Z čeho se skládají počítačové integrované obvody? Co je integrovaný obvod

INTEGROVANÝ OBVOD
(IC), mikroelektronický obvod vytvořený na malém plátku (krystalu nebo „čipu“) z polovodičového materiálu, obvykle křemíku, který se používá k ovládání elektrický šok a jeho vylepšení. Typický integrovaný obvod se skládá z mnoha vzájemně propojených mikroelektronických součástek, jako jsou tranzistory, odpory, kondenzátory a diody, vyrobených na povrchu čipu. Velikosti krystalů křemíku se pohybují od přibližně 1,3 x 1,3 mm do 13 x 13 mm. Pokrok v oblasti integrovaných obvodů vedl k rozvoji technologií pro velké a velmi velké integrované obvody (LSI a VLSI). Tyto technologie umožňují získat integrované obvody, z nichž každý obsahuje mnoho tisíc obvodů: v jednom čipu lze napočítat více než 1 milion součástek.
viz také POLOVODIČOVÁ ELEKTRONICKÁ ZAŘÍZENÍ . Integrované obvody mají oproti svým předchůdcům řadu výhod – obvody, které byly sestaveny z jednotlivých součástek osazených na šasi. Integrované obvody jsou menší, rychlejší a spolehlivější; jsou také levnější a méně náchylné k poruchám v důsledku vibrací, vlhkosti a stárnutí. Miniaturizace elektronické obvody umožněno díky speciální vlastnosti polovodiče. Polovodič je materiál, který má mnohem větší elektrickou vodivost (vodivost) než dielektrikum, jako je sklo, ale mnohem menší než vodiče, jako je měď. V polovodičovém materiálu, jako je křemík, je v krystalové mřížce při pokojové teplotě příliš málo volných elektronů, aby byla zajištěna významná vodivost. Proto mají čisté polovodiče nízkou vodivost. Zavedení vhodné nečistoty do křemíku však zvyšuje jeho elektrickou vodivost.
viz také TRANZISTOR. Dopanty se do křemíku zavádějí dvěma způsoby. Pro silný doping nebo v případech, kdy není nutná přesná kontrola množství vnášené nečistoty, se obvykle používá difúzní metoda. Difúze fosforu nebo boru se obecně provádí v atmosféře dopantu při teplotách mezi 1000 a 1150 °C po dobu půl hodiny až několika hodin. Při iontové implantaci je křemík bombardován vysokorychlostními dopantovými ionty. Množství implantabilní příměsi lze upravit na několik procent; přesnost je v některých případech důležitá, protože zisk tranzistoru závisí na počtu atomů nečistot implantovaných na 1 cm2 báze (viz níže).

Výroba. Výroba integrovaného obvodu může trvat až dva měsíce, protože některé oblasti polovodiče je třeba dotovat s vysokou přesností. V procesu zvaném pěstování nebo tahání krystalu se nejprve získá válcový blok křemíku. vysoká čistota. Z tohoto válce se vyřezávají pláty o tloušťce např. 0,5 mm. Oplatka je nakonec rozřezána na stovky malých kousků, nazývaných čipy, z nichž každý je přeměněn na integrovaný obvod postupem popsaným níže. Zpracování čipů začíná výrobou masek pro každou vrstvu IC. Je vyrobena velkoplošná šablona ve tvaru čtverce o ploše cca. 0,1 m2. Sada takových masek obsahuje všechny součásti integrovaného obvodu: úrovně difúze, úrovně propojení atd. Celá výsledná struktura je fotograficky zmenšena na velikost krystalu a vrstva po vrstvě reprodukována na skleněné desce. Tenká vrstva oxidu křemičitého narůstá na povrchu křemíkového plátku. Každá deska je potažena materiálem citlivým na světlo (fotorezist) a vystavena světlu procházejícímu maskami. Neexponovaná místa fotosenzitivního povlaku se odstraní rozpouštědlem a pomocí dalšího chemického činidla, které rozpouští oxid křemičitý, se oxid křemičitý vyleptá z těch oblastí, kde nyní není chráněn fotocitlivým povlakem. Varianty tohoto základního výrobního procesu se používají při výrobě dvou hlavních typů tranzistorových struktur: bipolární a pole s efektem pole (MOS).
bipolární tranzistor. Takový tranzistor má strukturu n-p-n nebo, mnohem méně často, strukturu p-n-p. Výrobní proces obvykle začíná deskou (substrátem) silně dopovaného materiálu typu p. Na povrchu tohoto plátku je epitaxně narostlá tenká vrstva lehce dopovaného křemíku typu n; narostlá vrstva má tedy stejnou krystalickou strukturu jako substrát. Tato vrstva by měla obsahovat aktivní část tranzistoru - budou se v ní tvořit jednotlivé kolektory. Deska se nejprve umístí do pece s borovou parou. K difúzi boru do křemíkového plátku dochází pouze tam, kde byl jeho povrch vyleptán. V důsledku toho jsou z materiálu typu n vytvořeny oblasti a okna. Druhý vysokoteplotní proces, který využívá páry fosforu a další masku, slouží k vytvoření kontaktu s vrstvou kolektoru. Provedením postupných difúzí boru a fosforu se vytvoří báze a emitor. Tloušťka základny je obvykle několik mikronů. Tyto malé ostrůvky vodivosti typu n a p jsou propojeny obecné schéma přes propojení vyrobená z hliníku naneseného z plynné fáze nebo naneseného ve vakuu. Někdy se pro tyto účely používají ušlechtilé kovy, jako je platina a zlato. Tranzistory a další prvky obvodu, jako jsou odpory, kondenzátory a induktory, spolu s příslušnými propojeními, mohou být difúzně vytvořeny v destičce v sérii kroků, což vede k úplnému elektronickému obvodu. Viz také TRANSISTOR.
MOSFET. Nejpoužívanější MOS (metal-oxide-semiconductor) - struktura sestávající ze dvou blízko sebe ležících oblastí křemíku typu n, realizovaná na substrátu typu p. Na povrchu křemíku narůstá vrstva oxidu křemičitého a nad touto vrstvou (mezi oblastmi typu n a mírně je zachycuje) se vytváří lokalizovaná kovová vrstva, která funguje jako brána. Dvě výše zmíněné oblasti typu n, nazývané source a drain, slouží jako konektory pro vstup a výstup. Okny v oxidu křemičitém jsou provedeny kovové přípojky ke zdroji a odpadu. Úzký povrchový kanál z materiálu typu n spojuje zdroj a odtok; v jiných případech může být kanál indukován - vytvořen působením napětí aplikovaného na bránu. Když se na hradlo tranzistoru s indukovaným kanálem přivede kladné napětí, vrstva typu p pod hradlem se změní na vrstvu typu n a proud, řízený a modulovaný signálem přivedeným na hradlo, teče z hradla. zdroj do kanalizace. MOSFET spotřebovává velmi málo energie; má vysokou vstupní impedanci, nízký odběrový proud a velmi nízkou hlučnost. Protože hradlo, oxid a křemík tvoří kondenzátor, je takové zařízení široce používáno v počítačových paměťových systémech (viz níže). Doplňkové nebo CMOS obvody používají MOSFETy jako zátěže a nespotřebovávají energii, když je hlavní MOSFET v neaktivním stavu.

Collierova encyklopedie. - Otevřená společnost. 2000 .

Podívejte se, co je "INTEGRAL CIRCUIT" v jiných slovnících:

Polovodičové zařízení obsahující skupinu zařízení a jejich spojení (spojení), vytvořených na jedné desce (substrát). V I. s. jsou integrovány pasivní prvky (kapacity, odpory) a aktivní prvky, jejichž působení je založeno na dekomp. fyzický… … Fyzická encyklopedie

- (JE, integrovaný obvod, mikroobvod), mikrominiaturní zařízení s vysokou hustotou uložení prvků (diody, tranzistory, rezistory, kondenzátory atd.), které jsou neoddělitelně spojeny (kombinovány) konstrukčně, technologicky ... ... Moderní encyklopedie

- (IC integrovaný obvod, mikroobvod), mikrominiaturní elektronické zařízení, jehož prvky jsou konstrukčně, technologicky a elektricky neoddělitelně spojeny (kombinovány). IS se dělí: podle způsobu spojování (integrace) prvků do ... Velký encyklopedický slovník

integrovaný obvod- (ITU T Q.1741). Předměty telekomunikace, základní pojmy EN integrovaný obvodIC ... Technická příručka překladatele

Žádost "BIS" přesměruje zde; viz také další významy. Moderní integrované obvody určené pro povrchovou montáž Integrovaný (mikro) obvod (... Wikipedia

- (IP). integrovaný obvod (IC), mikroobvod, mikrominiaturní elektronické zařízení s vysokou hustotou uložení vzájemně propojených (obvykle elektricky) prvků (diody, tranzistory, rezistory, kondenzátory atd.), ... ... Velký encyklopedický polytechnický slovník

- (IC, integrovaný obvod, mikroobvod), mikrominiaturní elektronické zařízení, jehož prvky jsou vyráběny v jediném technologickém cyklu a jsou neoddělitelně spojeny (kombinovány) konstrukčně a elektricky. Integrované obvody jsou kategorizovány jako... encyklopedický slovník

Velké integrované obvody

Jeden z nejdůležitějších způsobů, jak se zlepšit počítačová věda je v něm široké uplatnění výdobytků moderní mikroelektroniky. Úspěch polovodičové integrované elektroniky vedl k vytvoření nové třídy komplexních funkčních elektronických produktů - velkých integrovaných obvodů, které se staly hlavní základnou prvků čtvrté generace počítačů (konec 70. let).

V jednom takovém schématu o objemu pouhého zlomku centimetru krychlového je umístěn blok, který zabíral celou skříň v počítačích první generace. V důsledku toho bylo dosaženo výrazného zvýšení výkonu počítače.

Jestliže u počítačů třetí generace dosahuje rychlost 20-30 milionů operací za sekundu, pak u strojů čtvrté generace výkon dosahuje stovek milionů operací za sekundu. V souladu s tím se také zvyšuje množství paměti. Spolu s vylepšením tradičních paměťových zařízení na magnetické disky a pásky vytvářejí paměť bez pohyblivých částí. Celkové množství externí paměti ve velkých strojích čtvrté generace přesahuje 10 14 znaků, což odpovídá knihovně skládající se z několika milionů objemných svazků.

LSI vznikají jako výsledek přirozeného vývoje integrovaných obvodů. Předpokladem jejich vzhledu je zvládnutí v elektronickém průmyslu planární technologie pro výrobu křemíkových polovodičových součástek. Zásadní novinka této technologie spočívá v tom, že umožnila nahradit běžné diskrétní součástky difuzními nebo tenkovrstvými součástkami.

Vysoká spolehlivost počítače je dána procesem jeho výroby. Přechod na novou základnu prvků – velmi velké integrované obvody (VLSI) – dramaticky snižuje počet použitých integrovaných obvodů a tím i počet jejich vzájemných propojení. Rozložení počítače a zajištění požadovaných provozních režimů (chlazení, ochrana proti prachu) je promyšlené.

Všechny moderní počítače jsou postaveny na komplexech (systémech) integrovaných obvodů (IC). Elektronický mikroobvod se nazývá integrovaný, pokud jsou jeho součásti a spoje mezi nimi provedeny v jediném technologickém cyklu, na jedné bázi a mají společné těsnění a ochranu proti mechanickým vlivům. Každý mikroobvod je miniaturní elektronický obvod vytvořený ve vrstvách v polovodičovém krystalu: křemík, germanium atd. Mikroprocesorové sady obsahují různé typy mikroobvodů, ale všechny musí mít jeden typ mezimodulového zapojení na základě standardizace parametrů interakčního signálu (amplituda, polarita, doba trvání impulsu atd.). Sada je obvykle založena na velkých integrovaných obvodech (LSI) a velmi velkých integrovaných obvodech (VLSI). V blízké budoucnosti bychom se měli dočkat vzhledu ultra velkých integrovaných obvodů (ULIS). Kromě nich se obvykle používají mikroobvody s malým a středním stupněm integrace (SIS). Funkčně mohou mikroobvody odpovídat zařízení, uzlu nebo bloku, ale každý z nich se skládá z kombinace nejjednodušších logických prvků, které implementují funkce generování, převodu, ukládání signálů atd.

Všechny moderní počítače jsou postaveny na mikroprocesorových sadách, které jsou založeny na velkých (LSI) a velmi velkých integrovaných obvodech (VLSI). Technologický princip vývoje a výroby integrovaných obvodů funguje již více než čtvrt století. Spočívá ve vrstvené výrobě dílů elektronických obvodů podle cyklu "program - kreslení - schéma". Podle programů se na zaprášenou fotoodporovou vrstvu aplikuje výkres budoucí vrstvy mikroobvodu. Poté se kresba vyleptá, zafixuje, zafixuje a izoluje od nových vrstev.

