أول الدوائر المتكاملة

مخصص للذكرى الخمسين للتاريخ الرسمي

ب. مالاشيفيتش

في 12 سبتمبر 1958، أظهر جاك كيلبي، الموظف في شركة Texas Instruments (TI) للإدارة ثلاثة أجهزة غريبة - أجهزة مصنوعة من قطعتين من السيليكون بقياس 11.1 × 1.6 مم، تم لصقهما مع شمع العسل على ركيزة زجاجية (الشكل 1). كانت هذه نماذج ثلاثية الأبعاد - نماذج أولية لدائرة متكاملة (IC) للمولد، تثبت إمكانية تصنيع جميع عناصر الدائرة بناءً على مادة واحدة شبه موصلة. ويتم الاحتفال بهذا التاريخ في تاريخ الإلكترونيات باعتباره عيد ميلاد الدوائر المتكاملة. ولكن هل هو كذلك؟

أرز. 1. تخطيط عنوان IP الأول بواسطة J. Kilby. صورة من الموقع http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

بحلول نهاية الخمسينيات، كانت تكنولوجيا تجميع المعدات الإلكترونية (REA) من العناصر المنفصلة قد استنفدت قدراتها. لقد وصل العالم إلى أزمة حادة في REA، وكان ذلك مطلوبًا تدابير جذرية. بحلول هذا الوقت، كانت تقنيات الإنتاج المتكاملة قد تم تصنيعها بالفعل في الولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفييتي، مثل أجهزة أشباه الموصلات، بالإضافة إلى لوحات الدوائر الخزفية ذات الأغشية السميكة والرقيقة، أي أن المتطلبات الأساسية جاهزة للتغلب على هذه الأزمة من خلال إنشاء منتجات قياسية متعددة العناصر - دوائر متكاملة.

تشمل الدوائر المتكاملة (الرقائق، الدوائر المتكاملة) أجهزة إلكترونية متفاوتة التعقيد، حيث يتم تصنيع جميع العناصر المماثلة في وقت واحد في دورة تكنولوجية واحدة، أي. باستخدام التكنولوجيا المتكاملة. على عكس لوحات الدوائر المطبوعة (حيث يتم تصنيع جميع موصلات التوصيل في وقت واحد في دورة واحدة باستخدام تقنية متكاملة)، فإن المقاومات والمكثفات والثنائيات والترانزستورات (في الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات) تتشكل بالمثل في الدوائر المتكاملة. بالإضافة إلى ذلك، يتم تصنيع العديد من الدوائر المتكاملة في وقت واحد، من عشرات إلى آلاف.

يتم تطوير وإنتاج الدوائر المتكاملة بواسطة الصناعة في شكل سلسلة، تجمع بين عدد من الدوائر الدقيقة لأغراض وظيفية مختلفة، مخصصة لـ طلب اشتراكفي المعدات الإلكترونية. تتميز سلسلة ICs بتصميم قياسي ونظام موحد للخصائص الكهربائية وغيرها. يتم توفير الشهادات المرحلية من قبل الشركة المصنعة لمختلف المستهلكين كمنتجات تجارية مستقلة تلبي نظامًا معينًا من المتطلبات الموحدة. الدوائر المتكاملة هي منتجات غير قابلة للإصلاح؛ عند إصلاح المعدات الإلكترونية، يتم استبدال الدوائر المتكاملة الفاشلة.

هناك مجموعتان رئيسيتان من المرحلية: الهجين وأشباه الموصلات.

في الدوائر المتكاملة الهجينة (HICs)، يتم تشكيل جميع الموصلات والعناصر السلبية على سطح ركيزة الدائرة الدقيقة (عادةً السيراميك) باستخدام التكنولوجيا المتكاملة. يتم تثبيت العناصر النشطة في شكل الثنائيات والترانزستورات وبلورات أشباه الموصلات IC على الركيزة بشكل فردي أو يدويًا أو تلقائيًا.

في الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات، تتشكل العناصر المتصلة والعناصر السلبية والنشطة في دورة تكنولوجية واحدة على سطح مادة شبه موصلة (عادةً السيليكون) مع غزو جزئي لحجمها باستخدام طرق الانتشار. في الوقت نفسه، يتم تصنيع رقاقة واحدة من أشباه الموصلات، اعتمادًا على مدى تعقيد الجهاز وحجم البلورة والرقاقة، من عدة عشرات إلى عدة آلاف من الدوائر المتكاملة. تنتج الصناعة دوائر متكاملة لأشباه الموصلات في عبوات قياسية، على شكل شرائح فردية أو على شكل رقائق غير مقسمة.

حدث إدخال المرحلية الهجينة (GIS) وأشباه الموصلات إلى العالم بطرق مختلفة. إن نظم المعلومات الجغرافية هي نتاج التطور التطوري للوحدات الدقيقة وتكنولوجيا تركيب الألواح الخزفية. ولذلك، فقد ظهرت دون أن يلاحظها أحد؛ ولا يوجد تاريخ ميلاد مقبول بشكل عام لـ GIS ولا يوجد مؤلف معروف بشكل عام. كانت الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات نتيجة طبيعية وحتمية لتطور تكنولوجيا أشباه الموصلات، ولكنها تطلبت توليد أفكار جديدة وإنشاء تكنولوجيات جديدة لها تواريخ ميلادها الخاصة ومؤلفيها. ظهرت أولى الدوائر المرحلية الهجينة وأشباه الموصلات في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية والولايات المتحدة في وقت واحد تقريبًا وبشكل مستقل عن بعضها البعض.

أول المرحلية الهجينة

تتضمن الدوائر المتكاملة الهجينة الدوائر المتكاملة، التي يجمع إنتاجها بين التكنولوجيا المتكاملة لتصنيع العناصر السلبية مع التكنولوجيا الفردية (اليدوية أو الآلية) لتثبيت وتجميع العناصر النشطة.

في أواخر الأربعينيات من القرن الماضي، قامت شركة Centralab في الولايات المتحدة الأمريكية بتطوير المبادئ الأساسية لتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة ذات الأساس الخزفي السميك، والتي تم تطويرها بعد ذلك من قبل شركات أخرى. كان الأساس هو تكنولوجيا تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة والمكثفات الخزفية. من لوحات الدوائر المطبوعة، أخذنا تقنية متكاملة لتشكيل طوبولوجيا توصيل الموصلات - الطباعة بالشاشة الحريرية. من المكثفات - المواد الأساسية (السيراميك، في كثير من الأحيان سيتال)، وكذلك مواد المعاجين والتكنولوجيا الحرارية لتثبيتها على الركيزة.

وفي أوائل الخمسينيات من القرن العشرين، اخترعت شركة RCA تقنية الأغشية الرقيقة: من خلال رش مواد مختلفة في الفراغ وترسيبها من خلال قناع على ركائز خاصة، تعلموا كيفية إنتاج العديد من الأغشية المصغرة التي تربط الموصلات والمقاومات والمكثفات في وقت واحد على قطعة واحدة. الركيزة السيراميك.

بالمقارنة مع تكنولوجيا الأغشية السميكة، قدمت تكنولوجيا الأغشية الرقيقة إمكانية تصنيع أكثر دقة لعناصر طوبولوجيا أصغر حجما، ولكنها تتطلب معدات أكثر تعقيدا وتكلفة. تسمى الأجهزة المصنعة على لوحات الدوائر الخزفية باستخدام تقنية الأغشية السميكة أو الأغشية الرقيقة "الدوائر الهجينة". تم إنتاج الدوائر الهجينة كمكونات من إنتاجنا، وتصميمها، وأبعادها، الغرض الوظيفيكان لكل مصنع منتجاته الخاصة، ولم يدخلوا السوق الحرة، وبالتالي فهم غير معروفين.

لقد غزت الدوائر الهجينة أيضًا الوحدات الدقيقة. في البداية، استخدموا عناصر مصغرة منفصلة سلبية ونشطة، متحدة من خلال الأسلاك المطبوعة التقليدية. كانت تكنولوجيا التجميع معقدة، مع حصة كبيرة من العمل اليدوي. ولذلك، كانت الوحدات الدقيقة باهظة الثمن للغاية، وكان استخدامها يقتصر على المعدات الموجودة على متن الطائرة. ثم تم استخدام الأوشحة الخزفية المصغرة ذات الفيلم السميك. بعد ذلك، بدأ تصنيع المقاومات باستخدام تقنية الأغشية السميكة. لكن الثنائيات والترانزستورات المستخدمة كانت لا تزال منفصلة ومعبأة بشكل فردي.

أصبحت الوحدة الدقيقة عبارة عن دائرة متكاملة هجينة في الوقت الذي تم فيه استخدام الترانزستورات والثنائيات غير المعبأة وتم إغلاق الهيكل في غلاف مشترك. هذا جعل من الممكن أتمتة عملية تجميعها بشكل كبير، وخفض الأسعار بشكل حاد وتوسيع نطاق التطبيق. بناءً على طريقة تكوين العناصر السلبية، يتم التمييز بين نظم المعلومات الجغرافية ذات الأغشية السميكة والأغشية الرقيقة.

أول نظم المعلومات الجغرافية في الاتحاد السوفياتي

تم تطوير أول نظم المعلومات الجغرافية (وحدات من نوع "Kvant"، والتي تم تعيينها لاحقًا IS series 116) في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في عام 1963 في NIIRE (لاحقًا NPO Leninets، Leningrad) وفي نفس العام بدأ مصنعها التجريبي إنتاجه التسلسلي. في نظم المعلومات الجغرافية هذه، تم استخدام الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات "R12-2"، التي تم تطويرها في عام 1962 من قبل مصنع ريغا لأجهزة أشباه الموصلات، كعناصر نشطة. نظرًا لعدم انفصال تاريخ إنشاء هذه المرحلية وخصائصها، سننظر فيها معًا في القسم المخصص لـ P12-2.

مما لا شك فيه أن وحدات Kvant كانت الأولى في عالم نظم المعلومات الجغرافية ذات التكامل على مستويين - فقد استخدمت دوائر متكاملة من أشباه الموصلات بدلاً من الترانزستورات المجمعة المنفصلة كعناصر نشطة. ومن المحتمل أنها كانت أيضًا الأولى في عالم نظم المعلومات الجغرافية - وهي منتجات متعددة العناصر كاملة هيكليًا ووظيفيًا، يتم توفيرها للمستهلك كمنتج تجاري مستقل. أقدم المنتجات الأجنبية المماثلة التي حددها المؤلف هي وحدات IBM Corporation SLT الموضحة أدناه، ولكن تم الإعلان عنها في العام التالي، 1964.

أول نظم معلومات جغرافية في الولايات المتحدة الأمريكية

تم الإعلان عن ظهور نظام المعلومات الجغرافية ذو الأغشية السميكة كقاعدة العنصر الرئيسية لجهاز الكمبيوتر الجديد IBM System /360 لأول مرة من قبل شركة IBM في عام 1964. ويبدو أن هذا كان أول استخدام لنظم المعلومات الجغرافية خارج الاتحاد السوفييتي؛ ولم يتمكن المؤلف من العثور على أمثلة سابقة .

كانت سلسلة IC لأشباه الموصلات "Micrologic" من Fairchild و "SN-51" من TI (سنتحدث عنها أدناه) معروفة بالفعل في ذلك الوقت في الدوائر المتخصصة، وكانت لا تزال نادرة للغاية ومكلفة للغاية بالنسبة للتطبيقات التجارية، مثل بناء جهاز كمبيوتر كبير. لذلك، قامت شركة IBM، التي اتخذت تصميم الوحدة الدقيقة المسطحة كأساس، بتطوير سلسلتها من أنظمة المعلومات الجغرافية ذات الأغشية السميكة، والتي تم الإعلان عنها تحت عنوان اسم شائع(على عكس "الوحدات الدقيقة") - "وحدات SLT" (تقنية المنطق الصلب - تقنية المنطق الصلب. عادةً ما تُترجم كلمة "s olid" إلى اللغة الروسية على أنها "صلبة"، وهو أمر غير منطقي تمامًا. في الواقع، مصطلح "وحدات SLT" تم تقديمه بواسطة IBM على النقيض من مصطلح "micromodule" ويجب أن يعكس الفرق بينهما ولكن كلا الوحدتين "صلبتان"، أي أن هذه الترجمة غير مناسبة. كلمة "صلبة" لها معاني أخرى - "صلبة"، "كاملة". " تم التأكيد بنجاح على الفرق بين "وحدات SLT" و "الوحدات الصغيرة" - وحدات SLT غير قابلة للتجزئة وغير قابلة للإصلاح، أي "كاملة". لذلك، استخدمنا ترجمة غير قياسية إلى اللغة الروسية: تقنية المنطق الصلب - المنطق الصلب تكنولوجيا).

