Grandes circuitos integrados. ¿Qué es un circuito integrado (IC)?

Gran circuito integrado(LSI) es un circuito integrado (IC) con un alto grado de integración (el número de elementos que contiene alcanza los 10.000), utilizado en equipos electrónicos como una unidad funcionalmente completa de computadora, automatización, equipos de medición, etc.
Según la cantidad de elementos, todos los circuitos integrados se dividen convencionalmente en las siguientes categorías:
■ simple (SIS): con un número de elementos en un cristal de hasta 10,
■ pequeño (MIS): hasta 100,
■ medio (SIS): hasta 1000,
■ grande (BIS): hasta 10.000,
■ extra grande (VLSI) - 1.000.000,
■ ultragrande (UBIS): hasta 1000000000,
■ giga-grande (GBIS): más de 1.000.000.000 de elementos en un cristal.
Los circuitos integrados (CI) que contienen más de 100 elementos se denominan circuitos de integración de alto nivel.
El uso de LSI va acompañado de una gran mejora en todos los indicadores clave en comparación con un complejo funcional similar implementado en circuitos integrados separados. La integración de circuitos integrados en un chip conduce a una reducción en la cantidad de paquetes, la cantidad de operaciones de ensamblaje e instalación y la cantidad de conexiones externas (menos confiables). Esto ayuda a reducir el tamaño, el peso, el costo y mejorar la confiabilidad.
Los beneficios adicionales de la integración de circuitos integrados incluyen una reducción en el número total de almohadillas, longitudes de interconexión más cortas y menos variación en los parámetros, ya que todos los circuitos integrados están ubicados en el mismo chip y se fabrican en un solo ciclo de proceso.
La experiencia del desarrollo de LSI también reveló una serie de problemas generales que limitan el aumento del grado de integración y que deben resolverse en el proceso de mayor desarrollo de la microelectrónica:
■ problema de disipación de calor,
■ problema de interconexión,
■ problema del control de parámetros,
■ restricciones físicas sobre el tamaño de los elementos.
En 1964, IBM lanzó por primera vez seis modelos de la familia IBM 360 basados ​​​​en LSI.
Ejemplos de LSI también pueden incluir circuitos de memoria de 4 bits o más, dispositivos de control informático y aritmético-lógicos y filtros digitales. Los circuitos integrados están diseñados para resolver una amplia variedad de problemas, por lo que se fabrican utilizando una combinación de métodos que se encuentran en el arsenal de tecnologías de semiconductores y de película delgada y gruesa.
Es habitual clasificar los IM según los métodos de fabricación y las estructuras resultantes.
Un MI semiconductor es un CI en el que todos los elementos y conexiones entre ellos se realizan en un solo volumen y en una sola superficie de una oblea semiconductora.
En los microcircuitos híbridos, los componentes pasivos (resistencias y condensadores) se aplican a la superficie de una placa dieléctrica, los componentes activos (transistores) se fabrican en forma de componentes en miniatura discretos separados y se unen al microcircuito.

Literatura
1. Stepanenko I.P., Fundamentos de microelectrónica, M.: Laboratorio de conocimientos básicos, 2003, p. 453-460.
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3. Chernozubov Yu., Cómo nacen los microcircuitos, M.: Educación, 1989, p. 14-19.

Grandes circuitos integrados

Una de las formas más importantes de mejorar la tecnología informática es el uso generalizado de los logros de la microelectrónica moderna. Los éxitos de la electrónica integrada de semiconductores llevaron a la creación de una nueva clase de productos electrónicos funcionales complejos: los grandes circuitos integrados, que se convirtieron en el elemento principal base de las computadoras de cuarta generación (finales de los años 70).

En uno de estos esquemas, con un volumen de sólo una fracción de centímetro cúbico, se coloca un bloque que ocupaba todo un gabinete en las computadoras de primera generación. Como resultado, se ha logrado un aumento significativo en el rendimiento de la computadora.

Si en las computadoras de tercera generación el rendimiento alcanza entre 20 y 30 millones de operaciones por segundo, en las máquinas de cuarta generación el rendimiento alcanza cientos de millones de operaciones por segundo. La capacidad de la memoria aumenta en consecuencia. Junto con la mejora de los dispositivos de memoria tradicionales, los discos y cintas magnéticos están creando memoria sin partes móviles. La cantidad total de memoria externa en las máquinas grandes de cuarta generación supera los 10 14 caracteres, lo que equivale a una biblioteca de varios millones de volúmenes voluminosos.

Los LSI se crean como resultado del desarrollo natural de los circuitos integrados. El requisito previo para su aparición es la adopción por parte de la industria electrónica de la tecnología plana para la fabricación de dispositivos semiconductores de silicio. La novedad fundamental de esta tecnología es que permite sustituir componentes discretos convencionales por componentes de difusión o de película fina.

La alta confiabilidad de una computadora está integrada en el proceso de su producción. La transición a una nueva base de elementos, los circuitos integrados de escala ultragrande (VLSI), reduce drásticamente el número de circuitos integrados utilizados y, por tanto, el número de conexiones entre sí. El diseño del ordenador y la provisión de los modos de funcionamiento necesarios (refrigeración, protección contra el polvo) están bien pensados.

Todas las computadoras modernas están construidas sobre complejos (sistemas) de circuitos integrados (IC). Un microcircuito electrónico se denomina integrado si sus componentes y conexiones entre ellos se realizan en un único ciclo tecnológico, sobre una única base y tienen sellado y protección común contra influencias mecánicas. Cada microcircuito es un circuito electrónico en miniatura formado capa a capa en un cristal semiconductor: silicio, germanio, etc. Los conjuntos de microprocesadores incluyen varios tipos de microcircuitos, pero todos ellos deben tener un único tipo de conexiones intermodulares, basado en la estandarización de los parámetros de la señal de interacción (amplitud, polaridad, duración del pulso, etc.). La base del conjunto suelen ser circuitos integrados de gran escala (LSI) y circuitos integrados de muy gran escala (VLSI). En un futuro próximo, deberíamos esperar la aparición de circuitos integrados de escala ultragrande (ULSI). Además de ellos, se suelen utilizar microcircuitos con un grado de integración bajo y medio (SIS). Funcionalmente, los microcircuitos pueden corresponder a un dispositivo, nodo o bloque, pero cada uno de ellos consta de una combinación de elementos lógicos simples que implementan las funciones de generar, convertir, almacenar señales, etc.

Todas las computadoras modernas están construidas sobre conjuntos de microprocesadores, que se basan en circuitos integrados de gran escala (LSI) y circuitos integrados de muy gran escala (VLSI). El principio tecnológico de desarrollo y producción de circuitos integrados está vigente desde hace más de un cuarto de siglo. Consiste en la producción capa por capa de piezas de circuitos electrónicos según el ciclo “programa - dibujo - circuito”. Según los programas, se aplica un patrón de la futura capa del microcircuito a la capa polvorienta del fotorresistor. Luego, el diseño se graba, fija, asegura y aísla de las nuevas capas.

