stringtranslate.com

Интегральная схема

Микроскопическое изображение кристалла интегральной схемы, используемой для управления ЖК-дисплеями . Выводы — это темные круги, окружающие интегральную схему.

Интегральная схема ( ИС ), также известная как микрочип , компьютерный чип или просто чип , представляет собой небольшое электронное устройство, состоящее из нескольких взаимосвязанных электронных компонентов, таких как транзисторы , резисторы и конденсаторы . Эти компоненты вытравлены на небольшом куске полупроводникового материала, обычно кремния . Интегральные схемы используются в широком спектре электронных устройств, включая компьютеры , смартфоны и телевизоры , для выполнения различных функций, таких как обработка и хранение информации. Они оказали большое влияние на область электроники, обеспечив миниатюризацию устройств и расширенную функциональность.

Интегральные схемы на порядок меньше, быстрее и дешевле, чем схемы, состоящие из дискретных компонентов, что позволяет использовать большее количество транзисторов .

Массовое производство ИС , надежность и блочный подход к проектированию интегральных схем обеспечили быстрое внедрение стандартизированных ИС вместо конструкций с использованием дискретных транзисторов. ИС теперь используются практически во всем электронном оборудовании и произвели революцию в мире электроники . Компьютеры, мобильные телефоны и другие бытовые приборы теперь являются неотъемлемыми частями структуры современных обществ, что стало возможным благодаря небольшому размеру и низкой стоимости ИС, таких как современные компьютерные процессоры и микроконтроллеры .

Сверхкрупномасштабная интеграция стала практичной благодаря технологическим достижениям в производстве полупроводниковых устройств . С момента своего появления в 1960-х годах размер, скорость и емкость чипов значительно возросли, что обусловлено техническими достижениями, которые позволяют размещать все больше и больше транзисторов на чипах того же размера — современный чип может иметь много миллиардов транзисторов на площади размером с человеческий ноготь. Эти достижения, примерно следующие закону Мура , позволяют современным компьютерным чипам обладать в миллионы раз большей емкостью и в тысячи раз большей скоростью, чем компьютерные чипы начала 1970-х годов.

У ИС есть три основных преимущества перед схемами, построенными из дискретных компонентов: размер, стоимость и производительность. Размер и стоимость низкие, поскольку чипы со всеми их компонентами печатаются как единое целое с помощью фотолитографии , а не изготавливаются по одному транзистору за раз. Кроме того, корпусированные ИС используют гораздо меньше материала, чем дискретные схемы. Производительность высокая, поскольку компоненты ИС переключаются быстро и потребляют сравнительно мало энергии из-за их небольшого размера и близости. Главным недостатком ИС является высокая начальная стоимость их проектирования и огромные капитальные затраты на заводское строительство. Эта высокая начальная стоимость означает, что ИС коммерчески жизнеспособны только тогда, когда ожидаются большие объемы производства .

Терминология

Интегральная схема определяется как: [1]

Цепь, в которой все или некоторые элементы цепи неразрывно связаны и электрически соединены между собой, так что она считается неделимой для целей строительства и торговли.

В строгом смысле интегральная схема относится к однокомпонентной конструкции схемы, изначально известной как монолитная интегральная схема , которая состоит из одного куска кремния. [2] [3] В общем смысле схемы, не соответствующие этому строгому определению, иногда называются ИС, которые построены с использованием множества различных технологий, например, 3D ИС , 2.5D ИС , MCM , тонкопленочные транзисторы , толстопленочные технологии или гибридные интегральные схемы . Выбор терминологии часто появляется в дискуссиях, связанных с тем, устарел ли закон Мура .

Оригинальная интегральная схема Джека Килби ; первая в мире. Изготовлена ​​из германия с золотыми проволочными соединениями.

История

Ранней попыткой объединения нескольких компонентов в одном устройстве (как современные ИС) была вакуумная лампа Loewe 3NF, впервые созданная в 1926 году. [4] [5] В отличие от ИС, она была разработана с целью уклонения от уплаты налогов , так как в Германии радиоприемники облагались налогом, который взимался в зависимости от того, сколько держателей ламп имел радиоприемник. Это позволяло радиоприемникам иметь один держатель ламп. Было изготовлено один миллион, и это было «первым шагом в интеграции радиоэлектронных устройств». [6] Устройство содержало усилитель , состоящий из трех триодов, двух конденсаторов и четырех резисторов в шестиконтактном устройстве. [7] Радиоприемники с Loewe 3NF были дешевле других радиоприемников, [8] демонстрируя одно из преимуществ интеграции по сравнению с использованием дискретных компонентов , которое будет видно десятилетия спустя с ИС. [9]

Ранние концепции интегральной схемы восходят к 1949 году, когда немецкий инженер Вернер Якоби [10] ( Siemens AG ) [11] подал патент на полупроводниковое усилительное устройство, похожее на интегральную схему [12], показывающее пять транзисторов на общей подложке в трехкаскадной схеме усилителя . Якоби раскрыл небольшие и дешевые слуховые аппараты как типичные промышленные применения своего патента. О непосредственном коммерческом использовании его патента не сообщалось.

Другим ранним сторонником этой концепции был Джеффри Даммер (1909–2002), ученый-радар, работавший в Королевском радиолокационном учреждении Министерства обороны Великобритании . Даммер представил идею публике на Симпозиуме по прогрессу в области качественных электронных компонентов в Вашингтоне, округ Колумбия , 7 мая 1952 года. [13] Он провел много симпозиумов публично, чтобы пропагандировать свои идеи, и безуспешно пытался построить такую ​​схему в 1956 году. Между 1953 и 1957 годами Сидни Дарлингтон и Ясуо Таруи ( Электротехническая лаборатория ) предложили похожие конструкции чипов, в которых несколько транзисторов могли совместно использовать общую активную область, но не было никакой электрической изоляции , чтобы отделить их друг от друга. [10]

Монолитный интегральный чип стал возможным благодаря изобретениям планарного процесса Жаном Эрни и изоляции p–n-перехода Куртом Леховцем . Изобретение Эрни было основано на работах Карла Фроша и Линкольна Дерика по защите поверхности и пассивации путем маскирования и предварительного осаждения диоксида кремния, [14] [15] [16], а также на работах Фуллера, Дитценбергера и других по диффузии примесей в кремний. [17] [18] [19] [20] [21]

Первые интегральные схемы

Роберт Нойс изобрел первую монолитную интегральную схему в 1959 году. Чип был изготовлен из кремния .

Первоначальная идея ИС заключалась в создании небольших керамических подложек (так называемых микромодулей ), [22] каждая из которых содержала бы один миниатюрный компонент. Затем компоненты можно было бы интегрировать и соединять в двухмерную или трехмерную компактную сетку. Эта идея, которая казалась очень многообещающей в 1957 году, была предложена армии США Джеком Килби [22] и привела к недолговечной Программе микромодулей (похожей на проект Tinkertoy 1951 года). [22] [23] [24] Однако, по мере того, как проект набирал обороты, Килби придумал новую, революционную конструкцию: ИС.

Недавно нанятый Texas Instruments , Килби записал свои первоначальные идеи относительно интегральной схемы в июле 1958 года, успешно продемонстрировав первый рабочий пример интегральной схемы 12 сентября 1958 года. [25] В своей патентной заявке от 6 февраля 1959 года [26] Килби описал свое новое устройство как «корпус из полупроводникового материала… в котором все компоненты электронной схемы полностью интегрированы». [27] Первым заказчиком нового изобретения стали Военно-воздушные силы США . [28] Килби получил Нобелевскую премию по физике 2000 года за свою роль в изобретении интегральной схемы. [29]

Однако изобретение Килби не было настоящим монолитным чипом интегральной схемы, поскольку имело внешние соединения из золотой проволоки, что затруднило бы его массовое производство. [30] Спустя полгода после Килби Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor изобрел первый настоящий монолитный чип ИС. [31] [30] Более практичный, чем реализация Килби, чип Нойса был сделан из кремния , тогда как чип Килби был сделан из германия , а чип Нойса был изготовлен с использованием планарного процесса , разработанного в начале 1959 года его коллегой Жаном Эрни и включавшего критически важные алюминиевые соединительные линии на кристалле. Современные чипы ИС основаны на монолитной ИС Нойса, [31] [30], а не Килби.