كانت وحدة SLT عبارة عن صفيحة ميكروية سميكة من السيراميك بقياس نصف بوصة مربعة مع دبابيس عمودية مضغوطة. تم تطبيق موصلات التوصيل والمقاومات على سطحه باستخدام طباعة الشاشة الحريرية (وفقًا لمخطط الجهاز الذي يتم تنفيذه)، وتم تركيب الترانزستورات غير المعبأة. تم تثبيت المكثفات، إذا لزم الأمر، بجوار وحدة SLT على لوحة الجهاز. على الرغم من أنها متطابقة تقريبًا من الخارج (الوحدات الدقيقة أطول قليلاً، الشكل 2.)، إلا أن وحدات SLT تختلف عن الوحدات الدقيقة المسطحة في كثافتها العالية للعناصر، واستهلاكها المنخفض للطاقة، وأدائها العالي وموثوقيتها العالية. بالإضافة إلى ذلك، تم أتمتة تقنية SLT بسهولة تامة، وبالتالي يمكن إنتاجها كميات ضخمةبتكلفة منخفضة بما يكفي للاستخدام في المعدات التجارية. وهذا هو بالضبط ما احتاجته شركة IBM. قامت الشركة ببناء مصنع آلي في إيست فيشكيل بالقرب من نيويورك لإنتاج وحدات SLT، والذي أنتجها بملايين النسخ.

أرز. 2. وحدة اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية الصغيرة ووحدة SLT و. آي بي إم. صورة STL من الموقع http://infolab.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/3-1.htm

بعد شركة IBM، بدأت شركات أخرى في إنتاج نظم المعلومات الجغرافية، والتي أصبحت نظم المعلومات الجغرافية منتجًا تجاريًا لها. أصبح التصميم القياسي للوحدات الدقيقة المسطحة ووحدات SLT من شركة IBM أحد معايير الدوائر المتكاملة الهجينة.

أول دوائر متكاملة لأشباه الموصلات

بحلول نهاية الخمسينيات، كانت الصناعة لديها كل الفرص لإنتاج عناصر رخيصة من المعدات الإلكترونية. أما إذا كانت الترانزستورات أو الثنائيات مصنوعة من الجرمانيوم والسيليكون، فإن المقاومات والمكثفات مصنوعة من مواد أخرى. ثم اعتقد الكثيرون أنه عند إنشاء دوائر هجينة لن تكون هناك مشاكل في تجميع هذه العناصر المصنعة بشكل منفصل. وإذا كان من الممكن إنتاج جميع العناصر ذات الحجم والشكل القياسي وبالتالي أتمتة عملية التجميع، فسيتم تخفيض تكلفة المعدات بشكل كبير. وبناء على هذا المنطق، أنصار التكنولوجيا الهجينةواعتبره الاتجاه العام لتطوير الالكترونيات الدقيقة.

لكن لم يشارك الجميع هذا الرأي. والحقيقة هي أن ترانزستورات ميسا، وخاصة الترانزستورات المستوية، التي تم إنشاؤها بالفعل بحلول تلك الفترة، تم تكييفها للمعالجة الجماعية، حيث تم تنفيذ عدد من العمليات لتصنيع العديد من الترانزستورات على لوحة ركيزة واحدة في وقت واحد. أي أنه تم تصنيع العديد من الترانزستورات على رقاقة واحدة من أشباه الموصلات في وقت واحد. ثم تم قطع اللوحة إلى ترانزستورات فردية، والتي تم وضعها في حالات فردية. ثم قامت الشركة المصنعة للمعدات بدمج الترانزستورات في جهاز واحد لوحة الدوائر المطبوعة. كان هناك أشخاص يعتقدون أن هذا النهج مثير للسخرية، فلماذا يتم فصل الترانزستورات ثم توصيلها مرة أخرى. هل من الممكن دمجها مباشرة على رقاقة أشباه الموصلات؟ وفي الوقت نفسه، تخلص من العديد من العمليات المعقدة والمكلفة! لقد توصل هؤلاء الأشخاص إلى دوائر متكاملة لأشباه الموصلات.

الفكرة بسيطة للغاية وواضحة تمامًا. ولكن، كما يحدث في كثير من الأحيان، فقط بعد أن يعلن شخص ما ذلك لأول مرة ويثبت ذلك. ثبت تماما، فقط أعلن في كثير من الأحيان، كما في في هذه الحالة، في بعض الأحيان لا يكفي. تم الإعلان عن فكرة الملكية الفكرية في عام 1952، قبل ظهور أساليب المجموعةتصنيع أجهزة أشباه الموصلات. في المؤتمر السنوي حول مكونات الكترونية، الذي عقد في واشنطن، قدم جيفري دومر، موظف مكتب الرادار الملكي البريطاني في مالفيرن، تقريرًا عن موثوقية عناصر معدات الرادار. وقد أدلى في التقرير ببيان نبوي: " مع ظهور الترانزستور والعمل في مجال تكنولوجيا أشباه الموصلات، أصبح من الممكن بشكل عام تصور المعدات الإلكترونية على شكل كتلة صلبة لا تحتوي على أسلاك توصيل. قد تتكون الكتلة من طبقات من المواد العازلة والموصلة والمصححة والمعززة التي يتم فيها قطع مناطق معينة حتى تتمكن من أداء الوظائف الكهربائية بشكل مباشر.. لكن هذه التوقعات لم يلاحظها أحد من قبل الخبراء. لقد تذكروها فقط بعد ظهور أول دوائر متكاملة لأشباه الموصلات، أي بعد إثبات عملي لفكرة تم نشرها منذ فترة طويلة. كان لا بد من أن يكون شخص ما هو أول من أعاد اختراع وتنفيذ فكرة الدائرة المتكاملة لأشباه الموصلات.

كما هو الحال مع الترانزستور، كان لدى المبدعين المعترف بهم عمومًا للدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات أسلاف ناجحون إلى حد ما. قام دامر نفسه بمحاولة تحقيق فكرته في عام 1956، لكنه فشل. في عام 1953، حصل هارفيك جونسون من RCA على براءة اختراع لمذبذب ذو شريحة واحدة، وفي عام 1958، أعلن مع توركل وولمارك عن مفهوم "جهاز متكامل لأشباه الموصلات". في عام 1956، أنتج روس، الموظف في شركة Bell Labs، دائرة عداد ثنائية تعتمد على هياكل n-p-n-pفي بلورة واحدة. وفي عام 1957، حصل ياسورو تارو من شركة MITI اليابانية على براءة اختراع لهذا الاتصال الترانزستورات المختلفةفي كريستال واحد. لكن كل هذه التطورات وغيرها من التطورات المماثلة كانت ذات طبيعة خاصة، ولم يتم إنتاجها ولم تصبح الأساس لتطوير الإلكترونيات المتكاملة. وساهمت ثلاثة مشاريع فقط في تطوير الملكية الفكرية في الإنتاج الصناعي.

المحظوظون هم جاك كيلبي المذكور بالفعل من شركة Texas Instruments (TI)، وروبرت نويس من فيرتشايلد (كلاهما من الولايات المتحدة الأمريكية) ويوري فالنتينوفيتش أوسوكين من مكتب التصميم في مصنع ريغا لأجهزة أشباه الموصلات (اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية). أنشأ الأمريكيون عينات تجريبية من الدوائر المتكاملة: J. Kilby - نموذج أولي لمولد IC (1958)، ثم الزناد على ترانزستورات ميسا (1961)، R. Noyce - الزناد باستخدام التكنولوجيا المستوية (1961)، و Yu. أوسوكين - دخل IC المنطقي "2NOT-OR" على الفور إلى الإنتاج الضخم في ألمانيا (1962). بدأت هذه الشركات الإنتاج التسلسلي للملكية الفكرية في وقت واحد تقريبًا، في عام 1962.

أول دوائر متكاملة لأشباه الموصلات في الولايات المتحدة الأمريكية

IP بواسطة جاك كيلبي. سلسلة IS إس إن - 51 بوصة

في عام 1958، انتقل جي كيلبي (رائد في استخدام الترانزستورات في أدوات السمع) إلى شركة تكساس إنسترومنتس. تم "دفع" الوافد الجديد كيلبي، بصفته مصمم الدوائر، إلى تحسين ملء الوحدات الدقيقة للصواريخ من خلال إنشاء بديل للوحدات الدقيقة. تم النظر في خيار تجميع الكتل من الأجزاء ذات الشكل القياسي، على غرار تجميع نماذج الألعاب من شخصيات LEGO. ومع ذلك، كان كيلبي مفتونًا بشيء آخر. لعب الدور الحاسم تأثير "المظهر الجديد": أولاً، ذكر على الفور أن الوحدات الدقيقة هي طريق مسدود، وثانيًا، بعد أن أعجب بهياكل ميسا، توصل إلى فكرة أن الدائرة يجب (ويمكن) أن تكون يتم تنفيذه من مادة واحدة - أشباه الموصلات. عرف كيلبي بفكرة دومر ومحاولته الفاشلة لتنفيذها في عام 1956. وبعد التحليل، فهم سبب الفشل ووجد طريقة للتغلب عليه. " الفضل لي هو أنني أخذت هذه الفكرة وحولتها إلى واقع."، قال جيه كيلبي لاحقًا في خطابه لجائزة نوبل.

لم يحصل بعد على الحق في المغادرة، وعمل في المختبر دون تدخل بينما كان الجميع يستريحون. في 24 يوليو 1958، صاغ كيلبي مفهومًا في مجلة مختبرية أطلق عليه اسم الفكرة المتجانسة. وكان جوهرها أن ". ..يمكن دمج عناصر الدائرة مثل المقاومات والمكثفات والمكثفات الموزعة والترانزستورات في شريحة واحدة - بشرط أن تكون مصنوعة من نفس المادة... في تصميم الدائرة المتقلبة، يجب أن تكون جميع العناصر مصنوعة من السيليكون، مع المقاومات التي تستخدم المقاومة الحجمية للسيليكون، والمكثفات - سعة الوصلات p-n". قوبلت "فكرة المونوليث" بموقف متعجرف وساخر من إدارة شركة تكساس إنسترومنتس، التي طالبت بإثبات إمكانية تصنيع الترانزستورات والمقاومات والمكثفات من أشباه الموصلات وقابلية تشغيل دائرة مجمعة من هذه العناصر.

في سبتمبر 1958، أدرك كيلبي فكرته - حيث صنع مولدًا من قطعتين من الجرمانيوم بقياس 11.1 × 1.6 ملم، تم لصقهما معًا بشمع العسل على ركيزة زجاجية، تحتوي على نوعين من مناطق الانتشار (الشكل 1). استخدم هذه المناطق والاتصالات الموجودة لإنشاء دائرة مولد، وربط العناصر بأسلاك ذهبية رفيعة يبلغ قطرها 100 ميكرون باستخدام اللحام بالضغط الحراري. تم إنشاء الترانزستور mesatransistor من منطقة واحدة، وتم إنشاء دائرة RC من المنطقة الأخرى. تم عرض المولدات الثلاثة المجمعة على إدارة الشركة. عندما تم توصيل الطاقة، بدأوا العمل بتردد 1.3 ميجا هرتز. حدث هذا في 12 سبتمبر 1958. بعد إسبوع نفس الطريقةقام كيلبي ببناء مكبر الصوت. لكن هذه لم تكن هياكل متكاملة بعد، بل كانت عبارة عن نماذج ثلاثية الأبعاد لدوائر متكاملة لأشباه الموصلات، تثبت فكرة تصنيع جميع عناصر الدائرة من مادة واحدة - وهي شبه الموصل.

أرز. 3. نوع الزناد 502 جي كيلبي. صورة من الموقع http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html

كانت أول دائرة متكاملة حقًا لكيلبي، مصنوعة من قطعة واحدة من الجرمانيوم المتجانس، هي المشغل التجريبي من النوع 502 IC (الشكل 3). لقد استخدم كلا من مقاومة الحجم للجرمانيوم وسعة الوصلة p-n. تم تقديمه في مارس 1959. كمية صغيرة منتم تصنيع هذه الدوائر المرحلية في ظروف معملية وبيعت في دائرة ضيقة بسعر 450 دولارًا. تحتوي الدائرة المتكاملة على ستة عناصر: أربعة ترانزستورات ميسا ومقاومتين، موضوعة على رقاقة سيليكون يبلغ قطرها 1 سم. ولكن كان لدائرة كيلبي عيب خطير - ترانزستورات ميسا، والتي تكون على شكل أعمدة مجهرية "نشطة" مرتفعة فوق الدائرة. الراحة، الجزء "السلبي" من البلورة. تم توصيل أعمدة ميسا ببعضها البعض في Kilby IS عن طريق غليان أسلاك ذهبية رفيعة - "التكنولوجيا المشعرة" التي يكرهها الجميع. أصبح من الواضح أنه مع مثل هذه الترابطات لا يمكن إنشاء دائرة كهربائية دقيقة تحتوي على عدد كبير من العناصر - سوف تنكسر شبكة الأسلاك أو يتم إعادة توصيلها. وكان الجرمانيوم في ذلك الوقت يعتبر بالفعل مادة غير واعدة. لم يكن هناك اختراق.