A partir de esto se crea una estructura espacial sólida. Por ejemplo, un circuito VLSI tipo Pentium incluye alrededor de tres millones y medio de transistores colocados en una estructura de cinco capas. El grado de microminiaturización, el tamaño del chip IC, el rendimiento y el costo de la tecnología están directamente determinados por el tipo de litografía. Hasta ahora, la litografía óptica ha seguido siendo dominante, es decir. Se aplicaron patrones capa por capa al fotorresistor de microcircuitos utilizando un haz de luz. Actualmente, las principales empresas de chips venden chips con unas dimensiones de aproximadamente 400-600 mm2 para procesadores (por ejemplo, Pentium) y 200-400 mm2 para circuitos de memoria. El tamaño topológico mínimo (grosor de línea) es de 0,25 a 0,135 micrones. A modo de comparación, podemos dar el siguiente ejemplo. El grosor de un cabello humano es de aproximadamente 100 micras. Esto significa que con tal resolución es necesario dibujar más de doscientas líneas con un espesor de 100 micrones.

Otros avances en microelectrónica están asociados con la litografía electrónica (láser), iónica y de rayos X. Esto le permite alcanzar tamaños 0,13; 0,10 e incluso 0,08 micras. En lugar de los conductores de aluminio utilizados anteriormente, en los microcircuitos se utilizan ampliamente conexiones de cobre, lo que permite aumentar la frecuencia de funcionamiento.

Tecnologías tan avanzadas plantean una serie de problemas. El espesor microscópico de las líneas, comparable al diámetro de las moléculas, requiere una alta pureza de los materiales utilizados y pulverizados, el uso de unidades de vacío y temperaturas de funcionamiento más bajas. De hecho, basta con una mínima mota de polvo durante la fabricación de un microcircuito y éste se vuelve defectuoso. Por lo tanto, las nuevas fábricas de chips son equipos únicos ubicados en “salas limpias de clase 1”, en las que los chips se transportan de un equipo a otro en miniatmósferas cerradas y ultralimpias de Clase 1000. La miniatmósfera se crea, por ejemplo, mediante ultra. -nitrógeno puro u otro gas inerte a presión KG4 Torr.

Actualmente, la base para la construcción de todos los microcircuitos ha sido y sigue siendo la tecnología CMOS (circuitos complementarios, es decir, que comparten uniones p y p en transistores con una estructura de "semiconductor de óxido metálico").

Sin embargo, la llegada del LSI generó un problema muy grave: "qué poner en el sustrato" o, en otras palabras, cómo implementar el dispositivo en circuitos con una cantidad tan colosal de elementos.

La primera solución, bastante natural, a este problema fue la producción de los llamados circuitos personalizados, desarrollados cada vez específicamente para su uso en equipos específicos. Al mismo tiempo, diseñar LSI personalizados es un proceso muy largo y laborioso que utiliza complejos sistemas de diseño asistidos por computadora humano-máquina. Por lo tanto, el desarrollo y producción de LSI personalizados sólo puede justificarse económicamente con la producción en masa de equipos en los que se utilicen estos circuitos.

Una buena alternativa a los LSI personalizados son los conjuntos de microprocesadores, un conjunto de grandes circuitos integrados que implementan funciones complejas de equipos digitales. A partir de estos "ladrillos" se construyen de manera bastante simple microcomputadoras (microcomputadoras), que han recibido un desarrollo excepcional y se utilizan ampliamente en una variedad de sistemas de control.

Un microprocesador es un dispositivo universal capaz de implementar cualquier función lógica. Sin embargo, la implementación del software de la lógica de control es relativamente lenta y el microprocesador a menudo no puede proporcionar la velocidad requerida. En este sentido, los LSI programables con estructura matricial están actualmente muy extendidos, entre los cuales un lugar especial lo ocupan las matrices lógicas programables (PLA), grandes circuitos integrados que combinan la regularidad de la estructura de un dispositivo de memoria semiconductor (SRAM) con la versatilidad. de un microprocesador. PLM tiene importantes ventajas sobre un microprocesador a la hora de implementar algoritmos de control complejos.

Los llamados circuitos matriciales se utilizan ampliamente como unidades funcionales de LSI destinadas a implementar funciones booleanas.

El circuito matricial es una rejilla de conductores ortogonales, en cuyas intersecciones se pueden instalar elementos semiconductores con conductividad unidireccional (IEC), diodos o transistores.

Considere las matrices M1 y M2 en la Figura 1. El método de encender el intensificador de imágenes en la intersección de los buses de la matriz M1 permite implementar en cualquiera de sus salidas cualquier conjunción de sus variables de entrada, tomadas con o sin signo de inversión.

Figura No. 1

La matriz M2 tiene 4 buses verticales y 2 horizontales. El método de encendido del tubo intensificador de imágenes en la intersección de los buses M2 permite implementar cualquier disyunción de sus variables de entrada en cualquiera de sus salidas.

Si combina estas matrices como se muestra en la Figura 2, notará que cualquier sistema de funciones booleanas y1. yn variables de agua x1. xn se puede implementar mediante un esquema matricial de dos niveles, en el primer nivel del cual se forman varias conjunciones elementales, y en el segundo nivel, disyunciones de las conjunciones correspondientes (y1...yn).

Como resultado, la construcción de circuitos con estructura matricial se reduce a determinar los puntos de intersección de los buses donde se deben encender los tubos intensificadores de imagen.

Figura No. 2

Según el método de programación, se distingue entre matrices personalizables (programables) por el fabricante, por el usuario, y reprogramables (múltiples personalizables).

En las matrices del primer tipo, el tubo intensificador de imagen se conecta a los buses una vez mediante máscaras especiales utilizadas para la metalización de determinadas áreas del cristal LSI. Una vez fabricado el LSI, las conexiones resultantes no se pueden cambiar.

Las matrices del segundo tipo se entregan al consumidor sin configurar y contienen un tubo intensificador de imágenes en cada punto de intersección de sus autobuses. La configuración se reduce a eliminar (deshabilitar) algunos tubos intensificadores de imagen innecesarios. Físicamente, el proceso de sintonización se lleva a cabo de varias maneras, por ejemplo, haciendo pasar una serie de pulsos de corriente de amplitud suficientemente grande a través del tubo intensificador de imagen correspondiente y destruyendo un puente fusible conectado en serie con este tubo intensificador de imagen y conectándolo a uno de los autobuses en el punto de su intersección.

Las matrices del tercer tipo permiten realizar la programación repetidamente. La reprogramación se realiza eléctricamente después de borrar el contenido de las matrices bajo la influencia de irradiación ultravioleta (a veces rayos X) o eléctricamente por separado para cada tubo intensificador de imagen.

También es necesario decir algunas palabras sobre las llamadas matrices programables.

Una matriz lógica programable (PLA) es un bloque funcional creado sobre la base de tecnología de semiconductores y diseñado para implementar circuitos lógicos de sistemas digitales. Dependiendo de la organización interna, las matrices lógicas programables se pueden dividir en PLM de lógica combinacional y PLM de memoria.

Cabe señalar que el chip LSI PLM tiene un sistema de bus especial que permite conectar las salidas de la matriz inferior con las entradas de otra. La realización de cortes de barras colectoras y la organización de las conexiones necesarias entre las entradas y salidas de varias matrices se llevan a cabo en la etapa de configuración del PLM en el fabricante.

