Kā integrētās shēmas darbojas fiziski?

Integrētās shēmas ir definēti kā ķēde, kas satur neatdalāmus un elektriski savstarpēji savienotus elementus tādā veidā, ka IC nevar atdalīt tirdzniecības un būvniecības iemeslu dēļ. Šādas shēmas izveidošanai var izmantot neskaitāmas tehnoloģijas. Šodien to, ko mēs saucam par IC, sākotnēji sauca par monolītu integrētu shēmu. Tiek uzskatīts, ka Kilbijs izveidoja pirmo strādājošo IC jau 1958. gadā un 2000. gadā par smago darbu ieguva Nobela prēmiju fizikā. Pirmais šī izgudrojuma pircējs bija ASV gaisa spēki.

Kas ir integrētā shēma?

Integrētā shēma (IC), ko dažreiz sauc par mikroshēmu vai mikroshēmu, ir pusvadītāju plāksne, uz kuras izgatavo tūkstoš vai miljonus sīku rezistoru, kondensatoru un tranzistoru. IC var būt funkcija kā pastiprinātājs, oscilators, taimeris, skaitītājs, datora atmiņa vai mikroprocesors. Precīzs IC tiek klasificēts kā lineārs (analogais) vai digitālais, atkarībā no tā turpmākās izmantošanas. Integrētās shēmas to visu sagrozīja. Pamatideja bija iegūt pilnīgu ķēdi ar daudzām sastāvdaļām un savienojumiem starp tām un visu rekonstruēt mikroskopiski mazā formā uz silīcija gabala virsmas. Tā bija neticami gudra ideja, un tā ir ļāvusi veikt visdažādākos “mikroelektroniskos” sīkrīkus, sākot no digitālajiem pulksteņiem un kabatas kalkulatoriem līdz pat Mēness nolaišanās raķetēm un ieročiem ar iebūvētu satelītu navigāciju.

Kā tiek veidotas integrētās shēmas?

Kā mēs izveidojam atmiņas vai procesora mikroshēmu datoram? Viss sākas ar neapstrādātu savienojuma elementu, piemēram, silīciju, kuru ķīmiski apstrādā vai pielieto tā izveidošanai, un tam ir dažādas elektriskās īpašības.

Integrētās shēmas simbols

Dopinga pusvadītāji

Parasti cilvēki domā par aprīkojumu, kas iedalāms divās veiklās kategorijās: tie, kas ļauj elektrībai caur tām plūst diezgan viegli (vadītāji), un tie, kas to nedara (izolatori). Metāli veido lielāko daļu vadītāju, bet nemetāli, piemēram, plastmasa, koks un stikls, ir izolatori. Faktiski ietekme ir daudz sarežģītāka nekā šis, it īpaši, ja nepieciešams definēt elementus periodiskās tabulas centrā (14. un 15. grupā), jo īpaši silīciju un germāniju. Parasti izolatori ir elementi, kas ir gatavi darboties vairāk kā vadītāji, ja mēs tiem ievietojam nelielu daudzumu piemaisījumu procedūrā, kas pazīstama kā dopings.

Integrēto shēmu dizains

Ja silikonam pievienojat antimonu, jūs tam piešķirat nedaudz papildu elektronus, nekā tas parasti ietvertu elektrības vadīšanas jaudu. Šādi “leģētu” silīciju sauc par n-veida silīciju. Pievienojot bora, nevis antimonu, jūs noņemat dažus silīcija elektronus, atstājot aiz sevis “caurumus”, kas darbojas kā “negatīvie elektroni”, un pēc tam transportē pozitīvu elektrisko strāvu tieši pretēji. Šādu silīcija veidu sauc par p-veida. N-veida un p-veida silīcija laukumu novietošana blakus, lai izveidotu savienojumus, kur elektroni darbojas ļoti pievilcīgi, ir veids, kā mēs ģenerējam elektroniski, pusvadītāju ierīces piemēram, diodes, tranzistori un atmiņas.

Čipsu rūpnīcas iekšpusē

Integrētās shēmas izgatavošanas procedūra sākas ar lielu silīcija monokristālu, kas veidots kā gara cieta caurule, kuru “salami sagriež” plānos diskos (apmēram kompaktdisku lielumā), ko sauc par plāksnēm. Plātnes ir iezīmētas daudzos identiskos kvadrātveida vai taisnstūrveida laukumos, no kuriem katrs izveidos vienu silīcija mikroshēmu (dažreiz to sauc par mikroshēmu). Pēc tam uz katras mikroshēmas tiek ražoti tūkstošiem, miljonu vai miljardu aparātu, dopējot atšķirīgus virsmas laukumus, lai tos pārvērstu n-veida vai p-veida silīcijā.

