Hoe werken geïntegreerde schakelingen fysiek?

Hoe werken geïntegreerde schakelingen fysiek?

Geïntegreerde schakelingen worden gedefinieerd als het circuit dat elementen omvat die onafscheidelijk zijn en zodanig elektrisch met elkaar zijn verbonden dat het IC niet kan worden gescheiden vanwege commerciële en constructieve redenen. Er kunnen talloze technologieën worden gebruikt om zo'n circuit te bouwen. Wat we tegenwoordig een IC noemen, stond oorspronkelijk bekend als een monolithisch geïntegreerd circuit. Er wordt aangenomen dat Kilby de eerste werkende IC in 1958 heeft gemaakt en dat hij in 2000 de Nobelprijs voor natuurkunde heeft gewonnen voor zijn harde werk. De eerste koper voor deze uitvinding was de Amerikaanse luchtmacht.



Wat is een geïntegreerd circuit?

Een geïntegreerde schakeling (IC), ook wel een chip of microchip genoemd, is een halfgeleiderwafel waarop duizenden of miljoenen minuscule weerstanden, condensatoren en transistors zijn vervaardigd. Een IC kan een functie zijn als versterker, oscillator, timer, teller, computergeheugen of microprocessor. Een exacte IC wordt gecategoriseerd als lineair (analoog) of digitaal, afhankelijk van de toekomstige toepassing. Geïntegreerde schakelingen hebben dat allemaal vervormd. Het fundamentele idee was om een ​​compleet circuit te krijgen, met veel componenten en de verbindingen daartussen, en het geheel te reconstrueren in een microscopisch kleine vorm op het oppervlak van een stuk silicium. Het was een ongelooflijk slim idee en het heeft allerlei 'micro-elektronische' gadgets mogelijk gemaakt, variërend van digitale horloges en zakrekenmachines tot maanlandingsraketten en wapens met ingebouwde satellietnavigatie.


Hoe worden geïntegreerde schakelingen gemaakt?

Hoe bouwen we een geheugen- of processorchip voor een computer? Het begint allemaal met een onbewerkt samengesteld element zoals silicium, dat chemisch wordt behandeld of gedoteerd om het te maken en het heeft verschillende elektrische eigenschappen.





Symbool voor geïntegreerde schakeling

Symbool voor geïntegreerde schakeling

Doping halfgeleiders

Conventioneel denken mensen aan apparatuur die in twee nette categorieën past: apparaten die elektriciteit er vrij gemakkelijk doorheen laten stromen (geleiders) en apparaten die dat niet doen (isolatoren). Metalen vormen de meeste geleiders, terwijl niet-metalen zoals plastic, hout en glas de isolatoren zijn. In feite zijn de effecten veel complexer dan dit, vooral als het gaat om het definiëren van elementen in het midden van het periodiek systeem (in groepen 14 en 15), met name silicium en germanium. Gewoonlijk zijn isolatoren de elementen die bereid zijn om meer als geleiders te werken als we er kleine hoeveelheden onzuiverheden aan toevoegen in een procedure die bekend staat als doping.



Ontwerp van geïntegreerde schakelingen

Ontwerp van geïntegreerde schakelingen

Als je antimoon aan silicium toevoegt, geef je het iets extra elektronen dan normaal gesproken het vermogen bevat om elektriciteit te geleiden. Silicium dat op die manier 'gedoteerd' is, wordt n-type silicium genoemd. Als je borium toevoegt in plaats van antimoon, neem je een deel van de elektronen van silicium weg en laat je 'gaten' achter die werken als 'negatieve elektronen'. Vervolgens transporteert u een positieve elektrische stroom in de tegenovergestelde richting. Een dergelijk type silicium wordt p-type genoemd. Door gebieden van n-type en p-type silicium naast elkaar te plaatsen om knooppunten te creëren waarin elektronen op zeer aantrekkelijke manieren werken, is de manier waarop we elektronisch genereren, halfgeleiderinrichtingen zoals diodes, transistors en geheugens.

In een chipfabriek

De procedure voor het vervaardigen van een geïntegreerde schakeling begint met een groot eenkristal van silicium, in de vorm van een lange stevige buis, die in dunne schijfjes (ongeveer zo groot als een compact disc) wordt 'gesneden', wafers genaamd. De wafers zijn gemarkeerd in veel identieke vierkante of rechthoekige gebieden, die elk een enkele siliciumchip vormen (ook wel een microchip genoemd). Duizenden, miljoenen of miljarden apparaten worden vervolgens op elke chip geproduceerd door ongelijksoortige delen van het oppervlak te doteren om ze in n-type of p-type silicium te veranderen.