CXEMA INTEGRADO (IC, circuito integrado, microcircuito), un producto microelectrónico funcionalmente completo, que es un conjunto de elementos eléctricamente interconectados (transistores, etc.) formados en una oblea semiconductora monocristalina. Los circuitos integrados son la base elemental de todos los dispositivos radioelectrónicos, dispositivos informáticos y sistemas de información y telecomunicaciones modernos.

Referencia histórica. El circuito integrado fue inventado en 1958 por J. Kilby (Premio Nobel, 2000), quien, sin dividir la placa monocristalina de germanio en los transistores individuales formados en ella, los conectó con los cables más delgados, de modo que el dispositivo resultante se convirtió en una radio completa. -circuito electrónico. Seis meses después, el físico estadounidense R. Noyce implementó el llamado circuito integrado de silicio plano, en el que se crearon áreas metalizadas (las llamadas almohadillas de contacto) en la superficie de la oblea de silicio para cada área de los transistores bipolares (emisor). , base y colector), y las conexiones entre ellos se realizaron con conductores de película delgada. En 1959, se inició la producción industrial de circuitos integrados de silicio en Estados Unidos; La producción en masa de propiedad intelectual en la URSS se organizó a mediados de la década de 1960 en Zelenograd bajo el liderazgo de K. A. Valiev.

Tecnología ES. En la figura se muestra la estructura de un circuito integrado semiconductor. Los transistores y otros elementos se forman en una capa superficial muy delgada (de hasta varias micras) de una oblea de silicio; Desde arriba se crea un sistema de varios niveles de conexiones entre elementos. A medida que aumenta la cantidad de elementos IS, la cantidad de niveles aumenta y puede llegar a 10 o más. Las conexiones entre elementos deben tener baja resistencia eléctrica. Este requisito lo cumple, por ejemplo, el cobre. Entre las capas de conductores se colocan capas aislantes (dieléctricas) (SiO 2, etc.). En una oblea de PP se forman simultáneamente hasta varios cientos de circuitos integrados, tras lo cual la oblea se divide en cristales individuales (chips).

El ciclo tecnológico de fabricación de circuitos integrados incluye varios cientos de operaciones, la más importante de las cuales es la fotolitografía (PL). El transistor contiene decenas de piezas, cuyos contornos se forman como resultado del PL, que también determina la configuración de las interconexiones en cada capa y la posición de las áreas conductoras (contactos) entre las capas. En el ciclo tecnológico, PL se repite varias decenas de veces. A cada operación de PL le siguen operaciones para fabricar piezas de transistores, por ejemplo, deposición de películas delgadas dieléctricas, PP y metálicas, grabado, dopaje mediante implantación de iones en silicio, etc. La fotolitografía determina el tamaño mínimo (MS) de las piezas individuales. La principal herramienta de PL son los escáneres paso a paso de proyección óptica, que se utilizan para realizar la exposición de la imagen paso a paso (de chip a chip) (iluminación del chip, sobre cuya superficie se aplica una capa fotosensible - fotorresistente, a través de un máscara llamada fotomáscara) con una reducción (4: 1) del tamaño de las imágenes en relación con las dimensiones de la máscara y con escaneo del punto de luz dentro de un chip. La RM es directamente proporcional a la longitud de onda de la fuente de radiación. Inicialmente, las instalaciones de PL utilizaban las líneas g e i (436 y 365 nm, respectivamente) del espectro de emisión de una lámpara de mercurio. La lámpara de mercurio fue reemplazada por láseres excimer que utilizan moléculas de KrF (248 nm) y ArF (193 nm). La mejora del sistema óptico, el uso de fotorresistentes con alto contraste y sensibilidad, así como una tecnología especial de alta resolución en el diseño de fotomáscaras y escáneres paso a paso con una fuente de luz con una longitud de onda de 193 nm permiten lograr una RM igual a 30 nm o menos en virutas grandes (con un área de 1-4 cm 2) con una capacidad de hasta 100 placas (diámetro 300 mm) por hora. El avance hacia la región de resonancias magnéticas más pequeñas (30-10 nm) es posible utilizando rayos X suaves o ultravioleta extremo (EUV) con una longitud de onda de 13,5 nm. Debido a la intensa absorción de radiación por parte de los materiales en esta longitud de onda, no se puede utilizar la óptica refractiva. Por lo tanto, los motores paso a paso EUV utilizan ópticas reflectantes en espejos de rayos X. Los patrones también deben ser reflectantes. La litografía EUV es análoga a la litografía de proyección óptica, no requiere la creación de nueva infraestructura y proporciona una alta productividad. Así, en el año 2000, la tecnología IC cruzó la barrera de los 100 nm (MR) y se convirtió en nanotecnología.

Estructura del circuito integrado: 1 capa pasivante (protectora); 2 - capa superior de conductor; 3 - capa dieléctrica; 4 - conexiones entre niveles; 5 - plataforma de contacto; 6 - transistores MOS; 7 - oblea de silicio (sustrato).

Direcciones de desarrollo. Los circuitos integrados se dividen en digitales y analógicos. La parte principal de los microcircuitos digitales (lógicos) consiste en circuitos integrados de procesador y circuitos integrados de memoria, que se pueden combinar en un cristal (chip), formando un "sistema en chip". La complejidad de un circuito integrado se caracteriza por el grado de integración determinado por la cantidad de transistores en el chip. Antes de 1970, el grado de integración de circuitos integrados digitales se duplicaba cada 12 meses. Este patrón (fue observado por primera vez por el científico estadounidense G. Moore en 1965) se llamó ley de Moore. Más tarde, Moore perfeccionó su ley: la complejidad de los circuitos de memoria se duplica cada 18 meses y la de los circuitos de procesador se duplica cada 24 meses. A medida que aumentó el grado de integración de IC, se introdujeron nuevos términos: IC grande (LSI, con un número de transistores de hasta 10 mil), IC ultragrande (VLSI - hasta 1 millón), IC ultragrande (ULSI - hasta a mil millones) y el gigante LSI (GBIS - más de mil millones).

Hay circuitos integrados digitales basados ​​​​en transistores bipolares (Bi) y MOS (semiconductores de óxido metálico), incluso en la configuración CMOS (MOS complementarios, es decir, transistores r-MOS y w-MOS complementarios conectados en serie en el circuito "fuente" suministro: un punto con potencial cero"), así como BiCMOS (en transistores bipolares y transistores CMOS en un chip).

Se logra un aumento en el grado de integración reduciendo el tamaño de los transistores y aumentando el tamaño del chip; esto reduce el tiempo de conmutación del elemento lógico. A medida que el tamaño disminuyó, el consumo de energía y la energía (el producto de la potencia multiplicada por el tiempo de conmutación) gastados en cada operación de conmutación disminuyeron. En 2005, el rendimiento de los circuitos integrados mejoró en 4 órdenes de magnitud y alcanzó fracciones de nanosegundo; el número de transistores en un chip ascendía a 100 millones.