Программа НАСА «Аполлон» была крупнейшим потребителем интегральных схем в период с 1961 по 1965 год. [32]

ТТЛинтегральные схемы

Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) была разработана Джеймсом Л. Буйе в начале 1960-х годов в компании TRW Inc. ТТЛ стала доминирующей технологией интегральных схем в период с 1970-х до начала 1980-х годов. [33]

Дов Фроман , израильский инженер-электрик, разработавший EPROM в 1969-1971 гг.

Десятки интегральных схем TTL были стандартным методом построения процессоров мини - компьютеров и мэйнфреймов . Такие компьютеры , как мэйнфреймы IBM 360 , мини-компьютеры PDP-11 и настольный Datapoint 2200, были построены на основе биполярных интегральных схем, [34] либо TTL, либо еще более быстрой эмиттерно-связанной логики (ECL).

МОП-интегральные схемы

Почти все современные микросхемы представляют собой интегральные схемы металл-оксид-полупроводник (МОП), построенные на основе МОП-транзисторов (полевых транзисторов металл-оксид-кремний). [35] МОП-транзистор, изобретенный в Bell Labs между 1955 и 1960 годами, [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] позволил создавать интегральные схемы высокой плотности . [43] В отличие от биполярных транзисторов , которым требовалось несколько этапов для изоляции p–n-перехода транзисторов на кристалле, МОП-транзисторы не требовали таких этапов, но их можно было легко изолировать друг от друга. [44] Его преимущество для интегральных схем было отмечено Давоном Кангом в 1961 году. [45] Список вех IEEE включает первую интегральную схему Килби в 1958 году, [46] планарный процесс Хорни и планарную ИС Нойса в 1959 году. [47]

Самой ранней экспериментальной МОП-ИС, которая была изготовлена, была 16-транзисторная микросхема, созданная Фредом Хейманом и Стивеном Хофштейном в RCA в 1962 году. [48] Позднее General Microelectronics представила первую коммерческую МОП-интегральную схему в 1964 году, [49] 120-транзисторный сдвиговый регистр, разработанный Робертом Норманом. [48] К 1964 году МОП-микросхемы достигли более высокой плотности транзисторов и более низких производственных затрат, чем биполярные микросхемы. МОП-микросхемы еще больше усложнялись со скоростью, предсказанной законом Мура , что привело к появлению крупномасштабной интеграции (БИС) с сотнями транзисторов на одной МОП-микросхеме к концу 1960-х годов. [50]

После разработки самосовмещенного затвора (кремниевого затвора) MOSFET Робертом Кервином, Дональдом Кляйном и Джоном Сарасе в Bell Labs в 1967 году [51] первая технология кремниевых затворов MOS с самосовмещенными затворами , основа всех современных интегральных схем CMOS , была разработана в Fairchild Semiconductor Федерико Фаггином в 1968 году. [52] Применение микросхем MOS LSI в вычислительной технике стало основой для первых микропроцессоров , поскольку инженеры начали осознавать, что полный процессор компьютера может содержаться на одной микросхеме MOS LSI. Это привело к изобретению микропроцессора и микроконтроллера к началу 1970-х годов. [50] В начале 1970-х годов технология интегральных схем MOS позволила реализовать сверхбольшую интеграцию (VLSI) более 10 000 транзисторов на одной микросхеме. [53]

Сначала компьютеры на основе МОП имели смысл только тогда, когда требовалась высокая плотность, например, в аэрокосмической отрасли и карманных калькуляторах . Компьютеры, построенные полностью на основе ТТЛ, такие как Datapoint 2200 1970 года , были намного быстрее и мощнее, чем однокристальные микропроцессоры МОП, такие как Intel 8008 1972 года, до начала 1980-х годов. [34]

Достижения в области технологии ИС, в первую очередь меньшие элементы и большие чипы, позволили удваивать количество МОП-транзисторов в интегральной схеме каждые два года, тенденция, известная как закон Мура. Мур первоначально заявил, что оно будет удваиваться каждый год, но в 1975 году он изменил утверждение на каждые два года. [54] Эта увеличенная емкость использовалась для снижения стоимости и повышения функциональности. В целом, по мере уменьшения размера элемента улучшается почти каждый аспект работы ИС. Стоимость транзистора и потребляемая мощность переключения на транзистор снижаются, в то время как емкость памяти и скорость увеличиваются через соотношения, определяемые масштабированием Деннарда ( масштабирование МОП-транзисторов ). [55] Поскольку для конечного пользователя очевидны выигрыши в скорости, емкости и энергопотреблении, между производителями идет жесткая конкуренция за использование более тонких геометрий. За эти годы размеры транзисторов уменьшились с десятков микрометров в начале 1970-х до 10 нанометров в 2017 году [56] с соответствующим увеличением транзисторов на единицу площади в миллион раз. По состоянию на 2016 год типичные площади чипов составляют от нескольких квадратных миллиметров до примерно 600 мм 2 , с до 25 миллионами транзисторов на мм 2 . [57]

Ожидаемое сокращение размеров элементов и необходимый прогресс в смежных областях прогнозировались в течение многих лет Международной технологической дорожной картой для полупроводников (ITRS). Окончательная версия ITRS была выпущена в 2016 году, и ее заменяет Международная дорожная карта для устройств и систем . [58]

Изначально ИС были строго электронными устройствами. Успех ИС привел к интеграции других технологий в попытке получить те же преимущества малого размера и низкой стоимости. Эти технологии включают механические устройства, оптику и датчики.

По состоянию на 2018 год подавляющее большинство всех транзисторов представляют собой МОП-транзисторы, изготовленные в один слой на одной стороне кристалла кремния в плоском двумерном планарном процессе . Исследователи создали прототипы нескольких многообещающих альтернатив, таких как:

Поскольку становится все труднее производить все меньшие транзисторы, компании используют многочиповые модули / чиплеты , трехмерные интегральные схемы , пакет на пакете , высокоскоростную память и сквозные кремниевые переходные отверстия с укладкой кристаллов для повышения производительности и уменьшения размера без необходимости уменьшения размера транзисторов. Такие методы в совокупности известны как усовершенствованная упаковка . [69] Усовершенствованная упаковка в основном делится на 2.5D и 3D упаковку. 2.5D описывает такие подходы, как многочиповые модули, в то время как 3D описывает подходы, при которых кристаллы укладываются друг на друга тем или иным образом, например, пакет на пакет и высокоскоростная память. Все подходы включают 2 или более кристаллов в одном корпусе. [70] [ 71] [72] [73] [74] В качестве альтернативы, такие подходы, как 3D NAND, укладывают несколько слоев на один кристалл. Была продемонстрирована технология, включающая микрожидкостное охлаждение на интегральных схемах для улучшения эффективности охлаждения [75], а также термоэлектрические охладители Пельтье на припойных столбиках или термоприпойных столбиках, используемых исключительно для рассеивания тепла, используемых в перевернутом кристалле . [76] [77]

Дизайн

Виртуальная деталь интегральной схемы через четыре слоя планаризованных медных межсоединений , вплоть до поликремния (розовый), ячеек (сероватый) и подложки (зеленый)

Стоимость проектирования и разработки сложной интегральной схемы довольно высока, обычно она составляет несколько десятков миллионов долларов. [78] [79] Поэтому экономически целесообразно производить интегральные схемы только большими объемами, так как единовременные затраты на проектирование (NRE) обычно распределяются между миллионами производственных единиц.

