Ako fungujú integrované obvody fyzicky?

Ako fungujú integrované obvody fyzicky?

Integrované obvody sú definované ako obvod, ktorý obsahuje prvky, ktoré sú neoddeliteľné a elektricky prepojené takým spôsobom, že IC nemožno oddeliť z dôvodu obchodovania a výstavby. Na zostavenie takéhoto obvodu je možné použiť množstvo technológií. Dnes to, čo nazývame IC, bolo pôvodne známe ako monolitický integrovaný obvod. Predpokladá sa, že Kilby vytvoril prvý funkčný IC už v roku 1958 a za svoju tvrdú prácu získal v roku 2000 Nobelovu cenu za fyziku. Prvým kupujúcim pre tento vynález boli americké letectvo.



Čo je integrovaný obvod?

Integrovaný obvod (IC), niekedy nazývaný aj čip alebo mikročip, je polovodičová doštička, na ktorej je vyrobených tisíc alebo milióny malých rezistorov, kondenzátorov a tranzistorov. IC môže byť funkciou zosilňovača, oscilátora, časovača, počítadla, pamäte počítača alebo mikroprocesora. Presný IC je kategorizovaný ako lineárny (analógový) alebo digitálny v závislosti od jeho budúcej aplikácie. To všetko skreslili integrované obvody. Základnou myšlienkou bolo získať kompletný obvod s množstvom komponentov a spojení medzi nimi a celú vec zrekonštruovať v mikroskopicky drobnej podobe na povrchu kúska kremíka. Bol to neuveriteľne šikovný nápad a umožnil všetky druhy „mikroelektronických“ pomôcok od digitálnych hodiniek a vreckových kalkulačiek až po rakety a ramená pristávajúce na Mesiaci so zabudovanou satelitnou navigáciou.


Ako sa vyrábajú integrované obvody?

Ako zostavíme pamäťový alebo procesorový čip pre počítač? Všetko to začína surovým zloženým prvkom, ako je kremík, ktorý je chemicky upravený alebo dotovaný, aby sa vytvoril. Má rôzne elektrické vlastnosti.





Symbol integrovaného obvodu

Symbol integrovaného obvodu

Dopingové polovodiče

Ľudia zvyčajne myslia na zariadenia, ktoré sa dajú rozdeliť do dvoch elegantných kategórií: na tie, ktoré nimi ľahko prúdia elektrinou (vodiče), a na tie, ktoré nie (izolátory). Väčšinu vodičov tvoria kovy, zatiaľ čo izolátory sú nekovy ako plasty, drevo a sklo. Účinky sú v skutočnosti oveľa zložitejšie ako tieto, zvlášť pokiaľ ide o definovanie prvkov v strede periodickej tabuľky (v skupinách 14 a 15), najmä kremíka a germánia. Izolátory sú zvyčajne prvky, ktoré sú pripravené pracovať skôr ako vodiče, ak do nich vložíme malé množstvo nečistôt postupom známym ako doping.



Dizajn integrovaného obvodu

Dizajn integrovaného obvodu

Ak do kremíka pridáte antimón, poskytnete mu o niečo viac elektrónov, ako by zvyčajne obsahoval schopnosť viesť elektrinu. Kremík „dopovaný“ týmto spôsobom sa nazýva kremík typu n. Keď namiesto antimónu pridáte bór, odoberiete časť kremíkových elektrónov a zanecháte za sebou „diery“, ktoré fungujú ako „záporné elektróny“, a potom transportujete pozitívny elektrický prúd opačným spôsobom. Takýto typ kremíka sa nazýva p. Položenie oblastí kremíka typu n a typu p vedľa seba na vytvorenie spojov, pri ktorých elektróny pôsobia veľmi atraktívnym spôsobom, je spôsob, akým generujeme elektronicky, polovodičové zariadenia ako diódy, tranzistory a pamäte.

Vo vnútri továrne na čipy

Postup výroby integrovaného obvodu začína veľkým monokryštálom kremíka v tvare dlhej pevnej rúrky, ktorá je „nakrájaná na salámu“ na tenké disky (asi ako kompaktný disk), ktoré sa nazývajú oblátky. Oplatky sú označené na mnohých rovnakých štvorcových alebo obdĺžnikových plochách, z ktorých každá vytvorí jeden kremíkový čip (niekedy nazývaný mikročip). Tisíce, milióny alebo miliardy prístrojov sa potom vyrobia na každom čipe dotovaním odlišných oblastí povrchu, aby sa zmenili na kremík typu n alebo p.


