Jak integrované obvody fungují fyzicky?

Vyzkoušejte Náš Nástroj Pro Odstranění Problémů





Integrované obvody jsou definovány jako obvod, který obsahuje prvky, které jsou neoddělitelné a elektricky propojené takovým způsobem, že IC nelze oddělit z důvodu obchodu a konstrukce. K vybudování takového okruhu lze použít nesčetné technologie. Dnes to, co nazýváme IC, bylo původně známé jako monolitický integrovaný obvod. Předpokládá se, že Kilby vytvořil první fungující IC již v roce 1958 a za svou tvrdou práci získal v roce 2000 Nobelovu cenu za fyziku. Prvním kupujícím pro tento vynález bylo americké letectvo.

Co je integrovaný obvod?

Integrovaný obvod (IC), někdy nazývaný čip nebo mikročip, je polovodičová destička, na které je vyrobeno tisíc nebo miliony malých rezistorů, kondenzátorů a tranzistorů. IC může být funkcí jako zesilovač, oscilátor, časovač, čítač, paměť počítače nebo mikroprocesor. Přesný IC je kategorizován jako lineární (analogový) nebo digitální v závislosti na jeho budoucí aplikaci. To všechno zkreslily integrované obvody. Základní myšlenkou bylo získat kompletní obvod se spoustou komponentů a spojení mezi nimi a rekonstruovat to celé v mikroskopicky malé formě na povrchu kousku křemíku. Byl to neuvěřitelně chytrý nápad a umožnil všechny druhy „mikroelektronických“ gadgetů, od digitálních hodinek a kapesních kalkulaček až po rakety a zbraně přistávající na Měsíci s vestavěnou satelitní navigací.




Jak se vyrábějí integrované obvody?

Jak sestavíme paměťový nebo procesorový čip pro počítač? Všechno začíná surovým složeným prvkem, jako je křemík, který je chemicky upraven nebo dotován, aby se vytvořil, a má různé elektrické vlastnosti.

Symbol integrovaného obvodu

Symbol integrovaného obvodu



Dopingové polovodiče

Lidé tradičně přemýšlejí o vybavení, které zapadá do dvou čistých kategorií: těch, které jim umožňují snadno protékat elektřinu (vodiče), a těch, které ne (izolátory). Kovy tvoří většinu vodičů, zatímco nekovy, jako jsou plasty, dřevo a sklo, jsou izolátory. Účinky jsou ve skutečnosti mnohem složitější, zvláště pokud jde o definování prvků ve středu periodické tabulky (ve skupinách 14 a 15), zejména křemíku a germania. Izolátory jsou obvykle prvky, které jsou připraveny fungovat spíše jako vodiče, pokud do nich vložíme malé množství nečistot v postupu známém jako doping.

Design integrovaného obvodu

Design integrovaného obvodu

Pokud přidáte antimon ke křemíku, poskytnete mu o něco více elektronů, než by obvykle zahrnoval schopnost vést elektřinu. Křemík „dopovaný“ tímto způsobem se nazývá křemík typu n. Když přidáte bór místo antimonu, odejmete některé elektrony křemíku a zanecháte za sebou „díry“, které fungují jako „záporné elektrony“, a poté přenesete kladný elektrický proud opačným způsobem. Takový typ křemíku se nazývá p. Položení oblastí křemíku typu n a typu p vedle sebe k vytvoření spojů, kde elektrony působí velmi atraktivním způsobem, je způsob, jakým generujeme elektronicky, polovodičová zařízení jako diody, tranzistory a vzpomínky.

Uvnitř továrny na třísky

Postup výroby integrovaného obvodu začíná velkým monokrystalem křemíku ve tvaru dlouhé pevné trubky, která je „nakrájená na salám“ na tenké disky (o velikosti kompaktního disku), které se nazývají oplatky. Oplatky jsou vyznačeny na mnoha identických čtvercových nebo obdélníkových plochách, z nichž každá vytvoří jeden křemíkový čip (někdy nazývaný mikročip). Tisíce, miliony nebo miliardy aparátů se poté vyrobí na každém čipu dopováním odlišných oblastí povrchu, aby se změnily na křemík typu n nebo p.