Iekšējā čipa darbība

Dopingu pabeidz daudz dažādu procesu. Vienā no tām, kas pazīstama kā izsmidzināšana, dopinga materiāla joni tiek raidīti uz silīcija vafeļu gluži kā lodes no ieroča. Vēl viena procedūra, ko sauc par tvaiku nogulsnēšanos, ietver dopinga materiāla ievadīšanu kā gāzi un ļauj tam koncentrēties tā, lai piemaisījumu atomi uz silīcija vafeles virsmas izveidotu plānu plēvi. Molekulārā stara epitaksija ir daudz precīzāka paziņojuma forma.

Protams, veidot integrētas shēmas, kas simtiem, miljoniem vai miljardiem aparātu iesaiņo uz nagu izmēra silīcija mikroshēmas, tas viss ir mazliet grūtāk, nekā izklausās. Iedomājieties haosu, kad netīrumu punkts varētu izraisīt, strādājot mikroskopiskajā (vai dažreiz pat nanoskopiskajā) mērogā. Tāpēc pusvadītājus sagatavo nevainojamā laboratorijas vidē, ko sauc par tīrām telpām, kur gaiss tiek rūpīgi filtrēts un darbiniekiem ir jāiet iekšā un ārā caur gaisa aizslēgiem, kas izsmeļ visu veidu aizsargapģērbu.

Integrēto shēmu veidi

Dažādi integrālās shēmas veidi, kas ietver sekojošo

Digitālās integrētās shēmas

Šim IC ir divi noteikti līmeņi: 1 un 0, kas nozīmē, ka viņi strādā pie binārās matemātikas, kur 1 ir ieslēgts un 0 - izslēgts. Šādi IC tiek veikti cītīgi, jo tie satur vairāk nekā miljonus flip flops, loģiskus vārtus un vēl ko, visi ir iekļauti vienā mikroshēmā. Digitālās IC piemēri ir mikrokontrolleri un mikroprocesori .

Integrēto shēmu veidi

• Loģiskās IC
• Atmiņas mikroshēmas,
• Saskarnes IC (līmeņa pārslēgēji, seriālizators / seriālizators utt.)
• Enerģijas pārvaldības IC
• Programmējamās ierīces

Analogās integrētās shēmas

The analogās integrālās shēmas darbojas, cīnoties ar nepārtrauktiem signāliem, un spēj veikt tādus uzdevumus kā filtrēšana, pastiprināšana, demodulācija un modulācija utt. Sensori, OP-AMP galvenokārt ir analogās IC .

• Lineārās IC
• RF IC

Jauktais signāls

Ja digitālos un analogos IC izmanto vienā mikroshēmā, iegūtais IC ir pazīstams kā jauktā signāla integrētās shēmas.

• Datu iegūšanas IC (ieskaitot A / D pārveidotājus, D / A pārveidotājus, digitālos potenciometrus)
• Pulksteņa / laika IC

Integrēto shēmu izmantošana

Integrētā shēma izmanto pusvadītāju materiālu (nolasītās mikroshēmas) kā darba galdu, un bieži uzdevumam tiek izvēlēts silīcijs. Pēc tam elektriskās sastāvdaļas piemēram, diodes, tranzistori un rezistori utt. šai mikroshēmai tiek pievienoti minimizētā formā. Elektriskās detaļas ir savienotas kopā tā, lai tās varētu veikt vairākus uzdevumus un aprēķinus. Šajā montāžā silīcijs ir pazīstams kā vafele.

Integrēto shēmu pielietojums

IC lietojumprogrammas ietver sekojošo

• Radars
• Pulksteņi
• Televizori
• Sulu veidotāji
• Pc
• Video procesori
• Audio pastiprinātāji
• Atmiņas ierīces
• Loģiskās ierīces
• Radio frekvences Kodētāji un dekodētāji

Šajā rakstā mēs īsumā esam apsprieduši integrēto shēmu, iekļaujot to, kas ir integrētā shēma, kā tiek veidotas integrētās shēmas utt. Lai izveidotu integrētās shēmas ar dopinga pusvadītāja palīdzību, mikroshēmas iekšpusē ir izmantotas divu veidu metodes. Mēs esam izskatījuši dažādus integrēto shēmu veidus, piemēram, digitālās integrētās shēmas, analogās integrētās shēmas un visbeidzot jauktos signālus ar piemēriem. Papildus ir apspriesti arī integrēto shēmu izmantošanas veidi un integrēto shēmu pielietojumi.

Turklāt visiem jautājumiem par šo koncepciju vai īstenot elektrības un elektronikas projektus , lūdzu, sniedziet savus vērtīgos ieteikumus, komentējot komentāru sadaļā zemāk. Šeit ir jautājums jums, kāda ir galvenā IC funkcija?