Как интегралните схеми работят физически?

Как интегралните схеми работят физически?

Интегрални схеми са дефинирани като верига, която включва елементи, които са неразделни и свързани помежду си по електрически начин, така че интегралната схема не може да бъде разделена поради търговски и строителни причини. Безброй технологии могат да бъдат използвани за изграждане на такава схема. Днес това, което наричаме IC, първоначално е било известно като монолитна интегрална схема. Смята се, че Килби е създал първата работеща интегрална схема през 1958 г. и е спечелил Нобелова награда за физика през 2000 г. за упоритата си работа. Първият купувач на това изобретение бяха американските ВВС.



Какво е интегрална схема?

Интегралната схема (IC), понякога наричана чип или микрочип, е полупроводникова пластина, върху която са произведени хиляда или милиони малки резистори, кондензатори и транзистори. IC може да бъде функция като усилвател, генератор, таймер, брояч, компютърна памет или микропроцесор. Точната интегрална схема е категоризирана като линейна (аналогова) или цифрова в зависимост от бъдещото й приложение. Интегралните схеми изкривиха всичко това. Основната идея беше да се получи пълна верига с много компоненти и връзките между тях и да се реконструира всичко в микроскопски мъничка форма на повърхността на парче силиций. Това беше невероятно умна идея и направи възможно всички видове „микроелектронни“ джаджи, вариращи от цифрови часовници и джобни калкулатори до ракети и оръжия за кацане на Луната с вградена сателитна навигация.


Как се правят интегралните схеми?

Как да изградим памет или чип за процесор за компютър? Всичко започва със суров съединителен елемент като силиций, който е химически обработен или легиран, за да го създаде и има различни електрически свойства.





Символ на интегрална схема

Символ на интегрална схема

Допинг полупроводници

Обикновено хората мислят за оборудване, което се вписва в две спретнати категории: тези, които позволяват на електричеството да преминава през тях доста лесно (проводници) и тези, които не го правят (изолатори). Металите съставляват по-голямата част от проводниците, докато неметалите като пластмаси, дърво и стъкло са изолаторите. Всъщност ефектите са много по-сложни от това, особено когато става въпрос за определяне на елементи в центъра на периодичната таблица (в групи 14 и 15), по-специално силиций и германий. Обикновено изолаторите са елементите, които са подготвени да изпълняват повече като проводници, ако в тях вкараме малки количества примеси в процедура, известна като допинг.



Интегрална схема дизайн

Интегрална схема дизайн

Ако добавите антимон към силиция, вие му предоставяте малко повече електрони, отколкото обикновено включва мощността за провеждане на електричество. „Легираният“ по този начин силиций се нарича силиций от тип n. Когато добавите бор вместо антимон, вие отнемате част от силициевите електрони, оставяйки след себе си 'дупки', които работят като 'отрицателни електрони', след това транспортират положителен електрически ток по обратния начин. Такъв тип силиций се нарича p-тип. Поставянето на области от n-тип и p-тип силиций една до друга, за да се създадат кръстовища, при които електроните действат по много атрактивен начин, е начинът, по който генерираме по електронен път, полупроводникови устройства като диоди, транзистори и спомени.

Вътре в завод за чипс

Процедурата за производство на интегрална схема започва с голям монокристал силиций, оформен като дълга твърда тръба, която е „нарязана на салам“ на тънки дискове (с големината на компактен диск), наречени вафли. Вафлите са маркирани в много идентични квадратни или правоъгълни области, всяка от които ще изгради един силициев чип (понякога наричан микрочип). След това на всеки чип се произвеждат хиляди, милиони или милиарди апарати чрез легиране на различни области на повърхността, за да се превърнат в силиций от n или p тип.


Вътрешна работа на чипове

Вътрешна работа на чипове

Допингът се допълва от множество различни процеси. В един от тях, известен като разпрашване, йони от легиращия материал се изстрелват върху силициевата пластина точно като куршуми от пистолет. Още една процедура, наречена отлагане на пари, включва въвеждането на легиращия материал като газ и оставянето му да се концентрира така, че примесните атоми да генерират тънък филм върху повърхността на силициевата пластинка. Молекулярният лъч епитаксиален е много по-точна форма на изявлението.

Разбира се, вградените в сграда интегрални схеми, които събират стотици, милиони или милиарди апарати върху силиконов чип с размер на нокът, е малко по-трудно, отколкото звучи. Представете си хаоса, когато точка мръсотия може да причини причината, когато работите в микроскопичен (или понякога дори в наноскопичен) мащаб. Ето защо полупроводниците се приготвят в безупречна лабораторна среда, наречена чисти помещения, където въздухът се филтрира внимателно и служителите трябва да влизат и излизат през въздушни шлюзове, изтощаващи всички видове защитни дрехи.

Видове интегрални схеми

Различните видове интегрална схема, която включва следното

Цифрови интегрални схеми

Този вид IC има две дефинирани нива: 1 и 0, което означава, че те работят върху двоична математика, при което 1 означава за включен и 0 за изключен. Такива интегрални схеми се постигат усърдно, тъй като съдържат повече от милиони джапанки, логически порти и какво ли още не, всички те са включени в един чип. Примери за цифрови интегрални схеми включват микроконтролери и микропроцесори .

Видове интегрални схеми

Видове интегрални схеми

  • Логически интегрални схеми
  • Чипове памет,
  • Интерфейсни интегрални схеми (нивелири, сериализатор / десериализатор и др.)
  • ИС за управление на захранването
  • Програмируеми устройства

Аналогови интегрални схеми

The аналогови интегрални схеми работи чрез справяне с непрекъснати сигнали и е в състояние да изпълнява задачи като филтриране, усилване, демодулация и модулация и др. Сензори, OP-AMP са по същество аналогови интегрални схеми .

  • Линейни интегрални схеми
  • RF интегрални схеми

Смесен сигнал

Когато цифровите и аналоговите интегрални схеми се използват на един чип, получената интегрална схема е известна като интегрални схеми със смесен сигнал.

  • ИС за събиране на данни (включително A / D преобразуватели, D / A конвертор, цифрови потенциометри)
  • Схеми за синхронизация / синхронизация

Използване на интегрални схеми

Интегралната схема използва полупроводников материал (четене на чипове) като работна маса и често за задачата се избира силиций. След това електрически компоненти като диоди, транзистори и резистори и др. се добавят към този чип в минимизирана форма. Електрическите компоненти са обединени по такъв начин, че да могат да изпълняват множество задачи и изчисления. Силицият е известен като вафла в този монтаж.

Приложения на интегрални схеми

Приложенията на интегрални схеми включват следното

  • Радар
  • Ръчни часовници
  • Телевизори
  • Производители на сок
  • Настолен компютър
  • Видео процесори
  • Аудио усилватели
  • Устройства с памет
  • Логически устройства
  • Радио честота Кодери и декодери

В тази статия обсъдихме накратко интегралната схема, включително какво представлява интегралната схема, как се правят интегралните схеми и т.н. Използвани са два вида методи за изграждане на интегрални схеми с помощта на легиращ полупроводник в чип инсталацията. Справили сме се с различните видове интегрални схеми като цифрови интегрални схеми, аналогови интегрални схеми и накрая смесени сигнали с примери. В допълнение бяха обсъдени употребите на интегрална схема и приложенията на интегралните схеми.

Освен това, при всякакви въпроси относно тази концепция или за изпълнение на проектите за електричество и електроника , моля, дайте вашите ценни предложения, като коментирате в раздела за коментари по-долу. Ето въпрос към вас, каква е основната функция на интегралната схема?