Ολοκληρωμένα κυκλώματα ορίζονται ως το κύκλωμα που περιλαμβάνει στοιχεία που είναι αδιαχώριστα και διασυνδέονται ηλεκτρικά με τέτοιο τρόπο ώστε το IC να μην μπορεί να διαχωριστεί για λόγους εμπορίου και κατασκευής. Οι μυριάδες τεχνολογίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή ενός τέτοιου κυκλώματος. Σήμερα αυτό που ονομάζουμε IC, ήταν αρχικά γνωστό ως μονολιθικό ολοκληρωμένο κύκλωμα. Πιστεύεται ότι ο Kilby δημιούργησε το πρώτο ολοκληρωμένο IC το 1958 και κέρδισε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 2000 για τη σκληρή δουλειά του. Ο πρώτος αγοραστής για αυτήν την εφεύρεση ήταν η Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ.
Τι είναι ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα;
Το ολοκληρωμένο κύκλωμα (IC), μερικές φορές ονομάζεται τσιπ ή μικροτσίπ, είναι μια γκοφρέτα ημιαγωγών στην οποία κατασκευάζονται χιλιάδες ή εκατομμύρια μικροαντίστασης, πυκνωτές και τρανζίστορ. Ένα IC μπορεί να είναι μια λειτουργία ως ενισχυτής, ταλαντωτής, χρονόμετρο, μετρητής, μνήμη υπολογιστή ή μικροεπεξεργαστής. Ένα ακριβές IC κατηγοριοποιείται είτε ως γραμμικό (αναλογικό) είτε ως ψηφιακό ανάλογα με τη μελλοντική του εφαρμογή. Ολοκληρωμένα κυκλώματα παραμόρφωσαν όλα αυτά. Η θεμελιώδης ιδέα ήταν να αποκτήσουμε ένα πλήρες κύκλωμα, με πολλά εξαρτήματα και τις συνδέσεις μεταξύ τους, και να ανακατασκευάσουμε το όλο πράγμα σε μικροσκοπικά μικροσκοπική μορφή στην επιφάνεια ενός κομματιού πυριτίου. Ήταν μια απίστευτα έξυπνη ιδέα και κατέστησε δυνατή τη χρήση όλων των ειδών μικροηλεκτρονικών συσκευών, από ψηφιακά ρολόγια και υπολογιστές τσέπης έως ρουκέτες και όπλα προσγείωσης σε φεγγάρι με ενσωματωμένη δορυφορική πλοήγηση.
Πώς κατασκευάζονται τα ολοκληρωμένα κυκλώματα;
Πώς δημιουργούμε μια μνήμη ή ένα επεξεργαστή για έναν υπολογιστή; Όλα ξεκινούν με ένα ακατέργαστο συστατικό στοιχείο όπως το πυρίτιο, το οποίο υποβάλλεται σε χημική επεξεργασία ή προσβολή για να το δημιουργήσει και έχει διαφορετικές ηλεκτρικές ιδιότητες.
Σύμβολο ολοκληρωμένου κυκλώματος
Ημιαγωγοί ντόπινγκ
Συμβατικά, οι άνθρωποι σκέφτονται τον εξοπλισμό που χωράει σε δύο τακτοποιημένες κατηγορίες: εκείνους που επιτρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια να ρέει αρκετά εύκολα (αγωγοί) και εκείνους που δεν (μονωτές). Τα μέταλλα αποτελούν τους περισσότερους αγωγούς, ενώ μη μέταλλα όπως πλαστικά, ξύλο και γυαλί είναι οι μονωτές. Στην πραγματικότητα, τα αποτελέσματα είναι πολύ πιο περίπλοκα από αυτό, ιδίως όταν πρόκειται για τον καθορισμό στοιχείων στο κέντρο του περιοδικού πίνακα (στις ομάδες 14 και 15), ιδίως του πυριτίου και του γερμανίου. Συνήθως, οι μονωτές είναι τα στοιχεία που είναι προετοιμασμένα να αποδίδουν περισσότερο σαν αγωγούς αν τους προσθέσουμε μικρές ποσότητες ακαθαρσιών σε μια διαδικασία γνωστή ως ντόπινγκ.