La mayor parte (hasta el 90%) de la producción mundial desde 1980 ha estado compuesta por circuitos integrados CMOS digitales. La ventaja de tales circuitos es que en cualquiera de los dos estados estáticos ("0" o "1") uno de los transistores está cerrado y la corriente en el circuito está determinada por la corriente del transistor en el estado apagado. . Esto significa que si I OFF es insignificante, la corriente de la fuente de alimentación se consume sólo en el modo de conmutación, y el consumo de energía es proporcional a la frecuencia de conmutación y puede estimarse mediante la relación Ρ Σ ≈C Σ ·Ν·f·U 2, donde C Σ es la capacitancia de carga total en la salida del elemento lógico, N es el número de elementos lógicos en el chip, f es la frecuencia de conmutación, U es el voltaje de suministro. Casi todo el consumo de energía se libera en forma de calor Joule, que debe eliminarse del cristal. En este caso, la potencia consumida en el modo de conmutación se suma a la potencia consumida en el modo estático (determinada por las corrientes I OFF y las corrientes de fuga). Con una disminución en el tamaño de los transistores, la potencia estática puede volverse comparable a la dinámica y alcanzar un orden de magnitud de 1 kW por 1 cm 2 de cristal. El problema de la alta disipación de potencia obliga a limitar la frecuencia de conmutación máxima de los circuitos integrados CMOS de alto rendimiento al rango de 1 a 10 GHz. Por lo tanto, para aumentar el rendimiento de los sistemas en chip, se utilizan métodos algorítmicos y arquitectónicos adicionales (los llamados procesadores multinúcleo).

En longitudes de canal de transistores MOS del orden de 10 nm, las características del transistor comienzan a verse afectadas por efectos cuánticos, como la cuantificación longitudinal (un electrón se propaga en el canal como una onda de Broglie) y la cuantificación transversal (debido a la estrechez del canal), túnel directo de electrones a través del canal. Este último efecto limita las posibilidades de utilizar elementos CMOS en circuitos integrados, ya que contribuye en gran medida a la corriente de fuga total. Esto resulta significativo a una longitud de canal de 5 nm. Los circuitos integrados CMOS serán reemplazados por dispositivos cuánticos, dispositivos electrónicos moleculares, etc.

Los circuitos integrados analógicos comprenden una amplia clase de circuitos que realizan las funciones de amplificadores, osciladores, atenuadores, convertidores digital a analógico y analógico a digital, comparadores, desfasadores, etc., incluidos los de baja frecuencia (LF), alta frecuencia ( HF) y circuitos integrados de microondas. Los circuitos integrados de microondas son circuitos con un grado de integración relativamente pequeño, que pueden incluir no sólo transistores, sino también inductores de película, condensadores y resistencias. Para crear circuitos integrados de microondas, se utiliza no solo la tecnología tradicional de silicio, sino también la tecnología de circuitos integrados de heterounión basados ​​​​en soluciones sólidas de Si - Ge, compuestos A III B V (por ejemplo, arseniuro y nitruro de galio, fosfuro de indio), etc. Es posible alcanzar frecuencias operativas de 10 a 20 GHz para Si-Ge y de 10 a 50 GHz y superiores para circuitos integrados de microondas en conexiones A III B V. Los circuitos integrados analógicos se utilizan a menudo junto con sensores y dispositivos micromecánicos, biochips, etc., que garantizan la interacción de los dispositivos microelectrónicos con los seres humanos y el medio ambiente, y pueden encerrarse con ellos en la misma carcasa. Estos diseños se denominan multichip o sistema en paquete.

En el futuro, el desarrollo de la propiedad intelectual conducirá a la fusión de dos direcciones y a la creación de dispositivos microelectrónicos de gran complejidad, que contienen potentes dispositivos informáticos, sistemas de control ambiental y medios de comunicación con los humanos.

Iluminado. mira el arte. Microelectrónica.

A. A. Orlikovsky.

CIRCUITO INTEGRADO
(IC), un circuito microelectrónico formado sobre una pequeña oblea (cristal o "chip") de material semiconductor, generalmente silicio, que se utiliza para controlar y amplificar la corriente eléctrica. Un circuito integrado típico consta de muchos componentes microelectrónicos interconectados, como transistores, resistencias, condensadores y diodos, fabricados en la capa superficial del chip. Los tamaños de los cristales de silicio varían desde aproximadamente 1,3-1,3 mm hasta 13-13 mm. Los avances en los circuitos integrados han llevado al desarrollo de tecnologías de circuitos integrados a gran y muy gran escala (LSI y VLSI). Estas tecnologías permiten obtener circuitos integrados, cada uno de los cuales contiene muchos miles de circuitos: un solo chip puede contener más de 1 millón de componentes.
ver también DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS SEMICONDUCTORES. Los circuitos integrados tienen una serie de ventajas sobre sus predecesores: circuitos que se ensamblaron a partir de componentes individuales montados en un chasis. Los circuitos integrados son más pequeños, más rápidos y más fiables; También son más baratos y menos susceptibles a fallas causadas por vibraciones, humedad y envejecimiento. La miniaturización de los circuitos electrónicos fue posible gracias a las propiedades especiales de los semiconductores. Un semiconductor es un material que tiene una conductividad eléctrica (conductividad) mucho mayor que un dieléctrico como el vidrio, pero significativamente menor que conductores como el cobre. La red cristalina de un material semiconductor como el silicio tiene muy pocos electrones libres a temperatura ambiente para proporcionar una conductividad significativa. Por tanto, los semiconductores puros tienen baja conductividad. Sin embargo, la introducción de una impureza adecuada en el silicio aumenta su conductividad eléctrica.
ver también TRANSISTOR. Los dopantes se introducen en el silicio mediante dos métodos. Para dopaje intenso o en los casos en los que no es necesario un control preciso de la cantidad de impureza introducida, se suele utilizar el método de difusión. La difusión de fósforo o boro se realiza habitualmente en una atmósfera de un dopante a temperaturas entre 1000 y 1150ºC durante desde media hora hasta varias horas. En la implantación de iones, el silicio se bombardea con iones dopantes de alta velocidad. La cantidad de impureza implantada se puede ajustar con una precisión de varios por ciento; La precisión es importante en algunos casos, ya que la ganancia del transistor depende del número de átomos de impureza implantados por 1 cm2 de base (ver más abajo).