Современные полупроводниковые чипы имеют миллиарды компонентов и слишком сложны, чтобы их проектировать вручную. Программные инструменты, помогающие проектировщику, необходимы. Автоматизация электронного проектирования (EDA), также называемая электронным автоматизированным проектированием (ECAD), [80] представляет собой категорию программных инструментов для проектирования электронных систем , включая интегральные схемы. Инструменты работают вместе в потоке проектирования , который инженеры используют для проектирования, проверки и анализа целых полупроводниковых чипов. Некоторые из новейших инструментов EDA используют искусственный интеллект (ИИ), чтобы помочь инженерам сэкономить время и улучшить производительность чипа.

Типы

ИС аналого-цифрового преобразователя в DIP-корпусе

Интегральные схемы можно в целом разделить на аналоговые [81] , цифровые [82] и схемы со смешанными сигналами [83] , состоящие из аналоговых и цифровых сигналов на одной и той же ИС.

Цифровые интегральные схемы могут содержать миллиарды [57] логических вентилей , триггеров , мультиплексоров и других схем на площади в несколько квадратных миллиметров. Небольшой размер этих схем обеспечивает высокую скорость, низкое рассеивание мощности и снижение стоимости производства по сравнению с интеграцией на уровне платы. Эти цифровые ИС, обычно микропроцессоры , DSP и микроконтроллеры , используют булеву алгебру для обработки сигналов «единица» и «ноль» .

Кристалл Intel 8742 , 8-битный NMOS- микроконтроллер , включающий в себя центральный процессор, работающий на частоте 12 МГц, 128 байт ОЗУ , 2048 байт EPROM и ввод-вывод на одном чипе.

Среди наиболее продвинутых интегральных схем — микропроцессоры или « ядра », используемые в персональных компьютерах, сотовых телефонах, микроволновых печах и т. д. Несколько ядер могут быть объединены вместе в одну ИС или чип. Цифровые чипы памяти и специализированные интегральные схемы (ASIC) являются примерами других семейств интегральных схем.

В 1980-х годах были разработаны программируемые логические устройства . Эти устройства содержат схемы, логическая функция и связь которых могут быть запрограммированы пользователем, а не зафиксированы производителем интегральных схем. Это позволяет программировать чип для выполнения различных функций типа LSI, таких как логические вентили , сумматоры и регистры . Программируемость бывает разных форм — устройства, которые можно запрограммировать только один раз , устройства, которые можно стереть и затем перепрограммировать с помощью УФ-света , устройства, которые можно (пере)программировать с помощью флэш-памяти , и программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA), которые можно программировать в любое время, в том числе во время работы. Текущие FPGA могут (по состоянию на 2016 год) реализовать эквивалент миллионов вентилей и работать на частотах до 1 ГГц . [84]

Аналоговые ИС, такие как датчики , схемы управления питанием и операционные усилители (ОУ), обрабатывают непрерывные сигналы и выполняют аналоговые функции, такие как усиление , активная фильтрация , демодуляция и микширование .

Микросхемы могут объединять аналоговые и цифровые схемы на чипе для создания таких функций, как аналого-цифровые преобразователи и цифро-аналоговые преобразователи . Такие схемы со смешанными сигналами имеют меньший размер и более низкую стоимость, но должны учитывать помехи сигнала. До конца 1990-х годов радиоприемники не могли быть изготовлены с использованием тех же недорогих процессов CMOS, что и микропроцессоры. Но с 1998 года радиочипы были разработаны с использованием процессов RF CMOS . Примерами являются беспроводной телефон Intel DECT или чипы 802.11 ( Wi-Fi ), созданные Atheros и другими компаниями. [85]

Современные дистрибьюторы электронных компонентов часто подразделяют интегральные схемы на следующие подкатегории:

Производство

Изготовление

Визуализация небольшой стандартной ячейки с тремя металлическими слоями ( диэлектрик удален). Структуры песочного цвета — это металлические соединения , а вертикальные столбы — это контакты, обычно вольфрамовые штекеры . Красноватые структуры — это затворы из поликремния, а твердое тело внизу — это кристаллический кремниевый массив.
Схематическая структура чипа CMOS , созданного в начале 2000-х годов. На рисунке показаны LDD-MISFET на подложке SOI с пятью слоями металлизации и припоем для соединения перевернутого кристалла. Также показан раздел для FEOL (внешняя часть линии), BEOL (задняя часть линии) и первые части бэкэнд-процесса.

Полупроводники периодической таблицы химических элементов были определены как наиболее вероятные материалы для твердотельной вакуумной трубки . Начиная с оксида меди , переходя к германию , затем к кремнию , материалы систематически изучались в 1940-х и 1950-х годах. Сегодня монокристаллический кремний является основным субстратом , используемым для ИС, хотя некоторые соединения III-V периодической таблицы, такие как арсенид галлия, используются для специализированных приложений, таких как светодиоды , лазеры , солнечные элементы и самые быстродействующие интегральные схемы. Потребовались десятилетия, чтобы усовершенствовать методы создания кристаллов с минимальными дефектами в кристаллической структуре полупроводниковых материалов .

Полупроводниковые ИС изготавливаются в планарном процессе , который включает три ключевых этапа процесса – фотолитография , осаждение (например, химическое осаждение из паровой фазы ) и травление . Основные этапы процесса дополняются легированием и очисткой. Более современные или высокопроизводительные ИС могут вместо планарных использовать транзисторы FinFET или GAAFET с несколькими затворами , начиная с узла 22 нм (Intel) или узлов 16/14 нм. [86]

В большинстве приложений используются монокристаллические кремниевые пластины (или для специальных приложений используются другие полупроводники, такие как арсенид галлия ). Пластина не обязательно должна быть полностью кремниевой. Фотолитография используется для маркировки различных областей подложки, которые должны быть легированы , или для нанесения на них поликремния, изоляторов или металлических (обычно алюминия или меди) дорожек. Легирующие примеси — это примеси, намеренно вводимые в полупроводник для модуляции его электронных свойств. Легирование — это процесс добавления легирующих примесей в полупроводниковый материал.

Поскольку КМОП-устройство потребляет ток только при переходе между логическими состояниями , КМОП-устройства потребляют гораздо меньше тока, чем устройства на биполярных транзисторах .

Память с произвольным доступом является наиболее обычным типом интегральной схемы; устройства с самой высокой плотностью, таким образом, являются запоминающими устройствами; но даже микропроцессор будет иметь память на чипе. (См. обычную структуру массива в нижней части первого изображения. [ which? ] ) Хотя структуры сложны — с шириной, которая уменьшается в течение десятилетий — слои остаются намного тоньше ширины устройства. Слои материала изготавливаются во многом подобно фотографическому процессу, хотя световые волны в видимом спектре не могут использоваться для «экспонирования» слоя материала, поскольку они были бы слишком велики для элементов. Таким образом, фотоны более высоких частот (обычно ультрафиолетовые ) используются для создания узоров для каждого слоя. Поскольку каждый элемент настолько мал, электронные микроскопы являются важнейшими инструментами для инженера- технолога , который может отлаживать процесс изготовления.

Каждое устройство перед упаковкой тестируется с использованием автоматизированного испытательного оборудования (ATE) в процессе, известном как тестирование пластин или зондирование пластин. Затем пластина разрезается на прямоугольные блоки, каждый из которых называется кристаллом . Каждый хороший кристалл (множественное число dice , dies или die ) затем соединяется в корпус с помощью алюминиевых (или золотых) соединительных проводов , которые термозвуковым способом прикрепляются [88] к площадкам , обычно находящимся по краю кристалла. Термозвуковое соединение было впервые введено А. Кукуласом, которое обеспечило надежное средство формирования этих жизненно важных электрических соединений с внешним миром. После упаковки устройства проходят окончательное тестирование на том же или аналогичном ATE, которое использовалось во время зондирования пластин. Также может использоваться промышленная компьютерная томография . Стоимость тестирования может составлять более 25% от стоимости изготовления для недорогих продуктов, но может быть незначительной для малопроизводительных, более крупных или дорогих устройств.

