Kuidas integreeritud vooluringid füüsiliselt töötavad?

Kuidas integreeritud vooluringid füüsiliselt töötavad?

Integraallülitused Terminid on määratletud kui vooluring, mis sisaldab lahutamatuid ja elektriliselt ühendatud elemente selliselt, et IC-d ei saa kaubanduse ja ehituse tõttu eraldada. Sellise vooluringi ehitamiseks saab kasutada paljusid tehnoloogiaid. Täna, mida me nimetame IC-ks, oli algselt tuntud kui monoliitne integraallülitus. Arvatakse, et Kilby lõi esimese töötava IC juba 1958. aastal ja ta võitis oma raske töö eest 2000. aastal Nobeli füüsikapreemia. Selle leiutise esimene ostja oli USA õhujõud.



Mis on integreeritud vooluahel?

Integreeritud vooluring (IC), mida mõnikord nimetatakse kiibiks või mikrokiibiks, on pooljuhtkett, millele on valmistatud tuhat või miljonit väikest takistit, kondensaatorit ja transistorit. IC võib olla võimendi, ostsillaatori, taimeri, loenduri, arvutimälu või mikroprotsessori funktsioon. Täpne IC liigitatakse kas lineaarseks (analoog) või digitaalseks, sõltuvalt selle tulevasest rakendusest. Integreeritud vooluahelad moonutasid seda kõike. Põhiidee oli saada terviklik vooluahel koos paljude komponentide ja nende vaheliste ühendustega ning rekonstrueerida kogu asi mikroskoopiliselt tillukeses vormis ränitüki pinnal. See oli uskumatult nutikas idee ja see on võimaldanud igasuguseid 'mikroelektroonilisi' vidinaid alates digitaalkelladest ja taskukalkulaatoritest kuni Kuu maanduvate rakettide ja relvadeni koos sisseehitatud satelliitnavigatsiooniga.


Kuidas tehakse integraallülitusi?

Kuidas ehitada arvuti jaoks mälu või protsessori kiip? Kõik algab toorühendi elemendist nagu räni, mida selle loomiseks keemiliselt töödeldakse või lisatakse ja millel on erinevad elektrilised omadused.





mis on andur?
Integreeritud vooluahela sümbol

Integreeritud vooluahela sümbol

Doping pooljuhid

Tavapäraselt mõtlevad inimesed seadmetele, mis sobivad kahte kategooriasse: seadmed, mis võimaldavad elektril üsna hõlpsalt läbi voolata (juhid), ja seadmed, mis seda ei tee (isolaatorid). Metallid moodustavad suurema osa juhtmetest, samas kui isolaatoriteks on mittemetallid, näiteks plast, puit ja klaas. Tegelikult on mõjud sellest palju keerulisemad, eriti kui rääkida perioodiliste tabelite keskel olevate elementide (rühmades 14 ja 15) määratlemisest, eelkõige räni ja germaaniumist. Tavaliselt on isolaatorid elemendid, mis on valmis toimima rohkem nagu juhid, kui lisame neile dopinguna tuntud protseduurides väikeseid lisandeid.



Integreeritud vooluahela disain

Integreeritud vooluahela disain

Kui lisate ränile antimoni, pakute sellele veidi lisaelektrone, kui see tavaliselt sisaldaks elektrit juhtivat jõudu. Sel viisil „legeeritud” räni nimetatakse n-tüüpi räni. Kui lisate antimoni asemel boori, võtate mõned räni elektronid ära, jättes maha 'augud', mis töötavad 'negatiivsete elektronidena', järgmisena transpordivad positiivset elektrivoolu vastupidisel viisil. Sellist tüüpi räni nimetatakse p-tüüpi. Elektrooniliselt genereerime n-tüüpi ja p-tüüpi räni alade kõrvuti asetamist ristmike loomiseks, kus elektronid toimivad väga atraktiivsel viisil. pooljuhtseadmed nagu dioodid, transistorid ja mälud.

Kiibitehase sees

Integreeritud vooluahela valmistamise protseduur algab pika tahke toru kujulise suure ränikristalliga, mis on „salaamilõigatud” õhukesteks (umbes kompaktplaadi suurusteks) plaatideks. Vahvlid on tähistatud paljude identsete ruudu- või ristkülikukujuliste aladega, millest igaüks ehitab ühe ränikiibi (mõnikord nimetatakse seda mikrokiibiks). Seejärel toodetakse igale kiibile tuhandeid, miljoneid või miljardeid aparaate, pinnale erinevaid pindu lisades, muutes need n-tüüpi või p-tüüpi räniks.


