Kaip fiziniai integriniai grandynai veikia?

Išbandykite Mūsų Instrumentą, Kaip Pašalinti Problemas





Integriniai grandynai yra apibrėžiami kaip grandinė, apimanti neatsiejamus ir elektriškai sujungtus elementus taip, kad IC negalima atskirti dėl komercijos ir statybų. Tokiai grandinei sukurti gali būti naudojamos begalės technologijų. Šiandien tai, ką mes vadiname IC, iš pradžių buvo žinoma kaip monolitinė integruota grandinė. Manoma, kad Kilby sukūrė pirmąjį veikiantį IC dar 1958 m., O 2000 m. Už savo sunkų darbą jis laimėjo Nobelio fizikos premiją. Pirmasis šio išradimo pirkėjas buvo JAV oro pajėgos.

Kas yra integruota grandinė?

Integrinis grandynas (IC), kartais vadinamas mikroschema arba mikroschema, yra puslaidininkinė plokštelė, ant kurios pagaminta tūkstantis ar milijonai mažų rezistorių, kondensatorių ir tranzistorių. IC gali būti stiprintuvo, osciliatoriaus, laikmačio, skaitiklio, kompiuterio atminties ar mikroprocesoriaus funkcija. Tikslus IC yra skirstomas į linijinį (analoginį) arba skaitmeninį, atsižvelgiant į jo būsimą taikymą. Integruoti grandynai visa tai iškraipė. Pagrindinė mintis buvo gauti pilną grandinę su daugybe komponentų ir jungtimis tarp jų, ir visa tai rekonstruoti mikroskopiškai maža forma ant silicio gabalo paviršiaus. Tai buvo nepaprastai protinga idėja ir ji suteikė galimybę naudotis visomis „mikroelektronikos“ programėlėmis, pradedant skaitmeniniais laikrodžiais ir kišeniniais skaičiuotuvais, baigiant Mėnulyje nusileidžiančiomis raketomis ir ginklais su įmontuota palydovine navigacija.




Kaip gaminami integriniai grandynai?

Kaip sukurti atminties ar procesoriaus lustą kompiuteriui? Viskas prasideda nuo neapdoroto junginio elemento, pavyzdžiui, silicio, kuris yra chemiškai apdorotas arba legiruotas, kad jį sukurtų, ir jis turi skirtingas elektrines savybes.

Integrinės grandinės simbolis

Integrinės grandinės simbolis



Dopinginiai puslaidininkiai

Paprastai žmonės galvoja apie įrangą, susidedančią į dvi tvarkingas kategorijas: tas, kurios leidžia elektrai tekėti per jas gana lengvai (laidininkai), ir tas, kurios ne (izoliatoriai). Metalai sudaro daugumą laidininkų, o nemetalai, tokie kaip plastikas, medis ir stiklas, yra izoliatoriai. Iš tikrųjų poveikis yra kur kas sudėtingesnis, ypač kai reikia apibrėžti elementus periodinės lentelės centre (14 ir 15 grupėse), ypač silicį ir germanį. Paprastai izoliatoriai yra tie elementai, kurie yra paruošti veikti panašiau kaip laidininkai, jei į juos įterpiame nedidelius priemaišų kiekius, vadinamus dopingu.

Integruotų grandinių projektavimas

Integruotų grandinių projektavimas

Jei prie silicio pridedate stibio, pateikiate jam šiek tiek papildomų elektronų, nei paprastai būtų elektros energijos praleidimo galia. Tokiu būdu „legiruotas“ silicis vadinamas n tipo siliciu. Pridėjus boro, o ne stibį, jūs pašalinsite dalį silicio elektronų, palikdami „skylutes“, kurios veikia kaip „neigiami elektronai“, o paskui perduos teigiamą elektros srovę priešingai. Toks silicio tipas vadinamas p tipo. Elektronų generavimo būdas yra n tipo ir p tipo silicio sričių sujungimas, kad būtų sukurtos sankryžos, kuriose elektronai veikia labai patraukliai. puslaidininkiniai įtaisai kaip diodai, tranzistoriai ir atmintinės.

Lustų gamyklos viduje

Integrinio grandyno gamybos procedūra prasideda dideliu viengubu silicio kristalu, kuris yra panašus į ilgą vientisą vamzdį, kuris yra „supjaustytas“ į ploną diską (maždaug kompaktinio disko dydžio), vadinamą plokštelėmis. Plokštės yra pažymėtos daugybe identiškų kvadratinių ar stačiakampių sričių, kurių kiekviena sukurs vieną silicio mikroschemą (kartais vadinamą mikroschema). Tuomet tūkstančiai, milijonai ar milijardai aparatų pagaminami ant kiekvienos mikroschemos, užpylus skirtingus paviršiaus plotus ir paverčiant juos n tipo arba p tipo siliciu.