По состоянию на 2022 год стоимость строительства производственного объекта ( обычно называемого полупроводниковой фабрикой ) может превышать 12 миллиардов долларов США. [89] Стоимость производственного объекта со временем увеличивается из-за увеличения сложности новых продуктов; это известно как закон Рока . Такой объект характеризуется:

Микросхемы могут изготавливаться либо собственными силами производителей интегрированных устройств (IDM), либо с использованием модели литейного производства . IDM — это вертикально интегрированные компании (например, Intel и Samsung ), которые проектируют, производят и продают собственные микросхемы и могут предлагать услуги по проектированию и/или производству (литейному производству) другим компаниям (последние часто — компаниям без собственных производственных мощностей). В модели литейного производства компании без собственных производственных мощностей (например, Nvidia ) только проектируют и продают микросхемы и передают все производство на аутсорсинг чистым литейным заводам , таким как TSMC . Эти литейные заводы могут предлагать услуги по проектированию микросхем.

Упаковка

Советский nMOS- чип MSI, изготовленный в 1977 году, часть набора из четырех чипов калькулятора, разработанного в 1970 году [90]

Самые ранние интегральные схемы были упакованы в керамические плоские корпуса , которые продолжали использоваться военными из-за их надежности и небольшого размера в течение многих лет. Коммерческая упаковка схем быстро перешла на двухрядный корпус (DIP), сначала в керамический, а затем в пластиковый, который обычно представляет собой крезол - формальдегид - новолак . В 1980-х годах количество выводов схем VLSI превысило практический предел для корпуса DIP, что привело к появлению корпусов с матрицей выводов (PGA) и безвыводных чип-носителей (LCC). Корпус для поверхностного монтажа появился в начале 1980-х годов и стал популярным в конце 1980-х годов, используя более мелкий шаг выводов с выводами, сформированными либо в виде крыла чайки, либо в виде J-вывода, примером чего является корпус малогабаритной интегральной схемы (SOIC) — носитель, который занимает площадь примерно на 30–50% меньше, чем эквивалентный DIP, и обычно на 70% тоньше. В этом корпусе выводы типа «крыло чайки» выступают из двух длинных сторон, а расстояние между выводами составляет 0,050 дюйма.

В конце 1990-х годов для устройств с большим количеством выводов наиболее распространенными стали пластиковые корпуса с квадратным плоским корпусом (PQFP) и тонким корпусом с малым контуром (TSOP), хотя корпуса PGA по-прежнему используются для высокопроизводительных микропроцессоров .

Корпуса BGA ( Ball Grid Array ) существуют с 1970-х годов. Корпуса Flip-chip Ball Grid Array , которые допускают гораздо большее количество выводов, чем другие типы корпусов, были разработаны в 1990-х годах. В корпусе FCBGA кристалл монтируется вверх дном (перевернутым) и подключается к шарикам корпуса через подложку корпуса, которая похожа на печатную плату, а не проводами. Корпуса FCBGA позволяют распределить массив входных-выходных сигналов (называемый Area-I/O) по всему кристаллу, а не ограничиваться его периферией. Устройства BGA имеют то преимущество, что не нуждаются в специальном разъеме, но их гораздо сложнее заменить в случае выхода устройства из строя.

Intel перешла от PGA к LGA и BGA, начиная с 2004 года, а последний сокет PGA был выпущен в 2014 году для мобильных платформ. По состоянию на 2018 год AMD использует пакеты PGA на основных процессорах для настольных ПК, [91] пакеты BGA на мобильных процессорах, [92] а высокопроизводительные настольные и серверные микропроцессоры используют пакеты LGA. [93]

Электрические сигналы, покидающие кристалл, должны проходить через материал, электрически соединяющий кристалл с корпусом, через проводящие дорожки (пути) в корпусе, через выводы, соединяющие корпус с проводящими дорожками на печатной плате . Материалы и структуры, используемые на пути, по которому должны проходить эти электрические сигналы, имеют совершенно иные электрические свойства по сравнению с теми, которые проходят в разные части того же кристалла. В результате они требуют специальных методов проектирования, чтобы гарантировать, что сигналы не будут искажены, и гораздо больше электроэнергии, чем сигналы, ограниченные самим кристаллом.

Когда несколько кристаллов помещаются в один корпус, получается система в корпусе , сокращенно SiP . Многокристальный модуль ( MCM ) создается путем объединения нескольких кристаллов на небольшой подложке, часто изготавливаемой из керамики. Различие между большим MCM и маленькой печатной платой иногда нечеткое.

Корпусные интегральные схемы обычно достаточно велики, чтобы включать идентификационную информацию. Четыре общих раздела — это название или логотип производителя, номер детали, номер партии производства детали и серийный номер , а также четырехзначный код даты, чтобы идентифицировать, когда был изготовлен чип. Очень маленькие детали поверхностного монтажа часто имеют только номер, используемый в справочной таблице производителя для поиска характеристик интегральной схемы.

Дата изготовления обычно представлена ​​в виде двузначного года, за которым следует двузначный код недели, например, деталь с кодом 8341 была изготовлена ​​на 41-й неделе 1983 года или приблизительно в октябре 1983 года.

Интеллектуальная собственность

Возможность копирования путем фотографирования каждого слоя интегральной схемы и подготовки фотошаблонов для ее производства на основе полученных фотографий является причиной введения законодательства о защите топологий. Закон США о защите полупроводниковых чипов 1984 года установил защиту интеллектуальной собственности для фотошаблонов, используемых для производства интегральных схем. [94]

Дипломатическая конференция, состоявшаяся в Вашингтоне, округ Колумбия, в 1989 году приняла Договор об интеллектуальной собственности в отношении интегральных схем, [95] также называемый Вашингтонским договором или Договором IPIC. В настоящее время договор не вступил в силу, но был частично интегрирован в соглашение ТРИПС . [96]

С интегральной схемой связано несколько патентов США, в том числе патенты Дж. С. Килби (US3,138,743 , US3,261,081 , US3,434,015 ) и Р. Ф. Стюарта (US3,138,747 ) .

Национальные законы, защищающие топологии микросхем, были приняты в ряде стран, включая Японию, [97] ЕС , [98] Великобританию, Австралию и Корею. Великобритания приняла Закон об авторском праве, промышленных образцах и патентах 1988 г., гл. 48, § 213, после того как изначально заняла позицию, что ее закон об авторском праве полностью защищает топологии микросхем. См. British Leyland Motor Corp. против Armstrong Patents Co.

Критика неадекватности подхода Великобритании к авторскому праву, воспринятого американской индустрией микросхем, обобщена в дальнейших разработках в области прав на микросхемы. [99]

Австралия приняла Закон о топологии схем 1989 года как своеобразную форму защиты микросхем. [100] Корея приняла Закон о топологии-проектировании полупроводниковых интегральных схем в 1992 году. [101]

Поколения

На заре простых интегральных схем масштабность технологии ограничивала каждый чип всего несколькими транзисторами , а низкая степень интеграции означала, что процесс проектирования был относительно простым. Производственные выходы также были довольно низкими по сегодняшним меркам. По мере развития технологии металл-оксид-полупроводник (МОП) миллионы, а затем и миллиарды МОП-транзисторов могли быть размещены на одном чипе, [102] и хорошие проекты требовали тщательного планирования, что привело к появлению области автоматизации электронного проектирования , или EDA. Некоторые микросхемы SSI и MSI, такие как дискретные транзисторы , все еще производятся массово, как для обслуживания старого оборудования, так и для создания новых устройств, которым требуется всего несколько вентилей. Например, серия 7400 микросхем TTL стала фактическим стандартом и остается в производстве.

Маломасштабная интеграция (SSI)

Первые интегральные схемы содержали всего несколько транзисторов. Ранние цифровые схемы, содержащие десятки транзисторов, обеспечивали несколько логических вентилей, а ранние линейные ИС, такие как Plessey SL201 или Philips TAA320, имели всего два транзистора. С тех пор количество транзисторов в интегральной схеме значительно возросло. Термин «большая интеграция» (БИС) впервые был использован ученым IBM Рольфом Ландауэром при описании теоретической концепции; [105] этот термин дал начало терминам «малая интеграция» (SSI), «средняя интеграция» (MSI), «очень большая интеграция» (VLSI) и «сверхбольшая интеграция» (ULSI). Ранние интегральные схемы были SSI.