Na základě toho vzniká prostorová polovodičová struktura. Například VLSI typu Pentium obsahuje asi tři a půl milionu tranzistorů umístěných v pětivrstvé struktuře. Stupeň mikrominiaturizace, velikost IC čipu, produktivita a cena technologie jsou přímo určeny typem litografie. Dosud dominantní zůstala optická litografie, tzn. vrstvy po vrstvě na fotorezistor mikroobvodů byly aplikovány světelným paprskem. V současnosti přední čipové společnosti prodávají čipy o rozměrech cca 400-600 mm2 pro procesory (např. Pentium) a 200-400 mm2 pro paměťové obvody. Minimální topologická velikost (tloušťka čáry) je v tomto případě 0,25-0,135 µm. Pro srovnání můžeme uvést příklad. Tloušťka lidského vlasu je přibližně 100 mikronů. To znamená, že s takovým rozlišením při tloušťce 100 mikronů je potřeba nakreslit více než dvě stě čar.

Další pokroky v mikroelektronice jsou spojeny s elektronickou (laserovou), iontovou a rentgenovou litografií. To vám umožní dosáhnout velikosti 0,13; 0,10 a dokonce 0,08 mikronů. Místo dříve používaných hliníkových vodičů v mikroobvodech se všude používají měděné spoje, což umožňuje zvýšit frekvenci provozu.

Takový špičková technologie způsobit řadu problémů. Mikroskopická tloušťka čar, srovnatelná s průměrem molekul, vyžaduje vysokou čistotu použitých a nanášených materiálů, použití vakuových jednotek a nižší provozní teploty. Ve skutečnosti stačí získat nejmenší zrnko prachu při výrobě mikroobvodu - a dostane se do manželství. Proto jsou nové čipové továrny unikátním zařízením umístěným v „čistých prostorách třídy 1“, ve kterých se třísky dopravují ze zařízení do zařízení v uzavřených ultračistých miniatmosférách třídy 1000. Miniatmosféru vytváří například ultračistý dusík nebo jiné inertní plyn o tlaku KG4 Torr.

V současnosti základem pro konstrukci všech mikroobvodů byla a zůstává technologie CMOS (komplementární obvody, tj. sdílení p- a p-přechodů v tranzistorech se strukturou "kov-oxid-polovodič").

S příchodem LSI však vznikl velmi vážný problém – „co dát na substrát“ nebo jinak řečeno, jak implementovat zařízení na obvody s tak kolosálním počtem prvků.

Prvním a vcelku přirozeným řešením tohoto problému byla výroba tzv. zakázkových obvodů, vyvinutých pokaždé speciálně pro použití ve specifických zařízeních. Návrh LSI na míru je přitom velmi dlouhý a pracný proces, který využívá složité systémy počítačově podporovaného projektování člověk-stroj. Proto lze vývoj a výrobu LSI na zakázku ekonomicky zdůvodnit pouze v hromadné výrobě zařízení, ve kterých jsou tyto obvody použity.

Dobrou alternativou k zakázkově vyráběným LSI byly mikroprocesorové sady - sada velkých integrovaných obvodů, které implementují komplexní funkce digitálních zařízení. Z těchto „cihel“, které prošly mimořádným vývojem a jsou široce používány v různých řídicích systémech, jsou zcela jednoduše stavěny mikropočítače (mikropočítače).

Mikroprocesor je univerzální zařízení schopný implementovat jakoukoli logickou funkci. Softwarová implementace řídicí logiky je však poměrně pomalá, mikroprocesor často nedokáže poskytnout požadovanou rychlost. V tomto ohledu jsou v současné době široce používány programovatelné LSI s maticovou strukturou, mezi nimiž zvláštní místo zaujímají programovatelná logická pole (PLM) - velké integrované obvody, které kombinují pravidelnost struktury polovodičového paměťového zařízení (paměťové zařízení ) s všestranností mikroprocesoru. PLA má oproti mikroprocesoru významné výhody při implementaci složitých řídicích algoritmů.

Takzvaná maticová schémata jsou široce používána jako funkční jednotky LSI orientované na implementaci booleovských funkcí.

Matricový obvod je mřížka ortogonálních vodičů, na jejichž průsečíky mohou být instalovány polovodičové prvky s jednosměrným vedením (EOC) - diody nebo tranzistory.

Uvažujme matice M1 a M2 na obrázku č. 1. Způsob, jak zapnout trubici zesilovače obrazu v průsečíku pneumatik matice M1, umožňuje implementovat jakoukoli konjunkci jejích vstupních proměnných, ať už s inverzním znaménkem nebo bez něj, na kterýkoli z jeho výstupů.

Obrázek 1

Matrix M2 má 4 vertikální a 2 horizontální pneumatiky. Způsob zapínání trubice zesilovače obrazu na průsečíkech sběrnic M2 umožňuje realizovat libovolné rozdělení jejích vstupních proměnných na kterýkoli z jejích výstupů.

Pokud tyto matice propojíte, jak je znázorněno na obrázku 2, všimnete si, že jakýkoli systém booleovských funkcí y1. yn vodní proměnné x1. xn lze realizovat dvouúrovňovým maticovým schématem, na jehož první úrovni se tvoří různé elementární konjunkce a na druhé úrovni disjunkcemi odpovídajících konjunkcí (y1…yn).

V důsledku toho se konstrukce schémat s maticovou strukturou redukuje na určování průsečíků pneumatik, kde by měly být zapnuty trubice zesilovače obrazu.

Obrázek č. 2

Podle způsobu programování se rozlišují matice, přizpůsobitelné (programovatelné) z výroby, uživatelem a přeprogramovatelné (opakovaně přizpůsobitelné).

V matricích prvního typu se spojení trubice zesilovače obrazu s pneumatikami provádí 1krát pomocí speciálních masek používaných pro metalizaci určitých úseků krystalu LSI. Po vytvoření LSI nelze výsledná připojení změnit.

Matrice druhého typu jsou dodávány spotřebiteli nekonfigurované a obsahující trubici zesilovače obrazu v každém průsečíku jejich pneumatik. Nastavení je omezeno na odstranění (vyřazení) některých nepotřebných trubic zesilovače obrazu. Fyzikálně se proces ladění provádí různými způsoby, například tak, že se řada proudových impulsů o dostatečně velké amplitudě nechá projít příslušnou trubicí zesilovače obrazu a zničí se pojistková vložka zapojená do série s touto trubicí zesilovače obrazu a připojí se k jeden z autobusů v místě jejich křižovatky.

Matice třetího typu umožňují programování opakovaně. Přeprogramování se provádí elektricky po vymazání obsahu matric působením ultrafialového (někdy rentgenového) ozáření nebo elektricky samostatně pro každou trubici zesilovače obrazu.

Je také nutné říci pár slov o tzv. programovatelných maticích.

Programovatelné logické pole (PLA) je funkční jednotka založená na polovodičové technologii a určená k implementaci logických obvodů číslicových systémů. V závislosti na vnitřní organizaci lze programovatelné logické matice rozdělit na kombinační logické PLA a paměťové PLA.

Je třeba poznamenat, že na čipu LSI PLM je k dispozici speciální sběrnicový systém, který umožňuje propojit výstupy spodní matice se vstupy jiné matice. Řezání pneumatik a organizace nezbytných spojení mezi vstupy a výstupy různých matric se provádí ve fázi nastavení PLA v továrně výrobce.

Právě před pětadvaceti lety museli radioamatéři a specialisté starší generace studovat na tehdejší dobu nová zařízení – tranzistory. Nebylo snadné opustit elektronky, na které jsme byli tak zvyklí, a přejít k přeplněné a rostoucí „rodině“ polovodičových zařízení.

A nyní tato „rodina“ začala v radiotechnice a elektronice stále více ustupovat nejnovější generaci polovodičových zařízení – integrovaným obvodům, často zkráceně nazývaným IC.

Co je integrovaný obvod

integrovaný obvod- Jedná se o miniaturní elektronickou jednotku obsahující tranzistory, diody, rezistory a další aktivní a pasivní prvky ve společném pouzdře, jejichž počet může dosahovat až několika desítek tisíc.

Jeden mikroobvod Může nahradit celou jednotku rádiového přijímače, elektronického počítače (ECM) a elektronického stroje. „Mechanismus“ například elektronických náramkových hodinek je jen jeden větší čip.

Podle funkčního účelu se integrované obvody dělí do dvou hlavních skupin: analogové nebo lineárně pulsní a logické nebo digitální mikroobvody.

Analogové mikroobvody jsou určeny pro zesilování, generování a převádění elektrických kmitů různých frekvencí, například pro přijímače, zesilovače a logické mikroobvody pro použití v automatizačních zařízeních, v zařízeních s digitálním časováním, v počítačích.

Tento workshop je věnován seznámení se zařízením, principem činnosti a možnou aplikací nejjednodušších analogových a logických integrovaných obvodů.

Na analogovém čipu

Z obrovské „rodiny“ analogů jsou nejjednodušší dvojité mikroobvody „K118UN1A (K1US181A) a K118UN1B (K1US181B), zahrnuté v sérii K118.

Každý z nich je zesilovač obsahující ... O elektronické "náplně" je však lepší mluvit později. Zatím je budeme považovat za „černé skříňky“ s vývody pro připojení napájecích zdrojů, přídavných dílů, vstupních a výstupních obvodů k nim.

Rozdíl mezi nimi spočívá pouze v jejich nízkofrekvenčních oscilačních ziskech: zisk čipu K118UN1A na frekvenci 12 kHz je 250 a čipu K118UN1B je 400.

Na vysokých frekvencích je zesílení těchto mikroobvodů stejné - asi 50. Takže kterýkoli z nich lze použít pro zesílení kmitů jak nízkých, tak vysokých frekvencí, a tedy pro naše experimenty. Vzhled a symbolické označení těchto zesilovacích obvodů na schématech zapojení přístrojů je na Obr. 88.

Mají obdélníkové plastové pouzdro. Na horní straně pouzdra je štítek, který slouží jako referenční bod pro čísla pinů. Mikroobvody jsou určeny pro napájení ze zdroje 6,3 V DC, který je napájen přes svorky 7 (+ Upit) resp. 14 (— U Pete).

Zdrojem energie může být regulovaný zdroj střídavého proudu nebo baterie složená ze čtyř článků 334 a 343.

První experiment s mikroobvodem K118UN1A (nebo K118UN1B) se provádí podle schématu znázorněného na obr. 89. Jako desku spojů použijte lepenkovou desku o rozměrech přibližně 50X40 mm.

mikročipové kolíky 1, 7, 8 A 14 pájku na drátěné sponky procházející otvory v kartonu. Všechny budou fungovat jako stojany držící mikroobvod na desce a držáky kolíků 7. a 14, navíc propojení kontaktů s baterií GB1 (nebo AC adaptér).

Mezi nimi, na obou stranách mikroobvodu, zpevněte dva nebo tři další kontakty, které budou mezilehlé pro další podrobnosti. Namontujte kondenzátory na desku C1(typ K50-6 nebo K50-3) a C2(KJAS, BM, MBM), připojte sluchátka k výstupu mikroobvodu AT 2.

Připojte ke vstupu mikroobvodu (přes kondenzátor C1) elektrodynamický mikrofon V 1 jakéhokoli typu nebo telefonní kapsle DEM-4m, zapněte napájení a přitiskněte telefony blíže k uším a lehce poklepejte na mikrofon tužkou. Pokud se nevyskytnou žádné chyby při úpravách, měly by telefony slyšet zvuky připomínající cvakání na buben.

Požádejte kamaráda, aby něco řekl před mikrofonem – jeho hlas uslyšíte v telefonech. Místo mikrofonu můžete ke vstupu mikroobvodu připojit reproduktor rozhlasového vysílání (předplatitelský) s odpovídajícím transformátorem. Efekt bude přibližně stejný.

Pokračujte v experimentu s jednočinným telefonním zařízením, připojte mezi společný (záporný) vodič silového obvodu a výstup 12 IC elektrolytický kondenzátor SZ, naznačeno v diagramu přerušovanými čarami. Zároveň by se měla zvýšit hlasitost zvuku v telefonech.

Telefony budou znít ještě hlasitěji, pokud je ve výstupním obvodu zahrnut stejný kondenzátor 5 (na obr. 89 - kondenzátor C4). Pokud je však současně vybuzen zesilovač, pak bude muset být mezi společný vodič a svorku 11 připojen elektrolytický kondenzátor s kapacitou 5-10 mikrofaradů. jmenovité napětí 10V.

Další zkušenost: zapnout mezi závěry 10 A 3 třísky keramické popř papírový kondenzátor s kapacitou 5 - 10 tisíc pikofarad. Co se stalo? V telefonech se objevil nepřetržitý zvuk střední tonality. S nárůstem kapacity tohoto kondenzátoru by se měl tón zvuku v telefonech snižovat a s poklesem naopak zvyšovat. Koukni na tohle.

A nyní otevřeme tuto „černou skříňku“ a uvažujme o jejím „vycpávání“ (obr. 90). Ano, je to dvoustupňový zesilovač s přímým propojením mezi jeho tranzistory. Křemíkové tranzistory, struktury č -R-n. Nízkofrekvenční signál generovaný mikrofonem je přiveden (přes kondenzátor C1) na vstup mikroobvodu (vývod 3).