Σχεδιασμός ολοκληρωμένων κυκλωμάτων
Εάν προσθέσετε αντιμόνιο στο πυρίτιο, του παρέχετε ελαφρώς επιπλέον ηλεκτρόνια από ό, τι συνήθως περιλαμβάνει τη δύναμη για την παροχή ηλεκτρισμού. Το πυρίτιο «ντόπινγκ» ονομάζεται πυρίτιο τύπου-n. Όταν προσθέτετε βόριο αντί αντιμονίου, αφαιρείτε μερικά από τα ηλεκτρόνια του πυριτίου, αφήνοντας πίσω τους «τρύπες» που λειτουργούν ως «αρνητικά ηλεκτρόνια», στη συνέχεια, μεταφέρετε ένα θετικό ηλεκτρικό ρεύμα με τον αντίθετο τρόπο. Ένας τέτοιος τύπος πυριτίου ονομάζεται τύπου p. Η τοποθέτηση περιοχών πυριτίου τύπου n και p-side για να δημιουργήσει συνδέσεις όπου τα ηλεκτρόνια δρουν με πολύ ελκυστικούς τρόπους είναι ο τρόπος με τον οποίο δημιουργούμε ηλεκτρονικά, συσκευές ημιαγωγών όπως δίοδοι, τρανζίστορ και αναμνήσεις.
Μέσα σε ένα φυτό τσιπ
Η διαδικασία κατασκευής ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος ξεκινά με ένα μεγάλο μονό κρύσταλλο πυριτίου, σε σχήμα μακρού συμπαγούς σωλήνα, ο οποίος είναι «κομμένο σε σαλάμι» σε λεπτούς δίσκους (περίπου το μέγεθος ενός συμπαγούς δίσκου) που ονομάζεται γκοφρέτες. Οι γκοφρέτες επισημαίνονται σε πολλές ίδιες τετράγωνες ή ορθογώνιες περιοχές, καθεμία από τις οποίες θα δημιουργήσει ένα μόνο τσιπ πυριτίου (μερικές φορές ονομάζεται μικροτσίπ). Χιλιάδες, εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια συσκευές στη συνέχεια παράγονται σε κάθε τσιπ ντόπινγκ ανόμοιων περιοχών της επιφάνειας για να τις μετατρέψουν σε πυρίτιο τύπου-ν ή τύπου-ρ.
Μέσα στο Chip
Το ντόπινγκ ολοκληρώνεται με πολλές διαφορετικές διαδικασίες. Σε ένα από αυτά, γνωστό ως ψεκασμός, ιόντα του υλικού ντόπινγκ πυροδοτούνται στη γκοφρέτα πυριτίου όπως και σφαίρες από όπλο. Μία ακόμη διαδικασία που ονομάζεται εναπόθεση ατμών περιλαμβάνει την εισαγωγή του υλικού πρόσμιξης ως αέριο και την αδειοποίησή του έτσι ώστε τα άτομα ακαθαρσίας να δημιουργούν ένα λεπτό υμένιο στην επιφάνεια της γκοφρέτας πυριτίου. Η επιταξιακή μοριακή δέσμη είναι μια πολύ πιο ακριβής μορφή της δήλωσης.
Φυσικά, τα ολοκληρωμένα κυκλώματα που ενσωματώνουν εκατοντάδες, εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια συσκευές σε ένα τσιπ πυριτίου μεγέθους νυχιών είναι λίγο πιο δύσκολο από ό, τι ακούγεται. Φανταστείτε το χάος όταν μια κουκίδα βρωμιάς θα μπορούσε να προκαλέσει λόγο όταν εργάζεστε στη μικροσκοπική κλίμακα (ή μερικές φορές ακόμη και στη νανοσκοπική) κλίμακα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι ημιαγωγοί προετοιμάζονται σε πεντακάθαρα εργαστηριακά περιβάλλοντα που ονομάζονται καθαρά δωμάτια, όπου ο αέρας φιλτράρεται σχολαστικά και οι υπάλληλοι πρέπει να περνούν μέσα και έξω μέσα από κλειδαριά αέρα που εξαντλούν όλα τα είδη προστατευτικών ενδυμάτων.