Схемы SSI имели решающее значение для ранних аэрокосмических проектов, а аэрокосмические проекты помогли вдохновить разработку этой технологии. И ракета Minuteman, и программа Apollo нуждались в легких цифровых компьютерах для своих инерциальных систем наведения. Хотя компьютер Apollo Guidance Computer лидировал и мотивировал технологию интегральных схем, [106] именно ракета Minuteman заставила ее начать массовое производство. Программа ракет Minuteman и различные другие программы ВМС США составили общий рынок интегральных схем на сумму 4 миллиона долларов в 1962 году, а к 1968 году расходы правительства США на космос и оборону по-прежнему составляли 37% от общего объема производства в размере 312 миллионов долларов.

Спрос со стороны правительства США поддерживал зарождающийся рынок интегральных схем до тех пор, пока издержки не упали достаточно, чтобы позволить фирмам, производящим интегральные схемы, проникнуть на промышленный рынок и, в конечном итоге, на потребительский рынок. Средняя цена за интегральную схему снизилась с 50 долларов в 1962 году до 2,33 долларов в 1968 году . [107] Интегральные схемы начали появляться в потребительских товарах к началу десятилетия 1970-х годов. Типичным применением была обработка звука между несущими FM в телевизионных приемниках.

Первыми микросхемами МОП- применения были микросхемы малой интеграции (SSI). [108] После предложения Мохамеда М. Аталлы микросхемы МОП-интегральной схемы в 1960 году [109] самым первым экспериментальным микросхемой МОП, которая была изготовлена, была микросхема с 16 транзисторами, созданная Фредом Хейманом и Стивеном Хофштейном в RCA в 1962 году. [48] Первым практическим применением микросхем МОП-SSI стали спутники НАСА . [108]

Среднемасштабная интеграция (MSI)

Следующим шагом в развитии интегральных схем стало появление устройств, содержащих сотни транзисторов на каждом кристалле, называемых «средней степенью интеграции» (MSI).

Технология масштабирования MOSFET позволила создавать чипы с высокой плотностью размещения транзисторов. [43] К 1964 году чипы MOS достигли более высокой плотности размещения транзисторов и более низких производственных затрат, чем биполярные чипы. [50]

В 1964 году Фрэнк Ванласс продемонстрировал разработанный им однокристальный 16-битный сдвиговый регистр с невероятными на тот момент 120 МОП-транзисторами на одном кристалле. [108] [110] В том же году General Microelectronics представила первую коммерческую микросхему МОП-интегральной схемы , состоящую из 120 p-канальных МОП- транзисторов. [49] Это был 20-битный сдвиговый регистр , разработанный Робертом Норманом [48] и Фрэнком Ванлассом. [111] [112] Сложность МОП-чипов продолжала расти со скоростью, предсказанной законом Мура , что привело к появлению чипов с сотнями МОП-транзисторов на кристалле к концу 1960-х годов. [50]

Крупномасштабная интеграция (LSI)

Дальнейшее развитие, обусловленное той же технологией масштабирования MOSFET и экономическими факторами, привело к появлению «большой интеграции» (БИС) к середине 1970-х годов с десятками тысяч транзисторов на кристалле. [113]

Маски, используемые для обработки и производства SSI, MSI и ранних устройств LSI и VLSI (таких как микропроцессоры начала 1970-х годов), в основном создавались вручную, часто с использованием рубилитовой ленты или аналогичного материала. [114] Для больших или сложных ИС (таких как память или процессоры ) это часто делали специально нанятые специалисты, отвечающие за компоновку схем, под руководством группы инженеров, которые также, вместе с проектировщиками схем, проверяли и проверяли правильность и полноту каждой маски.

Интегральные схемы, такие как ОЗУ на 1 Кбит, микросхемы калькуляторов и первые микропроцессоры, которые начали производиться в умеренных количествах в начале 1970-х годов, имели менее 4000 транзисторов. Настоящие схемы LSI, приближающиеся к 10 000 транзисторов, начали производиться около 1974 года для основных запоминающих устройств компьютеров и микропроцессоров второго поколения.

Сверхбольшая интеграция (СБИС)

Верхние слои межсоединений на кристалле микропроцессора Intel 80486DX2

«Сверхбольшая интеграция» ( СБИС ) — это разработка, начавшаяся с сотен тысяч транзисторов в начале 1980-х годов, и по состоянию на 2023 год количество транзисторов продолжает расти и превышать 5,3 триллиона транзисторов на кристалл.

Для достижения этой повышенной плотности потребовалось множество разработок. Производители перешли на меньшие правила проектирования MOSFET и более чистые производственные мощности . Путь усовершенствования процесса был обобщен в Международной технологической карте для полупроводников (ITRS), которая с тех пор была заменена Международной дорожной картой для приборов и систем (IRDS). Электронные инструменты проектирования улучшились, что сделало практичным завершение проектов в разумные сроки. Более энергоэффективные CMOS заменили NMOS и PMOS , избежав чрезмерного увеличения энергопотребления . Сложность и плотность современных устройств VLSI сделали больше невозможным проверку масок или выполнение оригинального проекта вручную. Вместо этого инженеры используют инструменты EDA для выполнения большинства работ по функциональной проверке . [115]

В 1986 году были представлены чипы оперативной памяти (RAM) объемом в один мегабит , содержащие более миллиона транзисторов. Микропроцессорные чипы преодолели отметку в миллион транзисторов в 1989 году и отметку в миллиард транзисторов в 2005 году. [116] Тенденция в значительной степени продолжается, и чипы, представленные в 2007 году, содержат десятки миллиардов транзисторов памяти. [117]

ULSI, WSI, SoC и 3D-IC

Чтобы отразить дальнейший рост сложности, для чипов, содержащих более 1 миллиона транзисторов, был предложен термин ULSI , что означает «сверхбольшая интеграция». [118]

Интеграция в масштабе пластины (WSI) — это способ создания очень больших интегральных схем, использующих целую кремниевую пластину для производства одного «суперчипа». Благодаря сочетанию большого размера и уменьшенной упаковки WSI может привести к значительному снижению затрат для некоторых систем, в частности, для суперкомпьютеров с массовым параллелизмом. Название взято из термина Very-Large-Scale Integration, текущего состояния дел, когда разрабатывался WSI. [119] [120]

Система на кристалле (SoC или SOC) — это интегральная схема, в которой все компоненты, необходимые для компьютера или другой системы, включены в один кристалл. Конструкция такого устройства может быть сложной и дорогостоящей, и хотя преимущества производительности могут быть получены за счет интеграции всех необходимых компонентов на одном кристалле, стоимость лицензирования и разработки машины с одним кристаллом все равно перевешивает наличие отдельных устройств. При соответствующем лицензировании эти недостатки компенсируются более низкими затратами на производство и сборку, а также значительно сокращенным бюджетом мощности: поскольку сигналы между компонентами хранятся на кристалле, требуется гораздо меньше энергии (см. Упаковка). [121] Кроме того, источники и пункты назначения сигналов физически находятся ближе на кристалле, что сокращает длину проводки и, следовательно, задержку , затраты на мощность передачи и тепловые потери от связи между модулями на одном кристалле. Это привело к исследованию так называемых устройств Network-on-Chip (NoC), которые применяют методологии проектирования систем на кристалле к цифровым сетям связи в отличие от традиционных архитектур шин .