Inside Chip Working

Inside Chip Working

Doping je završen množstvím různých procesů. V jednom z nich, známém jako naprašování, jsou ionty dopingového materiálu vypalovány na křemíkovou destičku stejně jako kulky ze zbraně. Další procedura zvaná depozice par zahrnuje zavedení dopingového materiálu jako plynu a jeho koncentraci tak, aby atomy nečistot vytvářely tenký film na povrchu křemíkové destičky. Molekulární paprsek epitaxiální je mnohem přesnější forma prohlášení.

Samozřejmě, budování integrovaných obvodů, které zabalí stovky, miliony nebo miliardy přístrojů na křemíkový čip velikosti nehtu, je o něco obtížnější, než se zdá. Představte si chaos, kdy by špína špíny mohla rozumět, když pracujete v mikroskopickém (nebo někdy dokonce nanoskopickém) měřítku. Proto se polovodiče připravují v neposkvrněném laboratorním prostředí zvaném čisté místnosti, kde je vzduch pečlivě filtrován a zaměstnanci musí procházet dovnitř a ven skrz vzduchové uzávěry vyčerpávající všechny druhy ochranného oděvu.

Typy integrovaných obvodů

Různé typy integrovaných obvodů, které zahrnují následující

Digitální integrované obvody

Tento druh IC má dvě definované úrovně: 1 a 0, což znamená, že pracují na binární matematice, kde 1 znamená zapnuto a 0 znamená vypnuto. Takových integrovaných obvodů je pilně dosaženo, protože obsahují více než miliony žabek, logických bran a kdoví, všechny jsou začleněny do jediného čipu. Mezi příklady digitálního IC patří mikroprocesory a mikroprocesory .

Typy integrovaných obvodů

Typy integrovaných obvodů

  • Logické integrované obvody
  • Paměťové čipy,
  • Integrované obvody rozhraní (řadiče úrovní, serializátor / de-serializátor atd.)
  • Integrované obvody řízení napájení
  • Programovatelná zařízení

Analogové integrované obvody

The analogové integrované obvody funguje tak, že řeší spojité signály a je schopen provádět úkoly, jako je filtrování, zesílení, demodulace a modulace atd. senzory, OP-AMP jsou v podstatě analogové integrované obvody .

  • Lineární integrované obvody
  • RF integrované obvody

Smíšený signál

Když se digitální a analogové integrované obvody používají na jednom čipu, výsledný integrovaný obvod se nazývá integrované obvody se smíšeným signálem.

  • Integrované obvody pro sběr dat (včetně A / D převodníků, D / A převodníků, digitálních potenciometrů)
  • Integrované obvody hodin / časování

Použití integrovaných obvodů

Integrovaný obvod používá jako pracovní stůl polovodičový materiál (čtecí čipy) a pro tuto úlohu je často vybrán křemík. Později, elektrické součásti jako jsou diody, tranzistory a rezistory atd. jsou do tohoto čipu přidávány v minimalizované podobě. Elektrické součásti jsou spojeny takovým způsobem, že jsou schopné provádět více úkolů a výpočtů. Křemík je v této sestavě znám jako destička.

Aplikace integrovaných obvodů

Mezi aplikace integrovaných obvodů patří následující

  • Radar
  • Náramkové hodinky
  • Televize
  • Odšťavňovače
  • Pc
  • Video procesory
  • Audio zesilovače
  • Paměťová zařízení
  • Logická zařízení
  • Rádiová frekvence Kodéry a dekodéry

V tomto článku jsme krátce diskutovali o integrovaném obvodu, včetně toho, co je integrovaný obvod, jak jsou integrované obvody vyráběny atd. K výrobě integrovaných obvodů pomocí dopingového polovodiče uvnitř čipové továrny byly použity dva typy metod. Na příkladech jsme se zabývali různými typy integrovaných obvodů, jako jsou digitální integrované obvody, analogové integrované obvody a nakonec smíšené signály. Kromě toho byla také diskutována použití integrovaných obvodů a aplikace integrovaných obvodů.

Dále pro jakékoli dotazy týkající se tohoto konceptu nebo realizovat elektrické a elektronické projekty , uveďte své cenné návrhy komentářem v sekci komentářů níže. Zde je otázka pro vás, jaká je hlavní funkce IC?