Obwody scalone definiuje się jako obwód, który zawiera elementy, które są nierozłączne i połączone elektrycznie w taki sposób, że nie można rozdzielić układu scalonego ze względów handlowych i konstrukcyjnych. Do zbudowania takiego obwodu można wykorzystać niezliczone technologie. Dziś to, co nazywamy układem scalonym, było pierwotnie znane jako monolityczny układ scalony. Uważa się, że Kilby stworzył pierwszy działający układ scalony już w 1958 roku, aw 2000 roku otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za swoją ciężką pracę. Pierwszym nabywcą tego wynalazku były Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych.
Co to jest układ scalony?
Układ scalony (IC), czasami nazywany chipem lub mikroczipem, to płytka półprzewodnikowa, na której wytwarza się tysiące lub miliony maleńkich rezystorów, kondensatorów i tranzystorów. Układ scalony może pełnić funkcję wzmacniacza, oscylatora, timera, licznika, pamięci komputera lub mikroprocesora. Dokładny układ scalony jest klasyfikowany jako liniowy (analogowy) lub cyfrowy, w zależności od jego przyszłego zastosowania. Układy scalone to wszystko zniekształcały. Podstawową ideą było uzyskanie kompletnego obwodu z wieloma komponentami i połączeniami między nimi oraz odtworzenie całości w mikroskopijnie malutkiej formie na powierzchni kawałka krzemu. To był niezwykle sprytny pomysł, który umożliwił stworzenie wszelkiego rodzaju „mikroelektronicznych” gadżetów, od zegarków cyfrowych i kalkulatorów kieszonkowych po rakiety lądujące na Księżycu i broń z wbudowaną nawigacją satelitarną.
Jak powstają układy scalone?
Jak zbudujemy pamięć lub procesor do komputera? Wszystko zaczyna się od surowego pierwiastka złożonego, takiego jak krzem, który jest poddawany obróbce chemicznej lub domieszkowany w celu jego wytworzenia i ma różne właściwości elektryczne.
Symbol układu scalonego
Półprzewodniki dopingowe
Konwencjonalnie ludzie myślą o sprzęcie należącym do dwóch zgrabnych kategorii: takich, które pozwalają na swobodny przepływ energii elektrycznej (przewodniki) i takich, które tego nie robią (izolatory). Metale stanowią większość przewodników, podczas gdy niemetale, takie jak tworzywa sztuczne, drewno i szkło, są izolatorami. W rzeczywistości efekty są znacznie bardziej złożone, szczególnie jeśli chodzi o określenie pierwiastków w środku układu okresowego (w grupach 14 i 15), zwłaszcza krzemu i germanu. Zwykle izolatory są elementami, które są przygotowane do działania bardziej jak przewodniki, jeśli wprowadzimy do nich niewielkie ilości zanieczyszczeń w procedurze zwanej domieszkowaniem.
Projekt układu scalonego
Jeśli dodasz antymon do krzemu, dostarczysz mu nieco więcej elektronów, niż zwykle zawierałby moc do przewodzenia prądu. Krzem w ten sposób „domieszkowany” nazywa się krzemem typu n. Dodając bor zamiast antymonu, usuwasz część elektronów krzemu, pozostawiając „dziury”, które działają jak „elektrony ujemne”, a następnie transportują dodatni prąd elektryczny w odwrotny sposób. Taki rodzaj krzemu nazywany jest typem p. Układanie obszarów krzemu typu n i typu p obok siebie w celu stworzenia połączeń, w których elektrony działają w bardzo atrakcyjny sposób, to sposób, w jaki generujemy elektronicznie, urządzenia półprzewodnikowe jak diody, tranzystory i pamięci.
Wewnątrz Chip Plant
Procedura wytwarzania układu scalonego rozpoczyna się od dużego pojedynczego kryształu krzemu, który ma kształt długiej solidnej rury, którą jest „pokrojony w salami” na cienkie krążki (mniej więcej wielkości płyty kompaktowej) zwane waflami. Płytki są wytyczone na wielu identycznych kwadratowych lub prostokątnych obszarach, z których każdy tworzy pojedynczy chip krzemowy (czasami nazywany mikroczipem). Tysiące, miliony lub miliardy aparatów są następnie wytwarzane na każdym chipie poprzez domieszkowanie różnych obszarów powierzchni, aby przekształcić je w krzem typu n lub p.