Producción. La fabricación de un circuito integrado puede llevar hasta dos meses porque determinadas zonas del semiconductor deben estar dopadas con precisión. En un proceso llamado crecimiento de cristales o extracción de cristales, primero se produce una losa cilíndrica de silicio de alta pureza. De este cilindro se cortan placas con un espesor de, por ejemplo, 0,5 mm. La oblea finalmente se corta en cientos de pequeños trozos llamados chips, cada uno de los cuales se transforma en un circuito integrado mediante el proceso que se describe a continuación. El proceso de procesamiento del chip comienza con la producción de máscaras para cada capa del CI. Se realiza una plantilla de gran tamaño, con forma de cuadrado con un área de aprox. 0,1m2. Un conjunto de máscaras de este tipo contiene todos los componentes del IC: niveles de difusión, niveles de interconexión, etc. Toda la estructura resultante se reduce fotográficamente al tamaño de un cristal y se reproduce capa por capa sobre una placa de vidrio. Sobre la superficie de la oblea de silicio crece una fina capa de dióxido de silicio. Cada placa se recubre con un material fotosensible (fotorresistente) y se expone a la luz transmitida a través de máscaras. Las áreas no expuestas del recubrimiento fotosensible se eliminan con un solvente, y con la ayuda de otro reactivo químico que disuelve el dióxido de silicio, este último se graba en aquellas áreas donde ya no está protegido por el recubrimiento fotosensible. Se utilizan variaciones de esta tecnología de proceso básica en la fabricación de dos tipos principales de estructuras de transistores: bipolares y de efecto de campo (MOS).
Transistores bipolares. Un transistor de este tipo tiene una estructura de tipo n-p-n o, mucho menos comúnmente, de tipo p-n-p. Normalmente, el proceso comienza con una oblea (sustrato) de material tipo p fuertemente dopado. Una fina capa de silicio tipo n ligeramente dopado crece epitaxialmente sobre la superficie de esta oblea; por tanto, la capa cultivada tiene la misma estructura cristalina que el sustrato. Esta capa debe contener la parte activa del transistor; en ella se formarán colectores individuales. Primero se coloca la placa en un horno de vapor de boro. La difusión de boro en la oblea de silicio se produce sólo donde su superficie ha sido grabada. Como resultado, se forman regiones y ventanas de material tipo n. Un segundo proceso a alta temperatura, que utiliza vapor de fósforo y otra máscara, sirve para establecer contacto con la capa colectora. Al realizar sucesivas difusiones de boro y fósforo se forma la base y el emisor, respectivamente. El espesor de la base suele ser de varias micras. Estas pequeñas islas de conductividad de tipo n y p están conectadas en un circuito común a través de interconexiones hechas de aluminio depositado con vapor o pulverizado al vacío. En ocasiones se utilizan para estos fines metales nobles como el platino y el oro. Los transistores y otros elementos del circuito, como resistencias, condensadores e inductores, junto con las interconexiones asociadas, se pueden formar en la oblea mediante técnicas de difusión a través de una serie de operaciones, creando en última instancia un circuito electrónico completo. Véase también TRANSISTOR.
Transistor MOSFET. El más utilizado es el MOS (semiconductor de óxido metálico), una estructura que consta de dos regiones muy espaciadas de silicio de tipo n implementadas sobre un sustrato de tipo p. Se forma una capa de dióxido de silicio en la superficie del silicio, y encima de esta capa (entre las regiones de tipo n y capturándolas ligeramente) se forma una capa localizada de metal, que actúa como una puerta. Las dos regiones de tipo n mencionadas anteriormente, llamadas fuente y drenaje, sirven como elementos de conexión para la entrada y la salida, respectivamente. A través de ventanas previstas en el dióxido de silicio, se realizan conexiones metálicas a la fuente y al drenaje. Un estrecho canal de superficie de material tipo n conecta la fuente y el drenaje; en otros casos, el canal puede ser inducido, creado por el voltaje aplicado a la puerta. Cuando se aplica un voltaje positivo a la puerta de un transistor de canal inducido, la capa de tipo p debajo de la puerta se convierte en una capa de tipo n, y una corriente controlada y modulada por la señal que ingresa a la puerta fluye desde la fuente hasta el drenaje. El MOSFET consume muy poca energía; Tiene alta impedancia de entrada, baja corriente de drenaje y muy bajo ruido. Debido a que la puerta, el óxido y el silicio forman un capacitor, dicho dispositivo se usa ampliamente en sistemas de memoria de computadoras (ver más abajo). En los circuitos complementarios o CMOS, las estructuras MOS se utilizan como cargas y no consumen energía cuando el transistor MOS principal está en estado inactivo.

Una vez finalizado el procesamiento, las placas se cortan en pedazos. La operación de corte se realiza con una sierra circular con filos de diamante. Luego, cada cristal (chip o IC) se incluye en uno de varios tipos de carcasa. Se utiliza un cable de oro de 25 micrones para conectar los componentes del CI al marco de cables del paquete. Los pines de marco más gruesos permiten conectar el IC al dispositivo electrónico en el que funcionará.
Fiabilidad. La confiabilidad de un circuito integrado es aproximadamente la misma que la de un transistor de silicio individual, equivalente en forma y tamaño. En teoría, los transistores pueden durar miles de años sin fallar, un factor crítico para aplicaciones como los cohetes y la tecnología espacial, donde una sola falla puede significar el fracaso total del proyecto.
Microprocesadores y minicomputadores. Introducidos públicamente por primera vez en 1971, los microprocesadores realizaban la mayoría de las funciones básicas de una computadora en un único circuito integrado de silicio, implementado en un chip de 5 a 5 mm. Gracias a los circuitos integrados, fue posible crear minicomputadoras: pequeñas computadoras donde todas las funciones se realizan en uno o más circuitos integrados grandes. Esta impresionante miniaturización ha dado lugar a una reducción espectacular del coste de la informática. Las minicomputadoras que se producen actualmente, con un precio de menos de 1.000 dólares, son tan poderosas como las primeras computadoras muy grandes, que costaron hasta 20 millones de dólares a principios de la década de 1960. Los microprocesadores se utilizan en equipos de comunicaciones, calculadoras de bolsillo, relojes de pulsera y selectores de canales de televisión. , juegos electrónicos, equipos automatizados de cocina y bancos, control automático de combustible y tratamiento posterior de gases de escape en turismos, así como muchos otros dispositivos. Gran parte de la industria electrónica mundial, valorada en 15.000 millones de dólares, depende de circuitos integrados de una forma u otra. En todo el mundo, los circuitos integrados se utilizan en equipos por un valor total de muchas decenas de miles de millones de dólares.
Dispositivos de almacenamiento informático. En electrónica, el término "memoria" suele referirse a cualquier dispositivo diseñado para almacenar información en formato digital. Entre los muchos tipos de dispositivos de almacenamiento (MSD), consideramos la memoria de acceso aleatorio (RAM), el dispositivo de carga acoplada (CCD) y la memoria de sólo lectura (ROM). Para la RAM, el tiempo de acceso a cualquier celda de memoria ubicada en el chip es el mismo. Estos dispositivos pueden almacenar 65.536 bits (unidades binarias, normalmente 0 y 1), un bit por celda, y son un tipo de memoria electrónica ampliamente utilizado; en cada chip tienen aprox. 150 mil componentes. Las RAM están disponibles con una capacidad de 256 Kbit (K = 210 = 1024; 256 K = 262,144). En los dispositivos de memoria con acceso secuencial, la circulación de los bits almacenados se produce como a lo largo de un transportador cerrado (los CCD utilizan exactamente este tipo de muestreo). Un CCD, un IC especialmente configurado, puede colocar paquetes de cargas eléctricas debajo de pequeñas piezas de metal muy espaciadas y aisladas eléctricamente del chip. Por tanto, la carga (o la falta de ella) puede moverse por todo el dispositivo semiconductor de una celda a otra. Como resultado, es posible almacenar información como una secuencia de unos y ceros (código binario) y acceder a ella cuando sea necesario. Aunque los CCD no pueden competir con la memoria RAM en términos de velocidad, pueden procesar grandes cantidades de información a un costo menor y se utilizan donde no se requiere memoria de acceso aleatorio. La RAM creada en un circuito integrado de este tipo es volátil y la información registrada en ella se pierde cuando se corta la alimentación. La información se ingresa en la ROM durante el proceso de producción y se almacena permanentemente. El desarrollo y lanzamiento de nuevos tipos de IP no se detiene. Las ROM programables y borrables (EPROM) tienen dos puertas, una encima de la otra. Cuando se aplica voltaje a la puerta superior, la inferior puede adquirir una carga, que corresponde a 1 en el código binario, y al conmutar (invertir) el voltaje, la puerta puede perder su carga, que corresponde a 0 en el código binario. .
ver también
EQUIPO DE OFICINA Y EQUIPO DE OFICINA;
COMPUTADORA ;
COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS;
ACUMULACIÓN Y BÚSQUEDA DE INFORMACIÓN.
LITERATURA
Meizda F. Circuitos integrados: tecnología y aplicaciones. M., 1981 Zi S. Física de dispositivos semiconductores. M., 1984 Tecnología VLSI. M., 1986 Maller R., Keimin S. Elementos de circuitos integrados. M., 1989 Shur M.S. Física de dispositivos semiconductores. M., 1992