Kiibi sees töötamine

Kiibi sees töötamine

Doping lõpeb paljude erinevate protsesside abil. Ühes neist, mida nimetatakse pihustamiseks, lastakse dopingumaterjali ioone räni vahvli pihta täpselt nagu püssikuule. Veel üks protseduur, mida nimetatakse aurude sadestamiseks, hõlmab dopingumaterjali sisestamist gaasina ja lastakse sellel kontsentreeruda, nii et lisaaatomid tekitavad räniploki pinnale õhukese kile. Molekulaarkiire epitaksiaal on avalduse palju täpsem vorm.

Muidugi on integreeritud vooluahelate ehitamine, mis pakivad küünte suurusele ränikiibile sadu, miljoneid või miljardeid aparaate, kõik natuke keerulisem, kui see kõlab. Kujutage ette kaost, kui mustuse täpp võib põhjendada, kui töötate mikroskoopilises (või mõnikord isegi nanoskoopilises) skaalal. Sellepärast valmistatakse pooljuhte ette laitmatus laborikeskkonnas, mida nimetatakse puhasteks ruumideks, kus õhk filtreeritakse hoolikalt ja töötajad peavad kõikvõimalikke kaitseriietusi kurnavatest õhulukkudest sisse ja välja minema.

Integreeritud vooluahelate tüübid

Integreeritud vooluringi erinevad tüübid, mis sisaldavad järgmist

Digitaalsed integraallülitused

Sellisel IC-l on kaks määratletud taset: 1 ja 0, mis tähendab, et nad töötavad binaarse matemaatika korral, kus 1 tähistab sisselülitamist ja 0 tähistab väljalülitamist. Sellised IC-d teostatakse hoolsalt, kuna need sisaldavad rohkem kui miljoneid plätusid, loogikaväravaid ja muud, mis kõik on ühendatud ühte kiibi. Digitaalse IC näited hõlmavad järgmist mikrokontrollerid ja mikroprotsessorid .

Integreeritud vooluahelate tüübid

Integreeritud vooluahelate tüübid

  • Loogika IC-d
  • Mälu kiibid,
  • Liidese IC-d (taseme muundurid, serialiseerija / jadaväljendaja jne)
  • Toitehalduse IC-d
  • Programmeeritavad seadmed

Analoog-integraallülitused

The analoog-integraallülitused töötab pidevate signaalidega ja suudab täita selliseid ülesandeid nagu filtreerimine, võimendamine, demoduleerimine ja modulatsioon jne. Andurid, OP-AMP-d on põhimõtteliselt analoog-IC-d .

  • Lineaarsed IC-d
  • RF IC-d

Segasignaal

Kui digitaalseid ja analoog-IC-sid kasutatakse ühes kiibis, siis saadud IC-d nimetatakse segasignaali integraallülitusteks.

  • Andmete hankimise IC-d (sh A / D muundurid, D / A muundurid, digitaalsed potentsiomeetrid)
  • Kella / aja IC-d

Integreeritud vooluahelate kasutamine

Integreeritud vooluring kasutab töölauana pooljuhtmaterjali (loetud kiipe) ja ülesandeks valitakse sageli räni. Hiljem elektrilised komponendid sellisele kiibile lisatakse minimeeritud kujul näiteks dioodid, transistorid ja takistid jne. Elektrilised komponendid on omavahel ühendatud nii, et nad suudavad täita mitmeid ülesandeid ja arvutada. Räni on selles koosluses tuntud kui vahvel.

Integreeritud vooluahelate rakendused

IC-de rakendused hõlmavad järgmist

  • Radar
  • Käekellad
  • Televiisorid
  • Mahlategijad
  • Arvuti
  • Videoprotsessorid
  • Helivõimendid
  • Mäluseadmed
  • Loogikaseadmed
  • Raadiosagedus Kodeerijad ja dekoodrid

Selles artiklis oleme integreeritud vooluringi kohta lühidalt arutanud, sealhulgas selle kohta, mis on integraallülitus, kuidas integreeritud vooluringe tehakse jne. Integreeritud vooluahelate loomiseks dopingupooljuhi abil kiibitehases on kasutatud kahte tüüpi meetodeid. Oleme tegelenud erinevat tüüpi integraallülitustega nagu digitaalsed integraallülitused, analoog-integraallülitused ja lõpuks näidetega segatud signaalid. Lisaks on arutatud integraallülituste kasutamist ja integraallülituste rakendusi.

Lisaks sellele selle kontseptsiooniga seotud küsimuste või elektri- ja elektroonikaprojektide elluviimiseks , andke palun oma väärtuslikke ettepanekuid kommenteerides allolevas kommentaaride jaotises. Siin on teile küsimus, mis on IC põhifunktsioon?