Na rezistoru vznikl pokles napětí R6 v emitorovém obvodu tranzistoru PROTI2, přes odpory R4 A R5 aplikovaný na bázi tranzistoru VI a otevře ji. Rezistor R1 — zatížení tohoto tranzistoru. z něj odstraněny zesílený signál jde do báze tranzistoru PROTI2 pro extra zesílení.

V experimentálním zesilovači zátěž tranzistoru PROTI2 v jeho kolektorovém obvodu byla sluchátka, která převáděla nízkofrekvenční signál na zvuk.

Ale jeho zátěží může být odpor R5 mikroobvody, pokud spojíte závěry dohromady 10 A 9. V tomto případě musí být telefony připojeny mezi společný vodič a spojovací bod těchto závěrů přes elektrolytický kondenzátor o kapacitě několika mikrofarad (kladné obložení mikroobvodu).

Když je mezi společný vodič a výstup připojen kondenzátor 12 Zvýšila se hlasitost zvuku čipu, proč? Protože přepíná odpor R6 mikroobvod, oslabil negativní zpětnou vazbu na střídavý proud v něm působící.

Negativní zpětná vazba byla ještě slabší, když jste do základního obvodu tranzistoru zařadili druhý kondenzátor PROTI1. A třetí kondenzátor, zapojený mezi společný vodič a výstup 11, tvořený odporem R7 IC oddělovací filtr pro zamezení buzení zesilovače.

Co se stane, když zapnete kondenzátor mezi vývody 10 a 5? Mezi výstupem a vstupem zesilovače vytvořil kladnou zpětnou vazbu, která jej přeměnila na generátor oscilací audio frekvence.

Takže, jak vidíte, čip K118UN1B (nebo K118UN1A) je zesilovač, který může být nízkofrekvenční nebo vysokofrekvenční například v přijímači. Může se ale stát i generátorem elektrických oscilací jak nízkých, tak vysokých frekvencí.

Čip v rádiu

Tento mikroobvod navrhujeme otestovat ve vysokofrekvenční dráze přijímače, sestaveného např. podle obvodu znázorněného na Obr. 91. Vstupní obvod magnetické antény takového přijímače je tvořen cívkou L1 a proměnný kondenzátor C1. Vysokofrekvenční signál rozhlasové stanice, na jejíž vlně je obvod naladěn, prostřednictvím komunikační cívky L2 a oddělovací kondenzátor C2 přejde na vstup (výstup 3) mikročipy L1.

Z výstupu mikroobvodu (výstup 10, připojen k výstupu 9) zesílený signál je přiváděn přes kondenzátor C4 pro detektor, diody VI A PROTI2 které jsou zapojeny podle obvodu násobení napětí a nízkofrekvenčního signálu, který jim přidělují telefony V 1 převedeny na zvuk. Přijímač napájený baterií GB1, složený ze čtyř prvků 332, 316 nebo pěti baterií D-01.

V mnoha tranzistorových přijímačích je zesilovač vysokofrekvenční cesty tvořen tranzistory a v tomto - mikroobvodem. To je jediný rozdíl mezi nimi. Se zkušenostmi z předchozích workshopů doufám, že budete schopni samostatně namontovat a G nastavit takový přijímač a případně jej doplnit o NF zesilovač pro hlasitý příjem rádia.

Na logickém čipu

Nedílnou součástí mnoha digitálních integrovaných obvodů je logický prvek AND-NOT, jehož symbol vidíte na Obr. 92, A. Jeho symbol je „&“ umístěné uvnitř obdélníku, obvykle v levém horním rohu, nahrazující spojku „a“ v anglický jazyk. Dva nebo více vstupů vlevo, jeden výstup vpravo.

Malý kroužek, který začíná výstupní signální vedení, symbolizuje logickou negaci "NE" na výstupu mikroobvodu. V řeči digitální techniky „NOT“ znamená, že prvek AND-NOT je invertor, tedy zařízení, jehož výstupní parametry jsou opačné než vstupní.

Elektrický stav a činnost logického prvku je charakterizována úrovněmi signálů na jeho vstupech a výstupech. Signál malého (nebo nulového) napětí, jehož úroveň nepřesahuje 0,3 - 0,4 V, je přijímán (v souladu s binární systém počet) zavolejte logickou nulu (0) a signál je větší než vysokého napětí(oproti logické 0), jejíž úroveň může být 2,5 - 3,5 V, je logická jednotka (1).

Například říkají: "na výstupu prvku, logická 1." To znamená, že v tento moment na výstupu prvku se objevil signál, jehož napětí odpovídá úrovni logické 1.

Abychom nezasahovali do technologie a zařízení prvku NAND, budeme jej považovat za „černou skříňku“, která má dva vstupy a jeden výstup pro elektrický signál.

Logika prvku spočívá v tom, že když je na jeden z jeho vstupů přivedeno logické O a na druhý vstup logická 1, objeví se na výstupu signál logické 1, který po přivedení signálů odpovídajících logické 1 zmizí. na oba vstupy.

Pro experimenty, které opraví tuto vlastnost prvku v paměti, budete potřebovat nejběžnější mikroobvod K155LAZ, stejnosměrný voltmetr, čerstvou baterii 3336L a dva odpory s odporem 1 ... 1,2 kOhm.

Čip K155LAZ se skládá ze čtyř prvků 2I-NOT (obr. 92, b) napájen jedním společným zdrojem 5 V DC, ale každý z nich funguje jako nezávislé logické zařízení. Číslo 2 v názvu mikroobvodu znamená, že jeho prvky mají dva vstupy.

Vzhledem a designem se stejně jako všechny mikroobvody řady K155 neliší od již známého analogového mikroobvodu K118UN1, liší se pouze polarita připojení zdroje energie. Proto je lepenková deska, kterou jste vyrobili dříve, také vhodná pro experimenty s tímto mikroobvodem. Napájení je připojeno: +5 V - na pin 7" — 5 B - k závěru 14.

Ale tyto závěry nejsou obvykle uvedeny na schematickém obrázku mikroobvodu. To je vysvětleno skutečností, že na schématech zapojení jsou prvky, které tvoří mikroobvod, znázorněny samostatně, například jako na obr. 92, c. Pro experimenty můžete použít kterýkoli z jeho čtyř prvků.

špendlíky 1, 7, 8 A 14 připájejte na drátěné stojany na kartonové desce (jako na obr. 89). Jeden ze vstupních kolíků kteréhokoli z jeho prvků, například prvek s kolíky 1 — 3, připojte přes rezistor s odporem 1 ... 1,2 kOhm k výstupu 14, výstup druhého vstupu je přímo se společným („uzemněným“) vodičem silového obvodu a na výstup prvku připojte stejnosměrný voltmetr (obr. 93, A).

Zapněte napájení. Co ukazuje voltmetr? Napětí přibližně 3 V. Toto napětí odpovídá signálu logické 1 na výstupu prvku. Stejným voltmetrem změřte napětí na výstupu prvního vstupu a zde, jak vidíte, je to také logická 1. Proto, když jeden ze vstupů prvku má logickou 1 a druhý má logickou 1. logická 0, výstupem bude logická 1.

Nyní propojte výstup a druhý vstup přes rezistor s odporem 1 ... 1,2 kOhm s výstupem 14 a zároveň drátovou propojkou - se společným vodičem, jak je znázorněno na obr. 93b.

V tomto případě bude výstup, stejně jako v prvním experimentu, logická 1. Dále podle šipky na voltmetru odstraňte drátovou propojku, abyste přivedli signál odpovídající logické 1 na druhý vstup.

Co měří voltmetr? Signál na výstupu prvku byl převeden na logickou 0. Tak to má být! A pokud je některý ze vstupů periodicky uzavřen na společný vodič a tím simuluje přívod logické 0 k němu, pak se na výstupu prvku objeví proudové impulsy se stejnou frekvencí, jak dokládají kolísání jehly voltmetru . Zkuste to experimentálně.

Vlastnost prvku AND-NOT měnit svůj stav vlivem vstupních řídicích signálů je široce využívána v různých digitálních výpočetních zařízeních. Radioamatéři, zejména začátečníci, velmi často používají jako invertor logický prvek - zařízení, jehož výstupní signál je opačný než vstupní signál.

Následující experiment může potvrdit tuto vlastnost prvku. Spojte svorky obou vstupů prvku dohromady a přes rezistor s odporem 1 ... 1,2 kΩ je připojte na svorku 14 (obr. 93, PROTI).

Na společný vstup prvku tedy přivedete signál odpovídající logické 1, jehož napětí lze měřit voltmetrem. Jaký je z toho výstup?

Ručička k ní připojeného voltmetru se mírně odchýlila od nulové značky stupnice. Zde tedy podle očekávání signál odpovídá logické 0.

Poté bez odpojení rezistoru od výstupu 14 mikroobvod, několikrát za sebou uzavřete vstup prvku na společný vodič drátěnou propojkou (na obr. 93, PROTI znázorněno přerušovanou čarou se šipkami) a současně sledovat ručičku voltmetru. Ujistíte se tedy, že když je vstup měniče logická 0, výstup je v tuto chvíli logická 1 a naopak, když je vstup logická 1, výstup je logická 0.

Tak funguje střídač, který zvláště často využívají radioamatéři v jimi konstruovaných impulsních zařízeních.

Příkladem takového zařízení je pulzní generátor sestavený podle obvodu znázorněného na Obr. 94. Jeho účinnost si můžete ověřit právě teď a strávit na něm jen pár minut.

Připojte výstup prvku D1.1 ke vstupům prvku D1.2 stejný mikroobvod, jeho výstup je se vstupy prvku DJ.3, a výstup tohoto prvku (výstup 8) - se vstupem prvku D1.1 přes proměnný odpor R1 . K výstupu prvku D1.3 (mezi výstupem 8 a společný vodič) připojte sluchátka B1, paralela k prvkům D1.1 a D1.2 elektrolytický kondenzátor C1.

Nastavte motor s proměnným odporem do pravé polohy (podle schématu) a zapněte napájení - v telefonech uslyšíte zvuk, jehož tón lze měnit proměnným rezistorem.

V tomto experimentu prvky D1.1, D1.2 aD1.3, sériově propojené jako tranzistory třístupňového zesilovače tvořily multivibrátor - generátor pravoúhlých elektrických impulsů.

Z mikroobvodu se stal generátor díky kondenzátoru a rezistoru, který vytvořil frekvenčně závislé obvody mezi výstupem a vstupem prvků. zpětná vazba. S proměnným rezistorem lze plynule měnit frekvenci pulzů generovaných multivibrátorem od cca 300 Hz do 10 kHz.

Jaké praktické uplatnění může takový pulzní přístroj najít? Může se stát například domovním zvonkem, sondou pro kontrolu výkonu kaskád přijímače a basového zesilovače, generátorem pro trénink poslechu telegrafní abecedy.

Domácí hrací automat na čipu

Takové zařízení lze proměnit v červený nebo zelený automat. Schéma takového impulsního zařízení je na Obr. 95. Zde jsou prvky D1.1, D1.2, D1.3 stejný (nebo stejný) čip K155LAZ a kondenzátor C1 tvoří podobný multivibrátor, jehož pulsy řídí tranzistory VI A PROTI2, zapojeny podle schématu se společným emitorem.

Živel D1.4 funguje jako invertor. Pulsy multivibrátoru díky němu dorazí na báze tranzistorů v protifázi a jeden po druhém je otevírají. Takže například, když je úroveň logické 1 na vstupu měniče a úroveň logické 0 je na výstupu, pak v těchto okamžicích tranzistor V 1 otevřít a rozsvítit žárovku AHOJ v jeho kolektorovém obvodu je zapnutý a tranzistor PROTI2 zavřené a jeho žárovka H2 nehoří.

Při dalším impulsu měnič změní svůj stav. Nyní se tranzistor otevře PROTI2 a světlo se rozsvítí H2, tranzistor VI rozsvítit žárovku H1 půjde ven.

Ale frekvence pulsů generovaných multivibrátorem je poměrně vysoká (alespoň 15 kHz) a žárovky samozřejmě nemohou reagovat na každý puls.

Proto slabě svítí. Ale stojí za to stisknout tlačítko S1, abyste zkratovali kondenzátor s jeho kontakty C1 a tím narušit generování multivibrátoru, jelikož se okamžitě jasně rozsvítí světlo jednoho z tranzistorů, na základě čehož v tu chvíli bude napětí odpovídající logické 1 a druhé světlo úplně zhasne.

Nelze předem říci, která z žárovek po stisknutí tlačítka bude nadále hořet - lze jen hádat. To je smysl hry.

Hrací automat spolu s baterií (3336L nebo tři 343 články zapojené do série) lze umístit do malé krabičky například v případě „kapesního“ přijímače.

Žárovky AHOJ A H2(MH2,5-0,068 nebo MH2,5-0,15) umístěte pod otvory v přední stěně pouzdra a uzavřete je víčky nebo destičkami z červeného a zeleného organického skla. Zde také upevněte hlavní vypínač (přepínač TV-1) a tlačítkový vypínač §1(typ P2K nebo KM-N) zastaví multivibrátor.

Založení hracího automatu spočívá v pečlivém výběru rezistoru R1. Jeho odpor by měl být takový, že když multivibrátor zastavíte tlačítkem S1 nejméně 80 - 100 násobek počtu požárů každé z žárovek byl přibližně stejný.