Трехмерная интегральная схема (3D-IC) имеет два или более слоев активных электронных компонентов, которые интегрированы как вертикально, так и горизонтально в одну схему. Связь между слоями использует сигнализацию на кристалле, поэтому потребление энергии намного ниже, чем в эквивалентных отдельных схемах. Разумное использование коротких вертикальных проводов может существенно сократить общую длину проводов для более быстрой работы. [122]

Силиконовая маркировка и граффити

Для обеспечения идентификации в процессе производства большинство кремниевых чипов имеют серийный номер в одном углу. Также принято добавлять логотип производителя. С тех пор, как были созданы ИС, некоторые разработчики чипов использовали поверхность кремния для скрытых, нефункциональных изображений или слов. Иногда их называют чип-артом , кремниевым искусством, кремниевым граффити или кремниевыми каракулями. [ необходима цитата ]

ИС и семейства ИС

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Интегральная схема (ИС)". JEDEC .
  2. ^ Wylie, Andrew (2009). «Первые монолитные интегральные схемы». Архивировано из оригинала 4 мая 2018 г. . Получено 14 марта 2011 г. В настоящее время, когда люди говорят «интегральная схема», они обычно имеют в виду монолитную ИС, где вся схема построена на одном куске кремния.
  3. ^ Горовиц, Пол ; Хилл, Уинфилд (1989). Искусство электроники (2-е изд.). Cambridge University Press. стр. 61. ISBN 978-0-521-37095-0Интегральные схемы , которые в значительной степени заменили схемы, построенные на дискретных транзисторах, сами по себе представляют собой просто массивы транзисторов и других компонентов, построенных на одном кристалле полупроводникового материала.
  4. ^ Майк Харрисон, Mike's Electric Stuff (1998-2014) Loewe 3NF Multi-lave — первая интегральная схема.
  5. ^ "Радиолампа Loewe 3NF, 1926-1966 | Коллекция Музея науки".
  6. ^ Антон Панкратов (20 ноября 2010 г.) Интегрированная лампа Loewe 3NF
  7. ↑ Клайв Максфилд, EE Times (04.05.2006) Первая «интегральная схема» из 1926 года!
  8. ^ Малановски, Грегори (2011). Гонка за беспроводную связь: как было изобретено (или открыто?) радио. AuthorHouse. ISBN 978-1-4634-3750-3.
  9. ^ Принципы построения интегральных схем СБИС и КМОП. С. Чанд. 2016. ISBN 978-81-219-4000-9.
  10. ^ ab "Кто изобрел ИС?". Блог @CHM. Музей истории компьютеров. 20 августа 2014 г.
  11. ^ "Интегральные схемы помогают изобретениям". Integratedcircuithelp.com . Получено 13 августа 2012 г.
  12. ^ Патент DE 833366, В. Якоби, "Halbleiterverstärker"", опубликован 15 мая 1952 г., передан SIEMENS AG. 
  13. ^ "The Hapless Tale of Geoffrey Dummer". epn-online.com . 1 октября 2005 г. Архивировано из оригинала 26 июля 2011 г.
  14. ^ US2802760A, Линкольн, Дерик и Фрош, Карл Дж., «Окисление полупроводниковых поверхностей для контролируемой диффузии», выпущено 1957-08-13 
  15. ^ Frosch, CJ; Derick, L (1957). «Защита поверхности и селективная маскировка во время диффузии в кремнии». Журнал электрохимического общества . 104 (9): 547. doi :10.1149/1.2428650.
  16. ^ Лойек, Бо (2007). История полупроводниковой инженерии . Springer Science & Business Media . стр. 120. ISBN 9783540342588.
  17. ^ Фуллер, CS; Дитценбергер, JA (1 июля 1953 г.). «Диффузия лития в германий и кремний». Physical Review . 91 (1): 193. Bibcode : 1953PhRv...91..193F. doi : 10.1103/PhysRev.91.193. ISSN  0031-899X.
  18. ^ Фуллер, CS; Стразерс, JD; Дитценбергер, JA; Вольфстирн, KB (15 марта 1954 г.). «Диффузионность и растворимость меди в германии». Physical Review . 93 (6): 1182–1189. Bibcode :1954PhRv...93.1182F. doi :10.1103/PhysRev.93.1182. ISSN  0031-899X.
  19. ^ Фуллер, CS; Дитценбергер, JA (1 мая 1956 г.). «Диффузия донорных и акцепторных элементов в кремнии». Журнал прикладной физики . 27 (5): 544–553. Bibcode : 1956JAP....27..544F. doi : 10.1063/1.1722419. ISSN  0021-8979.
  20. ^ Фуллер, CS; Уилан, JM (1 августа 1958 г.). «Диффузия, растворимость и электрическое поведение меди в арсениде галлия». Журнал физики и химии твердых тел . 6 (2): 173–177. Bibcode :1958JPCS....6..173F. doi :10.1016/0022-3697(58)90091-X. ISSN  0022-3697.
  21. ^ Миллер, Р. К.; Сэвидж, А. (1 декабря 1956 г.). «Диффузия алюминия в монокристаллическом кремнии». Журнал прикладной физики . 27 (12): 1430–1432. Bibcode : 1956JAP....27.1430M. doi : 10.1063/1.1722283. ISSN  0021-8979.
  22. ^ abc Rostky, George. "Micromodules: the ultimate package". EE Times . Архивировано из оригинала 7 января 2010 года . Получено 23 апреля 2018 года .
  23. ^ "The RCA Micromodule". Винтажные компьютерные чипы, коллекционные вещи, памятные вещи и ювелирные изделия . Получено 23 апреля 2018 г.
  24. ^ Даммер, GWA; Робертсон, Дж. Маккензи (16 мая 2014 г.). American Microelectronics Data Annual 1964–65. Elsevier. стр. 392–397, 405–406. ISBN 978-1-4831-8549-1.
  25. ^ «Чип, который построил Джек, изменил мир». ti.com . 9 сентября 1997 г. Архивировано из оригинала 18 апреля 2000 г.{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  26. ↑ Патент США 3138743, Килби, Джек С., «Миниатюрные электронные схемы», опубликован 23 июня 1964 г. 
  27. ^ Уинстон, Брайан (1998). Медиатехнологии и общество: История: от телеграфа до Интернета. Routledge. стр. 221. ISBN 978-0-415-14230-4.
  28. ^ "Texas Instruments – 1961 Первый компьютер на базе ИС". Ti.com . Получено 13 августа 2012 г.
  29. ^ "Нобелевская премия по физике 2000 года". NobelPrize.org . 10 октября 2000 г.
  30. ^ abc "Интегральные схемы". NASA . Получено 13 августа 2019 г.
  31. ^ ab "1959: Запатентована концепция практической монолитной интегральной схемы". Computer History Museum . Получено 13 августа 2019 г.
  32. ^ Холл, Элдон С. (1996). Путешествие на Луну: История бортового компьютера Apollo. Библиотека полетов. Американский институт аэронавтики и астронавтики. С. 18–19. ISBN 978-1-56347-185-8. Получено 5 октября 2023 г. .
  33. ^ "Computer Pioneers – James L. Buie". IEEE Computer Society . Получено 25 мая 2020 г.
  34. ^ ab "Texas Instruments TMX 1795: (почти) первый забытый микропроцессор". Блог Кена Ширриффа . 25 октября 1970 г.
  35. ^ Куо, Юэ (1 января 2013 г.). «Технология тонкопленочных транзисторов — прошлое, настоящее и будущее» (PDF) . Интерфейс Электрохимического общества . 22 (1): 55–61. Bibcode : 2013ECSIn..22a..55K. doi : 10.1149/2.F06131if.
  36. ^ US2802760A, Линкольн, Дерик и Фрош, Карл Дж., «Окисление полупроводниковых поверхностей для контролируемой диффузии», выпущено 1957-08-13 
  37. ^ Хафф, Ховард; Риордан, Майкл (1 сентября 2007 г.). «Фрош и Дерик: Пятьдесят лет спустя (Предисловие)». Интерфейс Электрохимического общества . 16 (3): 29. doi :10.1149/2.F02073IF. ISSN  1064-8208.