Viduje lustas dirba

Viduje lustas dirba

Dopingą užbaigia daugybė skirtingų procesų. Viename iš jų, vadinamame purškimu, dopingo medžiagos jonai šaudomi į silicio plokštelę kaip ir kulkos iš ginklo. Dar viena procedūra, vadinama garų nusodinimu, apima dopingo medžiagos įvedimą kaip dujas ir leidimą jai susikaupti taip, kad priemaišų atomai ant silicio plokštelės paviršiaus sukurtų ploną plėvelę. Molekulinio pluošto epitaksinė yra daug tikslesnė teiginio forma.

Žinoma, pastatyti integruotus grandynus, kurie pakuoja šimtus, milijonus ar milijardus aparatų į nagų dydžio silicio mikroschemą, yra šiek tiek sunkiau, nei atrodo. Įsivaizduokite chaosą, kai purvo taškas gali sukelti, kai dirbate mikroskopine (o kartais net ir nanoskopine) skale. Štai kodėl puslaidininkiai yra paruošti nepriekaištingoje laboratorijos aplinkoje, vadinamoje švariomis patalpomis, kur oras kruopščiai filtruojamas, o darbuotojai turi praeiti ir išeiti per oro užraktus, išnaudojančius visokius apsauginius drabužius.

Integruotų grandinių tipai

Skirtingi integrinio grandyno tipai, kurie apima:

Skaitmeniniai integruoti grandynai

Tokio tipo IC turi du apibrėžtus lygius: 1 ir 0, o tai reiškia, kad jie dirba dvejetainėje matematikoje, kur 1 reiškia įjungti, o 0 - išjungtą. Tokie IC yra kruopščiai atliekami, nes juose yra daugiau nei milijonai šlepečių, loginių vartų ir dar daugiau, visa tai sujungta į vieną lustą. Skaitmeninio IC pavyzdžiai yra mikrovaldikliai ir mikroprocesoriai .

Integruotų grandinių tipai

Integruotų grandinių tipai

  • Loginiai IC
  • Atminties lustai,
  • Sąsajos IC (lygio perjungikliai, serijos keitiklis / išjungimas ir kt.)
  • Maitinimo valdymo IC
  • Programuojami įrenginiai

Analoginiai integriniai grandynai

The analoginiai integriniai grandynai veikia spręsdamas nenutrūkstamus signalus ir gali atlikti tokias užduotis kaip filtravimas, stiprinimas, demoduliavimas ir moduliavimas ir kt. jutikliai, „OP-AMP“ iš esmės yra analoginiai IC .

  • Linijiniai IC
  • RF IC

Mišrus signalas

Kai skaitmeniniai ir analoginiai IC naudojami vienoje mikroschemoje, gautas IC yra žinomas kaip mišriojo signalo integrinės grandinės.

  • Duomenų gavimo IC (įskaitant A / D keitiklius, D / A keitiklius, skaitmeninius potenciometrus)
  • Laikrodžio / laiko IC

Integruotų grandinių naudojimas

Integruotoje grandinėje naudojama puslaidininkinė medžiaga (skaitymo mikroschemos) kaip darbo stalas, o užduočiai atlikti dažnai pasirenkamas silicis. Vėliau elektriniai komponentai tokie kaip diodai, tranzistoriai ir rezistoriai ir kt. Elektriniai komponentai sujungiami taip, kad jie galėtų atlikti kelias užduotis ir atlikti skaičiavimus. Šiame komplekte silicis yra žinomas kaip plokštelė.

Integruotų grandinių taikymai

IC taikomosios programos apima:

  • Radaras
  • Rankiniai laikrodžiai
  • Televizoriai
  • Sulčių gamintojai
  • Kompiuteris
  • Vaizdo procesoriai
  • Garso stiprintuvai
  • Atminties įrenginiai
  • Loginiai prietaisai
  • Radijo dažnis Koduotojai ir dekoderiai

Šiame straipsnyje trumpai aptarėme integruotą grandinę, įskaitant tai, kas yra integrinė grandinė, kaip gaminamos integruotos grandinės ir pan. Mikroschemų gamykloje, naudojant dopingo puslaidininkį, buvo naudojami dviejų tipų metodai. Mes susidūrėme su skirtingais integruotų grandinių tipais, tokiais kaip skaitmeniniai integruoti grandynai, analoginiai integriniai grandynai ir galiausiai sumaišyti signalai su pavyzdžiais. Be to, buvo aptarti integruotų grandinių naudojimo būdai ir integruotų grandinių taikymai.

Be to, už bet kokius klausimus, susijusius su šia koncepcija ar įgyvendinti elektros ir elektronikos projektus , pateikite savo vertingus pasiūlymus komentuodami žemiau esančiame komentarų skyriuje. Štai jums klausimas, kokia yra pagrindinė IC funkcija?