Nejprve zkontrolujte, zda multivibrátor funguje. K tomu paralelně s kondenzátorem C1, e, jehož kapacita může být 0,1 ... 0,5 μF, připojte k výstupu multivibrátoru elektrolytický kondenzátor s kapacitou 20 ... 30 μF a sluchátka - v telefonech by se měl objevit nízký zvuk.

Tento zvuk je známkou činnosti multivibrátoru. Poté vyjměte elektrolytický kondenzátor, rezistor R1 nahradit ořezávacím odporem s odporem 1,2 ... 1,3 kOhm a mezi vývody 8 a 11 prvků DI.3 A D1.4 zapněte DC voltmetr. Změnou odporu ladícího rezistoru docílit takové polohy, aby voltmetr ukazoval nulové napětí mezi výstupy těchto prvků mikroobvodu.

Počet hráčů může být libovolný. Každý postupně stiskne tlačítko zastavení multivibrátoru. Vyhrává ten, kdo se stejným počtem tahů, například dvaceti stisky tlačítek, více jednou hádejte barvy žárovek poté, co se multivibrátor zastaví.

Bohužel frekvence multivibrátoru zde popsaného nejjednoduššího hracího automatu se vlivem vybíjení baterie poněkud mění, což samozřejmě ovlivňuje ekvipravděpodobnost zapálení různých žárovek, proto je lepší jej napájet ze stabilizovaného zdroje napětí 5 V.

Literatura: Borisov V. G. Praktikum pro začínajícího radioamatéra. 2. vyd., přepracováno. a doplňkové — M.: DOSAAF, 1984. 144 s., ill. 55 tis.

1 Integrované obvody (IC)

Hlavním základem moderní diskrétní mechaniky je integrovaná mikroelektronika. Přechod na integrované obvody výrazně změnil způsoby budování elektronických zařízení, protože mikroobvodové produkty jsou kompletní funkční jednotky, ať už jde o logické prvky pro provádění jednoduchých operací nebo o počítačové procesory, které se skládají z mnoha tisíc prvků.

1. Terminologie

V souladu s GOST 17021-88 „Integrované mikroobvody. Termíny a definice".

Integrovaný obvod (IC ) - mikroelektronický výrobek, který plní specifickou funkci převodu a zpracování signálu a má vysokou hustotu balení elektricky spojených prvků (nebo prvků a součástí) a (nebo) krystalů, které z hlediska testování, přejímky, dodávky a provozní požadavky, je považován za jeden celek.

Polovodičový integrovaný obvod - integrovaný mikroobvod, jehož všechny prvky a meziprvkové spoje jsou provedeny v objemu a na povrchu polovodiče.

Filmový integrovaný obvod - integrovaný mikroobvod, jehož všechny prvky a propojení jsou vyrobeny ve formě filmů (zvláštním případem filmových IO jsou tlustovrstvé a tenkovrstvé IO).

hybridní integrovaný obvod - integrovaný obvod obsahující kromě prvků součástky a (nebo) krystaly (zvláštním případem hybridního IO je vícečipový IO).

Technologie tenkých vrstev - základní materiály:

Substrát - pro kreslení a vytváření vzoru obvodu (sklokeramika, keramika);

Vodivý film - měď, hliník, zlato;

Odporový materiál - kovy a jejich slitiny, oxid cínu, dielektrika, směsi.

Silnovrstvé - především jako spínací desky.

V současné době existují integrované obvody 6 stupňů integrace (tabulka 1).

Malý integrovaný obvod (MIS) - IS obsahující až 100 prvků a (nebo) součástí včetně (1..2 stupně).

Střední integrovaný obvod (SIS ) - IO obsahující více než 100 až 1000 prvků a (nebo) součástek pro digitální IO a více než 100 až 500 pro analogové (2..3 stupně).

Velký integrovaný obvod (LSI) - IC obsahující více než 1000 prvků a (nebo) součástek pro digitální IC a více než 500 pro analogové IC (3..4 stupně).

Velmi velký integrovaný obvod (VLSI) - IO obsahující více než 100 000 prvků a (nebo) součástek pro digitální IO s pravidelnou strukturou konstrukce, více než 50 000 pro digitální IO s nepravidelnou strukturou a více než 10 000 pro analogové IO (5..7 stupně).

Poznámka: Digitální integrované obvody s pravidelnou strukturou konstrukce zahrnují paměťové obvody a obvody založené na základních maticových signálech, s nepravidelnou strukturou konstrukce výpočetních obvodů.

Vysokorychlostní integrovaný obvod (SSIS ) - digitální IC, jehož funkční rychlost není menší než 1*10 13 Hz/cm 3 na jeden logický prvek.

Funkční rychlostí se rozumí součin pracovní frekvence logického prvku, která je rovna převrácené hodnotě čtyřnásobné hodnoty maximální průměrné průměrné doby zpoždění šíření signálu na počet logických prvků na 1 centimetr čtvereční plochy krystalu.

3 Klasifikace integrovaných obvodů podle úrovní integrace.

Tabulka 1 - Klasifikace IS podle úrovní integrace

Ste- Level Počet prvků a komponent v jednom čipu

pahýl integr- Digitální integrované obvody Analog

integrace na MOS- na bipolárních mikroobvodech

vysílačky tranzistory tranzistory

1..2 MIS<= 100 <= 100 <= 100

2..3 SIS > 100<= 1000 > 100 <= 500 > 100 <= 500

3..4 BIS > 1000<= 10000 > 500 <= 2000 > 500

4..5 VLSI > 100 000 > 50 000 > 10 000

Analogový integrovaný obvod - integrovaný obvod určený ke konverzi a zpracování signálů podle zákona spojité funkce (zvláštním případem analogového integrovaného obvodu je mikroobvod s lineární charakteristika- lineární IC).

Digitální IC - integrovaný obvod, navržený pro konverzi a zpracování signálů, které se mění podle zákona diskrétní funkce (speciálním případem digitálního integrovaného obvodu je logický mikroobvod)

Stupeň integrace integrovaného obvodu - ukazatel stupně složitosti mikroobvodu, charakterizovaný počtem prvků a součástí v něm obsažených.

Určeno vzorcem: k=lgN,

kde k je koeficient, který určuje stupeň integrace, zaokrouhlený nahoru na nejbližší vyšší celé číslo.

N je počet prvků a součástek obsažených v integrovaném obvodu.

Řada integrovaných obvodů - soubor typů integrovaných obvodů, které mohou plnit různé funkce, mají jednotné konstrukční a technologické provedení a jsou určeny pro společné použití.

Na nejnižší, nulové úrovni konstruktivní hierarchie EVA jakéhokoli typu a účelu jsou integrované obvody, které provádějí logické, pomocné, speciální funkce a také funkce paměti. V současné době průmysl vyrábí velké množství integrovaných obvodů, které lze klasifikovat podle řady kritérií.

2 Klasifikace mikroobvodů a symbolů

Záleží na technologie výroby Integrované obvody jsou rozděleny do 4 druhů: polovodičové; film; hybridní; kombinovaný

Prvky elektrického obvodu polovodičových IO jsou vytvořeny v objemu nebo na povrchu polovodičového materiálu (substrát). Tvorba aktivních a pasivních prvků určitým způsobem zaváděním koncentrace nečistot s různým počtem monokrystalických desek.

Obrázek 1 - Klasifikace integrovaných obvodů

U hybridních integrovaných obvodů je pasivní část vyrobena ve formě filmů nanesených na povrchu dielektrického materiálu (substrát) a aktivní prvky, které mají nezávislý design, jsou připevněny k povrchu substrátu.

V závislosti na způsobu připojení aktivních nezabalených prvků se aktivní integrované obvody dodávají s flexibilními a pevnými přívody.

Různé polovodičové integrované obvody jsou kombinované integrované obvody.

U kombinovaných integrovaných obvodů jsou aktivní prvky vyrobeny uvnitř polovodičového substrátu a pasivní část je ve formě kovových filmů na jeho povrchu.

Podle funkce IS lze rozdělit na:

1) digitální; 2) analogový.

Digitální integrované obvody se používají v digitálních počítačích, diskrétních automatizačních zařízeních atd. Patří sem mikroprocesorové obvody, paměťové obvody a integrované obvody, které provádějí logické funkce.

Lineární a lineární pulzní integrované obvody se používají analogově počítače a v zařízeních pro konverzi informací.

Patří sem různé operační zesilovače, komparátory a další obvody.

Základ klasifikace digitální Mikroobvody jsou založeny na třech znacích:

1) pohled na součásti logického obvodu, na kterých jsou prováděny logické operace se vstupními proměnnými;

2) způsob připojení polovodičových součástek do logického obvodu;

3) typ spojení mezi logickými obvody.

Podle těchto vlastností lze logické IC klasifikovat takto:

1) obvody s přímým zapojením na MOS struktury - NSTLM (MOS - kov - oxid - polovodič nebo MIS kov-dielektrikum - polovodič).

2) obvody s odporově-kapacitními spoji - RTL; RETL - obvody, jejichž vstupní logika je prováděna na odporových obvodech. RETL a RTL jsou zastaralé a nepoužívají se v novém vývoji;

3) obvody, jejichž vstupní logika se provádí na diodách - DTL;

4 obvody, jejichž vstupní logiku provádí víceemitorový tranzistor - TTL;

5) obvody se vázanými emitory - ESL, nebo PTTL - logika na proudových spínačích;

6) vstřikovací integrovaná logika IIL nebo I 2 L - na jejím základě jsou vytvořeny mikroobvody vysokého stupně integrace vysoké rychlosti a nízké spotřeby energie;

7) obvody založené na společném zařazení dvojice tranzistorů s kanály různých typů vodivosti, tzv. komplementární struktury. (struktury CMOS).

V symbolu IS je provedení a technologické provedení označeno číslem:

1,5,6,7 - polovodič; 2,4,8 - hybrid;

3 další - (film, vakuum atd.).

Podle charakteru výkonu funkcí v REA se IO dělí na podskupiny (například generátory, zesilovače atd.) a typy (například frekvenční měniče, fáze, napětí), podskupina je označena odpovídajícími písmeny , (například GS generátor (G) harmonických signálů ( C), ND-set (H) diod (D))

4 balíčky čipů

GOST 17467-88 obsahuje termíny související s konstrukcí integrovaného obvodu.

Tělo tělo - část těla bez závěrů.

Výstupní pozice - jedna z několika rovnoměrně rozmístěných poloh svorek na výstupu z tělesa pouzdra, umístěných v kruhu nebo v řadě, která může nebo nemusí být obsazena svorkou. Každá výstupní pozice je označena sériovým číslem.

Montážní rovina - rovina, na které je IS instalován.

První integrované obvody

Věnováno 50. výročí oficiálního data

B. Malaševič

Zaměstnanec Texas Instruments (TI) Jack Kilby předvedl 12. září 1958 vedení tři podivná zařízení - zařízení nalepená včelím voskem na skleněné podložce ze dvou kusů křemíku o velikosti 11,1 × 1,6 mm (obr. 1). Jednalo se o trojrozměrná rozložení - prototypy integrovaného obvodu (IC) generátoru, dokazující možnost výroby všech obvodových prvků na bázi jediného polovodičového materiálu. Toto datum je v historii elektroniky oslavováno jako narozeniny integrovaných obvodů. Ale je to tak?

Rýže. 1. Model prvního IS od J. Kilbyho. Fotografie z http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Minaturized.html

Do konce 50. let 20. století technologie montáže radioelektronická zařízení(REA) z diskrétních prvků vyčerpala své možnosti. Svět se dostal do nejakutnější krize REA, byla nutná radikální opatření. V té době již byly v USA a SSSR průmyslově zvládnuty integrované technologie výroby jak polovodičových součástek, tak silnovrstvých a tenkovrstvých keramických desek, tedy byly zralé předpoklady pro překonání této krize vytvořením víceprvkových standardní produkty - integrované obvody.

Integrované obvody (mikroobvody, IC) zahrnují elektronická zařízení různé složitosti, kdy jsou všechny prvky stejného typu vyráběny současně v jediném technologickém cyklu, tzn. pomocí integrované technologie. Na rozdíl od desek plošných spojů (ve kterých jsou všechny propojovací vodiče současně vyráběny v jediném cyklu pomocí integrované technologie) jsou rezistory, kondenzátory a (u polovodičových integrovaných obvodů) diody a tranzistory obdobně vytvořeny v integrovaných obvodech. Kromě toho se současně vyrábí mnoho IC, od desítek až po tisíce.

Integrované obvody jsou vyvíjeny a vyráběny průmyslem ve formě sérií, kombinující řadu mikroobvodů různého funkčního účelu, určených pro společné použití v elektronických zařízeních. Sériové integrované obvody mají standardní provedení a jednotný systém elektrických a dalších charakteristik. IC jsou dodávány výrobcem různým spotřebitelům jako nezávislé komerční produkty, které splňují určitý systém standardizovaných požadavků. Integrované obvody jsou klasifikovány jako neopravitelné produkty; při opravách elektronických zařízení jsou vadné integrované obvody vyměněny.

Existují dvě hlavní skupiny integrovaných obvodů: hybridní a polovodičové.