بحلول هذا الوقت، كان فيرتشايلد قد طور تقنية السيليكون المستوي. بالنظر إلى كل هذا، كان على شركة Texas Instruments أن تضع كل ما فعله كيلبي جانبًا وتبدأ، بدون كيلبي، في تطوير سلسلة من الدوائر المتكاملة القائمة على تكنولوجيا السيليكون المستوي. في أكتوبر 1961، أعلنت الشركة عن إنشاء سلسلة من الدوائر المتكاملة من النوع SN-51، وفي عام 1962 بدأت إنتاجها وتسليمها بكميات كبيرة لصالح وزارة الدفاع الأمريكية ووكالة ناسا.

IP بواسطة روبرت نويس. سلسلة ISميكرولوجيك”

في عام 1957، ولعدة أسباب، ترك دبليو شوكلي، مخترع الترانزستور المستوي، مجموعة من ثمانية مهندسين شباب أرادوا محاولة تنفيذ أفكارهم الخاصة. "الخونة الثمانية"، كما أسماهم شوكلي، والذين كان قادتهم ر. نويس وجي. مور، أسسوا شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات ("الطفل الجميل"). كان يرأس الشركة روبرت نويس، وكان عمره آنذاك 23 عامًا.

في نهاية عام 1958، قام الفيزيائي د. هورني، الذي عمل في شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات، بتطوير تقنية مستوية لتصنيع الترانزستورات. وقام الفيزيائي التشيكي المولد كورت ليهوفك، الذي عمل في شركة سبراغ إلكتريك، بتطوير تقنية لاستخدام وصلة n-p المتصلة عكسيًا لعزل المكونات كهربائيًا. في عام 1959، بعد أن سمع روبرت نويس عن تصميم كيلبي للدائرة المتكاملة، قرر محاولة إنشاء دائرة متكاملة من خلال الجمع بين العمليات التي اقترحها هورني وليهوفك. وبدلاً من "التكنولوجيا المشعرة" للوصلات البينية، اقترح نويس الترسيب الانتقائي لطبقة رقيقة من المعدن فوق هياكل أشباه الموصلات المعزولة بثاني أكسيد السيليكون مع الاتصال بملامسات العناصر من خلال ثقوب متبقية في الطبقة العازلة. هذا جعل من الممكن "غمر" العناصر النشطة في جسم أشباه الموصلات، وعزلها بأكسيد السيليكون، ومن ثم ربط هذه العناصر بمسارات متناثرة من الألومنيوم أو الذهب، والتي يتم إنشاؤها باستخدام عمليات الطباعة الحجرية الضوئية والتمعدن والحفر في المرحلة الأخيرة من تصنيع المنتج. وهكذا، تم الحصول على نسخة "متجانسة" حقا من الجمع بين المكونات في دائرة واحدة، وكانت التكنولوجيا الجديدة تسمى "مستو". لكن كان لا بد من اختبار الفكرة أولاً.

أرز. 4. الزناد التجريبي بقلم ر. نويس. صورة من الموقع http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

أرز. 5. صورة Micrologic IC في مجلة Life. صورة من الموقع http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html

في أغسطس 1959، كلف R. Noyce شركة Joy Last بتطوير نسخة من IC تعتمد على التكنولوجيا المستوية. أولاً، مثل كيلبي، صنعوا نموذجًا أوليًا للمشغل على عدة بلورات سيليكون، حيث تم تصنيع 4 ترانزستورات و5 مقاومات. ثم، في 26 مايو 1960، تم تصنيع أول زناد أحادي الشريحة. ولعزل العناصر الموجودة فيها، تم حفر أخاديد عميقة على الجانب الخلفي من رقاقة السيليكون وملؤها براتنج الإيبوكسي. وفي 27 سبتمبر 1960، تم تصنيع نسخة ثالثة من الزناد (الشكل 4)، حيث تم عزل العناصر بواسطة وصلة p-n متصلة عكسيًا.

حتى ذلك الوقت، كانت شركة Fairchild Semiconductor تعمل فقط في مجال الترانزستورات؛ ولم يكن لديها مصممي دوائر لإنشاء دوائر متكاملة لأشباه الموصلات. لذلك، تمت دعوة روبرت نورمان من شركة Sperry Gyrscope كمصمم دوائر. كان نورمان على دراية بمنطق المقاوم والترانزستور، الذي اختارته الشركة، بناءً على اقتراحه، كأساس لسلسلة الدوائر المتكاملة المستقبلية "Micrologic"، والتي وجدت تطبيقها الأول في معدات صاروخ Minuteman. في مارس 1961، أعلن فيرتشايلد عن أول IC تجريبي من هذه السلسلة (F-flip-flop يحتوي على ستة عناصر: أربعة ترانزستورات ثنائية القطب ومقاومتين موضوعتين على لوحة يبلغ قطرها 1 سم) مع نشر صورتها (الشكل 5). ) في المجلة حياة(بتاريخ 10 مارس 1961). تم الإعلان عن 5 عناوين IP أخرى في أكتوبر. ومنذ بداية عام 1962، أطلق فيرتشايلد إنتاجًا ضخمًا للدوائر المتكاملة وتوريدها أيضًا لصالح وزارة الدفاع الأمريكية ووكالة ناسا.

كان على كيلبي ونويس أن يستمعا إلى الكثير من الانتقادات حول ابتكاراتهما. كان من المعتقد أن العائد العملي للدوائر المتكاملة المناسبة سيكون منخفضًا جدًا. من الواضح أنه يجب أن يكون أقل من الترانزستورات (لأنه يحتوي على عدة ترانزستورات) والتي لم تكن أعلى من 15٪ بعد ذلك. ثانياً، اعتقد الكثيرون أنه تم استخدام مواد غير مناسبة في الدوائر المتكاملة، حيث لم تكن المقاومات والمكثفات تُصنع من أشباه الموصلات في ذلك الوقت. ثالثا، لا يستطيع الكثيرون قبول فكرة عدم إمكانية إصلاح IP. لقد بدا لهم أنه من التجديف أن يتخلصوا من منتج لم يفشل فيه سوى عنصر واحد من بين العديد من العناصر. تم طرح كل الشكوك جانبًا تدريجيًا عندما تم استخدام الدوائر المتكاملة بنجاح في البرامج العسكرية والفضائية الأمريكية.

قام أحد مؤسسي شركة Fairchild Semiconductor، G. Moore، بصياغة القانون الأساسي لتطوير الإلكترونيات الدقيقة للسيليكون، والذي بموجبه يتضاعف عدد الترانزستورات في بلورة الدائرة المتكاملة كل عام. وكان هذا القانون، الذي أطلق عليه "قانون مور"، يعمل بوضوح تام طيلة الأعوام الخمسة عشر الأولى (بدءاً من عام 1959)، ثم حدث هذا التضاعف في غضون عام ونصف تقريباً.

وعلاوة على ذلك، بدأت صناعة الملكية الفكرية في الولايات المتحدة تتطور بوتيرة سريعة. في الولايات المتحدة، بدأت عملية تشبه الانهيار الجليدي لظهور مؤسسات موجهة حصريًا "للمسطح"، ووصلت في بعض الأحيان إلى النقطة التي تم فيها تسجيل عشرات الشركات أسبوعيًا. وفي سعيهم إلى دعم المحاربين القدامى (شركات دبليو. شوكلي وآر. نويس)، وكذلك بفضل الحوافز الضريبية والخدمات التي تقدمها جامعة ستانفورد، تجمع "الوافدون الجدد" بشكل رئيسي في وادي سانتا كلارا (كاليفورنيا). لذلك، ليس من المستغرب أنه في عام 1971، بيد خفيفة لصحفي شعبي، الابتكارات التقنيةتم تداول الصورة الرومانسية التكنولوجية لدون هوفلر " وادي السيليكون"(وادي السيليكون)، مرادفًا إلى الأبد لمكة الثورة التكنولوجية لأشباه الموصلات. بالمناسبة، يوجد في تلك المنطقة حقًا وادي كان يشتهر سابقًا ببساتين المشمش والكرز والبرقوق العديدة، والتي كان لها قبل ظهور شركة شوكلي اسم آخر أكثر متعة - وادي فرحة القلب، الآن، لسوء الحظ ، تم نسيانه تقريبا.

في عام 1962، بدأ الإنتاج الضخم للدوائر المتكاملة في الولايات المتحدة، على الرغم من أن حجم تسليمها للعملاء لم يكن سوى بضعة آلاف. كان أقوى حافز لتطوير صناعة الأدوات والإلكترونيات على أساس جديد هو تكنولوجيا الصواريخ والفضاء. لم يكن لدى الولايات المتحدة في ذلك الوقت نفس الصواريخ الباليستية القوية العابرة للقارات مثل الصواريخ السوفيتية، ومن أجل زيادة الشحنة، اضطرت إلى تقليل كتلة الحاملة، بما في ذلك أنظمة التحكم، من خلال إدخال أحدث التطورات في التكنولوجيا الإلكترونية. . أبرمت شركتا Texas Instrument وFairchild Semiconductor عقودًا كبيرة لتصميم وتصنيع دوائر متكاملة مع وزارة الدفاع الأمريكية ووكالة ناسا.

أول دوائر متكاملة لأشباه الموصلات في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية

بحلول أواخر الخمسينيات من القرن الماضي، كانت الصناعة السوفييتية في حاجة ماسة إلى الثنائيات والترانزستورات شبه الموصلة، مما أدى إلى اتخاذ تدابير جذرية. في عام 1959، تم تأسيس مصانع أجهزة أشباه الموصلات في ألكساندروف، وبريانسك، وفورونيج، وريغا، وما إلى ذلك. وفي يناير 1961، اعتمدت اللجنة المركزية للحزب الشيوعي السوفييتي ومجلس وزراء اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية قرارًا آخر "بشأن تطوير صناعة أشباه الموصلات"، والذي نص على بناء المصانع ومعاهد البحوث في كييف ومينسك ويريفان ونالتشيك ومدن أخرى.

سنكون مهتمين بأحد المصانع الجديدة - مصنع ريجا لأجهزة أشباه الموصلات المذكور أعلاه (RZPP، غيرت أسمائها عدة مرات، من أجل البساطة نستخدم أشهرها، والتي لا تزال تعمل حتى يومنا هذا). وتم تخصيص مبنى المدرسة الفنية التعاونية قيد الإنشاء بمساحة 5300 م2 كمنصة انطلاق للمصنع الجديد، وفي نفس الوقت بدأ تشييد مبنى خاص. بحلول فبراير 1960، كان المصنع قد أنشأ بالفعل 32 خدمة و11 مختبرًا وإنتاجًا تجريبيًا، والذي بدأ في أبريل للتحضير لإنتاج الأجهزة الأولى. يعمل في المصنع بالفعل 350 شخصًا، تم إرسال 260 منهم للدراسة في معهد أبحاث موسكو -35 (فيما بعد معهد أبحاث بولسار) ومصنع لينينغراد سفيتلانا خلال العام. وبحلول نهاية عام 1960، وصل عدد الموظفين إلى 1900 شخص. في البداية، كانت الخطوط التكنولوجية موجودة في القاعة الرياضية المعاد بناؤها في مبنى المدرسة الفنية التعاونية، وكانت مختبرات OKB موجودة في الفصول الدراسية السابقة. أنتج المصنع الأجهزة الأولى (ترانزستورات الجرمانيوم ذات الانتشار والتحويل P-401، P-403، P-601 وP-602 التي طورتها NII-35) بعد 9 أشهر من توقيع أمر إنشائها، في مارس 1960. وبحلول نهاية شهر يوليو، قام بتصنيع أول ألف ترانزستور من طراز P-401. ثم أتقن إنتاج العديد من الترانزستورات والثنائيات الأخرى. في يونيو 1961، تم الانتهاء من بناء مبنى خاص، حيث بدأ الإنتاج الضخم لأجهزة أشباه الموصلات.