Enciclopedia de Collier. - Sociedad Abierta. 2000 .

Mira qué es "CIRCUITO INTEGRADO" en otros diccionarios:

Dispositivo de estado sólido que contiene un grupo de dispositivos y sus conexiones (conexiones), realizado sobre una sola placa (sustrato). En I. s. Se integran elementos pasivos (capacitancias, resistencias) y elementos activos, cuya acción se basa en varios. físico... ... Enciclopedia física

- (CI, circuito integrado, microcircuito), dispositivo microminiatura con una alta densidad de elementos (diodos, transistores, resistencias, condensadores, etc.), indisolublemente ligados (unidos) entre sí estructuralmente, tecnológicamente... ... enciclopedia moderna

- (circuito integrado IC, microcircuito), un dispositivo electrónico en microminiatura, cuyos elementos están indisolublemente ligados (unidos) estructural, tecnológica y eléctricamente. Los IS se dividen: según el método de combinar (integrar) elementos en... Gran diccionario enciclopédico

circuito integrado- (UIT T Q.1741). Temas: telecomunicaciones, conceptos básicos EN circuito integradoIC... Guía del traductor técnico

La solicitud "BIS" se redirige aquí; ver también otros significados. Circuitos integrados modernos diseñados para montaje en superficie (micro)circuito integrado (... Wikipedia

- (ES). Circuito integrado (CI), microcircuito, dispositivo electrónico en microminiatura con una alta densidad de empaquetado de elementos interconectados (normalmente eléctricamente) (diodos, transistores, resistencias, condensadores, etc.),... ... Gran Diccionario Politécnico Enciclopédico

- (CI, circuito integrado, microcircuito), un dispositivo electrónico en microminiatura, cuyos elementos se fabrican en un único ciclo tecnológico y están indisolublemente ligados (unidos) estructural y eléctricamente. Los circuitos integrados se dividen en: ... diccionario enciclopédico

Konyaev Ivan Sergeevich, estudiante de tercer año del Instituto Mecánico y Tecnológico de Armavir (sucursal) de la Institución Educativa Presupuestaria del Estado Federal de Educación Profesional Superior Universidad Técnica Estatal de Kuban, Armavir [correo electrónico protegido]

Monogarov Sergey Ivanovich, candidato de ciencias técnicas, profesor asociado del departamento de equipos eléctricos internos y automatización del Instituto Mecánico y Tecnológico de Armavir (sucursal) de la Institución Educativa Presupuestaria del Estado Federal de Educación Profesional Superior Universidad Técnica Estatal de Kuban, Armavir [correo electrónico protegido]

Principios de construcción de grandes circuitos integrados.

Anotación. Este artículo está dedicado a los principios de construcción de circuitos integrados a gran escala (LSI). Palabras clave: LSI, circuito integrado grande, cristales matriciales básicos, dispositivos lógicos programables.

Actualmente, los equipos microelectrónicos utilizan microcircuitos tanto especializados como universales de diversos grados de integración. Al mismo tiempo, existe una cierta tendencia hacia el uso generalizado de circuitos integrados con un alto grado de integración: los grandes circuitos integrados (LSI), que se analizarán en este artículo. Los microcircuitos universales se producen en grandes cantidades y se utilizan en. una amplia gama de dispositivos electrónicos, mientras que los microcircuitos especializados se producen en ediciones limitadas y tienen un alcance estrictamente definido. Los LSI especializados fabricados en cristales de matriz básica (BMC) y los dispositivos lógicos programables (PLU) se utilizan especialmente. Este uso generalizado se debe al hecho de que el diseño automatizado de dichas LSI requiere un período de tiempo relativamente corto: aproximadamente varias semanas para las LSI basadas en BMK, varios días para las LSI basadas en PLU. Consideremos los principios de construcción y los parámetros básicos. cristales de matriz. El BMK incluye una matriz preformada de células base (ubicadas en la parte central), así como un grupo de células tampón, que se ubican a lo largo de la periferia del cristal (Fig. 1, a su vez, las células incluyen grupos). de elementos no conectados (transistores, condensadores, resistencias) y secciones de buses semiconductores diseñados para implementar conexiones eléctricas que se cruzan. Varios elementos funcionales (disparadores, contadores, registros, etc.), elementos de amortiguación, así como conexiones, se forman a partir de elementos de celda utilizando electricidad. conexiones en forma de buses metálicos (conductores) y semiconductores entre ellos.

A) b) c) Figura 1 – Estructuras típicas de BMK: a) con una matriz continua de células homogéneas; b) con un conjunto de células o macrocélulas homogéneas separadas por canales verticales y horizontales para conductores; c) con una serie de células heterogéneas separadas por canales horizontales; 1 – matriz de células básicas; 2 – matriz de células tampón; 3,5,8 – células de matriz, 4,7,10 – células tampón, 6,9 – macrocélulas; 11,12 – canales horizontales; 13 – canales verticales