U hybridních integrovaných obvodů (HIC) jsou všechny vodiče a pasivní prvky vytvořeny na povrchu mikroobvodového substrátu (obvykle vyrobeného z keramiky) pomocí integrované technologie. Aktivní prvky v podobě bezbalíkových diod, tranzistorů a polovodičových IC krystalů se instalují na substrát jednotlivě, ručně nebo automaticky.

V polovodičových IO se v jediném technologickém cyklu na povrchu polovodičového materiálu (zpravidla křemíku) tvoří spojovací, pasivní a aktivní prvky s částečným průnikem do jeho objemu difúzními metodami. Na jednom polovodičovém waferu se přitom vyrábí několik desítek až několik tisíc IC, v závislosti na složitosti zařízení a velikosti jeho krystalu a waferu. Průmysl vyrábí polovodičové integrované obvody ve standardních pouzdrech, ve formě jednotlivých čipů nebo ve formě nedělených waferů.

K fenoménu světa hybridních (GIS) a polovodičových integrovaných obvodů došlo různými způsoby. GIS je produktem evolučního vývoje mikromodulů a technologie keramických desek. Proto se objevily neznatelně, neexistuje obecně uznávané datum narození GIS a obecně uznávaný autor. Polovodičové integrované obvody byly přirozeným a nevyhnutelným výsledkem vývoje polovodičové technologie, ale vyžadovalo to generování nových nápadů a vytváření nových technologií, které mají svá data narození a své vlastní autory. První hybridní a polovodičové integrované obvody se objevily v SSSR a USA téměř současně a nezávisle na sobě.

První hybridní integrované obvody

Hybridní IC zahrnují IC, jejichž výroba kombinuje integrální technologii výroby pasivních prvků s individuální (manuální nebo automatizovanou) technologií instalace a montáže aktivních prvků.

Koncem 40. let vyvinula firma Centralab v USA základní principy pro výrobu silnovrstvých keramických desek plošných spojů, které pak vyvinuly další firmy. Vycházel z výrobních technologií desek plošných spojů a keramických kondenzátorů. Z desek plošných spojů převzali integrální technologii tvorby topologie spojovacích vodičů - sítotisk. Z kondenzátorů - materiál substrátu (keramika, častěji sital), stejně jako pastové materiály a tepelná technologie jejich upevnění na substrát.

A na začátku 50. let RCA vynalezla tenkovrstvou technologii: stříkáním různých materiálů ve vakuu a jejich nanášením přes masku na speciální substráty se naučili, jak současně vyrábět mnoho miniaturních fólií spojujících vodiče, odpory a kondenzátory na jediném keramickém substrátu.

Ve srovnání s tlustovrstvou technologií poskytovala tenkovrstvá technologie možnost přesnější výroby menších topologických prvků, ale vyžadovala složitější a dražší zařízení. Zařízení vyráběná na keramických deskách silnovrstvou nebo tenkovrstvou technologií se nazývají „hybridní obvody“. Hybridní obvody byly vyráběny jako součástky vlastní výroby, jejich konstrukce, rozměry a funkční určení byly u každého výrobce jiné, nevstoupily na volný trh, a proto jsou málo známé.

Hybridní obvody také napadly mikromoduly. Nejprve používali diskrétní pasivní a aktivní miniaturní prvky v kombinaci s tradiční tištěnou elektroinstalací. Technologie montáže byla složitá, s obrovským podílem ruční práce. Proto byly mikromoduly velmi drahé, jejich použití bylo omezeno na palubní zařízení. Poté byly použity tlustovrstvé miniaturní keramické šátky. Dále začala tlustovrstvá technologie vyrábět rezistory. Ale diody a tranzistory byly stále používány diskrétně, jednotlivě zabalené.

Z mikromodulu se stal hybridní integrovaný obvod v okamžiku, kdy v něm byly použity bezpouzdřové tranzistory a diody a konstrukce byla utěsněna ve společném pouzdře. To umožnilo výrazně zautomatizovat proces jejich montáže, výrazně snížit ceny a rozšířit rozsah použití. Podle způsobu tvorby pasivních prvků se rozlišují silnovrstvé a tenkovrstvé GIS.

První GIS v SSSR

První GIS (moduly typu „Kvant“, později označené IS série 116) v SSSR byly vyvinuty v roce 1963 v NIIRE (později NPO Leninets, Leningrad) a v témže roce zahájila jejich sériová výroba. V těchto GIS byly jako aktivní prvky použity polovodičové integrované obvody „R12-2“, vyvinuté v roce 1962 závodem polovodičových součástek v Rize. Vzhledem k neoddělitelnosti historie vzniku těchto IC a jejich charakteristik je budeme zvažovat společně v části P12-2.

Moduly Kvant byly nepochybně prvními ve světě GIS s dvouúrovňovou integrací – jako aktivní prvky nepoužívaly diskrétní bezrámečkové tranzistory, ale polovodičové IO. Je pravděpodobné, že šlo o první GIS na světě - konstrukčně a funkčně kompletní víceprvkové produkty dodávané spotřebiteli jako nezávislé komerční produkty. Nejstaršími zahraničními podobnými produkty, které autor identifikoval, jsou níže popsané moduly IBM SLT, které však byly oznámeny v následujícím roce 1964.

První GIS v USA

Vznik tlustovrstvého GIS jako hlavní elementová základna nový počítač IBM System /360, byl poprvé oznámen IBM v roce 1964. Zdá se, že se jednalo o první použití GIS mimo SSSR, dřívější příklady se autorovi nepodařilo najít.

Již tehdy v kruzích odborníků známé polovodičové integrované obvody řady „Micrologic“ od Fairchilda a „SN-51“ od TI (budeme o nich mluvit níže) byly stále nedostupné a pro komerční použití neúměrně drahé, což bylo konstrukce sálového počítače. Proto IBM Corporation, která vzala za základ návrh plochého mikromodulu, vyvinula vlastní řadu tlustovrstvých GIS, oznámených pod obecným názvem (na rozdíl od „mikromodulů“) – „moduly SLT“ (Solid Logic Technology – technologie solid logic. Obvykle se slovo „solid“ překládá do ruštiny jako „pevný“, což je naprosto nelogické. Termín „moduly SLT“ byl skutečně zaveden společností IBM jako protiklad k pojmu „mikromodul“ a měl by odrážet jejich rozdíl Oba moduly jsou ale "pevné", to znamená, že tento překlad není Slovo "pevné" má jiné významy - "pevný", "celý", které úspěšně zdůrazňují rozdíl mezi "moduly SLT" a "mikromoduly" - moduly SLT jsou nedělitelné, neopravitelné, tedy "celé". Proto jsme použili nestandardní překlad do ruštiny: Solid Logic Technology - solid logic technology).

Modul SLT byla půlpalcová čtvercová tlustovrstvá keramická mikrodestička se zalisovanými vertikálními kolíky. Na jeho povrch byly naneseny sítotiskem (podle schématu realizovaného zařízení) propojovací vodiče a odpory a osazeny bezobalové tranzistory. Kondenzátory byly v případě potřeby instalovány vedle modulu SLT na desce zařízení. U externích téměř identických (mikromoduly jsou poněkud vyšší, obr. 2.) se moduly SLT od plochých mikromodulů liší vyšší hustotou prvků, nízkou spotřebou energie, vysokou rychlostí a vysokou spolehlivostí. Technologie SLT se navíc dala poměrně snadno automatizovat, takže je bylo možné vyrábět ve velkém množství za dostatečně nízkou cenu, aby se daly použít v komerčních zařízeních. To je přesně to, co IBM potřebovalo. Firma vybudovala automatizovanou továrnu v East Fishkill nedaleko New Yorku na výrobu modulů SLT, která je vyráběla v milionech kopií.

Rýže. 2. Mikromodul SSSR a modul SLT f. IBM. STL fotografie z http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

Po IBM začaly GIS vyrábět další společnosti, pro které se GIS stal komerčním produktem. Typický design plochých mikromodulů a SLT modulů od IBM Corporation se stal jedním ze standardů pro hybridní IC.

První polovodičové integrované obvody

Koncem 50. let měl průmysl dobrou pozici pro výrobu levných elektronických součástek. Ale pokud byly tranzistory nebo diody vyrobeny z germania a křemíku, pak rezistory a kondenzátory byly vyrobeny z jiných materiálů. Mnozí se pak domnívali, že při vytváření hybridních obvodů nebudou žádné problémy s montáží těchto prvků, vyrobených samostatně. A pokud je možné vyrobit všechny prvky standardní velikosti a tvaru, a tím automatizovat proces montáže, pak se náklady na zařízení výrazně sníží. Na základě takové úvahy ji zastánci hybridní technologie považovali za obecný směr ve vývoji mikroelektroniky.

Ne všichni ale tento názor sdíleli. Faktem je, že mesa tranzistory, a zejména planární tranzistory, již vytvořené v té době, byly přizpůsobeny pro dávkové zpracování, ve kterém byla současně prováděna řada operací pro výrobu mnoha tranzistorů na jedné substrátové desce. To znamená, že na jedné polovodičové destičce bylo vyrobeno mnoho tranzistorů najednou. Poté byla deska rozřezána na jednotlivé tranzistory, které byly umístěny v jednotlivých pouzdrech. A pak výrobce hardwaru spojil tranzistory na jednu desku plošných spojů. Byli lidé, kterým tento přístup připadal směšný – proč odpojovat tranzistory a pak je znovu kombinovat. Je možné je okamžitě kombinovat na polovodičové destičce? Zároveň se zbavte několika složitých a nákladných operací! Tito lidé vynalezli polovodičové integrované obvody.

Myšlenka je velmi jednoduchá a zcela zřejmá. Ale jak se často stává, až poté, co to někdo poprvé oznámil a dokázal. Přesně dokázáno, stačí často oznamovat, jako v tento případ, není dost. Myšlenka IC byla oznámena již v roce 1952, před příchodem dávkových metod pro výrobu polovodičových součástek. Na výroční konferenci o elektronických součástkách, která se konala ve Washingtonu, představil britský královský radarový úřad v Malvernu Geoffrey Dummer zprávu o spolehlivosti součástí radarového zařízení. Ve zprávě učinil prorocké prohlášení: „ S nástupem tranzistoru a prací v oblasti polovodičové techniky si lze obecně představit elektronické zařízení v podobě pevného bloku, který neobsahuje propojovací vodiče. Blok se může skládat z vrstev izolačních, vodivých, rektifikačních a výztužných materiálů, ve kterých jsou určité oblasti řezány tak, aby mohly přímo plnit elektrické funkce” . Ale tato předpověď zůstala bez povšimnutí odborníků. Vzpomněli si na to až po objevení prvních polovodičových integrovaných obvodů, tedy po praktickém důkazu dlouho ohlašovaného nápadu. Někdo musel být první, kdo přeformuloval a realizoval myšlenku polovodičového IC.

Stejně jako v případě tranzistoru měli obecně uznávaní výrobci polovodičových IC více či méně úspěšné předchůdce. Pokus o realizaci svého nápadu v roce 1956 učinil sám Dammer, ale neuspěl. V roce 1953 obdržel Harvick Johnson z RCA patent na jednočipový oscilátor a v roce 1958 společně s Thorkelem Wallmarkem oznámili koncept „polovodičového integrovaného zařízení“. V roce 1956 Ross, zaměstnanec Bellových laboratoří, vyrobil binární čítačový obvod založený na n-p-n-p struktur v jediném monokrystalu. V roce 1957 získal Yasuro Taru z japonské firmy MITI patent na kombinování různých tranzistorů v jediném čipu. Ale všechny tyto a další podobné vývoje byly soukromého charakteru, nebyly uvedeny do výroby a nestaly se základem pro vývoj integrované elektroniky. Pouze tři projekty přispěly k rozvoji duševního vlastnictví v průmyslové výrobě.

Štěstím se ukázal být již zmíněný Jack Kilby z Texas Instruments (TI), Robert Noyce z Fairchildu (oba z USA) a Yuri Valentinovich Osokin z Design Bureau rižského závodu polovodičových zařízení (SSSR). Američané vytvořili experimentální modely integrovaných obvodů: J. Kilby - model generátoru IC (1958) a poté mesa-tranzistorová spoušť (1961), R. Noyce - spoušť planární technologie (1961) a Yu. Osokin - logický IC "2NOT-OR" v Německu, který se okamžitě dostal do sériové výroby (1962). Tyto firmy zahájily sériovou výrobu integrovaných obvodů téměř současně, v roce 1962.

První polovodičové integrované obvody v USA

IP Jack Kilby. Řada IS" SN-51”

V roce 1958 se J. Kilby (průkopník v používání tranzistorů ve sluchadlech) přestěhoval do Texas Instruments. Nováček Kilby jako obvodový inženýr byl „hozen“, aby zlepšil mikromodulovou výplň raket vytvořením alternativy k mikromodulům. Uvažovalo se o možnosti skládat kostky z dílů standardního tvaru, podobně jako při sestavování modelů hraček z LEGO figurek. Kilbyho ale zaujalo něco jiného. Efekt „svěžího vzhledu“ sehrál rozhodující roli: za prvé okamžitě prohlásil, že mikromoduly jsou slepá ulička, a za druhé, když obdivoval struktury mesa, dospěl k závěru, že obvod by měl (a může být) realizován z jednoho materiálu. - polovodič. Kilby si byl vědom Dummerova nápadu a jeho selhání při jeho realizaci v roce 1956. Po analýze pochopil důvod neúspěchu a našel způsob, jak jej překonat. “ Moje zásluha je v tom, že tím, že jsem vzal tuto myšlenku, jsem ji proměnil ve skutečnost.“ řekl později J. Kilby ve svém Nobelově projevu.