  38. ^ Frosch, CJ; Derick, L (1957). «Защита поверхности и селективная маскировка во время диффузии в кремнии». Журнал электрохимического общества . 104 (9): 547. doi :10.1149/1.2428650.
  39. ^ KAHNG, D. (1961). «Устройство на основе поверхности кремния-диоксида кремния». Технический меморандум Bell Laboratories : 583–596. doi :10.1142/9789814503464_0076. ISBN 978-981-02-0209-5.
  40. ^ Лойек, Бо (2007). История полупроводниковой инженерии . Берлин, Гейдельберг: Springer-Verlag Berlin Heidelberg. стр. 321. ISBN 978-3-540-34258-8.
  41. ^ Лигенца, Дж. Р.; Спитцер, В. Г. (1960). «Механизмы окисления кремния в паре и кислороде». Журнал физики и химии твердого тела . 14 : 131–136. Bibcode : 1960JPCS...14..131L. doi : 10.1016/0022-3697(60)90219-5.
  42. ^ Лойек, Бо (2007). История полупроводниковой инженерии . Springer Science & Business Media . стр. 120. ISBN 9783540342588.
  43. ^ ab Laws, Дэвид (4 декабря 2013 г.). «Кто изобрел транзистор?». Музей истории компьютеров .
  44. ^ Бассетт, Росс Нокс (2002). В цифровую эпоху: исследовательские лаборатории, стартапы и рост технологии МОП. Johns Hopkins University Press . С. 53–4. ISBN 978-0-8018-6809-2.
  45. ^ Бассетт, Росс Нокс (2007). В цифровую эпоху: исследовательские лаборатории, стартапы и рост технологии МОП. Johns Hopkins University Press . С. 22–25. ISBN 9780801886393.
  46. ^ "Вехи: Первая полупроводниковая интегральная схема (ИС), 1958". IEEE Global History Network . IEEE . Получено 3 августа 2011 г.
  47. ^ "Вехи: Список вех IEEE – История инженерии и технологий вики". ethw.org . 9 декабря 2020 г.
  48. ^ abcd "Tortoise of Transistors Wins the Race – CHM Revolution". Музей компьютерной истории . Получено 22 июля 2019 г.
  49. ^ ab "1964 – Представлена ​​первая коммерческая МОП-ИС". Музей истории компьютеров .
  50. ^ abcd Ширрифф, Кен (30 августа 2016 г.). «Удивительная история первых микропроцессоров». IEEE Spectrum . 53 (9). Институт инженеров по электротехнике и электронике : 48–54. doi : 10.1109/MSPEC.2016.7551353. S2CID  32003640.
  51. ^ "1968: Разработана технология кремниевых затворов для микросхем". Музей истории компьютеров . Получено 22 июля 2019 г.
  52. ^ "1968: Разработана технология кремниевых затворов для микросхем". Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров . Получено 13 октября 2019 г.
  53. ^ Хиттингер, Уильям С. (1973). «Технология металл–оксид–полупроводник». Scientific American . 229 (2): 48–59. Bibcode : 1973SciAm.229b..48H. doi : 10.1038/scientificamerican0873-48. JSTOR  24923169.
  54. ^ Канеллос, Майкл (11 февраля 2003 г.). «Закон Мура продлится еще одно десятилетие». CNET .
  55. ^ Давари, Биджан, Роберт Х. Деннард и Гавам Г. Шахиди (1995). «Масштабирование КМОП для высокой производительности и низкого энергопотребления — следующие десять лет» (PDF) . Труды IEEE . Т. 83, № 4. С. 595–606.{{cite news}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  56. ^ "Qualcomm и Samsung сотрудничают в области 10-нм технологического процесса для новейшего мобильного процессора Snapdragon 835". news.samsung.com . Получено 11 февраля 2017 г.
  57. ^ ab "Внутри Pascal: новейшая вычислительная платформа NVIDIA". 5 апреля 2016 г.. 15 300 000 000 транзисторов на площади 610 мм 2 .
  58. ^ «Международная дорожная карта для устройств и систем» (PDF) . IEEE. 2016.
  59. ↑ Нобелевская премия по физике 2009 года, Нобелевский фонд, 6 октября 2009 г. , получено 6 октября 2009 г..
  60. ^ Фудзита, Х. (1997). Десятилетие МЭМС и его будущее . Десятый ежегодный международный семинар по микроэлектромеханическим системам. doi :10.1109/MEMSYS.1997.581729.
  61. ^ Нарасимха, А. и др. (2008). «Оптоэлектронный трансивер QSFP 40 Гбит/с в технологии КМОП «кремний на изоляторе» 0,13 мкм». Труды конференции по оптоволоконной связи (OFC) : OMK7.
  62. ^ «Производитель оптических чипов фокусируется на высокопроизводительных вычислениях». 7 апреля 2022 г.
  63. ^ Биркхольц, М.; Май, А.; Венгер, К.; Мелиани, К.; Шольц, Р. (2016). «Технологические модули из микро- и наноэлектроники для наук о жизни». WIREs Nanomed. Nanobiotech . 8 (3): 355–377. doi :10.1002/wnan.1367. PMID  26391194.
  64. ^ Грэм, Энтони HD; Роббинс, Джон; Боуэн, Крис Р.; Тейлор, Джон (2011). «Коммерциализация технологии интегральных схем КМОП в многоэлектродных матрицах для нейронауки и клеточных биосенсоров». Датчики . 11 (5): 4943–4971. Bibcode : 2011Senso..11.4943G. doi : 10.3390/s110504943 . PMC 3231360. PMID  22163884 . 
  65. ^ Ор-Бах, Цви (23 декабря 2013 г.). «Почему SOI — будущая технология полупроводников». semimd.com . Архивировано из оригинала 29 ноября 2014 г.{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ). 2013.
  66. ^ "Восьмислойная вспышка Samsung появилась в iPhone 4 от Apple". Siliconica . 13 сентября 2010 г.
  67. ^ Yamatake Corporation (2002). "Сферический полупроводниковый радиодатчик температуры". Nature Interface . 7 : 58–59. Архивировано из оригинала 7 января 2009 года.
  68. ^ Такеда, Нобуо, Применение технологии шариковых полупроводников в МЭМС (PDF) , архивировано из оригинала (PDF) 1 января 2015 г.
  69. ^ «Расширенная упаковка».
  70. ^ "2.5D". Полупроводниковая инженерия .
  71. ^ "3D ICs". Полупроводниковая инженерия .
  72. ^ "Чиплет". ВикиЧип . 28 февраля 2021 г.
  73. ^ «Чтобы идти в ногу с законом Мура, производители микросхем обращаются к «чиплетам»». Wired . 11 июня 2018 г.
  74. ^ Шодт, Кристофер (16 апреля 2019 г.). «Это год процессора „чиплет“». Engadget .
  75. ^ «Создание силовой электроники с помощью микроскопических трубопроводов может сэкономить огромные суммы денег — IEEE Spectrum».
  76. ^ «Стартап уменьшает кулер Пельтье, помещает его в корпус чипа». 10 января 2008 г.
  77. ^ "Проволочная связь против упаковки Flip Chip | Semiconductor Digest". 10 декабря 2016 г.
  78. ^ LaPedus, Mark (16 апреля 2015 г.). «FinFET-развертывание медленнее, чем ожидалось». Semiconductor Engineering.
  79. ^ Басу, Джойдип (9 октября 2019 г.). «От проектирования до вывода на пленку в технологии изготовления интегральных схем SCL 180 нм КМОП». IETE Journal of Education . 60 (2): 51–64. arXiv : 1908.10674 . doi : 10.1080/09747338.2019.1657787. S2CID  201657819.
  80. ^ "About the EDA Industry". Electronic Design Automation Consortium . Архивировано из оригинала 2 августа 2015 г. Получено 29 июля 2015 г.
  81. ^ Грей, Пол Р.; Херст, Пол Дж.; Льюис, Стивен Х.; Мейер, Роберт Г. (2009). Анализ и проектирование аналоговых интегральных схем . Wiley. ISBN 978-0-470-24599-6.
