Интегрална схема: Разлика между версии

[[File: EPROM Intel C1702A (2).jpg |thumb|200px|([[EPROM]] памет) с отвор в средата през който се вижда ИС. Отворът позволява съдържанието на паметта да бъде изтрито с [[ултравиолетови лъчи]] ]]

'''Интегрална схема (ИС, микрочип или [[чип]])''' е [[електронна схема]] с миниатюрни размери, състояща се от [[полупроводник|полупроводникови устройства]] и [[пасивен компонент|пасивни компоненти]]. Реализира се обикновено върху тънък кристал от [[силиций]] или друг [[полупроводник]] ([[чип]]).

== История ==

През април 1949 немскиянемският учен [[Вернер Якоби]] ([[Siemens AG]]) патентова подобно на ИС усилващо устройство <!-- <ref name="jacobi1949">W. Jacobi: {{patent|DE|833366|W. Jacobi/SIEMENS AG: „Halbleiterverstärker“ priority filing on April 14, 1949, published on May 15, 1952.}}</ref> --> съдържащо 5 [[транзистор]]а, подредени в схема 3-стъпаленна тристъпален [[усилвател]]. Якоби разработва малък и евтин [[слухов апарат]] като приложение на патента. Няма данни патентът да е бил използван за търговски цели.

Концепцията за ИС е разработвана и от учения [[Джефри Дъмър]] (Geoffrey Dummer, 1909- – 2002), който работи в областта на [[радар]]ите за Министерството на отбраната на Великобритания. На 7 май 1952 г. представя концепция за интегрална схема по време на технологична конференция (Symposium on Progress in Quality Electronic Components) във Вашингтон - – САЩ.<ref>[http://www.epn-online.com/page/22909/the-hapless-tale-of-geoffrey-dummer-this-is-the-sad-.html "The Hapless Tale of Geoffrey Dummer"], (n.d.), (HTML), ''Electronic Product News'', accessed 8 July 2008.</ref> . Дъмър не успява да създаде работеща интегрална схема и след няколко неуспешни опита през 1956 г. Министерство на отбраната прекратява финансирането на проекта му.

Предшественик на ИС е идеята да се създадат малки керамични плочки (подложки), всяка от които да съдържа миниатюризиран компонент. Компонентите след това могат да бъдат интегрирани и свързани в двуизмерна или триизмерна решетка. Тази идея изглежда многообещаваща през 1957 г., предложена е на американската армия от [[Джак Килби]] и води до краткосрочния проект Micromodule Program<ref>[http://www.eetimes.com/special/special_issues/millennium/milestones/kilby.html EETimes.com<!-- Bot generated title -->]</ref> В хода на този проект Килби измисля нова революционна конструкция за ИС.

Първата ИС е създадена независимо от двама учени: [[Джак Килби]] от [[Texas Instruments]], който патентова изобретението си като „Стабилна схема“, направена от [[германий]], на 6 февруари 1959 г.. Килби получава патенти със следните номера: {{US patent|3138743}}, {{US patent|3138747}}, {{US patent|3261081}} и {{US patent|3434015}}. [[Робърт Нойс]] от [[Fairchild Semiconductor]] патентова по-сложна „единна схема“ направена от [[силиций]] на 25 април 1961. <ref>Виж [http://www.ti.com/corp/docs/kilbyctr/jackbuilt.shtml The Chip that Jack built] за повече информация.</ref>

В началото на 80-те години са създадени [[програмируеми логически устройства]]. Тези устройства съдържат вериги, чиито логически функции и свързаност могат да бъдат програмирани от потребителя, а не да бъдат фиксирани от производителя. Това позволява единствен чип да може да изпълнява различни функции като [[логически елемент]]и, [[суматор]]и, и [[Регистър (компютър)|регистри]]. Последните схеми от този тип се наричат [[FPGA]] (Field Programmable Gate Arrays — – интегрална схема, съдържаща програмируема логика ).