Protože si ještě nezasloužil právo odejít, pracoval bez zasahování v laboratoři, zatímco všichni odpočívali. 24. července 1958 Kilby formuloval koncept v laboratorním časopise nazvaném Monolithic Idea. Jeho podstatou bylo, že „. .. obvodové prvky jako rezistory, kondenzátory, distribuované kondenzátory a tranzistory lze integrovat do jednoho čipu - za předpokladu, že jsou vyrobeny ze stejného materiálu ... Při návrhu klopného obvodu musí být všechny prvky vyrobeny z křemíku, a rezistory budou používat křemíkový objemový odpor a kondenzátory - kapacity p-n přechodů“. „Myšlenka monolitu“ se setkala s blahosklonně ironickým postojem vedení společnosti Texas Instruments, které požadovalo důkaz o možnosti výroby tranzistorů, rezistorů a kondenzátorů z polovodiče a funkčnosti obvodu sestaveného z takových prvků.

V září 1958 Kilby realizoval svůj nápad - vyrobil generátor ze dvou kusů germania o velikosti 11,1 x 1,6 mm, nalepených včelím voskem na skleněném substrátu, obsahující dva typy difúzních oblastí (obr. 1). Tyto oblasti a dostupné kontakty využil k vytvoření obvodu generátoru, spojujícího prvky tenkými zlatými drátky o průměru 100 mikronů termokompresním svařováním. Z jedné oblasti vznikl mestranzistor, z druhé RC řetěz. Sestavené tři generátory byly předvedeny vedení společnosti. Po připojení napájení pracovaly na frekvenci 1,3 MHz. Stalo se tak 12. září 1958. O týden později Kilby vyrobil zesilovač podobným způsobem. Ale to ještě nebyly integrované struktury, byla to trojrozměrná rozložení polovodičových integrovaných obvodů, což dokazuje myšlenku výroby všech prvků obvodu z jednoho materiálu - polovodiče.

Rýže. 3. Spoušť typu 502 J. Kilby. Fotografie z http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Minaturized.html

Prvním skutečně integrovaným obvodem Kilby, vyrobeným z jednoho kusu monolitického germania, byl experimentální spouštěcí obvod typu 502 (obr. 3). Využíval jak objemový odpor germania, tak kapacitu p-n přechodu. Jeho prezentace se konala v březnu 1959. Malý počet takových integrovaných obvodů byl vyroben v laboratoři a prodáván v úzkém kruhu za cenu 450 dolarů. IC obsahoval šest prvků: čtyři mesa tranzistory a dva rezistory umístěné na křemíkové destičce o průměru 1 cm, ale Kilby IC měl vážnou nevýhodu - mesa tranzistory, které se v podobě mikroskopických „aktivních“ sloupců tyčily nad zbytek, „pasivní“ část krystalu. Vzájemné spojení mesa-pilířů v IS Kilby bylo provedeno vyvařením tenkých zlatých drátů – všemi nenáviděná „chlupatá technologie“. Ukázalo se, že s takovým propojením mikroobvod s velké množství nevytvářejte prvky - drátěná síť se přetrhne nebo znovu uzavře. Ano, a germanium bylo v té době již považováno za materiál neperspektivní. Průlom se nekonal.

Do této doby byla ve Fairchildu vyvinuta technologie planárního křemíku. Vzhledem k tomu všemu musel Texas Instruments odložit vše, co Kilby udělal, a přistoupit bez Kilbyho k vývoji řady integrovaných obvodů založených na planární křemíkové technologii. V říjnu 1961 společnost oznámila vytvoření řady IC typu SN-51 a od roku 1962 začala jejich sériová výroba a dodávky v zájmu amerického ministerstva obrany a NASA.

IP od Roberta Noyce. Řada IS"Mikrologic”

V roce 1957 z řady důvodů W. Shockley, vynálezce přechodového tranzistoru, opustil skupinu osmi mladých inženýrů, kteří se chtěli pokusit realizovat své vlastní nápady. „Osmička zrádců“, jak jim Shockley říkal, v čele s R. Noycem a G. Moorem založila Fairchild Semiconductor („krásné dítě“). V čele společnosti stál Robert Noyce, bylo mu tehdy 23 let.

Na konci roku 1958 vyvinul fyzik D. Horney, který pracoval ve Fairchild Semiconductor, planární technologii výroby tranzistorů. A fyzik českého původu Kurt Lehovek, který pracoval ve společnosti Sprague Electric, vyvinul techniku ​​pro použití obráceného n-p přechodu k elektrické izolaci součástí. V roce 1959 se Robert Noyce, který se doslechl o Kilbyho uspořádání IC, rozhodl pokusit se vybudovat integrovaný obvod kombinací procesů navržených Horneym a Lehovkem. A místo „chlupaté technologie“ propojení navrhl Noyce selektivní nanášení tenké vrstvy kovu na polovodičové struktury izolované oxidem křemičitým s připojením ke kontaktům prvků skrz otvory ponechané v izolační vrstvě. To umožnilo „ponořit“ aktivní prvky do těla polovodiče, izolovat je oxidem křemíku a následně tyto prvky propojit s naprašovanými hliníkovými nebo zlatými stopami, které vznikají pomocí fotolitografie, metalizace a leptání v poslední fázi výroby. výroba produktu. Tak byla získána skutečně „monolitická“ možnost kombinace součástí do jednoho obvodu a nová technologie byla nazvána „planární“. Nejprve však bylo třeba nápad vyzkoušet.

Rýže. 4. Experimentální spoušť R. Noyce. Fotografie z http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

Rýže. 5. Fotografie Micrologic IC v časopise Life. Fotografie z http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

V srpnu 1959 pověřil R. Noyce Joey Lastovi, aby vypracoval variantu integrovaného obvodu založeného na planární technologii. Nejprve, stejně jako Kilby, vytvořili rozložení spouště na několika křemíkových krystalech, na kterých byly vyrobeny 4 tranzistory a 5 rezistorů. Poté, 26. května 1960, byla vyrobena první jednočipová spoušť. Chcete-li izolovat prvky v něm s opačná strana křemíkový plátek byl vyleptán s hlubokými drážkami vyplněnými epoxidovou pryskyřicí. 27. září 1960 byla vyrobena třetí verze spouště (obr. 4), u které byly prvky izolovány zpětně propojeným p - n přechodem.

Do té doby se Fairchild Semiconductor zabýval pouze tranzistory, neměl žádné obvodové inženýry, kteří by vytvořili polovodičové integrované obvody. Proto byl jako konstruktér obvodů přizván Robert Norman ze Sperry Gyroscope. Norman znal logiku odpor-tranzistor, kterou si společnost na jeho návrh vybrala jako základ pro svou budoucí řadu Micrologic IC, která nalezla své první uplatnění ve vybavení raket Minuteman. V březnu 1961 Fairchild oznámil první experimentální integrovaný obvod této řady (F-flip-flop obsahující šest prvků: čtyři bipolární tranzistory a dva odpory umístěné na 1 cm destičce) se zveřejněním své fotografie (obr. 5) v časopis život(ze dne 10. března 1961). Dalších 5 integrovaných obvodů bylo oznámeno v říjnu. A od začátku roku 1962 zahájil Fairchild sériovou výrobu IC a jejich dodávky také v zájmu amerického ministerstva obrany a NASA.

Kilby a Noyce si museli vyslechnout spoustu kritiky ohledně svých inovací. Předpokládalo se, že praktický výnos vhodných integrovaných obvodů bude velmi nízký. Je jasné, že by měla být nižší než u tranzistorů (protože obsahuje několik tranzistorů), u kterých tehdy nebyla vyšší než 15 %. Za druhé, mnozí věřili, že integrované obvody používají nevhodné materiály, protože rezistory a kondenzátory nebyly v té době vyrobeny z polovodičů. Za třetí, mnozí nemohli přijmout myšlenku neopravitelnosti IP. Připadalo jim rouhání vyhodit výrobek, ve kterém selhal pouze jeden z mnoha prvků. Všechny pochybnosti byly postupně zažehnány, když byly integrované obvody úspěšně použity v amerických vojenských a vesmírných programech.

Jeden ze zakladatelů Fairchild Semiconductor G. Moore formuloval základní zákon pro vývoj křemíkové mikroelektroniky, podle kterého se počet tranzistorů v čipu integrovaného obvodu každým rokem zdvojnásobil. Tento zákon, nazývaný „Moorův zákon“, fungoval celkem dobře prvních 15 let (počínaje rokem 1959) a pak k tomuto zdvojnásobení došlo asi za rok a půl.

Dále se průmysl IP ve Spojených státech začal rozvíjet rychlým tempem. Ve Spojených státech začal lavinový proces vzniku podniků orientovaných výhradně „pod rovinou“, někdy dosáhl bodu, kdy bylo registrováno tucet firem týdně. V honbě za veterány (firmy W. Shockleyho a R. Noyce) a také díky daňovým pobídkám a službám poskytovaným Stanfordskou univerzitou se „nováčci“ shlukovali především v údolí Santa Clara (Kalifornie). Není proto divu, že v roce 1971 s lehkou rukou novináře popularizujícího technické novinky Dona Hoflera vstoupil do oběhu romanticko-technogenní obraz „Silicon Valley“, který se navždy stal synonymem pro Mekku polovodičových technologií. revoluce. Mimochodem, v té oblasti se skutečně nachází údolí, dříve proslulé četnými meruňkovými, třešňovými a švestkovými sady, které mělo jiné, příjemnější jméno, než se v něm objevil Shockley - Údolí srdce rozkoše, dnes bohužel téměř zapomenutý.

V roce 1962 začala sériová výroba integrovaných obvodů ve Spojených státech, i když jejich objem dodávek zákazníkům činil jen pár tisíc. Nejsilnějším podnětem pro rozvoj přístrojového a elektronického průmyslu na nové bázi byly raketové a kosmické technologie. Spojené státy tehdy neměly stejně výkonné mezikontinentální balistické střely jako ty sovětské a pro zvýšení nálože byly nuceny jít na maximální snížení hmotnosti nosiče včetně řídicích systémů zavedením tzv. nejnovější pokroky v elektronické technologii. Firmy Texas Instrument a Fairchild Semiconductor podepsaly velké kontrakty na vývoj a výrobu integrovaných obvodů s americkým ministerstvem obrany a s NASA.

První polovodičové integrované obvody v SSSR

Koncem 50. let sovětský průmysl potřeboval polovodičové diody a tranzistory natolik, že byla nutná drastická opatření. V roce 1959 byly založeny továrny na polovodičová zařízení v Alexandrově, Brjansku, Voroněži, Rize atd. V lednu 1961 Ústřední výbor KSSS a Rada ministrů SSSR přijaly další dekret „O rozvoji polovodičového průmyslu“. která zajistila výstavbu továren a výzkumných ústavů v Kyjevě, Minsku, Jerevanu, Nalčiku a dalších městech.

Nás bude zajímat jeden z nových závodů - výše zmíněný Riga Semiconductor Plant (RZPP, několikrát změnil název, pro zjednodušení používáme ten nejznámější, provozní a nyní). Jako odpalovací rampa dostala nový závod budova rozestavěné průmyslové školy o rozloze 5300 m 2 a zároveň byla zahájena výstavba speciální budovy. Do února 1960 již bylo v závodě vytvořeno 32 služeb, 11 laboratoří a poloprovozní výroba, která se v dubnu začala připravovat na výrobu prvních přístrojů. Závod již zaměstnával 350 lidí, z nichž 260 bylo během roku posláno studovat do Moskevského výzkumného ústavu-35 (později Pulsar Research Institute) a do Leningradského závodu Světlana. A do konce roku 1960 dosáhl počet zaměstnanců 1900 osob. Zpočátku byly technologické linky umístěny v přestavěné sportovní hale budovy průmyslové školy a laboratoře experimentální projekční kanceláře byly umístěny v bývalých učebnách. První zařízení (slitinově-difúzní a konverzní germaniové tranzistory P-401, P-403, P-601 a P-602 vyvinuté NII-35) vyrobil závod 9 měsíců po podpisu objednávky na jeho vznik, v r. března 1960. A do konce července vyrobil prvních tisíc tranzistorů P-401. Poté zvládl ve výrobě mnoho dalších tranzistorů a diod. V červnu 1961 byla dokončena stavba speciální budovy, ve které byla zahájena sériová výroba polovodičových součástek.

