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HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
Circuito integrado. Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. Circuito integrado (IC, microcircuito), chip, microchip (microchip en inglés, chip de silicio, chip - placa delgada - originalmente el término se refería a la placa de un microcircuito de cristal) - dispositivo microelectrónico - un circuito electrónico de complejidad arbitraria (cristal), fabricado sobre un sustrato semiconductor (oblea o película) y colocado en una carcasa no separable, o sin ella, si se incluye en un microconjunto.
La microelectrónica es el logro científico y tecnológico más significativo y, como muchos creen, el más importante de nuestro tiempo. Se puede comparar con puntos de inflexión en la historia de la tecnología como la invención de la imprenta en el siglo XVI, la creación de la máquina de vapor en el siglo XVIII y el desarrollo de la ingeniería eléctrica en el XIX. Y cuando hoy se trata de la revolución científica y tecnológica, se trata principalmente de microelectrónica. Como ningún otro logro técnico de nuestros días, impregna todas las esferas de la vida y hace realidad lo que era simplemente imposible de imaginar ayer. Para convencerse de esto, basta pensar en calculadoras de bolsillo, radios en miniatura, controles electrónicos en electrodomésticos, relojes, computadoras y computadoras programables. ¡Y esto es solo una pequeña parte de su alcance! La microelectrónica debe su origen y existencia misma a la creación de un nuevo elemento electrónico subminiatura: un microcircuito integrado. La aparición de estos circuitos, de hecho, no fue una especie de invento fundamentalmente nuevo: se derivó directamente de la lógica del desarrollo de dispositivos semiconductores. Al principio, cuando los elementos semiconductores recién entraban en vida, cada transistor, resistencia o diodo se usaba por separado, es decir, se encerraba en su caja individual y se incluía en el circuito usando sus contactos individuales. Esto se hizo incluso en aquellos casos en que era necesario ensamblar muchos circuitos similares a partir de los mismos elementos. Gradualmente, se entendió que era más racional no ensamblar dichos dispositivos a partir de elementos separados, sino fabricarlos inmediatamente en un chip común, especialmente porque la electrónica de semiconductores creó todos los requisitos previos para esto. De hecho, todos los elementos semiconductores son muy similares entre sí en su estructura, tienen el mismo principio de funcionamiento y difieren solo en la disposición mutua de las regiones pn. Estas regiones pn, como recordamos, se crean introduciendo impurezas del mismo tipo en la capa superficial de un cristal semiconductor. Además, se proporciona un funcionamiento confiable y satisfactorio desde todos los puntos de vista de la gran mayoría de los elementos semiconductores con un espesor de la capa de trabajo superficial de milésimas de milímetro. Los transistores más pequeños generalmente usan solo la capa superior de un cristal semiconductor, que tiene solo el 1% de su grosor. El 99% restante actúa como portador o sustrato, ya que sin sustrato, el transistor simplemente podría colapsar al menor toque. Por lo tanto, utilizando la tecnología utilizada para fabricar componentes electrónicos individuales, es posible crear inmediatamente un circuito completo a partir de varias decenas, cientos e incluso miles de dichos componentes en un solo chip. El beneficio de esto será enorme. En primer lugar, los costos disminuirán inmediatamente (el costo de un microcircuito suele ser cientos de veces menor que el costo total de todos los elementos electrónicos de sus componentes). En segundo lugar, dicho dispositivo será mucho más confiable (como muestra la experiencia, miles y decenas de miles de veces), y esto es de gran importancia, ya que la resolución de problemas en un circuito de decenas o cientos de miles de componentes electrónicos se convierte en un problema extremadamente difícil. . En tercer lugar, debido al hecho de que todos los elementos electrónicos de un circuito integrado son cientos y miles de veces más pequeños que sus contrapartes en un circuito combinado convencional, su consumo de energía es mucho menor y su velocidad es mucho mayor. El evento clave que anunció la llegada de la integración en la electrónica fue la propuesta del ingeniero estadounidense J. Kilby de Texas Instruments de obtener elementos equivalentes para todo el circuito, como registros, capacitores, transistores y diodos en una pieza monolítica de silicio puro. Kilby creó el primer circuito semiconductor integrado en el verano de 1958. Y ya en 1961, Fairchild Semiconductor Corporation produjo los primeros microcircuitos en serie para computadoras: un circuito de coincidencia, un registro de semidesplazamiento y un flip-flop. En el mismo año, Texas dominó la producción de circuitos lógicos integrados de semiconductores. Al año siguiente aparecieron los circuitos integrados de otras firmas. En poco tiempo, se crearon varios tipos de amplificadores en diseño integrado. En 1962, RCA desarrolló circuitos integrados de matrices de memoria para dispositivos de almacenamiento informático. Gradualmente, la