Nə etmək lazımdır

İNTEQRAL SXEMLƏR. MİKROELEKTRON CİHAZLARIN QURULMASI, QURĞULAR VƏ SİSTEMLƏR



3.1. İnteqral yarımkeçirici sxemlər

Yarımkeçirici sənayenin əsas inkişaf istiqamətləri aşağıdakılardır:

• 
  hər il qiymətin təqribən 25% azaldılması;
  
• 
  təxminən hər 18 aydan bir elementlərin yerləşdirilmə sıxlığının ikiqat artırılması;
  
• 
  periferiya qurğuları funksiyasının kristalda inteqrasiyası səbəbindən sxemlərin mürəkkəbliyinin artırılması;
  
• 
  sürət (məsələn, mikroprosessorların takt tezliyi);
  
• 
  tələb edilən güc, bu xüsusilə batareyadan qidalanan qurğulara aiddir;
  
• 
  əlavə funksional imkanların, məsələn, yaddaşın, və interfeyslərin – vericilərin və icra qurğularının inteqrasiyası.
  

Bu gün bir kristalda inteqrasiya oluna bilən tranzistorların və digər yarımkeçirici cihazların sayı bir neçə milyarda çatır. İnteqral sxemlərin hazırlanması keçirici və izoləedici təbəqələrin aşqarlanması, çökdürülməsi, həmçinin litoqrafiyanın və tozlandırmanın köməyi ilə üfüqi strukturun yaradılması proseslərinin mürəkkəb ardıcıllığına əsaslanır. Yarımkeçirici sənayenin inkişafı müvafiq xassələrə (bircinslik, seçicilik, təmizlik, texnoloji uyğunluq) malik uyğun materialların və xüsusi texnoloji avadanlığın işlənib hazırlanması ilə bağlıdır. O cümlədən, fotolitoqrafiya prosesi bir neçə il ərzində təkmilləşmişdir ki, nəticədə indi işığın dalğa uzunluğundan daha kiçik ölçülü strukturlar hazırlamaq mümkündür. Çökdürmə prosesi üçün bir atom qalınlıqlı təbəqələr çökdürməyə imkan verən avadanlıq mövcuddur, müasir komponentlərdə istifadə edilən təbəqələrin qalınlığı isə 3...4 atom diapazonundadır. Lövhənin bircinsliyinə (məsələn, 300 mm ölçülü) və qüsursuz təbəqələrin alınmasına nail olmaq üçün xeyli çətinlikləri aşmaq lazım gəldi. Yüksək ayırdetmə qabiliyyəti ilə bağlı olan kiçik fokus məsafələri üçün səthin xüsusi hamarlanması prosesləri (kimyəvi-mexaniki cilalama) işlənib hazırlanmışdır.
Ayrıca bitmiş lövhənin hazırlanması adətən yüzlərlə mərhələdən ibarət olur. İstehsal prosesində materialın hazırlanma dəqiqliyinə və təmizliyinə diqqət yetirmək lazımdır, belə ki,mikroskopik strukturlar üçün hətta cüzi meyletmələr də böyük nəticələrə malik olur. İstehsalın ayrı-ayrı mərhələlərində dəqiqliyin tələb edilən hüdudlarından kənaraçıxma yararlı mikrosxemlərin çıxış faizini xeyli azalda bilər.
Son cihazların takt tezliyi, enerji sərfiyyatı və qabarit ölçülər üzrə komponentlərə qoyduğu tələblər səbəbindən cihazların hazırlanması proseslərinin “İşlənmə - Topologiya – Şablonlar – Lövhə - Ölçmələr – Korpuslaşdırma – Tamamlayıcı sınaqlar” klassik zənciri ayrı-ayrı mərhələlərə dəqiq bölünməyə malik deyil. Müasir metodlar lövhə-korpus kompleks həllərini, “sistem korpusda” konsepsiyalarının və modul konsepsiyaların istifadəsini nəzərdə tutur. İstehsal həcminin artması ilə müasir xüsusiləşdirilmiş korpuslar üçün bir neçə çipin (ASIC + yaddaş + analoq interfeys + MEMS) üçölçülü (3D) inteqrasiyasının istifadəsi hesabına qiymətin optimallaşdırılmasına nail olmaq olar.
Bipolyar mikrosxemlər
Bir neçə komponentin inteqrasiyasına görə ilk patent Texas Instruments-dən Cek Kilbi (Jack S. Kilby) və Fairchild Semiconductors-da Uilyam Şokli ilə əməkdaşlıq etmiş Robert Noys (Robert N. Noyce) tərəfindən 1959-cu ildə müstəqil olaraq alındı. Bunun nəticəsində ixtiraçılıq hüquqları barədə yaranan mübahisə ABŞ-nın apellyasiya məhkəməsi tərəfindən elə həll edildi ki, hər iki tərəf eyni bərabər hüquqlara malik oldu. İlk inteqral sxem (İS) bipolyar tranzistordan, üç rezistordan və kondensatordan (Kilbi germanium istifadə edirdi) ibarət idi. Yeni texnologiyaya kompüter sənayesi tərəfindən böyük maraq oldu, belə ki, İS yaranana qədər burada əksər hallarda identik olan çoxlu sayda ayrı-ayrı sxemlərin hazırlanması lazım gəlirdi. Tezliklə, 1961-ci və 1963-cü illər arasında rezistor-tranzistor məntiqini (RTM) (Fairchild), diod-tranzistor məntiqini (DTM) (Signetics), tranzistor-tranzistor məntiqini (TTM) (Pacific Semiconductors) və emitter-əlaqəli məntiqi (EƏM) (Motorola) istifadə edən mikrosxemlər yarandı. TTM-məntiq (xüsusilə Texas Instruments-in istehsal etdiyi 7400 seriyası) və EƏM-məntiq rəqəmsal qurğularda çox tez geniş tətbiq tapdılar. Tezliklə, böyük çətinliklərə baxmayaraq, analoq inteqral mikrosxemlərin istehsalında da uğur əldə edilməyə nail olundu. İnteqral əməliyyat gücləndiricilərinin istehsalına başlayan Faichild və National Semiconductor şirkətlərini xüsusi qeyd etmək lazımdır.