Od roku 1961 závod zahájil samostatné technologické a vývojové práce včetně mechanizace a automatizace výroby tranzistorů na bázi fotolitografie. Za tímto účelem byl vyvinut první tuzemský opakovač fotografií (fotorazítko) - instalace pro kombinování a kontaktní tisk fotografií (vyvinutý A.S. Gotmanem). Podniky Ministerstva rozhlasového průmyslu, včetně KB-1 (později NPO Almaz, Moskva) a NIIRE, poskytly velkou pomoc při financování a výrobě unikátních zařízení. Tehdy nejaktivnější vývojáři malých rádiových zařízení, kteří neměli vlastní technologickou polovodičovou základnu, hledali způsoby kreativní interakce s nově vytvořenými polovodičovými továrnami.

V RZPP probíhaly aktivní práce na automatizaci výroby germaniových tranzistorů typu P401 a P403 na základě výrobní linky Ausma vytvořené závodem. Jeho hlavní konstruktér (GK) A.S. Gotman navrhl vytvořit proudové dráhy na povrchu germania od elektrod tranzistoru k periferii krystalu, aby bylo možné snadněji zavařit vývody tranzistoru v pouzdře. Ale co je nejdůležitější, tyto stopy mohly být použity jako externí terminály tranzistoru, když byly rozbaleny sestavené na deskách (obsahujících spojovací a pasivní prvky) a připájeny je přímo k odpovídajícím ploškám (ve skutečnosti byla navržena technologie pro vytváření hybridních IC) . Navrhovaná metoda, ve které proudové dráhy krystalu, jakoby líbají kontaktní podložky desky, dostala původní název - „technologie líbání“. Ale kvůli řadě technologických problémů, které se v té době ukázaly jako neřešitelné, zejména souvisejících s problémy s přesností získávání kontaktů na desce s plošnými spoji, nebylo možné prakticky implementovat „technologii líbání“. O několik let později byl podobný nápad realizován v USA a SSSR a našel široké uplatnění v tzv. „ball lead“ a v technologii „chip-on-board“.

Hardwarové společnosti spolupracující s RZPP, včetně NIIRE, však doufaly v „technologii líbání“ a plánovaly ji použít. Na jaře 1962, když bylo jasné, že její realizace se odkládá na neurčito, hlavní inženýr NIIRE V.I. Smirnov požádal ředitele RZPP S.A. Bergmana najít jiný způsob realizace víceprvkového obvodu typu 2NOT-OR, univerzálního pro stavbu digitálních zařízení.

Rýže. 7. Ekvivalentní obvod IS R12-2 (1LB021). Čerpání z prospektu IP z roku 1965

První IS a GIS od Jurije Osokina. pevný obvod R12-2(řada IC 102 A 116 )

Ředitel RZPP pověřil tímto úkolem mladého inženýra Jurije Valentinoviče Osokina. Zorganizovali jsme oddělení skládající se z technologické laboratoře, laboratoře pro vývoj a výrobu fotomasek, měřicí laboratoře a poloprovozní výrobní linky. V té době byla do RZPP dodána technologie výroby germaniových diod a tranzistorů, která byla vzata jako základ pro nový vývoj. A již na podzim roku 1962 byly získány první prototypy germaniového pevného obvodu 2NE-OR (protože termín IP tehdy ještě neexistoval, z úcty k tehdejším záležitostem si ponecháme název „pevný okruh“ - TS), který obdržel tovární označení „P12-2“. Zachoval se reklamní sešit z roku 1965 na P12-2 (obr. 6), informace a ilustrace, ze kterých budeme vycházet. TS R12-2 obsahoval dva germaniové p - n - p tranzistory (upravené tranzistory typu P401 a P403) s celkovou zátěží v podobě distribuovaného germaniového odporu typu p (obr. 7).

Rýže. 8. Struktura IS R12-2. Čerpání z prospektu IP z roku 1965

Rýže. 9. Rozměrový výkres vozidla R12-2. Čerpání z prospektu IP z roku 1965

Vnější vodiče jsou vytvořeny termokompresním svařováním mezi oblastmi germania TC struktury a zlatem vodičů vodičů. Tím je zajištěn stabilní provoz obvodů pod vnějšími vlivy v podmínkách tropů a mořské mlhy, což je důležité zejména pro práci v námořních kvazielektronických automatických telefonních ústřednách vyráběných závodem VEF Riga, který má o tento vývoj rovněž zájem.

Konstrukčně byly TS R12-2 (a následné R12-5) vyrobeny ve formě „tablety“ (obr. 9) z kulatého kovového pohárku o průměru 3 mm a výšce 0,8 mm. V něm byl umístěn krystal TS a vyplněn polymerní sloučeninou, ze které vycházely krátké vnější konce vývodů z měkkého zlatého drátu o průměru 50 μm, přivařených ke krystalu. Hmotnost P12-2 nepřesáhla 25 mg. V tomto provedení byly RH odolné vůči 80% relativní vlhkosti při okolní teplotě 40 °C a teplotním cyklům od -60 °C do 60 °C.

Do konce roku 1962 bylo v pilotní výrobě RZPP vyrobeno asi 5 tisíc vozidel R12-2 a v roce 1963 jich bylo vyrobeno několik desítek tisíc. Rok 1962 byl tedy rokem zrodu mikroelektronického průmyslu v USA a SSSR.

Rýže. 10. Skupiny TC R12-2

Rýže. 11. Hlavní elektrické charakteristiky R12-2

Polovodičová technologie byla tehdy v plenkách a ještě nezaručovala striktní opakovatelnost parametrů. Provozovatelná zařízení se proto třídila do skupin parametrů (to se v naší době často dělá). Obyvatelé Rigy udělali totéž, nainstalovali 8 typů TS R12-2 (obr. 10). Všechny ostatní elektrické a další charakteristiky jsou pro všechny jmenovité hodnoty stejné (obr. 11).

Výroba TS R12-2 začala současně s výzkumem a vývojem „Tvrdost“, který skončil v roce 1964 (GK Yu.V. Osokin). V rámci této práce byla vyvinuta vylepšená skupinová technologie hromadné výroby germaniových TC na bázi fotolitografie a galvanického nanášení slitin přes fotomasku. Jeho hlavní technická řešení jsou registrována jako vynález Osokina Yu.V. a Mikhalovič D.L. (A.S. č. 36845). Několik článků od Yu.V. Osokina ve spolupráci se specialisty KB-1 I.V. Nic, G.G. Smolko a Yu.E. Naumova s ​​popisem konstrukce a vlastností vozidla R12-2 (a navazujícího vozidla R12-5).

Design P12-2 byl dobrý pro všechny, až na jednu věc - spotřebitelé nevěděli, jak používat takové malé produkty s nejtenčími závěry. Hardwarové firmy na to zpravidla neměly technologii ani vybavení. Po celou dobu vydání R12-2 a R12-5 jejich použití ovládaly NIIRE, Zhiguli Radio Plant Ministerstva rozhlasového průmyslu, VEF, NIIP (od roku 1978 NPO Radiopribor) a několik dalších podniků. S pochopením problému vývojáři TS spolu s NIIRE okamžitě vymysleli druhou úroveň designu, která zároveň zvýšila hustotu uspořádání zařízení.

Rýže. 12. Modul 4 vozidel R12-2

V roce 1963 byl v rámci R&D „Kvant“ (GK A.N. Pelipenko, za účasti E.M. Ljachoviče) v NIIRE vyvinut návrh modulu, ve kterém byly zkombinovány čtyři TS R12-2 (obr. 12). Na mikrodesku z tenkého sklolaminátu byly umístěny dva až čtyři R12-2 TC (v pouzdře), které dohromady realizují určitý funkční celek. Na desku bylo nalisováno až 17 vývodů (počet se lišil pro konkrétní modul) dlouhých 4 mm. Mikrodestička byla umístěna do vyraženého kovového pohárku o velikosti 21,6 x 10. 6,6 mm a hloubce 3,1 mm a vyplněné polymerní sloučeninou. Výsledkem je hybrid integrovaný obvod(GIS) s dvojitým těsněním prvků. A jak jsme řekli, byl to první GIS na světě s dvouúrovňovou integrací a možná vůbec první GIS. Bylo vyvinuto osm typů modulů se společným názvem „Quantum“, které plnily různé logické funkce. V rámci těchto modulů zůstala vozidla R12-2 provozuschopná pod vlivem konstantních zrychlení do 150 g a vibračního zatížení ve frekvenčním rozsahu 5–2000 Hz se zrychlením do 15 g.

Moduly Kvant byly nejprve vyrobeny experimentální výrobou NIIRE a poté byly převedeny do Zhiguli Radio Plant Ministerstva radioprůmyslu SSSR, které je dodávalo různým spotřebitelům, včetně závodu VEF.

Moduly TS R12-2 a Kvant na nich založené se dobře osvědčily a byly široce používány. V roce 1968 byla vydána norma, která zavedla jednotný systém označení pro integrované obvody v zemi, a v roce 1969 - Obecné specifikace pro polovodičové (NP0.073.004TU) a hybridní (NP0.073.003TU) integrované obvody s jednotný systém požadavky. V souladu s těmito požadavky schválil Centrální úřad pro aplikaci integrovaných obvodů (TsBPIMS, později Dayton Central Design Bureau, Zelenograd) dne 6. února 1969 nové technické podmínky pro TS ShT3.369.001-1TU. Zároveň se v označení produktu poprvé objevil termín „integrovaný obvod“ řady 102. Ve skutečnosti to byl jeden IC, rozdělený do čtyř skupin podle výstupního napětí a zatížitelnosti.

Rýže. 13. IC řady 116 a 117

A 19. září 1970 byly na TsBPIMS schváleny technické specifikace AB0.308.014TU pro moduly Kvant, které dostaly označení IS řady 116 (obr. 13). Série zahrnovala devět integrovaných obvodů: 1KhL161, 1KhL162 a 1KhL163 - multifunkční digitální obvody; 1LE161 a 1LE162 - dva a čtyři logické prvky 2NOT-OR; 1TP161 a 1TP1162 - jedna a dvě spouště; 1UP161 - koncový zesilovač, stejně jako 1LP161 - logický prvek "zákaz" pro 4 vstupy a 4 výstupy. Každý z těchto IO měl čtyři až sedm verzí, lišících se výstupním signálem napětí a zatížitelností, celkem bylo 58 jmenovitých IC. Popravy byly označeny písmenem za digitální částí označení IS, například 1ХЛ161Ж. V budoucnu se nabídka modulů rozšířila. IO řady 116 byly ve skutečnosti hybridní, ale na žádost RZPP byly označeny jako polovodičové (první číslice v označení je „1“, hybridy by měly mít „2“).

V roce 1972 byla společným rozhodnutím ministerstva elektronického průmyslu a ministerstva rozhlasového průmyslu převedena výroba modulů z radiového závodu Zhiguli do RZPP. To eliminovalo potřebu přepravovat IC řady 102 na dlouhé vzdálenosti, takže nebylo potřeba zapouzdřovat matrici každého IC. Výsledkem bylo zjednodušení návrhu integrovaných obvodů 102. i 116. řady: nebylo nutné balit IO řady 102 do kovového kelímku naplněného směsí. Rozbalené IO řady 102 v technologickém kontejneru byly dodány do sousední dílny k montáži IO řady 116, namontované přímo na jejich mikrodesku a zatavené v pouzdru modulu.

V polovině 70. let byl vydán nový standard pro systém zápisu IP. Poté například IS 1LB021V dostal označení 102LB1V.

Druhý IS a GIS Jurije Osokina. pevný obvod R12-5(řada IC 103 A 117 )

Začátkem roku 1963, v důsledku seriózní práce na vývoji vysokofrekvenčních n - p - n tranzistorů, tým Yu.V. Osokina nasbíral mnoho zkušeností s p-vrstvami na původním n-germaniovém plátku. To a dostupnost všech potřebných technologických komponent umožnilo Osokinu v roce 1963 začít vyvíjet novou technologii a design pro rychlejší verzi TS. V roce 1964 byl na příkaz NIIRE dokončen vývoj R12-5 TS a modulů na něm založených. Podle jeho výsledků byl v roce 1965 otevřen výzkum a vývoj Palanga (GK Yu.V. Osokin, jeho zástupce - D.L. Mikhalovich, dokončeno v roce 1966). Moduly založené na P12-5 byly vyvinuty v rámci stejného výzkumu a vývoje „Kvant“ jako moduly založené na P12-2. Současně s technickými specifikacemi pro řadu 102 a 116 byly vypracovány technické specifikace ShT3.369.002-2TU pro IO řady 103 (P12-5) a AV0.308.016TU pro IO řady 117 (moduly založené na IO řady 103). schválený. Názvosloví typů a standardních jmenovitých hodnot TS R12-2, modulů na nich a řad IS 102 a 116 bylo shodné s nomenklaturou TS R12-5 a IS řady 103 a 117, resp. Lišily se pouze rychlostí a technologií výroby IC čipu. Typická doba zpoždění šíření u řady 117 byla 55 ns oproti 200 ns u řady 116.

Konstrukčně byla R12-5 TS čtyřvrstvá polovodičová struktura (obr. 14), kde substrát typu n a emitory typu p + byly připojeny ke společné zemní sběrnici. Hlavní technická řešení pro konstrukci R12-5 TS jsou registrována jako vynález Osokina Yu.V., Mikhaloviče D.L. Kaidalova Zh.A. a Akmensa Ya.P. (A.S. č. 248847). Při výrobě čtyřvrstvé struktury TS R12-5 bylo důležitým know-how vytvoření p-vrstvy typu n v původní germaniové desce. Toho bylo dosaženo difúzí zinku v zatavené křemenné ampuli, kde jsou destičky umístěny při teplotě asi 900 °C a zinek je umístěn na druhém konci ampule při teplotě asi 500 °C. tvorba struktury TS ve vytvořené p-vrstvě je podobná jako u TS R12-2. Nová technologie umožnila vyhnout se složitému tvaru TC krystalu. Wafery s P12-5 byly také broušeny ze zadní strany na tloušťku cca 150 μm se zachováním části původního waferu, poté byly načmárány do samostatných obdélníkových IC čipů.

Rýže. 14. Krystalová struktura TS P12-5 z AS č. 248847. 1 a 2 - zem, 3 a 4 - vstupy, 5 - výstup, 6 - výkon

Po prvních pozitivních výsledcích ve výrobě experimentálních vozidel R12-5 byl na objednávku KB-1 otevřen výzkum a vývoj Mezon-2, zaměřený na vytvoření vozidel se čtyřmi R12-5. V roce 1965 byly získány provozní vzorky v plochém keramicko-kovovém pouzdře. Ukázalo se však, že výroba P12-5 je obtížná, zejména kvůli obtížnosti vytvoření zinkem dotované p-vrstvy na původním n-Ge plátku. Ukázalo se, že výroba krystalu je pracná, procento výtěžku je nízké a cena TS je vysoká. Ze stejných důvodů se R12-5 TS vyráběl v malých objemech a nemohl vytlačit pomalejší, ale technologicky vyspělý R12-2. A výzkum a vývoj „Mezon-2“ vůbec nepokračoval, a to i kvůli problémům s propojením.

V té době již Pulsar Research Institute a NIIME pracovaly na široké frontě na vývoji planární křemíkové technologie, která má oproti germaniu řadu výhod, z nichž hlavní je vyšší rozsah provozních teplot (+150 °С pro křemík a + 70°С pro křemík).germanium) a přítomnost přirozeného ochranného SiO 2 filmu v křemíku. A specializace RZPP byla přeorientována na tvorbu analogových integrovaných obvodů. Specialisté RZPP proto považovali vývoj germaniové technologie pro výrobu IC za nevhodný. Při výrobě tranzistorů a diod se však germanium na nějakou dobu nevzdalo svých pozic. V oddělení Yu.V. Osokin, již po roce 1966 RZPP vyvíjel a vyráběl germaniové planární nízkošumové mikrovlnné tranzistory GT329, GT341, GT 383 atd. Jejich tvorba byla oceněna Státní cenou Lotyšského SSSR.

aplikace

Rýže. 15. Aritmetická jednotka na polovodičových modulech. Fotografie z brožury TS z roku 1965

Rýže. 16. Srovnávací rozměry ovládacího zařízení automatické telefonní ústředny, provedené na relé a vozidle. Fotografie z brožury TS z roku 1965

Zákazníky a prvními spotřebiteli R12-2 TS a modulů byli tvůrci specifických systémů: počítač Gnome (obr. 15) pro palubní letadlový systém Kupol (NIIRE, GK Lyakhovich E.M.) a námořní a civilní automatické telefonní ústředny (závod VEF, GK Misulovin L.Ya.). Aktivně se podílel na všech fázích vzniku vozidel R12-2, R12-5 a modulů na nich a KB-1, hlavním kurátorem této spolupráce z KB-1 byl N.A. Barkanov. Pomáhali s financováním, výrobou zařízení, výzkumem TS a modulů v různých režimech a provozních podmínkách.

TS R12-2 a moduly "Quantum" založené na něm byly prvními mikroobvody v zemi. Ano, a ve světě byli mezi prvními - teprve v USA začali vyrábět své první polovodičové IO od Texas Instruments a Fairchild Semiconductor a v roce 1964 začala IBM vyrábět tlustovrstvé hybridní IO pro své počítače. V jiných zemích se o IP zatím neuvažovalo. Proto byly integrované obvody pro veřejnost kuriozitou, účinnost jejich aplikace působila nápadným dojmem a byla hraná v reklamě. V dochované brožuře o vozidle R12-2 z roku 1965 (založené na již skutečných aplikacích) stojí: „ Použití pevných obvodů R12-2 v palubních výpočetních zařízeních umožňuje snížit hmotnost a rozměry těchto zařízení faktorem 10–20, snížit spotřebu energie a zvýšit provozní spolehlivost. ... Použití pevných obvodů R12-2 v řídicích a spínacích systémech přenosových cest informací automatických telefonních ústředen umožňuje cca 300x snížit objem ovládacích zařízení a také výrazně snížit spotřebu energie (o 30- 50krát)“. Tato tvrzení dokreslují fotografie aritmetického zařízení počítače Gnom (obr. 15) a srovnání stojanu ATS vyráběného v té době závodem VEF na bázi relé s malým blokem v dívčině dlani (obr. 16 ). Existovaly další četné aplikace prvních integrovaných obvodů Riga.

Výroba

Nyní je obtížné obnovit úplný obraz o objemech výroby IC řady 102 a 103 v průběhu let (dnes se RZPP změnil z velkého závodu na malou výrobu a mnoho archivů bylo ztraceno). Ale podle memoárů Yu.V. Osokin, v druhé polovině 60. let 20. století, produkce činila mnoho set tisíc ročně, v 70. letech - miliony. Podle jeho osobních záznamů byly v roce 1985 vydány IO řady 102 - 4 100 000 kusů, moduly řady 116 - 1 025 000 kusů, IO řady 103 - 700 000 kusů, moduly řady 117 - 175 000 kusů.

Na konci roku 1989 Yu.V. Osokin, tehdejší generální ředitel Alpha software, se obrátil na vedení Vojensko-průmyslové komise při Radě ministrů SSSR (VPK) s žádostí o vyřazení řad 102, 103, 116 a 117 z výroby z důvodu jejich zastaralosti. a vysoká pracovní náročnost (25 let mikroelektronika zdaleka nepokročila), ale obdržela kategorické odmítnutí. Místopředseda Vojenského průmyslového komplexu V.L. Koblov mu řekl, že letadla létají spolehlivě a výměna nepřipadá v úvahu. Po rozpadu SSSR se IC řad 102, 103, 116 a 117 vyráběly ještě před polovinou 90. let, tedy více než 30 let. Počítače "Gnome" jsou stále v navigačním kokpitu "Il-76" a některých dalších letadel. „Toto je superpočítač,“ neztrácejí naši piloti, když jsou jejich zahraniční kolegové překvapeni, že se zajímají o jednotku, která tu ještě nebyla.

O prioritách

Navzdory tomu, že J. Kilby a R. Noyce měli předchůdce, jsou světovou komunitou uznáváni jako vynálezci integrovaného obvodu.

R. Kilby a J. Noyce prostřednictvím svých firem požádali o patent na vynález integrovaného obvodu. Texas Instruments požádal o patent již dříve, v únoru 1959, zatímco Fairchild tak učinil až v červenci téhož roku. Ale patent číslo 2981877 byl vydán v dubnu 1961 R. Noyce. J. Kilby zažaloval a teprve v červnu 1964 obdržel svůj patent číslo 3138743. Poté došlo k desetileté válce priorit, v jejímž důsledku (vzácné) „zvítězilo přátelství“. Odvolací soud nakonec potvrdil nárok R. Noyce na prvenství v technologii, ale rozhodl, že J. Kilby byl tvůrcem prvního funkčního mikročipu. A Texas Instruments a Fairchild Semiconductor podepsaly dohodu o vzájemné licenční technologii.

V SSSR patentování vynálezů pro autory nepřinášelo nic jiného než potíže, bezvýznamnou jednorázovou platbu a morální zadostiučinění, takže mnoho vynálezů nebylo vůbec formalizováno. A Osokin také nikam nespěchal. Ale pro podniky byl počet vynálezů jedním z ukazatelů, takže se stále musely registrovat. Proto Ju.Osokina a D.Michalovič obdrželi autorské osvědčení SSSR č.36845 na vynález TS R12-2 až 28.6.1966.

A J. Kilby se v roce 2000 stal jedním z nositelů Nobelovy ceny za vynález IP. R. Noyce se světového uznání nedočkal, zemřel v roce 1990 a podle situace se Nobelova cena posmrtně neuděluje. Což v tomto případě není úplně fér, protože veškerá mikroelektronika šla cestou, kterou započal R. Noyce. Noyceova autorita mezi specialisty byla tak vysoká, že dokonce získal přezdívku „starosta Silicon Valley“, protože byl tehdy nejpopulárnějším z vědců působících v té části Kalifornie, která dostala neoficiální název Silicon Valley (V. Shockley byl s názvem „Mojžíš ze Silicon Valley“). A cesta J. Kilbyho („chlupatého“ germania) se ukázala jako slepá ulička a nebyla realizována ani v jeho firmě. Ale život není vždy spravedlivý.

Nobelova cena byla udělena třem vědcům. Polovinu obdržel 77letý Jack Kilby a druhou polovinu si rozdělili akademik Ruské akademie věd Zhores Alferov a profesor Kalifornské univerzity v Santa Barbaře, Američan německého původu Herbert Kremer, za „ vývoj polovodičových heterostruktur používaných ve vysokorychlostní optoelektronice."

Při hodnocení těchto prací odborníci poznamenali, že „integrované obvody jsou samozřejmě objevem století, který měl silný dopad na společnost a světovou ekonomiku“. Pro zapomenutého J. Kilbyho byla Nobelova cena překvapením. V rozhovoru pro časopis Europhysics News Přiznal: " Přemýšlel jsem tehdy jen o tom, co by bylo pro rozvoj elektroniky důležité z ekonomického hlediska. Tehdy jsem ale nepochopil, že snížení ceny elektronických produktů způsobí lavinový růst elektronických technologií..

A práce Yu.Osokina nebyla hodnocena nejen Nobelovou komisí. I na ně se u nás zapomíná, není chráněna priorita země při vzniku mikroelektroniky. A rozhodně byl.

V 50. letech 20. století vznikl materiálový základ pro tvorbu víceprvkových produktů - integrovaných obvodů - v jednom monolitickém krystalu nebo na jednom keramickém substrátu. Proto není divu, že téměř současně se myšlenka IP nezávisle objevila v myslích mnoha odborníků. A rychlost zavedení nového nápadu závisela na technologických možnostech autora a zájmu výrobce, tedy na přítomnosti prvního spotřebitele. V tomto ohledu byl Yu Osokin v lepší pozici než jeho američtí kolegové. Kilby byl v TI nováčkem, dokonce musel vedení firmy prokázat zásadní možnost realizace monolitického okruhu provedením jeho rozvržení. Ve skutečnosti role J. Kilbyho při vytváření IS spočívá v převýchově vedení TI a vyprovokování R. Noyce svým uspořádáním k akci. Kilbyho vynález se nedostal do sériové výroby. R. Noyce ve své mladé a ještě nepříliš silné firmě šel do vytvoření nové planární technologie, která se skutečně stala základem následné mikroelektroniky, ale autor hned tak nepodlehl. V souvislosti s výše uvedeným museli oba i jejich firmy vynaložit mnoho úsilí a času na praktickou realizaci svých nápadů na stavbu sériově schopných integrovaných obvodů. Jejich první vzorky zůstaly experimentální a další mikroobvody, které jimi ani nevyvinuly, šly do sériové výroby. Na rozdíl od Kilbyho a Noyce, kteří měli do výroby daleko, tovární dělník Yu.Osokin spoléhal na průmyslově vyvinuté polovodičové technologie RZPP a spotřebitele prvních TS měl garantované v podobě iniciátora vývoje NIIRE a nedalekého VEF. rostlina, která pomáhala v této práci. Z těchto důvodů šla první verze jeho vozidla okamžitě do experimentu, plynule převedena do sériové výroby, která nepřetržitě pokračovala více než 30 let. Yu Osokin (který o této konkurenci nevěděl) ​​je tedy rychle dohnal, když vývoj TS začal později než Kilby a Noyce. Práce Yu.Osokina navíc nijak nesouvisí s prací Američanů, důkazem je absolutní odlišnost jeho TS a v něm implementovaných řešení s mikroobvody Kilby a Noyce. Texas Instruments (ne Kilbyho vynález), Fairchild a RZPP začaly vyrábět své integrované obvody téměř současně, v roce 1962. To dává plné právo považovat Yu.Osokina za jednoho z vynálezců integrovaného obvodu na stejné úrovni jako R. Noyce a více než J. Kilby, a bylo by spravedlivé sdílet část Nobelovy ceny J. Kilbyho s Yu, Osokine. Pokud jde o vynález prvního GIS s dvouúrovňovou integrací (a možná GIS obecně), zde je priorita A. Pelipenko z NIIRE je naprosto neoddiskutovatelný.

Bohužel se nepodařilo najít vzorky TS a na nich založených zařízení, potřebné pro muzea. Za takové ukázky nebo jejich fotografie bude autor velmi vděčný.