En este tipo de LSI, por regla general, los principales elementos funcionales consumen una pequeña cantidad de energía, suficiente para garantizar el rendimiento requerido. A su vez, los elementos buffer que realizan las comunicaciones externas de la matriz LSI consumen mayor energía, lo que se debe a la necesidad de igualar niveles lógicos de voltaje de un determinado valor, capacidad de carga e inmunidad al ruido. Las células incluyen una variedad de elementos activos y pasivos. Al mismo tiempo, los parámetros de los elementos pasivos están sujetos a requisitos de precisión y estabilidad bastante altas. La composición de los BMK destinados a la fabricación de LSI analógico-digitales suele incluir dos matrices de celdas para formar dispositivos analógicos y digitales, respectivamente. Los cristales de matriz básicos para LSI digitales y analógicos se forman a partir de transistores bipolares y transistores de efecto de campo con puerta aislada. En los LSI analógicos se utilizan ampliamente transistores bipolares con una característica corriente-voltaje de alta pendiente. A su vez, las matrices pueden consistir en celdas homogéneas o no homogéneas. En los BMK destinados a la implementación de LSI digitales con un bajo grado de integración (alrededor de 1000 elementos lógicos), se utilizan celdas homogéneas, mientras que para los LSI digitales con un alto grado de integración (alrededor de 10 000 elementos lógicos) y LSI de digital a analógico. , se utilizan matrices con células heterogéneas. Se utilizan dos métodos para organizar las celdas de la matriz BMK: 1. A partir de los elementos de la celda, se puede formar un elemento lógico básico que realiza una función elemental (NO, INE, O con ramas para entradas y salidas). Para implementar funciones más complejas, se utilizan varias celdas. El número, tipos y parámetros de los elementos están determinados por el circuito eléctrico del elemento lógico básico 2. A partir de los elementos de la celda se puede formar cualquier elemento funcional de la biblioteca. Los tipos de elementos y su número están determinados por el circuito eléctrico del elemento funcional más complejo. Con el primer método de construcción de celdas, es posible obtener un coeficiente bastante alto de su uso en la matriz, un coeficiente de utilización de la matriz. zona BMK y, en consecuencia, un mayor grado de integración de la LSI. Con el segundo método de construcción de celdas BMK, el sistema de diseño asistido por computadora de LSI se simplifica, ya que los asientos de celdas de la misma forma y tamaño están predeterminados. Sin embargo, si el LSI diseñado utiliza muchos elementos funcionales simples de la biblioteca con una baja tasa de utilización de elementos celulares, la tasa de utilización del área del chip y, por tanto, el grado de integración del LSI, disminuye. En las LSI matriciales, las conexiones eléctricas se realizan mediante barras colectoras metálicas (conductoras) y semiconductoras (mono y policristalinas). Las barras colectoras de alimentación y puesta a tierra suelen estar hechas de aluminio, que se caracteriza por una baja resistividad. Los buses semiconductores dopados con alta resistividad se utilizan principalmente para implementar circuitos de señales cortos y de baja corriente. Para crear conexiones eléctricas entre elementos, se utiliza metalización de uno y varios niveles. Una vez finalizado el diseño, el conjunto de parámetros y características del BMK debe ser suficientemente completo para el consumidor. Los parámetros y características típicos de BMK incluyen: 1. tecnología de fabricación; 2. número de celdas en el cristal; 3. estructura (conjunto de elementos) de la celda 4. nombre, parámetros eléctricos estándar, circuitos y fragmentos de elementos funcionales estándar formados; sobre la base de los elementos de la celda; 5. parámetros de los elementos de entrada/salida; 6. número de placas de contacto periféricas; 7. requisitos para la fuente de alimentación, 8. instrucciones para la ubicación y uso de las placas de contacto para circuitos de alimentación y puesta a tierra, etc. .; BMK puede servir como base para grandes circuitos integrados digitales, analógicos, de digital a analógico y de analógico a digital. Al mismo tiempo, el conjunto de elementos BMK destinados a su uso en LSI analógicos permite la formación de amplificadores, comparadores, interruptores analógicos digitales y otros dispositivos. No hace mucho, la principal aplicación de BMK eran los equipos informáticos y los sistemas de control de procesos. Algunos BMK, por ejemplo el T34VG1 (KA1515ХМ1216), se utilizaron en clones soviéticos de la computadora ZX Spectrum como controlador de dispositivos externos. Un análogo del BMK es el microcircuito ULA de las computadoras Sinclair. Actualmente, los BMK en la mayoría de las aplicaciones han sido reemplazados por FPGA (circuito integrado de lógica programable – nota del autor), que no requieren un proceso de producción en fábrica para su programación y pueden reprogramarse. A continuación, consideraremos matrices lógicas programables. Los dispositivos lógicos programables tienen una estructura matricial y una organización de elementos en bus (cada elemento está conectado por buses verticales y horizontales). El PLU utiliza matrices programables Y, O y sus combinaciones: Y no programable - O programable; Y programable - O no programable - O programable. Hay dos tipos de dispositivos lógicos programables:

programable en las condiciones de producción de LSI especializados basados ​​​​en cristales semiacabados utilizando una fotomáscara personalizada utilizando tecnología similar a la tecnología para fabricar LSI de matriz;

Equipo programado por el consumidor por el fabricante mediante la "carga" (ingreso de información) de registros internos o mediante impacto físico en elementos individuales de las matrices (quema de puentes, rotura de diodos, cambio de modos de funcionamiento de dispositivos semiconductores programados por el). Los consumidores son dispositivos microelectrónicos universales que se "personalizan" para una función determinada mediante el uso de programadores automáticos. En la práctica, se utilizan ampliamente tipos de PLU como matrices lógicas programables (PLA) y memorias programables de solo lectura (PROM). permite reducir la cantidad de elementos lógicos y conexiones en dispositivos lógicos, lo cual es especialmente importante para las estructuras regulares implementadas en cristales LSI que se han desarrollado y se utilizan. Se están desarrollando métodos para el diseño y producción de LSI matriciales con conexiones reconstruidas (MaBISRS) y con arquitectura programable (MaBISPA): subsistemas en obleas. La programación utilizando máscaras (fotomáscaras) de metalización o ventanas de contacto en el óxido se usa ampliamente en los PLM. en transistores y diodos bipolares. La Figura 2 muestra un diagrama de las conexiones de elementos en un diodo PLM. Las señales de entrada de polaridad positiva se suministran a las entradas a – e, los productos M0 – M2 se eliminan de las resistencias de carga R. Las ventajas de las matrices de diodos son la simplicidad y el área pequeña ocupada en el cristal, pero la desventaja son las importantes corrientes consumidas en el entradas de la matriz El uso de transistores multiemisor en lugar de diodos permite reducir significativamente las corrientes de entrada (BN veces, BN es el coeficiente de transferencia de corriente normal del transistor) y aumentar la velocidad del PLM. La Figura 3 muestra un diagrama de un fragmento de un PLM basado en transistores bipolares de emisores múltiples. Las matrices basadas en transistores MOS proporcionan la mayor densidad de elementos, tienen un consumo de energía mínimo, pero tienen un rendimiento inferior a las matrices basadas en transistores bipolares. de los PLM con programación de máscara son su área pequeña y su alta confiabilidad, lo que llevó a su uso generalizado como parte de LSI especializados y con microprocesadores. Estos PLM son programados una vez por el fabricante durante la producción del microcircuito, lo que reduce el alcance de su aplicación. Los PLM programables eléctricamente tienen una mayor flexibilidad, especialmente cuando se utilizan en dispositivos periféricos, cuya "sintonización" para implementar funciones específicas se lleva a cabo. por el usuario.

Figura 2 – Fragmento de un diodo PLM

Figura 3 – Fragmento de PLM en BT

La Figura 4 muestra los elementos matriciales programables eléctricamente más comunes. La programación se lleva a cabo fundiendo puentes (generalmente nicromo o polisilicio) o rompiendo diodos (uniones pn o barreras Schottky).