منذ عام 1961، بدأ المصنع العمل التكنولوجي والتطوير المستقل، بما في ذلك الميكنة والأتمتة لإنتاج الترانزستورات على أساس الطباعة الحجرية الضوئية. لهذا الغرض، تم تطوير أول مكرر صور محلي (ختم الصورة) - تثبيت للجمع بين طباعة الصور والاتصال (تم تطويره بواسطة A. S. Gotman). تم تقديم مساعدة كبيرة في تمويل وتصنيع المعدات الفريدة من قبل مؤسسات وزارة صناعة الراديو، بما في ذلك KB-1 (فيما بعد NPO Almaz، موسكو) وNIIRE. في ذلك الوقت، كان المطورون الأكثر نشاطًا للمعدات الراديوية صغيرة الحجم، الذين ليس لديهم قاعدة تكنولوجية خاصة بهم لأشباه الموصلات، يبحثون عن طرق للتفاعل بشكل إبداعي مع مصانع أشباه الموصلات التي تم إنشاؤها حديثًا.

في RZPP، تم تنفيذ العمل النشط لأتمتة إنتاج ترانزستورات الجرمانيوم من النوعين P401 وP403 بناءً على خط إنتاج Ausma الذي أنشأه المصنع. مصممها الرئيسي (GC) أ.س. اقترح جوتمان عمل مسارات حاملة للتيار على سطح الجرمانيوم من أقطاب الترانزستور إلى محيط البلورة لتسهيل لحام أسلاك الترانزستور في الغلاف. ولكن الأهم من ذلك، أنه يمكن استخدام هذه المسارات كأطراف خارجية للترانزستور عندما يتم تجميعها في لوحات (تحتوي على عناصر موصلة وعناصر سلبية) بدون تغليف، ولحامها مباشرة إلى منصات الاتصال المقابلة (في الواقع، كانت تقنية إنشاء دوائر متكاملة هجينة مقترح). تم تلقي الطريقة المقترحة، والتي يبدو فيها أن مسارات البلورة الحاملة للتيار تقبّل منصات التلامس الخاصة باللوحة. الاسم الاصلي- "تقنية التقبيل". ولكن بسبب عدد من المشاكل التكنولوجية التي تبين أنها غير قابلة للحل في ذلك الوقت، والتي تتعلق بشكل رئيسي بمشاكل دقة الحصول على جهات الاتصال على لوحة الدوائر المطبوعة، لم يكن من الممكن تنفيذ "تقنية القبلة" عمليا. وبعد بضع سنوات، تم تنفيذ فكرة مماثلة في الولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفييتي ووجدت تطبيقًا واسعًا في ما يسمى بـ "الوصلات الكروية" وفي تقنية "الرقاقة إلى اللوحة".

ومع ذلك، فإن شركات الأجهزة المتعاونة مع RZPP، بما في ذلك NIIRE، كانت تأمل في الحصول على "تقنية القبلة" وخططت لاستخدامها. في ربيع عام 1962، عندما أصبح من الواضح أن تنفيذه قد تم تأجيله إلى أجل غير مسمى، كبير المهندسين في NIIRE V.I. سأل سميرنوف مدير شركة RZPP S.A. بيرجمان لإيجاد طريقة أخرى لتنفيذ دائرة 2NOR متعددة العناصر، عالمية لبناء الأجهزة الرقمية.

أرز. 7. دائرة مكافئةإس آر 12-2 (1LB021). استخلاص من نشرة الملكية الفكرية لعام 1965.

أول IS وGIS بقلم يوري أوسوكين. مخطط متين R12-2(سلسلة IS 102 و 116 )

عهد مدير RZPP بهذه المهمة إلى المهندس الشاب يوري فالنتينوفيتش أوسوكين. قمنا بتنظيم قسم يتكون من معمل تكنولوجي ومختبر لتطوير وإنتاج الأقنعة الضوئية ومختبر قياس وخط إنتاج تجريبي. في ذلك الوقت، تم توفير تكنولوجيا تصنيع الثنائيات والترانزستورات الجرمانيوم لشركة RZPP، وتم اتخاذها كأساس تطور جديد. وبالفعل في خريف عام 1962، تم الحصول على النماذج الأولية للدائرة الصلبة الجرمانيوم 2NOT-OR (بما أن مصطلح IS لم يكن موجودًا في ذلك الوقت، احترامًا لشؤون تلك الأيام، سنحتفظ باسم "الدائرة الصلبة" - TS)، والتي حصلت على تسمية المصنع "P12-2". لقد نجا كتيب إعلاني من عام 1965 على P12-2 (الشكل 6)، والمعلومات والرسوم التوضيحية التي سنستخدم منها. يحتوي TS R12-2 على ترانزستورات من الجرمانيوم p - n - p (ترانزستورات معدلة من النوع P401 و P403) مع حمل مشترك على شكل مقاوم من النوع الجرمانيوم p موزع (الشكل 7).

أرز. 8. هيكل IC R12-2. استخلاص من نشرة الملكية الفكرية لعام 1965.

أرز. 9. رسم أبعاد المركبة R12-2. استخلاص من نشرة الملكية الفكرية لعام 1965.

يتم تشكيل الخيوط الخارجية عن طريق اللحام بالضغط الحراري بين مناطق الجرمانيوم في هيكل TC وذهب الموصلات الرصاصية. وهذا يضمن التشغيل المستقر للدوائر تحت التأثيرات الخارجية في ظروف الضباب الاستوائي والبحري، وهو أمر مهم بشكل خاص للتشغيل في بدالات الهاتف الأوتوماتيكية شبه الإلكترونية البحرية التي ينتجها مصنع Riga VEF، والذي كان مهتمًا أيضًا بهذا التطور.

من الناحية الهيكلية، تم تصنيع R12-2 TS (وما تلاها من R12-5) على شكل "لوح" (الشكل 9) من كوب معدني مستدير يبلغ قطره 3 مم وارتفاعه 0.8 مم. تم وضع بلورة TC فيها وتم ملؤها بمركب بوليمر، ومنه جاءت الأطراف الخارجية القصيرة للأسلاك المصنوعة من سلك ذهبي ناعم يبلغ قطره 50 ميكرون، ملحومة بالكريستال. كتلة P12-2 لم تتجاوز 25 ملغ. في هذا التصميم، كانت المركبات مقاومة للرطوبة النسبية بنسبة 80% عند درجة الحرارة بيئة 40 درجة مئوية وتتغير درجة الحرارة الدورية من -60 درجة إلى 60 درجة مئوية.

بحلول نهاية عام 1962، أنتج الإنتاج التجريبي لـ RZPP حوالي 5 آلاف مركبة من طراز R12-2، وفي عام 1963 تم تصنيع عدة عشرات الآلاف منها. وهكذا أصبح عام 1962 عام ميلاد صناعة الإلكترونيات الدقيقة في الولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفييتي.

أرز. 10. المجموعات TS R12-2

أرز. 11. الخصائص الكهربائية الأساسية لـ R12-2

كانت تكنولوجيا أشباه الموصلات في مهدها ولم تضمن بعد التكرار الصارم للمعلمات. لذلك، تم فرز الأجهزة الوظيفية إلى مجموعات من المعلمات (غالبًا ما يتم ذلك في عصرنا). فعل سكان ريغا الشيء نفسه، حيث قاموا بتثبيت 8 تصنيفات قياسية للسيارة R12-2 (الشكل 10). جميع الخصائص الكهربائية وغيرها هي نفسها بالنسبة لجميع التصنيفات القياسية (الشكل 11).

بدأ إنتاج TS R12-2 بالتزامن مع عملية البحث والتطوير "Hardness"، والتي انتهت في عام 1964 (GK Yu.V. Osokin). وكجزء من هذا العمل، تم تطوير تقنية جماعية محسنة للإنتاج التسلسلي لمركبات الجرمانيوم استنادًا إلى الطباعة الحجرية الضوئية والترسيب الجلفاني للسبائك من خلال قناع ضوئي. الرئيسية الحلول التقنيةتم تسجيله كاختراع بواسطة Osokin Yu.V. وميخالوفيتش د. (ع.س رقم 36845). تم نشر العديد من المقالات التي كتبها Yu.V. في المجلة السرية Spetsradioelectronics. Osokina بالتعاون مع متخصصي KB-1 I.V. لا شيء، ج.ج. سمولكو ويو. نوموف مع وصف لتصميم وخصائص مركبة R12-2 (والمركبة اللاحقة R12-5).

كان تصميم P12-2 جيدًا في كل شيء، باستثناء شيء واحد - لم يكن المستهلكون يعرفون كيفية استخدام مثل هذه المنتجات الصغيرة ذات الخيوط الرفيعة. كقاعدة عامة، لم يكن لدى شركات الأجهزة التكنولوجيا ولا المعدات اللازمة لذلك. طوال فترة إنتاج R12-2 وR12-5، تم إتقان استخدامها من قبل NIIRE، ومصنع راديو Zhigulevsky التابع لوزارة صناعة الراديو، وVEF، وNIIP (منذ عام 1978 NPO Radiopribor) وعدد قليل من الشركات الأخرى. من خلال فهم المشكلة، فكر مطورو TS، جنبًا إلى جنب مع NIIRE، على الفور في المستوى الثاني من التصميم، والذي زاد في نفس الوقت من كثافة تخطيط المعدات.

أرز. 12. وحدة مكونة من 4 مركبات R12-2

في عام 1963، في NIIRE، في إطار أعمال التصميم والتطوير في Kvant (GK A.N. Pelipenko، بمشاركة E. M. Lyakhovich)، تم تطوير تصميم وحدة يجمع بين أربع مركبات R12-2 (الشكل 12). تم وضع من جهازين إلى أربعة أجهزة R12-2 (في السكن) على لوحة صغيرة مصنوعة من الألياف الزجاجية الرقيقة، والتي نفذت بشكل جماعي وحدة وظيفية معينة. تم ضغط ما يصل إلى 17 سنًا (يختلف العدد بالنسبة لوحدة معينة) بطول 4 مم على اللوحة. تم وضع اللوح الصغير في كوب معدني مختوم بقياس 21.6؟ بعمق 6.6 ملم وعمق 3.1 ملم ومملوءة بمركب بوليمر. والنتيجة هي دائرة متكاملة هجينة (HIC) مع ختم مزدوج للعناصر. وكما قلنا بالفعل، كان أول نظام معلومات جغرافي في العالم يتمتع بتكامل على مستويين، وربما أول نظام معلومات جغرافي بشكل عام. تم تطوير ثمانية أنواع من الوحدات بالاسم العام "Quantum"، والتي تؤدي وظائف منطقية مختلفة. وكجزء من هذه الوحدات، ظلت مركبات R12-2 عاملة عند تعرضها لتسارعات ثابتة تصل إلى 150 جرامًا وأحمال اهتزاز في نطاق تردد يتراوح بين 5-2000 هرتز مع تسارع يصل إلى 15 جرامًا.

تم إنتاج وحدات Kvant لأول مرة من خلال الإنتاج التجريبي لشركة NIIRE، ثم تم نقلها إلى مصنع راديو Zhigulevsky التابع لوزارة صناعة الراديو في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، والذي زودها بالعديد من المستهلكين، بما في ذلك مصنع VEF.

أثبتت وحدات TS R12-2 و "Kvant" المبنية عليها أنها جيدة وتستخدم على نطاق واسع. وفي عام 1968 صدرت مواصفة تأسيس نظام تسمية موحد للدوائر المتكاملة في الدولة، وفي عام 1969 صدرت المواصفات الفنية العامة لأشباه الموصلات (NP0.073.004TU) والدوائر المتكاملة الهجينة (NP0.073.003TU) بنظام موحد للمتطلبات . وفقًا لهذه المتطلبات، وافق المكتب المركزي لتطبيق الدوائر المتكاملة (TsBPIMS، لاحقًا CDB Dayton، Zelenograd) في 6 فبراير 1969 على المواصفات الفنية الجديدة ShT3.369.001-1TU للمركبة. في الوقت نفسه، ظهر مصطلح "الدائرة المتكاملة" من السلسلة 102 لأول مرة في تسمية المنتج TS R12-2، وبدأ يطلق عليه IS: 1LB021V، 1LB021G، 1LB021Zh، 1LB021I. في الواقع، كانت عبارة عن دائرة متكاملة واحدة، تم فرزها إلى أربع مجموعات وفقًا لجهد الخرج وسعة التحميل.

أرز. 13. 116 و 117 سلسلة المرحلية

وفي 19 سبتمبر 1970، وافقت TsBPIMS على المواصفات الفنية AB0.308.014TU لوحدات Kvant، المعينة IS series 116 (الشكل 13). وشملت السلسلة تسعة المرحلية: 1ХЛ161، 1ХЛ162 و1ХЛ163 – متعددة الوظائف الدوائر الرقمية; 1LE161 و1LE162 - عنصران وأربعة عناصر منطقية 2NOR؛ 1TP161 و1TP1162 – مشغل واحد واثنين؛ 1UP161 - مضخم الطاقة، بالإضافة إلى 1LP161 - عنصر منطقي "للتثبيط" لـ 4 مدخلات و4 مخرجات. كان لكل من هذه الدوائر المتكاملة ما بين أربعة إلى سبعة خيارات تصميم، تختلف في جهد إشارة الخرج وسعة التحميل، ليصبح المجموع 58 نوعًا من الدوائر المتكاملة. تم تمييز التصاميم بحرف بعد الجزء الرقمي من تسمية IS، على سبيل المثال، 1ХЛ161j. وفي وقت لاحق، تم توسيع نطاق الوحدات. كانت الدوائر المتكاملة من السلسلة 116 هجينة في الواقع، ولكن بناءً على طلب RZPP تم تصنيفها على أنها أشباه الموصلات (الرقم الأول في التعيين هو "1"، ويجب أن يكون للرقم الهجين "2").

في عام 1972، بقرار مشترك من وزارة صناعة الإلكترونيات ووزارة صناعة الراديو، تم نقل إنتاج الوحدات من مصنع راديو Zhigulevsky إلى RZPP. أدى هذا إلى إلغاء إمكانية نقل سلسلة 102 من الدوائر المتكاملة لمسافات طويلة، لذلك تخلوا عن الحاجة إلى إغلاق قالب كل دائرة متكاملة. ونتيجة لذلك، تم تبسيط تصميم كل من سلسلة 102 و116 من المرحلية: لم تكن هناك حاجة لتعبئة سلسلة 102 من المرحلية في كوب معدني مملوء بالمركب. تم تسليم المرحلية غير المعبأة من السلسلة 102 في حاويات تكنولوجية إلى ورشة عمل مجاورة لتجميع المرحلية من السلسلة 116، والتي تم تركيبها مباشرة على السبورة الصغيرة الخاصة بها ومختومة في غلاف الوحدة.

في منتصف السبعينيات خرج معيار جديدلنظام تعيين IP. بعد ذلك، على سبيل المثال، حصل IS 1LB021V على التصنيف 102LB1V.

IS ونظم المعلومات الجغرافية الثانية بقلم يوري أوسوكين. مخطط متين R12-5(سلسلة IS 103 و 117 )

بحلول بداية عام 1963، نتيجة للعمل الجاد على تطوير الترانزستورات عالية التردد n - p - n، فريق Yu.V. اكتسبت Osokina خبرة واسعة في العمل مع الطبقات p على رقاقة n-germanium الأصلية. هذا ووجود جميع المكونات التكنولوجية اللازمة سمح لأوسوكين في عام 1963 بالبدء في تطوير تكنولوجيا جديدة وتصميم نسخة أسرع من السيارة. في عام 1964، بأمر من NIIRE، تم الانتهاء من تطوير مركبة R12-5 والوحدات المبنية عليها. بناءً على نتائجه، تم افتتاح مركز Palanga للبحث والتطوير في عام 1965 (تم الانتهاء من GK Yu.V. Osokin، نائبه - D.L. Mikhalovich، في عام 1966). تم تطوير الوحدات المستندة إلى R12-5 في إطار مشروع البحث والتطوير نفسه "Kvant" مثل الوحدات المستندة إلى R12-2. بالتزامن مع المواصفات الفنية للسلسلة 102 و116، تم تحديد المواصفات الفنية ShT3.369.002-2TU لسلسلة 103 IC (R12-5) وAV0.308.016TU لسلسلة 117 IC (الوحدات المستندة إلى سلسلة 103 IC) موافقة. كانت تسميات الأنواع والتقييمات القياسية لـ TS R12-2 والوحدات النمطية عليها وسلسلة IS 102 و116 مطابقة لتسميات TS R12-5 وسلسلة IS 103 و117 على التوالي. لقد اختلفوا فقط في السرعة وتكنولوجيا تصنيع كريستال IC. كان زمن تأخير الانتشار النموذجي للسلسلة 117 هو 55 ns مقابل 200 ns للسلسلة 116.

من الناحية الهيكلية، كان R12-5 TS عبارة عن هيكل شبه موصل من أربع طبقات (الشكل 14)، حيث تم توصيل بواعث الركيزة من النوع n والنوع p + بحافلة أرضية مشتركة. تم تسجيل الحلول التقنية الرئيسية لبناء السيارة R12-5 على أنها اختراع Yu.V Osokin، D.L. كايدالوفا Zh.A وأكمينسا ياب. (ع.س رقم 248847). عند تصنيع الهيكل المكون من أربع طبقات لـ TS R12-5، كانت إحدى الدراية المهمة هي تشكيل طبقة p من النوع n في لوحة الجرمانيوم الأصلية. تم تحقيق ذلك عن طريق نشر الزنك في أمبولة كوارتز محكمة الغلق، حيث توجد الصفائح عند درجة حرارة حوالي 900 درجة مئوية، ويوجد الزنك في الطرف الآخر من الأمبولة عند درجة حرارة حوالي 500 درجة مئوية. يشبه هيكل TS في الطبقة p التي تم إنشاؤها هيكل P12-2 TS. جعلت التكنولوجيا الجديدة من الممكن تجنب الشكل المعقد لبلورة TS. تم أيضًا طحن الرقاقات التي تحتوي على P12-5 من الخلف إلى سمك يبلغ حوالي 150 ميكرون، مع الحفاظ على جزء من الرقاقة الأصلية، ثم تم كتابتها في شرائح IC مستطيلة فردية.

أرز. 14. هيكل بلورة TS R12-5 من AS رقم 248847. 1 و2 - أرضي، 3 و4 - المدخلات، 5 - المخرجات، 6 - الطاقة

بعد الأول نتائج إيجابيةإنتاج مركبات R12-5 التجريبية، بأمر من KB-1، تم افتتاح مشروع بحث Mezon-2، بهدف إنشاء مركبة بأربعة مركبات R12-5. في عام 1965، تم الحصول على عينات عمل في علبة سيراميك معدنية مسطحة. ولكن تبين أن تصنيع P12-5 صعب، ويرجع ذلك أساسًا إلى صعوبة تكوين طبقة p مشبعة بالزنك على رقاقة n-Ge الأصلية. وتبين أن إنتاج البلورة يتطلب عمالة كثيفة، ونسبة العائد منخفضة، وتكلفة السيارة مرتفعة. لنفس الأسباب، تم إنتاج R12-5 TC في كميات صغيرةولم تكن قادرة على إزاحة P12-2 الأبطأ ولكن الأكثر تقدمًا من الناحية التكنولوجية. ولم يستمر المشروع البحثي Mezon-2 على الإطلاق، بما في ذلك بسبب مشاكل الاتصال البيني.

بحلول هذا الوقت، كان معهد أبحاث بولسار ومعهد NIIME ينفذان بالفعل عملاً مكثفًا على تطوير تكنولوجيا السيليكون المستوي، التي تتمتع بعدد من المزايا مقارنة بتكنولوجيا الجرمانيوم، وأهمها نطاق درجة حرارة تشغيل أعلى (+150 درجة مئوية). للسيليكون و+70 درجة مئوية للجرمانيوم) ووجود طبقة حماية طبيعية من SiO 2 على السيليكون. وتم إعادة توجيه تخصص RZPP نحو إنشاء دوائر متكاملة تناظرية. ولذلك، اعتبر المتخصصون في RZPP أن تطوير تكنولوجيا الجرمانيوم لإنتاج المرحلية غير مناسب. ومع ذلك، في إنتاج الترانزستورات والثنائيات، لم يفقد الجرمانيوم مكانته لبعض الوقت. في قسم يو.في. Osokin ، بعد عام 1966 ، تم تطوير وإنتاج ترانزستورات الميكروويف ذات المستوى المنخفض من الجرمانيوم RZPP GT329 و GT341 و GT 383 وما إلى ذلك. وقد حصل ابتكارها على جائزة الدولة لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في لاتفيا.

طلب

أرز. 15. جهاز حسابي على وحدات الدائرة الصلبة. صورة من كتيب TS من عام 1965.

أرز. 16. الأبعاد المقارنة لجهاز التحكم الآلي في مقسم الهاتف المصنوع على مرحل ومركبة. صورة من كتيب TS بتاريخ 1965.

كان العملاء والمستهلكون الأوائل لجهاز R12-2 TS ووحداته هم منشئو أنظمة محددة: كمبيوتر Gnome (الشكل 15) لنظام Kupol على متن الطائرات (NIIRE، GK Lyakhovich E.M.) ومبادلات الهاتف الأوتوماتيكية البحرية والمدنية. (مصنع VEF، GK Misulovin L.Ya.). شارك بنشاط في جميع مراحل إنشاء مركبات ووحدات R12-2 و R12-5 و KB-1، وكان المنسق الرئيسي لهذا التعاون من KB-1 هو N.A. باركانوف. لقد ساعدوا في التمويل وتصنيع المعدات والبحث عن المركبات والوحدات في مختلف الأوضاع وظروف التشغيل.

كانت وحدات TS R12-2 و"Kvant" المبنية عليها هي أولى الدوائر الدقيقة في البلاد. وفي العالم كانوا من بين الأوائل - فقط في الولايات المتحدة الأمريكية بدأت شركة Texas Instruments وFairchild Semiconductor في إنتاج أول دوائر متكاملة لأشباه الموصلات، وفي عام 1964 بدأت شركة IBM في إنتاج دوائر متكاملة هجينة ذات غشاء سميك لأجهزة الكمبيوتر الخاصة بها. وفي بلدان أخرى، لم يتم التفكير في الملكية الفكرية بعد. لذلك، كانت الدوائر المتكاملة موضع فضول لدى الجمهور؛ وقد تركت فعالية استخدامها انطباعًا مذهلاً وتم التركيز عليها في الإعلانات. في الكتيب الباقي عن مركبة R12-2 من عام 1965 (استنادًا إلى ما سبق تطبيقات حقيقية) قال: " إن استخدام دوائر الحالة الصلبة P12-2 في أجهزة الحوسبة المدمجة يجعل من الممكن تقليل وزن وأبعاد هذه الأجهزة بنسبة 10-20 مرة، وتقليل استهلاك الطاقة وزيادة الموثوقية التشغيلية. ... إن استخدام دوائر P12-2 الصلبة في أنظمة التحكم وتبديل مسارات نقل المعلومات للمقسمات الهاتفية الأوتوماتيكية يجعل من الممكن تقليل حجم أجهزة التحكم بحوالي 300 مرة، وكذلك تقليل استهلاك الكهرباء بشكل كبير (30-50) مرات)" . تم توضيح هذه العبارات من خلال صور الجهاز الحسابي لجهاز كمبيوتر Gnome (الشكل 15) ومقارنة رف ATS القائم على التتابع الذي أنتجه مصنع VEF في ذلك الوقت مع كتلة صغيرة على كف الفتاة (الشكل 16) . كانت هناك تطبيقات عديدة أخرى لدوائر Riga المرحلية الأولى.

إنتاج

من الصعب الآن استعادة الصورة الكاملة لأحجام إنتاج سلسلة IC 102 و103 حسب العام (اليوم تحول RZPP من مصنع كبير إلى إنتاج صغير وفقدت العديد من المحفوظات). لكن وفقًا لمذكرات يو.في. أوسوكين، في النصف الثاني من الستينيات، بلغ الإنتاج مئات الآلاف سنويًا، في السبعينيات - الملايين. وفقًا لملاحظاته الشخصية الباقية، في عام 1985، تم إنتاج المرحلية من السلسلة 102 - 4100000 قطعة، وحدات من السلسلة 116 - 1025000 قطعة، المرحلية من السلسلة 103 - 700000 قطعة، وحدات من السلسلة 117 - 175000 قطعة .

في نهاية عام 1989، يو.ف. لجأ أوسوكين، المدير العام لشركة ألفا للإنتاج، إلى قيادة اللجنة الصناعية العسكرية التابعة لمجلس وزراء اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (MIC) لطلب إزالة السلسلة 102 و103 و116 و117 من الإنتاج بسبب وجودها. التقادم وكثافة العمالة العالية (في 25 عامًا، كانت الإلكترونيات الدقيقة بعيدة كل البعد عن المضي قدمًا)، لكنها تلقت رفضًا قاطعًا. نائب رئيس المجمع الصناعي العسكري ف. أخبره كوبلوف أن الطائرات تطير بشكل موثوق، وتم استبعاد الاستبدال. بعد انهيار الاتحاد السوفييتي، تم إنتاج سلسلة IC 102 و103 و116 و117 حتى منتصف التسعينيات، أي لأكثر من 30 عامًا. لا تزال أجهزة الكمبيوتر Gnome مثبتة في مقصورة الملاحة في الطائرة Il-76 وبعض الطائرات الأخرى. "هذا كمبيوتر فائق السرعة"، لا يشعر طيارونا بالحيرة عندما يفاجأ زملاؤهم الأجانب باهتمامهم بهذا الجهاز غير المسبوق.

حول الأولويات

على الرغم من حقيقة أن J. Kilby و R. Noyce كان لديهم أسلاف، إلا أنهم معترف بهم من قبل المجتمع العالمي كمخترعين للدائرة المتكاملة.

قدم R. Kilby وJ. Noyce، من خلال شركتيهما، طلبات للحصول على براءة اختراع لاختراع دائرة متكاملة. تقدمت شركة تكساس إنسترومنتس بطلب للحصول على براءة اختراع في وقت سابق، في فبراير 1959، ولم يفعل فيرتشايلد ذلك حتى يوليو من ذلك العام. ولكن تم إصدار براءة الاختراع رقم 2981877 في أبريل 1961 إلى ر. نويس. رفع دعوى قضائية ضد جي كيلبي وفقط في يونيو 1964 حصل على براءة الاختراع رقم 3138743. ثم كانت هناك حرب مدتها عشر سنوات حول الأولويات، ونتيجة لذلك (في حالة نادرة) "انتصرت الصداقة". في النهاية، أيدت محكمة الاستئناف ادعاء نويس بالتفوق التكنولوجي، لكنها قضت بأن جي كيلبي يجب أن يُنسب إليه الفضل في إنشاء أول دائرة كهربائية دقيقة. ووقعت شركة Texas Instruments وشركة Fairchild Semiconductor اتفاقية بشأن تقنيات الترخيص المتبادل.

في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، لم يمنح تسجيل براءات الاختراع للمؤلفين أي شيء آخر غير المتاعب، ودفع مبلغ ضئيل لمرة واحدة والرضا الأخلاقي، لذلك لم يتم تسجيل العديد من الاختراعات على الإطلاق. ولم يكن أوسوكين في عجلة من أمره أيضًا. لكن بالنسبة للشركات، كان عدد الاختراعات أحد المؤشرات، لذلك لا يزال يتعين تسجيلها. لذلك، تلقى Yu.Osokina و D. Mikhalovich شهادة مؤلف اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية رقم 36845 لاختراع السيارة R12-2 فقط في 28 يونيو 1966.

وأصبح جي كيلبي في عام 2000 أحد الحائزين على جائزة نوبل لاختراع الملكية الفكرية. لم يحصل R. Noyce على اعتراف عالمي، توفي في عام 1990، ووفقا للوائح، لا يتم منح جائزة نوبل بعد وفاته. وهذا، في هذه الحالة، ليس عادلا تماما، لأن جميع الإلكترونيات الدقيقة اتبعت المسار الذي بدأه R. Noyce. كانت سلطة نويس بين المتخصصين عالية جدًا لدرجة أنه حصل على لقب "عمدة وادي السيليكون"، لأنه كان حينها أشهر العلماء العاملين في ذلك الجزء من كاليفورنيا، والذي حصل على الاسم غير الرسمي لوادي السيليكون (كان يسمى V. Shockley) "موسى وادي السيليكون") . لكن مسار جي كيلبي ("الجرمانيوم "المشعر") تبين أنه طريق مسدود، ولم يتم تنفيذه حتى في شركته. لكن الحياة ليست عادلة دائما.

منحت جائزة نوبل لثلاثة علماء. نصفها حصل عليه جاك كيلبي البالغ من العمر 77 عاما، والنصف الآخر تم تقسيمه بين الأكاديمي الأكاديمية الروسيةالعلوم زوريس ألفيروف والأستاذ بجامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا، الألماني الأمريكي هربرت كريمر، عن "تطوير هياكل أشباه الموصلات المتغايرة المستخدمة في الإلكترونيات الضوئية عالية السرعة".

وفي معرض تقييم هذه الأعمال، أشار الخبراء إلى أن "الدوائر المتكاملة هي، بالطبع، اكتشاف القرن، الذي كان له تأثير عميق على المجتمع والاقتصاد العالمي". بالنسبة للمنسي جي كيلبي، كانت جائزة نوبل مفاجأة. في مقابلة مع المجلة أخبار الفيزياء الأوروبيةاعترف: " في ذلك الوقت، كنت أفكر فقط فيما سيكون مهمًا لتطوير الإلكترونيات من وجهة نظر اقتصادية. لكنني لم أفهم حينها أن تخفيض تكلفة المنتجات الإلكترونية من شأنه أن يسبب سيلاً من النمو في التقنيات الإلكترونية..

وأعمال يو أوسوكين لا تحظى بالتقدير من قبل لجنة نوبل فقط. كما أنها منسية في بلدنا، وأولوية البلاد في إنشاء الإلكترونيات الدقيقة ليست محمية. وكان بلا شك.

في الخمسينيات من القرن العشرين، تم إنشاء الأساس المادي لتكوين منتجات متعددة العناصر - دوائر متكاملة - في بلورة واحدة متجانسة أو على ركيزة خزفية واحدة. لذلك، ليس من المستغرب أن تنشأ فكرة الملكية الفكرية بشكل مستقل في أذهان العديد من المتخصصين في نفس الوقت تقريبًا. وسرعة تنفيذ فكرة جديدة تعتمد على القدرات التكنولوجية للمؤلف واهتمام الشركة المصنعة، أي على وجود المستهلك الأول. في هذا الصدد، وجد يو وضع أفضلمن نظرائه الأمريكيين. كان كيلبي جديدًا في شركة TI، حتى أنه كان عليه أن يثبت لإدارة الشركة الإمكانية الأساسية لتنفيذ دائرة متجانسة من خلال تصميم تخطيطها. في الواقع، فإن دور J. Kilby في إنشاء IP يتلخص في إعادة تثقيف إدارة TI واستفزاز R. Noyce لاتخاذ إجراءات نشطة من خلال تخطيطه. لم يدخل اختراع كيلبي في الإنتاج الضخم. ذهب R. Noyce في شركته الشابة وغير القوية بعد إلى إنشاء تقنية مستوية جديدة، والتي أصبحت بالفعل أساسًا للإلكترونيات الدقيقة اللاحقة، لكنها لم تستسلم للمؤلف على الفور. فيما يتعلق بما سبق، كان عليهم وعلى شركاتهم قضاء الكثير من الجهد والوقت للتنفيذ العملي لأفكارهم لبناء المرحلية ذات الإنتاج الضخم. ظلت عيناتهم الأولى تجريبية، لكن الدوائر الدقيقة الأخرى، التي لم يتم تطويرها حتى، دخلت حيز الإنتاج الضخم. على عكس كيلبي ونويس، اللذين كانا بعيدين عن الإنتاج، اعتمد صاحب المصنع يو أوسوكين على تقنيات أشباه الموصلات المتقدمة صناعيًا من RZPP، وقد ضمن للمستهلكين المركبات الأولى في شكل البادئ في تطوير NIIRE ومصنع VEF القريب. ، مما ساعد في هذا العمل. ولهذه الأسباب، دخلت النسخة الأولى من سيارته على الفور في مرحلة الإنتاج التجريبي، والتي انتقلت بسلاسة إلى الإنتاج الضخم، والذي استمر بشكل مستمر لأكثر من 30 عامًا. وهكذا، بعد أن بدأ في تطوير TS في وقت لاحق من Kilby و Noyce، سرعان ما لحق بهم Yu. علاوة على ذلك، فإن أعمال Yu.Osokin ليست مرتبطة بأي حال من الأحوال بأعمال الأمريكيين، والدليل على ذلك هو الاختلاف المطلق لسيارته والحلول المنفذة فيها من الدوائر الدقيقة كيلبي ونويس. بدأت شركة Texas Instruments (وليس اختراع كيلبي)، وFairchild وRZPP في إنتاج أجهزتهم المرحلية في وقت واحد تقريبًا، في عام 1962. هذا يعطي كل الحقاعتبر Yu.Osokin أحد مخترعي الدائرة المتكاملة على قدم المساواة مع R. Noyce وأكثر من J. Kilby، وسيكون من العدل مشاركة جزء من جائزة نوبل لـ J. Osokin مع Yu. أما بالنسبة لاختراع أول نظم المعلومات الجغرافية مع تكامل على مستويين (وربما نظم المعلومات الجغرافية بشكل عام)، فإن أولوية A. Pelipenko من NIIRE لا جدال فيها على الإطلاق.

لسوء الحظ، لم يكن من الممكن العثور على عينات من المركبات والأجهزة اللازمة للمتاحف. سيكون المؤلف ممتنًا جدًا لمثل هذه العينات أو الصور الفوتوغرافية لها.

دائرة متكاملة كبيرة(LSI) - دائرة متكاملة (IC) ذات درجة عالية من التكامل (يصل عدد العناصر فيها إلى 10000)، تستخدم في المعدات الإلكترونية كوحدة متكاملة وظيفيًا من الأجهزة تكنولوجيا الكمبيوتر، الأتمتة، معدات القياس، الخ.
بناءً على عدد العناصر، يتم تقسيم جميع الدوائر المتكاملة بشكل تقليدي إلى الفئات التالية:
■ بسيط (SIS) - مع عدد العناصر في البلورة يصل إلى 10،
■ صغير (MIS) - ما يصل إلى 100،
■ متوسطة (SIS) - ما يصل إلى 1000،
■ كبير (BIS) - ما يصل إلى 10000،
■ كبير جدًا (VLSI) - 1,000,000،
■ كبير جدًا (UBIS) - ما يصل إلى 1000000000،
■ جيجا كبيرة (GBIS) - أكثر من 1000000000 عنصر في البلورة.
تسمى الدوائر المتكاملة (ICs) التي تحتوي على أكثر من 100 عنصر دوائر التكامل عالية المستوى.
يرافق استخدام LSI تحسن حاد في جميع المؤشرات الرئيسية مقارنة بمجمع وظيفي مماثل يتم تنفيذه على دوائر متكاملة منفصلة. يؤدي دمج الدوائر المتكاملة على شريحة واحدة إلى تقليل عدد الحزم، وعدد عمليات التجميع والتركيب، وعدد الاتصالات الخارجية - الأقل موثوقية. وهذا يساعد على تقليل الحجم والوزن والتكلفة وتحسين الموثوقية.
الفوائد الإضافية من تكامل IS هي التخفيض الرقم الإجماليمنصات الاتصال، وأطوال اتصال أقصر، بالإضافة إلى تباين أقل في المعلمات، نظرًا لأن جميع الدوائر المتكاملة موجودة على نفس الشريحة ويتم تصنيعها في دورة تكنولوجية واحدة.
كشفت تجربة تطوير LSI أيضًا عن عدد من المشاكل الشائعةوالتي تحد من زيادة درجة التكامل والتي يجب معالجتها في هذه العملية مزيد من التطويرالالكترونيات الدقيقة:
■ مشكلة تبديد الحرارة،
■ مشكلة الاتصال البيني،
■ المشكلة التحكم في المعلمة,
■ القيود المادية على حجم العناصر.
في عام 1964، ولأول مرة على أساس LSI، شركة آي بي إمأصدرت ستة نماذج من عائلة IBM 360.
يمكن أن تتضمن أمثلة LSI أيضًا دوائر ذاكرة مكونة من 4 بتات أو أكثر، وأجهزة التحكم الحسابية والمنطقية وأجهزة الكمبيوتر، المرشحات الرقمية. تم تصميم الدوائر المتكاملة لحل مجموعة واسعة من المشكلات، وبالتالي يتم تصنيعها باستخدام مجموعة من الأساليب الموجودة في ترسانة أشباه الموصلات وتقنيات الأغشية الرقيقة والسميكة.
من المعتاد تصنيف IMs وفقًا لطرق التصنيع والهياكل الناتجة.
إن MI لأشباه الموصلات عبارة عن IC حيث يتم إجراء جميع العناصر والوصلات بينها في حجم واحد وعلى سطح واحد من رقاقة أشباه الموصلات.
في الدوائر الدقيقة الهجينة، يتم تطبيق المكونات السلبية (المقاومات والمكثفات) على سطح اللوحة العازلة، ويتم تصنيع المكونات النشطة (الترانزستورات) على شكل مكونات مصغرة منفصلة منفصلة ويتم توصيلها بالدائرة الدقيقة.

الأدب
1. ستيبانينكو آي بي، أساسيات الإلكترونيات الدقيقة، م: مختبر المعرفة الأساسية، 2003، ص. 453-460.
2. باتوشيف أ.ف.، الدوائر الدقيقة وتطبيقاتها، م: الراديو والاتصالات، 1984، ص. 13-17.
3. تشيرنوزوبوف يو، كيف تولد الدوائر الدقيقة، م: التعليم، 1989، ص. 14-19.

مقالات الشركاء متنوعة

تاريخ اختراع الدائرة المتكاملة

أولاً الدائرة المنطقيةعلى بلورات السيليكون تم اختراعه قبل 52 عامًا وكان يحتوي على ترانزستور واحد فقط. اخترع أحد مؤسسي شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات، روبرت نويس، جهازًا في عام 1959 أصبح يُعرف فيما بعد بالدائرة المتكاملة أو الدائرة الدقيقة أو الرقاقة الدقيقة. وقبل ما يقرب من ستة أشهر، اخترع مهندس من جهاز مماثل شركات تكساسالآلات الموسيقية جاك كيلبي. يمكننا القول أن هؤلاء الأشخاص أصبحوا مخترعي الدائرة الدقيقة.

الدائرة المتكاملة عبارة عن نظام من العناصر المرتبطة هيكلياً والمتصلة ببعضها البعض بواسطة الموصلات الكهربائية. تشير الدائرة المتكاملة أيضًا إلى بلورة تحتوي على دائرة إلكترونية. إذا كانت الدائرة المتكاملة محاطة بغلاف، فهي بالفعل دائرة كهربائية صغيرة.

تم تقديم أول دائرة متكاملة تشغيلية بواسطة كيلبي في 12 سبتمبر 1958. واستخدمت مفهومًا طوره استنادًا إلى مبدأ عزل الوصلة p-n لمكونات الدائرة، الذي اخترعه كورت ليهوفيتش.

كان مظهر المنتج الجديد مخيفًا بعض الشيء، لكن لم يكن لدى كيلبي أي فكرة أن الجهاز الذي عرضه سيكون بمثابة بداية كل شيء تكنولوجيا المعلوماتوإلا، كما يقول، لكان قد جعل هذا النموذج أكثر جمالا.

ولكن في تلك اللحظة لم يكن الجمال هو المهم، بل التطبيق العملي. تم وضع جميع عناصر الدائرة الإلكترونية - المقاومات والترانزستورات والمكثفات وغيرها - على لوحات منفصلة. كان هذا هو الحال حتى ظهرت فكرة صنع الدائرة بأكملها على بلورة واحدة متجانسة من مادة شبه موصلة.

كانت أول دائرة متكاملة لكيلبي عبارة عن شريط صغير من الجرمانيوم مقاس 11 × 1.5 مم مزود بترانزستور واحد والعديد من المقاومات ومكثف. على الرغم من بدائيتها، فقد أنجزت هذه الدائرة مهمتها - حيث عرضت موجة جيبية على شاشة راسم الذبذبات.

في 6 فبراير 1959، قدم جاك كيلبي براءة اختراع لجهاز جديد، والذي وصفه بأنه جسم من مادة شبه موصلة مع مكونات دائرة إلكترونية متكاملة تمامًا. وقد تم الاعتراف بمساهمته في اختراع الدائرة الدقيقة بمنحه جائزة نوبل في الفيزياء عام 2000.

كانت فكرة روبرت نويس قادرة على حل العديد من المشاكل العملية التي تحدىها عقل كيلبي. واقترح استخدام السيليكون في الدوائر الدقيقة، بدلاً من الجرمانيوم، الذي اقترحه جاك كيلبي.

تم استلام براءات الاختراع من قبل المخترعين في نفس العام 1959. انتهى التنافس بين TI وFairchild Semiconductor بمعاهدة سلام. وبشروط متبادلة المنفعة، قاموا بإنشاء ترخيص لإنتاج الرقائق. ولكن لا يزال يتم اختيار السيليكون كمادة للدوائر الدقيقة.

بدأ إنتاج الدوائر المتكاملة في شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات في عام 1961. لقد احتلوا على الفور مكانتهم في صناعة الإلكترونيات. بفضل استخدامها في إنشاء الآلات الحاسبة وأجهزة الكمبيوتر كترانزستورات منفصلة، ​​كان من الممكن جعل أجهزة الحوسبة أكثر إحكاما، مع زيادة أدائها، وتبسيط إصلاح الكمبيوتر إلى حد كبير.

ويمكننا القول أنه منذ هذه اللحظة بدأ عصر التصغير، والذي يستمر حتى يومنا هذا. وفي الوقت نفسه، يتم التقيد الصارم بالقانون الذي صاغه زميل نويس جوردون مور. وتوقع أن يتضاعف عدد الترانزستورات في الدوائر المتكاملة كل عامين.

بعد ترك شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات في عام 1968، أنشأ مور ونويس شركة جديدة، إنتل. لكن تلك قصة مختلفة تماما..

دائرة متكاملة كبيرة

دوائر متكاملة حديثة مصممة للتركيب على الأسطح.

الدوائر الرقمية السوفيتية والأجنبية.

أساسي(الإنجليزية. الدوائر المتكاملة، IC، الدوائر الدقيقة، الرقائق الدقيقة، شرائح السيليكون، أو الرقائق)، ( مجهري)مخطط (IS، IMS، م/Skh), رقاقة, رقاقة(إنجليزي) رقاقة- قطعة من الجبن، جزء، شريحة) - جهاز إلكتروني دقيق - دائرة إلكترونية ذات تعقيد تعسفي، مصنوعة على بلورة شبه موصلة (أو فيلم) وتوضع في غلاف غير قابل للفصل. في كثير من الأحيان تحت دارة متكاملة(IC) يشير إلى البلورة أو الفيلم الفعلي المزود بدائرة إلكترونية، وبواسطة دائرة كهربائية دقيقة(MS) - IC مغلق في السكن. وفي الوقت نفسه، فإن عبارة "مكونات الشريحة" تعني "مكونات مثبتة على السطح" بدلاً من المكونات الملحومة التقليدية عبر الفتحات. لذلك، من الأصح أن نقول "دائرة دقيقة للرقاقة"، أي دائرة صغيرة مثبتة على السطح. في حالياً(السنة) يتم تصنيع معظم الدوائر الدقيقة في عبوات مثبتة على السطح.

قصة

بدأ اختراع الدوائر الدقيقة بدراسة خصائص أفلام الأكسيد الرقيقة، والتي تتجلى في تأثير التوصيل الكهربائي الضعيف عند الفولتية الكهربائية المنخفضة. وكانت المشكلة أنه في حالة تلامس المعدنين، لم يكن هناك أي اتصال كهربائي أو كان الأمر قطبيًا. وأدت الدراسات العميقة لهذه الظاهرة إلى اكتشاف الثنائيات ولاحقا الترانزستورات والدوائر المتكاملة.

مستويات التصميم

• المادية - طرق تنفيذ ترانزستور واحد (أو مجموعة صغيرة) على شكل مناطق مخدرة على البلورة.
• كهربائي - أساسي رسم بياني كهربائي(الترانزستورات، المكثفات، المقاومات، الخ).
• منطقي - دائرة منطقية (العاكسات المنطقية، عناصر OR-NOT، AND-NOT، وما إلى ذلك).
• مستوى الدائرة والنظام - تصميم الدوائر والنظام (المتخبطات، المقارنات، أجهزة التشفير، أجهزة فك التشفير، وحدات ALU، وما إلى ذلك).
• طوبولوجي - أقنعة ضوئية طوبولوجية للإنتاج.
• مستوى البرنامج (لوحدات التحكم الدقيقة والمعالجات الدقيقة) - تعليمات المجمع للمبرمج.

حاليًا، يتم تطوير معظم الدوائر المتكاملة باستخدام CAD، مما يسمح لك بأتمتة عملية الحصول على الأقنعة الضوئية الطوبولوجية وتسريعها بشكل كبير.

تصنيف

درجة التكامل

غاية

يمكن أن تحتوي الدائرة المتكاملة على وظائف كاملة، بغض النظر عن مدى تعقيدها، بما يصل إلى كمبيوتر صغير كامل (كمبيوتر صغير ذو شريحة واحدة).

الدوائر التناظرية

• مولدات الإشارة
• المضاعفات التناظرية
• المخففات التناظرية ومكبرات الصوت المتغيرة
• مثبتات إمدادات الطاقة
• تبديل رقائق التحكم في إمدادات الطاقة
• محولات الإشارة
• دوائر التوقيت
• أجهزة استشعار مختلفة (درجة الحرارة، الخ)

الدوائر الرقمية

• عناصر المنطق
• محولات المخزن المؤقت
• وحدات الذاكرة
• المعالجات (الصغرى) (بما في ذلك وحدة المعالجة المركزية في الكمبيوتر)
• الحواسيب الصغيرة ذات الشريحة الواحدة
• FPGA - الدوائر المتكاملة المنطقية القابلة للبرمجة

تتمتع الدوائر الرقمية المتكاملة بعدد من المزايا مقارنة بالدوائر التناظرية:

• انخفاض استهلاك الطاقةالمرتبطة باستخدام الإشارات الكهربائية النبضية في الإلكترونيات الرقمية. عند استقبال مثل هذه الإشارات وتحويلها، تعمل العناصر النشطة للأجهزة الإلكترونية (الترانزستورات) في وضع "المفتاح"، أي أن الترانزستور إما "مفتوح" - وهو ما يتوافق مع إشارة عالية المستوى (1)، أو "مغلق" " - (0) ، في الحالة الأولى لا يوجد انخفاض في الجهد في الترانزستور ؛ في الحالة الثانية ، لا يتدفق التيار عبره ؛ في كلتا الحالتين، يكون استهلاك الطاقة قريبًا من 0، على عكس الأجهزة التناظرية، حيث تكون الترانزستورات في معظم الأوقات في حالة متوسطة (مقاومة).
• مناعة عالية الضوضاءترتبط الأجهزة الرقمية بفارق كبير بين إشارات المستوى العالي (على سبيل المثال 2.5 - 5 فولت) والمنخفضة (0 - 0.5 فولت). من الممكن حدوث خطأ في مثل هذا التداخل عندما يُنظر إلى المستوى العالي على أنه منخفض، والعكس صحيح، وهو أمر غير مرجح. الى جانب ذلك، في الأجهزة الرقميةمن الممكن استخدام رموز خاصة لتصحيح الأخطاء.
• إن الاختلاف الكبير بين الإشارات ذات المستوى العالي والمنخفض ومجموعة واسعة إلى حد ما من التغييرات المسموح بها هو ما يجعل التكنولوجيا الرقمية غير حساسإلى التشتت الحتمي لمعلمات العناصر في التكنولوجيا المتكاملة، مما يلغي الحاجة إلى اختيار الأجهزة الرقمية وتكوينها.

محتوى المقال

دارة متكاملة(IC)، دائرة إلكترونية دقيقة تتكون من رقاقة صغيرة (كريستال أو "رقاقة") من مادة شبه موصلة، عادةً ما تكون السيليكون، تُستخدم للتحكم صدمة كهربائيةوتقويتها. تتكون الدائرة المتكاملة النموذجية من العديد من المكونات الإلكترونية الدقيقة المترابطة، مثل الترانزستورات والمقاومات والمكثفات والثنائيات، المصنعة في الطبقة السطحية للرقاقة. تتراوح أحجام بلورات السيليكون من حوالي 1.3-1.3 ملم إلى 13-13 ملم. أدى التقدم في الدوائر المتكاملة إلى تطوير تقنيات الدوائر المتكاملة واسعة النطاق وكبيرة الحجم (LSI وVLSI). تتيح هذه التقنيات الحصول على الدوائر المتكاملة، التي تحتوي كل منها على عدة آلاف من الدوائر: يمكن أن تحتوي شريحة واحدة على أكثر من مليون مكون.

تتمتع الدوائر المتكاملة بعدد من المزايا مقارنة بأسلافها - الدوائر التي تم تجميعها من مكونات فردية مثبتة على الهيكل. الدوائر المتكاملة أصغر حجمًا وأسرع وأكثر موثوقية؛ كما أنها أرخص وأقل عرضة للأعطال الناجمة عن الاهتزاز والرطوبة والشيخوخة.

أصبح تصغير الدوائر الإلكترونية ممكنًا بفضل الخصائص الخاصة لأشباه الموصلات. أشباه الموصلات هي مادة ذات موصلية كهربائية أكبر بكثير من المواد العازلة مثل الزجاج، ولكنها أقل بكثير من الموصلات مثل النحاس. تحتوي الشبكة البلورية لمادة شبه موصلة مثل السيليكون على عدد قليل جدًا من الإلكترونات الحرة في درجة حرارة الغرفة لتوفير موصلية كبيرة. ولذلك، فإن أشباه الموصلات النقية لديها الموصلية المنخفضة. ومع ذلك، فإن إدخال شوائب مناسبة إلى السيليكون يزيد من توصيله الكهربائي.

يتم إدخال المنشطات في السيليكون باستخدام طريقتين. بالنسبة للمنشطات الثقيلة أو في الحالات التي لا يكون فيها التحكم الدقيق في كمية الشوائب المدخلة ضروريًا، يتم عادةً استخدام طريقة الانتشار. عادة ما يتم نشر الفوسفور أو البورون في جو من مادة إشابة عند درجات حرارة تتراوح بين 1000 و 1150 درجة مئوية لمدة تتراوح من نصف ساعة إلى عدة ساعات. في عملية زرع الأيونات، يتم قصف السيليكون بأيونات إشابة عالية السرعة. يمكن ضبط كمية النجاسة المزروعة بدقة تصل إلى عدة بالمائة؛ الدقة في بعض الحالات مهمة، حيث أن كسب الترانزستور يعتمد على عدد ذرات الشوائب المزروعة في كل 1 سم2 من القاعدة ( انظر أدناه).

إنتاج.

يمكن أن يستغرق تصنيع دائرة متكاملة ما يصل إلى شهرين لأنه يجب تطعيم بعض مناطق أشباه الموصلات دقة عالية. في عملية تسمى زراعة البلورات، أو سحب البلورات، يتم لأول مرة إنتاج لوح أسطواني من السيليكون عالي النقاء. من هذه الاسطوانة يتم قطع الألواح بسمك 0.5 مم على سبيل المثال. يتم تقطيع الرقاقة في النهاية إلى مئات القطع الصغيرة التي تسمى الرقائق، ويتم تحويل كل منها إلى دائرة متكاملة من خلال العملية الموضحة أدناه.

تبدأ عملية معالجة الرقاقة بإنتاج أقنعة لكل طبقة من طبقات الدائرة المتكاملة. يتم عمل استنسل واسع النطاق على شكل مربع بمساحة تقريبية. 0.1 م2. تحتوي مجموعة من هذه الأقنعة على جميع مكونات الدائرة المتكاملة: مستويات الانتشار، ومستويات التوصيل البيني، وما إلى ذلك. يتم تقليل البنية الناتجة بالكامل فوتوغرافيًا إلى حجم البلورة ويتم إعادة إنتاجها طبقة بعد طبقة على لوح زجاجي. يتم زراعة طبقة رقيقة من ثاني أكسيد السيليكون على سطح رقاقة السيليكون. كل لوحة مغلفة بمادة حساسة للضوء (مقاومة للضوء) ومعرضة للضوء الذي ينتقل عبر الأقنعة. تتم إزالة المناطق غير المكشوفة من الطلاء الحساس باستخدام مذيب، وبمساعدة كاشف كيميائي آخر يذيب ثاني أكسيد السيليكون، يتم حفر الأخير من تلك المناطق التي لم يعد فيها محميًا بالطلاء الحساس. تُستخدم الأشكال المختلفة لتقنية العملية الأساسية هذه في تصنيع نوعين رئيسيين من هياكل الترانزستور: ثنائي القطب والتأثير الميداني (MOS).

الترانزستور ثنائي القطب.

مثل هذا الترانزستور له هيكل مثل ن-ن-نأو، في كثير من الأحيان أقل بكثير، مثل ص-ن-ص. عادة، تبدأ العملية التكنولوجية بصفيحة (ركيزة) مصنوعة من مادة شديدة السبائك ص-يكتب. يتم زراعة طبقة رقيقة من السيليكون المخدر بشكل طفيف على سطح هذه الرقاقة. ن-يكتب؛ وبالتالي، فإن الطبقة المزروعة لها نفس البنية البلورية مثل الركيزة. يجب أن تحتوي هذه الطبقة على الجزء النشط من الترانزستور - حيث سيتم تشكيل مجمعات فردية. يتم وضع اللوحة أولاً في فرن بخار البورون. يحدث انتشار البورون في رقاقة السيليكون فقط في حالة حفر سطحها. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل المناطق والنوافذ من المواد ن-يكتب. تعمل عملية ثانية عالية الحرارة، تستخدم بخار الفوسفور وقناع آخر، على تكوين اتصال مع طبقة المجمع. ومن خلال إجراء عمليات انتشار متتالية للبورون والفوسفور، يتم تشكيل القاعدة والباعث، على التوالي. سمك القاعدة عادة ما يكون عدة ميكرونات. هذه الجزر الصغيرة من الموصلية ن- و صيتم توصيل النوع في دائرة مشتركة من خلال وصلات بينية مصنوعة من الألومنيوم أو البخار المترسب أو المرشوش بالفراغ. في بعض الأحيان يتم استخدام المعادن النبيلة مثل البلاتين والذهب لهذه الأغراض. يمكن تشكيل الترانزستورات وعناصر الدائرة الأخرى، مثل المقاومات والمكثفات والمحاثات، جنبًا إلى جنب مع الوصلات البينية المرتبطة بها، في الرقاقة عن طريق تقنيات الانتشار من خلال سلسلة من العمليات، مما يؤدي في النهاية إلى إنشاء دائرة إلكترونية كاملة.

ترانزستور موسفيت.

والأكثر استخدامًا هو MOS (أشباه الموصلات من أكسيد المعدن) - وهو هيكل يتكون من منطقتين متباعدتين من السيليكون. ن-نوع تنفيذها على الركيزة ص-يكتب. وتتكون طبقة من ثاني أكسيد السيليكون على سطح السيليكون، وفوق هذه الطبقة (بين المناطق ن- النوع والإمساك بها بخفة) يتم تشكيل طبقة موضعية من المعدن تعمل كبوابة. المنطقتين المذكورتين أعلاه نتعمل الأنواع، التي تسمى المصدر والصرف، كعناصر ربط للإدخال والإخراج، على التوالي. من خلال النوافذ المتوفرة في ثاني أكسيد السيليكون، يتم عمل وصلات معدنية للمصدر والصرف. قناة سطحية ضيقة مصنوعة من مادة ن-نوع يربط المصدر والصرف. وفي حالات أخرى، قد يتم حث القناة - التي يتم إنشاؤها بواسطة الجهد المطبق على البوابة. عندما يتم تطبيق جهد موجب على بوابة ترانزستور القناة المستحثة، فإن الطبقة الموجودة أسفل البوابة ص-نوع من التحول إلى طبقة ن- النوع، والتيار، الذي يتم التحكم فيه وتعديله بواسطة الإشارة التي تدخل البوابة، يتدفق من المصدر إلى الصرف. تستهلك MOSFET طاقة قليلة جدًا؛ يتميز بمقاومة إدخال عالية، وتيار تصريف منخفض، وضوضاء منخفضة جدًا. نظرًا لأن البوابة والأكسيد والسيليكون يشكلون مكثفًا، فإن هذا الجهاز يستخدم على نطاق واسع في أنظمة ذاكرة الكمبيوتر ( انظر أدناه). في الدوائر التكميلية، أو CMOS، يتم استخدام هياكل MOS كأحمال ولا تستهلك الطاقة عندما يكون ترانزستور MOS الرئيسي في الحالة غير النشطة.

بعد الانتهاء من المعالجة، يتم تقطيع الألواح إلى قطع. يتم تنفيذ عملية القطع بمنشار دائري ذو حواف ماسية. يتم بعد ذلك وضع كل بلورة (رقاقة أو IC) في أحد أنواع المساكن المتعددة. يتم استخدام سلك ذهبي بقطر 25 ميكرون لتوصيل مكونات IC بإطار توصيل العبوة. تتيح لك دبابيس الإطار السميكة توصيل IC بها جهاز الكترونيالتي ستعمل فيها.

مصداقية.

موثوقية الدائرة المتكاملة هي تقريبًا نفس موثوقية ترانزستور السيليكون الفردي، المكافئ في الشكل والحجم. من الناحية النظرية، يمكن للترانزستورات أن تستمر لآلاف السنين دون فشل - وهو عامل حاسم لتطبيقات مثل الصواريخ وتكنولوجيا الفضاء، حيث يمكن أن يعني فشل واحد فشلًا كاملاً للمشروع.

المعالجات الدقيقة والحواسيب الصغيرة.

تم تقديم المعالجات الدقيقة لأول مرة علنًا في عام 1971، وكانت تؤدي معظم الوظائف الأساسية للكمبيوتر على دائرة متكاملة من السيليكون واحدة، يتم تنفيذها على شريحة مقاس 5-5 مم. بفضل الدوائر المتكاملة، أصبح من الممكن إنشاء أجهزة كمبيوتر صغيرة - أجهزة كمبيوتر صغيرة حيث يتم تنفيذ جميع الوظائف على واحدة أو أكثر من الدوائر المتكاملة الكبيرة. وقد أدى هذا التصغير المثير للإعجاب إلى انخفاض كبير في تكلفة الحوسبة. إن أجهزة الكمبيوتر الصغيرة المنتجة حاليًا والتي يقل سعرها عن 1000 دولار ليست أقل جودة من الأجهزة الأولى الكبيرة جدًا. أجهزة الكمبيوتروالتي وصلت تكلفتها إلى 20 مليون دولار في أوائل الستينيات، وتستخدم المعالجات الدقيقة في أجهزة الاتصالات، وآلات حاسبة الجيب، ساعة اليد، محددات القنوات التلفزيونية، الألعاب الإلكترونية، معدات المطبخ والبنوك الآلية، وسائل التحكم الآلي في إمدادات الوقود وتحييد غاز العادم في سيارات الركاب، وكذلك في العديد من الأجهزة الأخرى. يعتمد جزء كبير من صناعة الإلكترونيات العالمية التي تبلغ قيمتها 15 مليار دولار على الدوائر المتكاملة بطريقة أو بأخرى. في جميع أنحاء العالم، تُستخدم الدوائر المتكاملة في المعدات التي تبلغ قيمتها الإجمالية عشرات المليارات من الدولارات.

أجهزة تخزين الكمبيوتر.

في الإلكترونيات، يشير مصطلح "الذاكرة" عادة إلى أي جهاز مصمم لتخزين المعلومات في شكل رقمي. من بين الأنواع العديدة لأجهزة التخزين (MSDs)، نعتبر ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، والجهاز المزدوج الشحن (CCD)، وذاكرة القراءة فقط (ROM).

بالنسبة لذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، فإن وقت الوصول إلى أي خلية ذاكرة موجودة على الشريحة هو نفسه. يمكن لمثل هذه الأجهزة تخزين 65.536 بت (وحدات ثنائية، عادةً 0 و1)، وبت واحد لكل خلية، وهي نوع من الذاكرة الإلكترونية مستخدم على نطاق واسع؛ على كل شريحة لديهم تقريبا. 150 ألف مكون. تتوفر ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) بسعة 256 كيلوبت (K = 2 10 = 1024؛ 256 K = 262,144). في أجهزة الذاكرة ذات الوصول المتسلسل، يتم تداول البتات المخزنة كما لو كانت على طول ناقل مغلق (تستخدم أجهزة CCD هذا النوع من أخذ العينات بالضبط). في CCD، وهو عبارة عن IC تم تكوينه خصيصًا، يتم استخدام الحزم الشحنات الكهربائيةيمكن وضعها تحت صفائح معدنية صغيرة تقع على مسافات قصيرة من بعضها البعض، معزولة كهربائياً عن الشريحة. وبالتالي يمكن للشحنة (أو عدم وجودها) أن تتحرك جهاز أشباه الموصلاتمن خلية إلى أخرى. ونتيجة لذلك، يصبح من الممكن تخزين المعلومات كسلسلة من الآحاد والأصفار (الرمز الثنائي)، والوصول إليها عند الحاجة. على الرغم من أن أجهزة CCD لا يمكنها منافسة ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) من حيث السرعة، إلا أنها يمكنها معالجة كميات كبيرة من المعلومات بتكلفة أقل وتستخدم عندما لا تكون هناك حاجة إلى ذاكرة الوصول العشوائي. تكون ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) المصنوعة على مثل هذا IC متقلبة، ويتم فقدان المعلومات المسجلة فيها عند إيقاف تشغيل الطاقة. يتم إدخال المعلومات في ROM أثناء عملية الإنتاج ويتم تخزينها بشكل دائم.

لا يتوقف تطوير وإطلاق أنواع جديدة من الملكية الفكرية. تحتوي ذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح والبرمجة (EPROMs) على بوابتين، واحدة فوق الأخرى. عندما يتم تطبيق الجهد على البوابة العلوية، يمكن أن تكتسب البوابة السفلية شحنة تقابل 1 في الكود الثنائي، وعند تبديل (عكس) الجهد، يمكن أن تفقد البوابة شحنتها التي تقابل 0 في الكود الثنائي .