Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Circuito integrado

Imagen microscópica de un chip de circuito integrado utilizado para controlar pantallas LCD . Los pines son los círculos oscuros que rodean el circuito integrado. Un circuito in...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

Imagen microscópica de un chip de circuito integrado utilizado para controlar pantallas LCD . Los pines son los círculos oscuros que rodean el circuito integrado.

Un circuito integrado ( CI ), también conocido como microchip , chip de computadora o simplemente chip , es un pequeño dispositivo electrónico compuesto por múltiples componentes electrónicos interconectados, como transistores , resistencias y condensadores . Estos componentes están grabados en una pequeña pieza de material semiconductor , generalmente silicio . Los circuitos integrados se utilizan en una amplia gama de dispositivos electrónicos, incluidos ordenadores , teléfonos inteligentes y televisores , para realizar diversas funciones, como procesar y almacenar información. Han tenido un gran impacto en el campo de la electrónica al permitir la miniaturización de los dispositivos y una funcionalidad mejorada.

Los circuitos integrados son órdenes de magnitud más pequeños, más rápidos y menos costosos que aquellos construidos con componentes discretos, lo que permite un gran número de transistores .

La capacidad de producción en masa de los CI , su fiabilidad y el enfoque de bloques de construcción para el diseño de circuitos integrados han asegurado la rápida adopción de CI estandarizados en lugar de diseños que utilizan transistores discretos. Los CI se utilizan ahora en prácticamente todos los equipos electrónicos y han revolucionado el mundo de la electrónica . Las computadoras, los teléfonos móviles y otros electrodomésticos son ahora partes esenciales de la estructura de las sociedades modernas, lo que es posible gracias al pequeño tamaño y al bajo coste de los CI, como los procesadores informáticos y los microcontroladores modernos .

La integración a gran escala se hizo posible gracias a los avances tecnológicos en la fabricación de dispositivos semiconductores . Desde sus orígenes en la década de 1960, el tamaño, la velocidad y la capacidad de los chips han progresado enormemente, impulsados ​​por los avances técnicos que permiten colocar cada vez más transistores en chips del mismo tamaño (un chip moderno puede tener muchos miles de millones de transistores en un área del tamaño de una uña humana). Estos avances, que siguen aproximadamente la ley de Moore , hacen que los chips de computadora de hoy tengan millones de veces la capacidad y miles de veces la velocidad de los chips de computadora de principios de la década de 1970.

Los circuitos integrados tienen tres ventajas principales sobre los circuitos construidos a partir de componentes discretos: tamaño, costo y rendimiento. El tamaño y el costo son bajos porque los chips, con todos sus componentes, se imprimen como una unidad mediante fotolitografía en lugar de construirse transistor por transistor. Además, los circuitos integrados encapsulados utilizan mucho menos material que los circuitos discretos. El rendimiento es alto porque los componentes del circuito integrado se conmutan rápidamente y consumen comparativamente poca energía debido a su pequeño tamaño y proximidad. La principal desventaja de los circuitos integrados es el alto costo inicial de diseño y el enorme costo de capital de construcción en fábrica. Este alto costo inicial significa que los circuitos integrados solo son comercialmente viables cuando se anticipan grandes volúmenes de producción .

Terminología

Un circuito integrado se define como: [1]

Un circuito en el que todos o algunos de los elementos del circuito están asociados inseparablemente e interconectados eléctricamente de modo que se considera indivisible para fines de construcción y comercio.

En sentido estricto, circuito integrado se refiere a la construcción de circuito de una sola pieza conocida originalmente como circuito integrado monolítico , que comprende una sola pieza de silicio. [2] [3] En el uso general, los circuitos que no cumplen con esta definición estricta a veces se denominan CI, que se construyen utilizando muchas tecnologías diferentes, por ejemplo , CI 3D , CI 2.5D , MCM , transistores de película delgada , tecnologías de película gruesa o circuitos integrados híbridos . La elección de la terminología aparece con frecuencia en discusiones relacionadas con si la Ley de Moore está obsoleta.

Circuito integrado original de Jack Kilby ; el primero del mundo. Fabricado en germanio con interconexiones de hilo de oro.