Figura 4 – Elementos PLM con programación eléctrica

Los puentes tienen una resistencia de aproximadamente 10 ohmios y se funden (se abren) cuando a través de ellos pasa un pulso de corriente, cuya amplitud es significativamente mayor que la amplitud de la corriente leída. Para destruir puentes de nicromo o polisilicio es suficiente una corriente de 20...50 mA; el tiempo de fusión es de 10...200 ms. Los diodos se rompen (cortocircuito) cuando se aplica un pulso de voltaje inverso desde una fuente con una pequeña resistencia interna que proporciona suficiente corriente (200...300 mA). Esto provoca avalanchas y ruptura térmica de las uniones pn (barrera de Schottky) y la migración de partículas metálicas al semiconductor con la formación de un contacto confiable de baja resistencia (líneas discontinuas en la Fig. 4). El tiempo de formación del circuito es de 0,02…0,05 ms. Para la programación eléctrica y el control del PLM se utilizan instalaciones especiales controladas por computadora. La información inicial para programación y control es: tabla de verdad del registro de signos de agotamiento (avería). unos o ceros (dependiendo de la información inicial del PLM no programado) parámetros de pulsos de programación El programa de control enumera las direcciones en las entradas de 00...0 a 11...1. Se suministran voltajes de suministro al PLM y, si hay signos de programación en la información inicial, se aplica un pulso de avería. Después de la programación, se realiza el control y se imprime el resultado de la prueba, que indica una coincidencia (no coincidencia) con la tabla de verdad. Los PLM se utilizan en los dispositivos informáticos principales y periféricos modernos de las placas de expansión del sistema Plug and Play, que tienen un sistema Plug and Play. chip especial - FPGA. Permite a la placa informar su identificador y una lista de recursos necesarios y admitidos. Para crear VLSI (circuitos integrados de gran escala) y subsistemas en obleas, estructuras regulares (Fig. 5) con una matriz de celdas de un grado suficientemente alto. de integración se utilizan. La programación de los elementos de conexión se realiza creándolos o rompiéndolos.

Figura 5 – Fragmento de LSI con conexiones reconstruibles

Los LSI de matriz con conexiones reconstruidas generalmente se crean sobre la base de transistores CMOS, caracterizados por un consumo de energía mínimo. Todos los tipos de puentes son aplicables para tales transistores. El uso de matrices LSI con conexiones reconstruibles para la construcción de subsistemas multiprocesadores es prometedor. Los contactos entre conductores de diferentes niveles se programan con un rayo láser (el dieléctrico se funde), algunas conexiones se cortan. La reconstrucción con láser, cuando se controla por computadora, dura aproximadamente 1 hora. Estos microsistemas pueden contener hasta 100 millones de transistores. VLSI con un tamaño mínimo de elemento de 0,5 ... 2 micrones alcanza los 20 mil transistores por milímetro cuadrado. Actualmente, existen elementos de memoria que retienen información cuando se corta la tensión de alimentación, lo que permite crear PLM con borrado y reescritura. Funciones implementadas: matrices lógicas reprogramables (RPLM) Los transistores MOS con una puerta flotante y una puerta de avalancha se han generalizado en los RPLM (Fig. 6). La estructura de dicho transistor es similar a la de un transistor MOS convencional con una puerta de polisilicio, que no está acoplada galvánicamente al resto del circuito. En el estado inicial, el transistor no conduce corriente (ver Fig. 6, a). Para pasar a un estado conductor (escritura), se aplica un voltaje suficientemente grande (aproximadamente 50 V) entre la fuente y el drenaje del transistor durante aproximadamente 5 ms. Esto provoca una ruptura por avalancha de la unión pn de la fuente (drenaje) y la inyección de electrones en la puerta de polisilicio. Una carga aproximadamente igual a 107 C/cm2 capturada por la compuerta (ver Fig. 6b) induce un canal que conecta la fuente y el drenaje, y puede persistir durante un largo tiempo (10...100 años) después de que se elimina el voltaje, ya que la puerta está rodeada por una capa de óxido que tiene una conductividad muy baja. La información se borra mediante irradiación con rayos ultravioleta con energía suficiente para sacar los electrones de la puerta y transferirlos al sustrato (Fig. 6). El borrado también se puede realizar mediante radiación ionizante, como rayos X. La lectura de la información de la matriz se realiza aplicando una tensión de alimentación de 5...15 V y controlando la corriente que fluye a través del transistor. de ciertas celdas en la matriz (ver Fig. 6, c) en serie con transistores de puerta flotante incluyen MOSFET convencionales.

Fig.6. PLM en transistores MOS con puerta flotante: a) transistor de almacenamiento apagado (borrado); b) transistor de almacenamiento encendido c) fragmento de la matriz (transistor de muestreo Tv, transistor de almacenamiento Tz); 2 – puerta flotante de silicio policristalino; 3 – drenaje; 4 – carga inyectada; 5 – región de agotamiento

Junto con las LSI con conexiones reconstruibles, se está desarrollando una dirección relacionada con la creación de LSI y VLSI con arquitectura programable e implementadas en forma de subsistemas en obleas. La reorganización de la arquitectura del subsistema se lleva a cabo mediante elementos de conmutación de memoria integrados. Además, los elementos de memoria se pueden implementar tanto en transistores MOS o CMOS estándar como en transistores con inyección de avalancha. La Figura 7 muestra un diagrama de bloques de una matriz LSI con una arquitectura programable. El bus de control (CB) se utiliza para escribir códigos para configurar (programar) la arquitectura del subsistema para una tarea específica en bloques de memoria distribuida (C). Los bloques de decisión de la matriz (M) están conectados entre sí mediante conmutadores distribuidos (K) a través de un bus de conmutación (SC).

Figura 7 – Diagrama de bloques de una matriz LSI con arquitectura programable

El uso de VLSI con arquitectura programable permite obtener una densidad de diseño muy alta y automatizar el proceso de montaje.

Enlaces a fuentes1.Sitio educativo www.studfiles.ruURL: http://www.studfiles.ru/dir/cat39/subj1381/file15398/view155035/page2.html2.Enciclopedia gratuita URL de Wikipedia: http://ru.wikipedia.org /wiki/%D0%91%D0%9C%D0%9A3 Enciclopedia libre WikipediaURL: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%9B%D0%98%D0%A1.

Konyaev Ivan Sergeyevich, estudiante de tercer año del Instituto de Mecánica y Tecnología de Armavir (sucursal) Universidad Tecnológica Estatal de Kuban, ArmavirMonogarov Sergey Ivanovich, Candidato de Ciencias Técnicas, Profesor Asociado de equipos eléctricos y automatización de plantas, Instituto de Mecánica y Tecnología de Armavir (sucursal) Universidad Tecnológica Estatal de Kuban, ArmavirPrincipios de construcción de circuitos integrados a gran escalaResumen:Este artículo se centra en la investigación de los principios de construcción de circuitos integrados a gran escala (LSI).Palabras clave:BIS, un circuito integrado de gran tamaño, los cristales de matriz base, dispositivos lógicos programables.