüde hız kesmeden devam ediyor.
ULSI, WSI, SoC ve 3D-IC
Karmaşıklığın daha da büyümesini yansıtmak için, 1 milyondan fazla transistörden oluşan çipler için "ultra büyük ölçekli entegrasyon" anlamına gelen ULSI terimi önerildi.
Gofret ölçeğinde entegrasyon (WSI), tek bir "süper çip" üretmek için tüm silikon gofreti kullanan çok büyük entegre devreler oluşturmanın bir yoludur. Büyük boyut ve küçültülmüş ambalaj kombinasyonu sayesinde, WSI bazı sistemler için, özellikle büyük ölçüde paralel süper bilgisayarlar için maliyetleri önemli ölçüde azaltabilir. Adı, WSI geliştirilirken teknolojinin mevcut durumu olan Çok Büyük Ölçekli Entegrasyon teriminden alınmıştır.
Çip üzerinde sistem ( SoC veya SOC), bir bilgisayar veya başka bir sistem için gerekli tüm bileşenlerin tek bir çipte yer aldığı bir entegre devredir. Böyle bir cihazın tasarımı karmaşık ve maliyetli olabilir ve gerekli tüm bileşenlerin tek bir kalıba entegre edilmesinden performans faydaları elde edilebilirken, lisanslama ve tek kalıplı bir makine geliştirmenin maliyeti, ayrı cihazlara sahip olmaktan daha ağır basar. Uygun lisanslama ile bu dezavantajlar, daha düşük üretim ve montaj maliyetleri ve büyük ölçüde azaltılmış bir güç bütçesi ile dengelenir: bileşenler arasındaki sinyaller kalıpta tutulduğu için çok daha az güç gerekir (bkz. Paketleme ) . Ayrıca, sinyal kaynakları ve varış yerleri fiziksel olarak kalıba daha yakındır, bu da kablolama uzunluğunu ve dolayısıyla gecikmeyi , iletim gücü maliyetlerini ve aynı çip üzerindeki modüller arasındaki iletişimden kaynaklanan atık ısıyı azaltır. Bu, geleneksel veri yolu mimarilerinin aksine, çip üzerinde sistem tasarım metodolojilerini dijital iletişim ağlarına uygulayan Çip Üzerinde Ağ (NoC) cihazlarının araştırılmasına yol açmıştır .
Üç boyutlu bir tümleşik devre (3D-IC), tek bir devreye hem dikey hem de yatay olarak entegre edilmiş iki veya daha fazla aktif elektronik bileşen katmanına sahiptir. Katmanlar arasındaki iletişim, kalıp üstü sinyali kullanır, bu nedenle güç tüketimi, eşdeğer ayrı devrelerdekinden çok daha düşüktür. Kısa dikey kabloların akıllıca kullanılması, daha hızlı çalışma için toplam kablo uzunluğunu önemli ölçüde azaltabilir.
Silikon etiketleme ve grafiti
Üretim sırasında tanımlamaya izin vermek için çoğu silikon çipin bir köşesinde bir seri numarası bulunur. Üreticinin logosunu eklemek de yaygındır. IC'ler yaratıldığından beri, bazı çip tasarımcıları, gizli, işlevsel olmayan görüntüler veya kelimeler için silikon yüzey alanını kullandılar. Bunlara bazen çip sanatı , silikon sanatı, silikon grafiti veya silikon karalamalar denir .
IC'ler ve IC aileleri
- 555 zamanlayıcı IC
- işlemsel kuvvetlendirici
- 7400 serisi entegre devreler
- 4000 serisi tümleşik devreler , 7400 serisinin CMOS karşılığı (ayrıca bkz: 74HC00 serisi )
- Intel 4004 , genellikle ticari olarak temin edilebilen ilk mikroişlemci olarak kabul edilir ve ünlü 8080 CPU'ya ve ardından IBM PC'ler 8088 , 80286 , 486 vb.'ye yol açar.
- 1980'lerin başında birçok ev bilgisayarında kullanılan MOS Technology 6502 ve Zilog Z80 mikroişlemciler
- 68000 ve 88000 serilerine yol açan Motorola 6800 serisi bilgisayarla ilgili yongalar (bazı Apple bilgisayarlarda ve 1980'lerin Commodore Amiga serisinde kullanılır)
- LM serisi analog entegre devreler
Ayrıca bakınız
- Merkezi işlem birimi
- yonga seti
- CHIPS ve Bilim Yasası
- Entegre enjeksiyon mantığı
- iyon implantasyonu
- Mikroelektronik
- Monolitik mikrodalga entegre devre
- Çok eşikli CMOS
- silikon-germanyum
- ses çipi
- BAHARAT
- Çip taşıyıcı
- koyu silikon
- Entegre pasif cihazlar
- Yüksek sıcaklıkta çalışma ömrü
- Entegre devreler için termal simülasyonlar
- Entegre devrelerde ısı üretimi
Referanslar
daha fazla okuma
- Veendrick, HJM (2017). Temel Bilgilerden ASIC'lere Nanometre CMOS IC'ler . Baharcı. ISBN 978-3-319-47595-0. OCLC 990149326 .
- Baker, RJ (2010). CMOS: Circuit Design, Layout, and Simulation (3. baskı). Wiley-IEEE. ISBN 978-0-470-88132-3. OCLC 699889340 .
- Marsh, Stephen P. (2006). Pratik MMIC tasarımı . Arttech Evi. ISBN 978-1-59693-036-0. OCLC 1261968369 .
-
Camenzind, Hans (2005). Analog Yongaların Tasarlanması (PDF) . Sanal Kitap Kurdu. ISBN 978-1-58939-718-7. OCLC 926613209 . 12 Haziran 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF).
Hans Camenzind 555 zamanlayıcıyı icat etti
- Hodges, David; Jackson, Horace; Salih, Resve (2003). Sayısal Tümleşik Devrelerin Analizi ve Tasarımı . McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-228365-5. OCLC 840380650 .
- Rabaey, JM; Chandrakasan, A.; Nikoliç, B. (2003). Dijital Tümleşik Devreler (2. baskı). Pearson. ISBN 978-0-13-090996-1. OCLC 893541089 .
- Mead, Carver; Conway, Lynn (1991). VLSI sistemlerine giriş . Addison Wesley Yayın Şirketi. ISBN 978-0-201-04358-7. OCLC 634332043 .
Dış bağlantılar
- Wikimedia Commons'ta Entegre devrelerle ilgili medya
- İlk yekpare entegre devreler
- Parçalar için veri sayfalarının çoğuna erişim dahil olmak üzere genel numaraya göre IC'leri listeleyen büyük bir tablo .
- Entegre Devrenin Tarihçesi