Inside Chip Working

Inside Chip Working

Doping je ukončený mnohými rôznymi procesmi. V jednom z nich, ktorý sa nazýva rozprašovanie, sa ióny dopingového materiálu pália na kremíkovú doštičku rovnako ako guľky z pištole. Jeden ďalší postup nazývaný naparovanie zahrnuje zavedenie dopingového materiálu ako plynu a jeho koncentráciu tak, aby atómy nečistoty vytvorili tenký film na povrchu kremíkovej doštičky. Oveľa presnejšou formou vyjadrenia je epitaxiálny lúč.

Samozrejme, budovanie integrovaných obvodov, ktoré zabalia stovky, milióny alebo miliardy prístrojov na kremíkový čip veľkosti nechtu, je o niečo ťažšie, ako sa zdá. Predstavte si, aký chaos môže spôsobiť špina špiny pri práci v mikroskopickom (alebo niekedy dokonca nanoskopickom) meradle. Preto sa polovodiče pripravujú v bezchybných laboratórnych prostrediach, ktoré sa nazývajú čisté miestnosti, kde je vzduch prísne filtrovaný a zamestnanci musia prechádzať dovnútra a von cez vzduchové uzávery vyčerpávajúce všetky druhy ochranného odevu.

Typy integrovaných obvodov

Rôzne typy integrovaných obvodov, ktoré zahŕňajú nasledujúce

Digitálne integrované obvody

Tento typ IC má dve definované úrovne: 1 a 0, čo znamená, že pracujú na binárnej matematike, kde 1 znamená zapnuté a 0 znamená vypnuté. Takéto integrované obvody sa dosahujú usilovne, pretože obsahujú viac ako milióny žabiek, logických brán a ktovie čo všetko, sú začlenené do jedného čipu. Medzi príklady digitálneho integrovaného obvodu patria mikrokontroléry a mikroprocesory .

Typy integrovaných obvodov

Typy integrovaných obvodov

  • Logické integrované obvody
  • Pamäťové čipy,
  • Integrované obvody rozhrania (radiče úrovní, serializátor / de-serializátor atď.)
  • Integrované obvody riadenia napájania
  • Programovateľné zariadenia

Analógové integrované obvody

The analógové integrované obvody pracuje pri riešení nepretržitých signálov a je schopný vykonávať úlohy, ako je filtrovanie, zosilňovanie, demodulácia a modulácia atď. senzory, OP-AMP sú v podstate analógové integrované obvody .

  • Lineárne integrované obvody
  • RF IC

Zmiešaný signál

Keď sa digitálne a analógové integrované obvody používajú na jednom čipe, výsledný integrovaný obvod sa nazýva integrované obvody so zmiešaným signálom.

  • Integrované obvody zberu dát (vrátane A / D prevodníkov, D / A prevodníkov, digitálnych potenciometrov)
  • Integrované obvody hodín a časovania

Použitie integrovaných obvodov

Integrovaný obvod používa ako pracovný stôl polovodičový materiál (čítané čipy) a pre úlohu sa často vyberá kremík. Potom, elektrické komponenty ako sú diódy, tranzistory a rezistory atď., sa do tohto čipu pridávajú v minimalizovanej podobe. Elektrické komponenty sú navzájom spojené tak, aby boli schopné vykonávať rôzne úlohy a výpočty. Kremík je v tejto zostave známy ako oblátka.

Aplikácie integrovaných obvodov

Medzi aplikácie integrovaných obvodov patrí nasledovné

  • Radar
  • Náramkové hodinky
  • Televízory
  • Odšťavovače
  • Pc
  • Video procesory
  • Audio zosilňovače
  • Pamäťové zariadenia
  • Logické zariadenia
  • Rádiofrekvencia Kodéry a dekodéry

V tomto článku sme stručne diskutovali o integrovanom obvode vrátane toho, čo je integrovaný obvod, ako sa vyrábajú integrované obvody atď. Na výrobu integrovaných obvodov pomocou dopingového polovodiča vo vnútri továrne na čipy sa použili dva typy metód. Riešili sme rôzne typy integrovaných obvodov, ako sú digitálne integrované obvody, analógové integrované obvody a nakoniec zmiešané signály s príkladmi. Okrem toho sa tiež diskutovalo o použití integrovaných obvodov a aplikáciách integrovaných obvodov.

Ďalej v prípade akýchkoľvek otázok týkajúcich sa tohto konceptu resp na implementáciu elektrických a elektronických projektov , prosím, poskytnite svoje cenné návrhy komentárom v sekcii komentárov nižšie. Tu je otázka pre vás, aká je hlavná funkcia IC?