Изработването на ИС става възможно след напредъка на [[планарна технология|полупроводниковата технология]] в средата на [[20 век]] и откритието, че [[полупроводник]]овите устройства могат успешно да изпълняват функциите на [[вакуумна лампа|вакуумнитеелектронните лампи]], с които са били реализирани [[електронна схема|електронните схеми]] дотогава. Първоначално [[полупроводник]]овите устройства са изработвани като отделни дискретни елементи, монтирани върху [[печатна платка|печатните платки]]. Много бързо обаче се преминава към още по-голяма миниатюризация — – производството на много отделни елементи върху една силициева пластина по [[планарна технология]]. Големите предимства на ИС са значително по-малкият размер, надеждност, скорост и ниска консумация на [[ток]]. Миниатюризацията дава и възможност за многократно по-голям обем на производството и възможност за увеличаване на сложността на схемите. Не след дълго [[вакуумна лампа|вакуумнитеелектронните лампи]] и [[печатна платка|печатните платки]] са изцяло заместени от ИС. Само половин век след откриването на ИС те са вече неразривна част от всяко [[електронно устройство]] и без тях са немислими съвременните комуникации (включително [[Интернет]]), [[наука]], [[медицина]], [[производство]] и [[транспорт]]. С тях е свързана и цифровата революция, която според мнозина е едно от най-значителните събития в историята на човечеството.

[[Image:cmosic.JPG|thumb| ИС [[CMOS]] 4000 в [[Dual in-line package|DIP]] пакет ]]

''В зависимост от функционалното им предназначение, ИС могат да се класифицират като аналогови, цифрови и комбинирани. Цифровите се състоят главно от [[транзистор]]и. Аналоговите схеми съдържат също така и [[резистор]]и и [[кондензатор]]и.''

=== Цифрови интегрални схеми ===

''В зависимост от технологията на производството им, могат да се разделят също на полупроводникови, слойни, хибридни и съвместими.''

Представляват малък изкуствен силициев кристал с размери 33×3 на 3mmmm, в който се формират транзистори, диоди и резистори. Колкото по-наблизо са разположени транзисторите и колкото по-малка е тяхната площ, толкова интегралната схема е по-качествена.

Те биват 2 вида — – тънкослойни и дебелослойни.

Тънкослойни — – изработват се върху малка подложка от изолационен материал (стъкло, керамика), като елементите са резистори, кондензатори и бобини с малка индуктивност. Не се изработват транзистори и диоди. Името тънкослойни идва от дебелината на елементите (до 5 µm). Чрез тънкослойната технология се изработват набори, съдържащи до 50 резистора и кондензатора.

Дебелослойни — – не съдържат транзистори и диоди, а само резистори, кондензатори и бобини. Дебелината на елементите е 100 µm, интеграцията е до 50 елемента на една подложка. Изработват се без да има нужда от вакуум, и за товазатова са по-евтини.

Подобни са на тънкослойните и дебелослойните, като първоначално се изработват резисторите и кондензаторите и се формират метални площадки, иа след това към тях се запояват диодите и транзисторите, изработени по друга технология. Тези интегрални схеми са с малка степен на интеграция. По тази технология се произвеждат аналоговите интегрални схеми.

'''Разделението се извършва в зависимост и от други признаци:'''

* в зависимост от вида на транзисторите: биполярни, полеви (униполярни) и смесени.

** с голяма степен на интеграция (до 10 000 елемента) и

маломощни (до 0,3W3 W), средномощни (до 3W3 W) и мощни (над 3w3 w)

* в зависимост от граничната честота: нискочестотни (до 3 MHz), средночестотни (до 30 MHz), високочестотни (до 300 MHz) и свръхвисокочестотни [[СВЧ]] (над 300 MHz)

[[File:Intel 8742 153056995.jpg|thumb|200px|[[Intel]] 8742, 8-битов [[микроконтролер]], включващ ЦП работещ с честота 12 MHz, 128 байта [[RAM]], 2048 байта [[EPROM]] и [[Input/output|I/O]] в самия чип.]]

По-малко от половин век след създаването им ИС са широко разпространени. ИС са в основата на съвременната [[електроника]] – — [[микропроцесор]]итемикропроцесорите, [[RAM памет]]ите и [[Application-specific integrated circuit|ASIC]] чиповете намират приложение в компютрите, мобилните телефони домашните електроуреди, комуникациите, производството, транспортните системи и много други.

Всъщност много социолози смятат, че „цифровата революция“ създадена„създадената от ИС цифровата революция“ е едно от най-важните събития в човешката история.

Размерът на ИС е намалявал през годините, позволявайки повече елементи да бъдат интегрирани в един чип. Това увеличаване на капацитета може да бъде използвано за намаляване на цената или за увеличаване на функционалността — – виж [[Закон на Мур]], който в модерната си интерпретация гласи, че брояброят на транзисторите в ИС се удвоява на всеки две години. Най-общо казано с намаляването на размера почти всичко се подобрява — – цената на единична бройка, консумираната мощност намалява и скоростта се увеличава.