  82. ^ Рабай, Ян М.; Чандракасан, Ананта; Николич, Боривойе (2003). Цифровые интегральные схемы (2-е изд.). Пирсон. ISBN 978-0-13-090996-1.
  83. ^ Бейкер, Джейкоб (2008). CMOS: проектирование схем со смешанными сигналами . Wiley. ISBN 978-0-470-29026-2.
  84. ^ "Обзор устройства Stratix 10" (PDF) . Altera . 12 декабря 2015 г.
  85. ^ Натавад, Л.; Заргари, М.; Самавати, Х.; Мехта, С.; Хейрхаки, А.; Чен, П.; Гонг, К.; Вакили-Амини, Б.; Хван, Дж.; Чен, М.; Терровит, М.; Качиньский, Б.; Лимотиракис, С.; Мак, М.; Ган, Х.; Ли, М.; Абдоллахи-Алибейк, Б.; Байтекин Б.; Онодера, К.; Мендис, С.; Чанг, А.; Джен, С.; Су, Д.; Вули, Б. «20.2: двухдиапазонная система на кристалле CMOS MIMO Radio для беспроводной локальной сети IEEE 802.11n» (PDF) . Веб-хостинг IEEE Entity . IEEE. Архивировано из оригинала (PDF) 23 октября 2016 г. Получено 22 октября 2016 г.
  86. ^ "16 нм/14 нм FinFET: открывая новые горизонты электроники". electronicdesign.com . 17 января 2013 г.
  87. ^ Мид, Карвер ; Конвей, Линн (1991). Введение в системы СБИС. Addison Wesley Publishing Company. ISBN 978-0-201-04358-7. OCLC  634332043.
  88. ^ «Горячая ультразвуковая сварка – метод облегчения течения металла в процессе восстановления», Труды 20-й конференции IEEE по электронным компонентам. Вашингтон, округ Колумбия, май 1970 г., стр. 549–556.]
  89. ^ Чафкин (15 мая 2020 г.). «TSMC построит 5-нм фабрику в Аризоне, запуск которой запланирован на 2024 год». Anandtech.
  90. ^ "ИС серии 145 (на русском языке)" . Получено 22 апреля 2012 г. .
  91. ^ Moammer, Khalid (16 сентября 2016 г.). «AMD Zen CPU & AM4 Socket Pictured, Launching February 2017 – PGA Design With 1331 Pins Confirmed». Wccftech . Получено 20 мая 2018 г. .
  92. ^ "Ryzen 5 2500U – AMD – WikiChip". wikichip.org . Получено 20 мая 2018 г. .
  93. ^ Унг, Гордон Мах (30 мая 2017 г.). «Разъем AMD 'TR4' Threadripper CPU огромен». PCWorld . Получено 20 мая 2018 г.
  94. ^ "Federal Statutory Protection for Mask Works" (PDF) . Бюро авторских прав США . Получено 22 октября 2016 г. .
  95. ^ «Вашингтонский договор об интеллектуальной собственности в отношении интегральных микросхем». www.wipo.int .
  96. ^ 1 января 1995 года вступило в силу Соглашение по торговым аспектам прав интеллектуальной собственности (ТРИПС) (Приложение 1С к Соглашению Всемирной торговой организации (ВТО)). Часть II, раздел 6 ТРИПС защищает полупроводниковые чипы и послужила основой для Президентской прокламации № 6780 от 23 марта 1995 года в соответствии с SCPA § 902(a)(2), распространяющей защиту на всех нынешних и будущих членов ВТО.
  97. ^ Япония была первой страной, принявшей собственную версию SCPA — японский «Закон о топологии полупроводниковой интегральной схемы» 1985 года.
  98. ^ В 1986 году ЕС принял директиву, требующую от своих членов принятия национального законодательства по защите топологий полупроводников. Директива Совета 1987/54/EEC от 16 декабря 1986 года о правовой защите топологий полупроводниковых изделий , ст. 1(1)(b), 1987 OJ (L 24) 36.
  99. ^ Стерн, Ричард (1985). «Микрозакон». IEEE Micro . 5 (4): 90–92. doi :10.1109/MM.1985.304489.
  100. ^ Радомский, Леон (2000). «Шестнадцать лет после принятия Закона США о защите полупроводниковых чипов: работает ли международная защита». Berkeley Technology Law Journal . 15 : 1069. Получено 13 сентября 2022 г.
  101. ^ Кукконен, Карл А. III (1997–1998). «Необходимость отмены регистрации топографий интегральных схем в рамках Trips». IDEA: The Journal of Law and Technology . 38 : 126. Получено 13 сентября 2022 г.
  102. ^ Кларк, Питер (14 октября 2005 г.). «Intel входит в эру процессоров с миллиардом транзисторов». EE Times . Архивировано из оригинала 8 июня 2011 г.
  103. ^ Далмау, М. «Les Microprocesseurs» (PDF) . IUT де Байонна . Архивировано из оригинала (PDF) 9 августа 2017 года . Проверено 7 июня 2015 г.
  104. ^ Бюллетень Фрибуржуазного общества естественных наук, тома 62–63 (на французском языке). 1973.
  105. ^ Сафир, Рубен (март 2015). «Система на кристалле – Интегральные схемы». Журнал NYLXS . ISBN 9781312995512.
  106. ^ Минделл, Дэвид А. (2008). Цифровой Аполлон: Человек и машина в космическом полете . MIT Press. ISBN 978-0-262-13497-2.
  107. ^ Гинзберг, Эли (1976). Экономическое влияние крупных государственных программ: опыт NASA . Olympus Publishing Company. стр. 57. ISBN 978-0-913420-68-3.
  108. ^ abc Джонстон, Боб (1999). Мы горели: японские предприниматели и создание электронного века. Basic Books. стр. 47–48. ISBN 978-0-465-09118-8.
  109. ^ Московиц, Сэнфорд Л. (2016). Инновации в области передовых материалов: управление глобальными технологиями в 21 веке. John Wiley & Sons . С. 165–167. ISBN 9780470508923.
  110. ^ Бойсел, Ли (12 октября 2007 г.). «Как заработать свой первый миллион (и другие советы начинающим предпринимателям)». U. Mich. EECS Presentation / ECE Recordings .
  111. ^ Kilby, JS (2007). «Миниатюрные электронные схемы [Патент США № 3,138, 743]». Информационный бюллетень IEEE Solid-State Circuits Society . 12 (2): 44–54. doi :10.1109/N-SSC.2007.4785580.
  112. ^ Патент США 3138743 
  113. ^ Hittinger, William C. (1973). «Металл-оксид-полупроводниковая технология». Scientific American . 229 (2): 48–59. Bibcode : 1973SciAm.229b..48H. doi : 10.1038/scientificamerican0873-48. JSTOR  24923169.
  114. ^ Канеллос, Майкл (16 января 2002 г.). «Случайная революция Intel». CNET .
  115. ^ О'Доннелл, CF (1968). "Инженерия для систем с использованием крупномасштабной интеграции" (PDF) . Afips 1968 : 870. doi :10.1109/AFIPS.1968.93.
  116. ^ Кларк, Питер (14 октября 2005 г.). «Intel входит в эру процессоров с миллиардом транзисторов». EETimes.com . Получено 23 мая 2022 г. .
  117. ^ "Samsung First to Mass Produce 16Gb NAND Flash Memory". phys.org . 30 апреля 2007 г. Получено 23 мая 2022 г.
  118. ^ Meindl, JD (1984). «Сверхбольшая интеграция». IEEE Transactions on Electron Devices . 31 (11): 1555–1561. Bibcode : 1984ITED...31.1555M. doi : 10.1109/T-ED.1984.21752. S2CID  19237178.
  119. ^ Патент США 4866501, Шейнфилд, Дэниел, «Интеграция масштаба пластины», опубликовано в 1985 г. 
  120. ^ Эдвардс, Бендж (14 ноября 2022 г.). «Жаждете ИИ? Новый суперкомпьютер содержит 16 чипов размером с обеденную тарелку». Ars Technica .
  121. ^ Патент США 6816750, Клаас, Джефф, «Система на кристалле», опубликован в 2000 г. 
  122. ^ Topol, AW; Tulipe, DCLa; Shi, L; et., al (2006). «Трехмерные интегральные схемы». IBM Journal of Research and Development . 50 (4.5): 491–506. doi :10.1147/rd.504.0491. S2CID  18432328.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки