Geïntegreerde stroombaan
vanuit Wikipedia, die vrye ensiklopedie.
In elektronika is 'n geïntegreerde stroombaan is 'n miniatuur elektroniese stroombaan wat hoofsaaklik bestaan uit halfgeleiertoestelle asook passiewe komponente wat in die oppervlak van die dun halfgeleiersubstraat ingebou is.
Inhoud |
[wysig] Inleiding
Geïntegreerde stroombane is moontlik gemaak deur eksperimentele ontdekkings wat getoon het dat halfgeleiertoestelle die funksies van vakuumbuise kon verrig én deur tegnologiese vooruitgang wat in die middel 20ste eeu plaasgevind het ten opsigte van die vervaardiging van halfgeleiertoestelle. Die integrasie van groot hoeveelhede klein transistors op 'n klein skyfie was 'n groot verbetering op die bou van stroombane met die hand deur van diskrete elektroniese komponente gebruik te maak. Die vermoë om geïntegreerde stroombane in groot maat te produseer, die betroubaarheid en bousteen benadering tot stroombaanontwerp het verseker dat gestandardiseerde GS'e baie vinnig aanvaarding gevind het in die ontwerp van stroombane in die plek van diskrete transistors.
Daar is twee hoofvoordele van geïntegreerde stroombane bo diskrete stroombane: koste en werkverrigting. Die koste is laag omdat die skywe, met al hul komponente, as 'n eenheid gedruk word deur middel van fotolitografie en nie een vir een transistor op 'n slag gebou word nie. Werkverrigting is hoog omdat die komponente baie vinnig kan skakel en minder krag verbruik, hoofsaaklik vanweë die feit dat die komponente klein en naby aan mekaar geleë is. Met ingang 2006 wissel skyfoppervlaktes van 'n paar vierkante millimeters tot ongeveer 350 mm2, met ongeveer 1 miljoen transistors per mm2
[wysig] Vooruitgang in Geïntegreerde Stroombane
Van die gevorderdste geïntegreerde stroombane is die mikroverwerkers of kerne wat alles van rekenaars tot selfone tot digitale mikrogolfoonde. Digitale geheueskywe en toepassingspesifieke geïntegreerde stroombane is voorbeelde van groepe GS'e wat belangrik is in die inligtingsamelewing. Terwyl die koste van ontwerp en ontwikkeling van komplekse GS'e nogal hoog is, is die uiteindelike koste baie minder as die GS'e op grootskaal geproduseer word.
GS'e het oor die jare voortdurend verbeter sodat die komponente daarop kleiner en kleiner geword het sodat meer stroombane op elke GS gebou kon word. Hierdie verhoogde kapasiteit per eenheidsoppervlakte bring ook 'n verlaging in koste mee en/of verhoog die funksionaliteit van die stroombane. Moore se wet stel dit dat die aantal transistors op GS'e elke twee jaar verdubbel en tot dusver was die projeksie nog geldig. Daar bestaan egter struikelblokke wat verdere verhoogde integrasie van nanometer-skaal toestelle in die wiele ry, waarvan een van die belangrikste die voorkoms van lekstrome is. Hierdie probleme is egter nie onoorkombaar nie en daar bestaan 'n sterk moontlikheid dat die probleme oorkom of verminder kan word deur die bekendstelling van nuwe diëlektriese materiale. Daar is strawwe kompetisie onder vervaardigers om GS'e te bou met 'n fyner geometrie. Daar word deur leidende kenners op die gebied verwag dat die vooruitgang in die komende jare sal voortduur.[1]
[wysig] Klassifikasie
Geïntegreerde stroombane kan geklassifiseer word as analoog, digitaal en gemengde sein (d.w.s. beide analoog en digitaal op dieselfde skyf).
Digitale geïntegreerde stroombane kan van 'n paar duisend tot miljoene logiese hekke, flip-flops, multipleksers en ander stroombane in 'n paar vierkante millimeter bevat. Die kleinheid van hierdie stroombane maak hoë spoed, lae kragverlies en verminderde vervaardigingskoste moontlik vergeleke met gedrukte stroombaanvlak integrasie. Hierdie digitale GS'e, tipies mikroverwerkers, digitale seinverwerkers en mikrobeheerders gebruik binêre wiskunde op "een" en "nul" seine te verwerk.
Analoë GS'e, soos sensors, kragbeheerstroombane en operasionele versterkers verwerk kontinue seine. Hulle verrig take soos versterking, aktiewe filtrering, demodulasie, vermenging ens. Analoë GS'e maak stroombaanontwerpers se lewe makliker deurdat dit goedontwerpte analoë stroombane maklik beskikbaar maak eerder as om dit self van meet af aan te moet ontwerp.
GS'e kan ook analoë en digatale stroombane op 'n enkele skyf kombineer om funksies soos analoog-tot-digitale omsetters en digitaal-tot-analoë omsetters te verrig.
[wysig] Vervaardiging
Die halfgeleiers van die periodieke tabel van chemiese elemente is in die 1930's as geskikte materiale geïdentifiseer in die vervaardiging van vaste-toestand toestelle om vakuumbuise te vervang deur navorsers soos William Shockley. 'n Sistematiese studie van materiale is tussen die 1940's en die 1950's gedoen en is daar eers begin met koperoksied, toe germanium en later silikon. Vandag word silikonmonokristalle hoofsaaklik gebruik as substraat vir geïntegreerde stroombane. Dit het dekades geneem om metodes te verfyn om kristalle te maak wat nie defekte in die kristalstruktuur gehad het nie.
Halfgeleier GS'e word in 'n laagproses vervaardig in 'n proses wat hierdie sleutelstappe insluit:
- Fotolitografiese uitbeelding
- Neerslag
- Etswerk
Die hoofstappe word ook deur doop, skoonmaak en planarisasie stappe ondersteun.
Monokristallyne silikonskywe (of in die geval van spesiale toepassings, silikon op saffier of galliumarseniedskywe) word gebruik as die substraat. Die verskillende areas van die substraat wat gedoop of waarop polisilikon, isolasiemateriaal of metaal (gewoonlik Aluminium) neergelê moet word, word fotolitografies gemerk.
- Geïntegreerde stroombane bestaan uit baie oorvleuelende lae, waarvan elkeen fotolitografies gedefinieer word en kan gewoonlik in verskillende kleure waargeneem word. Sommige lae merk waar verskeie onsuiwerhede in die substraat in gediffundeer (diffusielae) het. Ander definieer waar addisionele ione ingeplant word (inplantlae), ander definieer die geleiers (polisilikon of metaal) en ander definieer die verbindings tussen die geleidende lae (deur kontaklae). Alle komponente word vervaardig uit 'n spesifieke kombinasie van hierdie lae.
- In 'n selfbelynende CMOS-proses, word 'n transistor gevorm waarookal die heklaag (polisilikon of metaal) die diffusielaag kruis.
- Weerstandstrukture, strepe van verskeie lengtes, vorm die ladings op die stroombaan. Die verhouding van die lengte van die weerstandstrukture tot sy wydte, gekombineer met sy laagweerstand bepaal die weerstand.
- Kapasitiewe strukture, wat baie ooreenkomste toon met die paralelle geleidende plate van tradisionele elektriese kapasitor, word gevorm volgens die oppervlakte van die "plate", met isolasiemateriaal tussen die plate. Gegewe die groottebeperkings kan slegs klein kapasitansies op 'n GS geskep word.
- Induktiewe strukture kan gebou word as klein spoele op die skyf of gesimuleer deur 'n positiewe impedansie oorvormer.