Τύποι ολοκληρωμένων κυκλωμάτων
Οι διαφορετικοί τύποι ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος που περιλαμβάνει τα ακόλουθα
Ψηφιακά ολοκληρωμένα κυκλώματα
Αυτό το είδος IC έχει δύο καθορισμένα επίπεδα: 1 και 0 που υποδηλώνουν ότι εργάζονται σε δυαδικά μαθηματικά όπου 1 αντιπροσωπεύει και 0 αντιπροσωπεύει. Τέτοια IC επιτυγχάνονται επιμελώς καθώς περιέχουν περισσότερα από εκατομμύρια σαγιονάρες, λογικές πύλες και άλλα, όλα ενσωματωμένα σε ένα μόνο τσιπ. Παραδείγματα ψηφιακού IC περιλαμβάνουν μικροελεγκτές και μικροεπεξεργαστές .
Τύποι ολοκληρωμένων κυκλωμάτων
- Λογικά IC
- Μάρκες μνήμης,
- Διασύνδεση διασύνδεσης (μετατοπίσεις επιπέδου, σειριοποιητής / αποσυμπιεστή κ.λπ.)
- IC διαχείρισης ισχύος
- Προγραμματιζόμενες συσκευές
Αναλογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα
ο αναλογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα λειτουργεί με την αντιμετώπιση συνεχών σημάτων και είναι ικανό να εκτελεί εργασίες όπως φιλτράρισμα, ενίσχυση, αποδιαμόρφωση και διαμόρφωση κ.λπ. Αισθητήρες, Τα OP-AMP είναι ουσιαστικά αναλογικά IC .
- Γραμμικά IC
- RF ICs
Μικτό σήμα
Όταν τα ψηφιακά και αναλογικά IC χρησιμοποιούνται σε ένα τσιπ, το προκύπτον IC είναι γνωστό ως ολοκληρωμένα κυκλώματα μικτού σήματος.
- IC απόκτησης δεδομένων (συμπεριλαμβανομένων μετατροπέων A / D, μετατροπέα D / A, ψηφιακών ποτενσιόμετρων)
- IC ρολογιού / χρονισμού
Χρήσεις ολοκληρωμένων κυκλωμάτων
Το ολοκληρωμένο κύκλωμα χρησιμοποιεί ένα υλικό ημιαγωγού (τσιπ ανάγνωσης) ως τραπέζι εργασίας και συχνά επιλέγεται πυρίτιο για την εργασία. Επειτα, ηλεκτρικά εξαρτήματα όπως δίοδοι, τρανζίστορ και αντιστάσεις, κ.λπ. προστίθενται σε αυτό το τσιπ σε ελαχιστοποιημένη μορφή. Τα ηλεκτρικά εξαρτήματα ενώνονται μεταξύ τους με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούν να εκτελούν πολλαπλές εργασίες και υπολογισμούς. Το πυρίτιο είναι γνωστό ως γκοφρέτα σε αυτό το συγκρότημα.
Εφαρμογές ολοκληρωμένων κυκλωμάτων
Οι εφαρμογές ενός IC περιλαμβάνουν τα ακόλουθα
- Ραντάρ
- Ρολόγια χειρός
- Τηλεοράσεις
- Χυμοί
- Τεμ
- Επεξεργαστές βίντεο
- Ενισχυτές ήχου
- Συσκευές μνήμης
- Λογικές συσκευές
- Ραδιοσυχνοτητα Κωδικοποιητές και αποκωδικοποιητές
Σε αυτό το άρθρο, έχουμε συζητήσει σύντομα για το ολοκληρωμένο κύκλωμα, συμπεριλαμβανομένου του τι είναι ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα, πώς κατασκευάζονται τα ολοκληρωμένα κυκλώματα και ούτω καθεξής. Έχουν χρησιμοποιηθεί δύο τύποι μεθόδων για την κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων με τη βοήθεια ενός ημιαγωγού ντόπινγκ, μέσα σε μονάδα τσιπ. Έχουμε ασχοληθεί με τους διαφορετικούς τύπους ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, όπως ψηφιακά ολοκληρωμένα κυκλώματα, αναλογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα και τελικά ανάμεικτα σήματα με παραδείγματα. Επιπλέον, συζητήθηκαν χρήσεις ολοκληρωμένου κυκλώματος και εφαρμογές ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.
Επιπλέον, για οποιεσδήποτε ερωτήσεις σχετικά με αυτήν την ιδέα ή για την υλοποίηση των ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών έργων , δώστε τις πολύτιμες προτάσεις σας σχολιάζοντας την παρακάτω ενότητα σχολίων. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, ποια είναι η κύρια λειτουργία ενός IC;