Wewnętrzny chip działa
Doping jest uzupełniony wieloma różnymi procesami. W jednym z nich, znanym jako rozpylanie, jony materiału domieszkującego są wystrzeliwane w płytkę krzemową, podobnie jak kule z pistoletu. Jeszcze jedna procedura, zwana osadzaniem z fazy gazowej, polega na wprowadzeniu materiału domieszkującego w postaci gazu i pozwoleniu na jego koncentrację tak, aby atomy zanieczyszczeń tworzyły cienką warstwę na powierzchni płytki krzemowej. Znacznie dokładniejszą formą stwierdzenia jest epitaksjalna wiązka molekularna.
Oczywiście budowanie układów scalonych, które pakują setki, miliony lub miliardy urządzeń na chipie krzemu wielkości paznokcia, jest nieco trudniejsze niż się wydaje. Wyobraź sobie chaos, kiedy kropka brudu może spowodować, gdy pracujesz w skali mikroskopowej (a czasem nawet nanoskopowej). Dlatego półprzewodniki są przygotowywane w nieskazitelnych środowiskach laboratoryjnych zwanych clean roomami, gdzie powietrze jest skrupulatnie filtrowane, a pracownicy muszą wchodzić i wychodzić przez śluzy, które wyczerpują wszelkiego rodzaju odzież ochronną.
Rodzaje układów scalonych
Różne typy układów scalonych, w tym następujące
Cyfrowe układy scalone
Ten rodzaj układu scalonego ma dwa zdefiniowane poziomy: 1 i 0, co oznacza, że działają na matematyce binarnej, w której 1 oznacza włączony, a 0 wyłączony. Takie układy scalone są wykonywane skrupulatnie, ponieważ zawierają ponad miliony przerzutników, bramek logicznych i tak dalej, a wszystko to w jednym układzie. Przykłady cyfrowych układów scalonych obejmują mikrokontrolery i mikroprocesory .
Rodzaje układów scalonych
- Układy logiczne
- Chipy pamięci,
- Układy scalone interfejsu (przełączniki poziomu, serializator / desserializator itp.)
- Układy scalone do zarządzania zasilaniem
- Urządzenia programowalne
Analogowe układy scalone
Plik analogowe układy scalone działa poprzez radzenie sobie z ciągłymi sygnałami i jest w stanie wykonywać zadania takie jak filtrowanie, wzmacnianie, demodulacja i modulacja itp. Czujniki, OP-AMP są zasadniczo analogowymi układami scalonymi .
- Liniowe układy scalone
- Układy scalone RF
Sygnał mieszany
Kiedy cyfrowe i analogowe układy scalone są używane w jednym układzie scalonym, powstały układ jest znany jako układy scalone z sygnałem mieszanym.
- Układy scalone akwizycji danych (w tym przetworniki A / D, przetwornik C / A, potencjometry cyfrowe)
- Układy scalone zegara / czasu
Zastosowania układów scalonych
Układ scalony wykorzystuje materiał półprzewodnikowy (chipy odczytu) jako stół roboczy i często do tego zadania wybierany jest krzem. Potem, komponenty elektryczne takie jak diody, tranzystory i rezystory itp. są dodawane do tego układu w zminimalizowanej formie. Elementy elektryczne są ze sobą połączone w taki sposób, że są w stanie wykonywać wiele zadań i obliczeń. W tym zespole krzem jest znany jako płytka.
Zastosowania układów scalonych
Zastosowania układów scalonych obejmują następujące elementy
- Radar
- Zegarki na rękę
- Telewizory
- Juice Makers
- Szt
- Procesory wideo
- Wzmacniacze audio
- Urządzenia pamięci
- Urządzenia logiczne
- Częstotliwość radiowa Enkodery i dekodery
W tym artykule omówiliśmy pokrótce układ scalony, w tym czym jest układ scalony, jak powstają układy scalone i tak dalej. Do budowy układów scalonych za pomocą domieszkowanego półprzewodnika wewnątrz układu scalonego zastosowano dwa rodzaje metod. Zajmowaliśmy się różnymi typami układów scalonych, takimi jak cyfrowe układy scalone, analogowe układy scalone i wreszcie sygnały mieszane z przykładami. Ponadto omówiono zastosowania układów scalonych i zastosowania układów scalonych.
Ponadto w przypadku jakichkolwiek pytań dotyczących tej koncepcji lub do realizacji projektów elektrycznych i elektronicznych , podaj cenne sugestie, komentując w sekcji komentarzy poniżej. Oto pytanie do Ciebie, jaka jest główna funkcja układu scalonego?