Binnen Chip Werken

Binnen Chip Werken

Doping wordt voltooid door een veelvoud aan verschillende processen. In een ervan, bekend als sputteren, worden ionen van het dopingmateriaal op de siliciumwafel afgeschoten, net als kogels uit een pistool. Een andere procedure die dampafzetting wordt genoemd, omvat het introduceren van het doteringsmateriaal als gas en het laten concentreren zodat de onzuiverheidsatomen een dunne film op het oppervlak van de siliciumwafel genereren. Epitaxiale moleculaire bundel is een veel nauwkeurigere vorm van de bewering.

Het bouwen van geïntegreerde schakelingen die honderden, miljoenen of miljarden apparaten op een chip van silicium ter grootte van een vingernagel plaatsen, is allemaal een beetje moeilijker dan het klinkt. Stel je de chaos voor wanneer een puntje vuil zou kunnen ontstaan ​​als je op microscopische (of soms zelfs nanoscopische) schaal werkt. Daarom worden halfgeleiders voorbereid in smetteloze laboratoriumomgevingen die cleanrooms worden genoemd, waar de lucht nauwgezet wordt gefilterd en werknemers door luchtsluizen heen en weer moeten gaan en allerlei beschermende kleding uitputten.

Soorten geïntegreerde schakelingen

De verschillende soorten geïntegreerde schakelingen die de volgende omvatten

Digitale geïntegreerde schakelingen

Dit soort IC heeft twee gedefinieerde niveaus: enen en nullen, wat betekent dat ze werken aan binaire wiskunde waarbij 1 staat voor aan en 0 staat voor uit. Dergelijke IC's worden ijverig tot stand gebracht, aangezien ze meer dan miljoenen flip-flops, logische poorten en wat niet bevatten, allemaal geïntegreerd in een enkele chip. Voorbeelden van digitale IC zijn microcontrollers en microprocessors

Soorten geïntegreerde schakelingen

Soorten geïntegreerde schakelingen

  • Logische IC's
  • Geheugenchips,
  • Interface-IC's (niveauverschuivers, serialisator / de-serialisator, enz.)
  • Stroombeheer IC's
  • Programmeerbare apparaten

Analoge geïntegreerde schakelingen

De analoge geïntegreerde schakelingen werkt door continue signalen aan te pakken en is in staat taken uit te voeren zoals filtering, versterking, demodulatie en modulatie etc. Sensoren, OP-AMP's zijn in wezen analoge IC's

  • Lineaire IC's
  • RF IC's

Gemengd signaal

Wanneer de digitale en analoge IC's op een enkele chip worden gebruikt, staat de resulterende IC bekend als geïntegreerde schakelingen met gemengde signalen.

  • Data-acquisitie-IC's (inclusief A / D-converters, D / A-converter, digitale potentiometers)
  • Klok / timing-IC's

Gebruik van geïntegreerde schakelingen

De geïntegreerde schakeling gebruikt halfgeleidermateriaal (leeschips) als werktafel en vaak wordt silicium voor de taak geselecteerd. Daarna, elektrische componenten zoals diodes, transistors en weerstanden, etc. worden in geminimaliseerde vorm aan deze chip toegevoegd. Elektrische componenten zijn zo met elkaar verbonden dat ze meerdere taken en berekeningen kunnen uitvoeren. Het silicium staat in dit samenstel bekend als een wafel.

Toepassingen van geïntegreerde schakelingen

De toepassingen van een IC's omvatten het volgende

  • Radar
  • Horloges
  • Televisies
  • Sapmachines
  • Pc
  • Videoprocessors
  • Audioversterkers
  • Geheugenapparaten
  • Logische apparaten
  • Radiofrequentie Encoders en decoders

In dit artikel hebben we kort gesproken over de geïntegreerde schakeling, inclusief wat een geïntegreerde schakeling is, hoe geïntegreerde schakelingen worden gemaakt, enzovoort. Er zijn twee soorten methoden gebruikt om geïntegreerde schakelingen te bouwen met behulp van een dopinghalfgeleider in de chipfabriek. We hebben de verschillende soorten geïntegreerde schakelingen behandeld, zoals digitale geïntegreerde schakelingen, analoge geïntegreerde schakelingen en tenslotte gemengde signalen met voorbeelden. Daarnaast zijn ook toepassingen van geïntegreerde schakelingen en toepassingen van geïntegreerde schakelingen besproken.

Bovendien, voor vragen over dit concept of om de elektrische en elektronische projecten uit te voeren , geef alstublieft uw waardevolle suggesties door te reageren in de commentaarsectie hieronder. Hier is een vraag voor jou, wat is de belangrijkste functie van een IC?