producción de microcircuitos se estableció en todos los países: comenzó la era de la microelectrónica. El material de partida para un circuito integrado suele ser una oblea de silicio en bruto. Tiene un tamaño relativamente grande, ya que varios cientos del mismo tipo de microcircuitos se fabrican simultáneamente en él a la vez. La primera operación es que, bajo la influencia del oxígeno a una temperatura de 1000 grados, se forma una capa de dióxido de silicio en la superficie de esta placa. El óxido de silicio se caracteriza por una alta resistencia química y mecánica y tiene las propiedades de un excelente dieléctrico, proporcionando un aislamiento fiable al silicio que se encuentra debajo de él. El siguiente paso es la introducción de impurezas para crear zonas de conducción p o n. Para hacer esto, la película de óxido se elimina de aquellos lugares de la placa que corresponden a los componentes electrónicos individuales. La selección de las áreas deseadas se produce mediante un proceso llamado fotolitografía. Primero, toda la capa de óxido se cubre con un compuesto sensible a la luz (fotoprotector), que desempeña el papel de una película fotográfica: se puede iluminar y revelar. Después de eso, a través de una fotomáscara especial que contiene un patrón de superficie de un cristal semiconductor, la placa se ilumina con rayos ultravioleta. Bajo la influencia de la luz, se forma un patrón plano en la capa de óxido, con las áreas no iluminadas que permanecen claras y todo el resto, oscurecido. En el lugar donde el fotorresistor ha sido expuesto a la luz, se forman áreas insolubles de la película que son resistentes al ácido. Luego, la oblea se trata con un solvente que elimina la fotoprotección de las áreas expuestas. Desde los lugares abiertos (y solo desde ellos), la capa de óxido de silicio se graba con ácido. Como resultado, el óxido de silicio se disuelve en los lugares correctos y se abren "ventanas" de silicio puro, listas para la introducción de impurezas (ligadura). Para hacer esto, la superficie del sustrato a una temperatura de 900-1200 grados se expone a la impureza deseada, por ejemplo, fósforo o arsénico, para obtener una conductividad de tipo n. Los átomos de impurezas penetran profundamente en el silicio puro, pero son repelidos por su óxido. Habiendo procesado la placa con un tipo de impureza, se prepara para la ligadura con otro tipo: la superficie de la placa se cubre nuevamente con una capa de óxido, se realiza una nueva fotolitografía y grabado, como resultado de lo cual se crean nuevas "ventanas". de silicio abierto. A esto le sigue una nueva ligadura, por ejemplo con boro, para obtener una conductividad de tipo p. Entonces, las regiones p y n se forman en toda la superficie del cristal en los lugares correctos. El aislamiento entre elementos individuales se puede crear de varias maneras: como aislamiento puede servir una capa de óxido de silicio o también se pueden crear uniones pn bloqueantes en los lugares correctos. La siguiente etapa de procesamiento está asociada con la aplicación de conexiones conductoras (líneas conductoras) entre los elementos del circuito integrado, así como entre estos elementos y contactos para conectar circuitos externos. Para ello se deposita sobre el sustrato una fina capa de aluminio, que se deposita en forma de película muy fina. Se somete a un procesamiento fotolitográfico y grabado, similar a los descritos anteriormente. Como resultado, solo quedan finas líneas conductoras y almohadillas de toda la capa de metal. En conclusión, toda la superficie del cristal semiconductor se cubre con una capa protectora (la mayoría de las veces, vidrio de silicato), que luego se retira de las almohadillas. Todos los microcircuitos fabricados se someten a los más estrictos controles en el banco de control y pruebas. Los circuitos defectuosos están marcados con un punto rojo. Finalmente, el cristal se corta en placas de microcircuito separadas, cada una de las cuales está encerrada en una caja robusta con cables para la conexión a circuitos externos. La complejidad de un circuito integrado se caracteriza por un indicador denominado grado de integración. Los circuitos integrados con más de 100 elementos se denominan microcircuitos con un bajo grado de integración; circuitos que contienen hasta 1000 elementos - circuitos integrados con un grado medio de integración; circuitos que contienen hasta decenas de miles de elementos - grandes circuitos integrados. Ya se están fabricando circuitos que contienen hasta un millón de elementos (se les llama supergrandes). El aumento gradual de la integración ha llevado a que cada año los circuitos se vuelvan cada vez más en miniatura y, en consecuencia, cada vez más complejos. Una gran cantidad de dispositivos electrónicos que solían tener grandes dimensiones ahora caben en una diminuta placa de silicio. Un evento extremadamente importante en este camino fue la creación en 1971 por parte de la firma estadounidense Intel de un solo circuito integrado para realizar operaciones aritméticas y lógicas: un microprocesador. Esto condujo a un avance grandioso de la microelectrónica en el campo de la tecnología informática. Autor: Ryzhov K.V.
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