Historia

Un primer intento de combinar varios componentes en un dispositivo (como los circuitos integrados modernos) fue el tubo de vacío Loewe 3NF , fabricado por primera vez en 1926. [4] [5] A diferencia de los circuitos integrados, se diseñó con el propósito de evadir impuestos , ya que en Alemania los receptores de radio tenían un impuesto que se aplicaba en función de la cantidad de portatubos que tuviera un receptor de radio. Permitió que los receptores de radio tuvieran un solo portatubos. Se fabricaron un millón y fueron "un primer paso en la integración de dispositivos radioelectrónicos". [6] El dispositivo contenía un amplificador , compuesto por tres triodos, dos condensadores y cuatro resistencias en un dispositivo de seis pines. [7] Las radios con el Loewe 3NF eran menos costosas que otras radios, [8] lo que demuestra una de las ventajas de la integración sobre el uso de componentes discretos , que se vería décadas después con los circuitos integrados. [9]

Los primeros conceptos de un circuito integrado se remontan a 1949, cuando el ingeniero alemán Werner Jacobi [10] ( Siemens AG ) [11] presentó una patente para un dispositivo amplificador semiconductor similar a un circuito integrado [12] que mostraba cinco transistores en un sustrato común en una disposición de amplificador de tres etapas . Jacobi divulgó audífonos pequeños y baratos como aplicaciones industriales típicas de su patente. No se ha informado de un uso comercial inmediato de su patente.

Otro de los primeros defensores del concepto fue Geoffrey Dummer (1909-2002), un científico de radar que trabajaba para el Royal Radar Establishment del Ministerio de Defensa británico . Dummer presentó la idea al público en el Simposio sobre el Progreso en Componentes Electrónicos de Calidad en Washington, DC , el 7 de mayo de 1952. [13] Dio muchos simposios públicamente para propagar sus ideas e intentó sin éxito construir un circuito de este tipo en 1956. Entre 1953 y 1957, Sidney Darlington y Yasuo Tarui ( Laboratorio Electrotécnico ) propusieron diseños de chips similares en los que varios transistores podían compartir un área activa común, pero no había aislamiento eléctrico para separarlos entre sí. [10]

El chip de circuito integrado monolítico fue posible gracias a las invenciones del proceso planar de Jean Hoerni y del aislamiento de la unión p–n de Kurt Lehovec . La invención de Hoerni se basó en el trabajo de Carl Frosch y Lincoln Derick sobre la protección y pasivación de superficies mediante enmascaramiento y predeposición de dióxido de silicio, [14] [15] [16] así como en el trabajo de Fuller, Ditzenberger y otros sobre la difusión de impurezas en el silicio. [17] [18] [19] [20] [21]

Los primeros circuitos integrados

Robert Noyce inventó el primer circuito integrado monolítico en 1959. El chip estaba hecho de silicio .

Una idea precursora del CI fue la creación de pequeños sustratos cerámicos (los llamados micromódulos ), [22] cada uno de los cuales contenía un único componente miniaturizado. Los componentes podían entonces integrarse y conectarse en una red compacta bidimensional o tridimensional. Esta idea, que parecía muy prometedora en 1957, fue propuesta al ejército de los EE. UU. por Jack Kilby [22] y condujo al efímero Programa de Micromódulos (similar al Proyecto Tinkertoy de 1951). [22] [23] [24] Sin embargo, a medida que el proyecto ganaba impulso, Kilby ideó un diseño nuevo y revolucionario: el CI.

Kilby, recién incorporado a Texas Instruments , registró sus ideas iniciales sobre el circuito integrado en julio de 1958, demostrando con éxito el primer ejemplo funcional de un circuito integrado el 12 de septiembre de 1958. [25] En su solicitud de patente del 6 de febrero de 1959, [26] Kilby describió su nuevo dispositivo como "un cuerpo de material semiconductor... en el que todos los componentes del circuito electrónico están completamente integrados". [27] El primer cliente de la nueva invención fue la Fuerza Aérea de los Estados Unidos . [28] Kilby ganó el Premio Nobel de Física en 2000 por su participación en la invención del circuito integrado. [29]

Sin embargo, la invención de Kilby no era un verdadero chip de circuito integrado monolítico ya que tenía conexiones externas de cables de oro, lo que habría dificultado su producción en masa. [30] Medio año después de Kilby, Robert Noyce en Fairchild Semiconductor inventó el primer chip IC monolítico verdadero. [31] [30] Más práctico que la implementación de Kilby, el chip de Noyce estaba hecho de silicio , mientras que el de Kilby estaba hecho de germanio , y el de Noyce se fabricó utilizando el proceso planar , desarrollado a principios de 1959 por su colega Jean Hoerni e incluía las críticas líneas de interconexión de aluminio en el chip. Los chips IC modernos se basan en el IC monolítico de Noyce, [31] [30] en lugar del de Kilby.

El Programa Apolo de la NASA fue el mayor consumidor individual de circuitos integrados entre 1961 y 1965. [32]

Tiempo de vida útilcircuitos integrados

La lógica transistor-transistor (TTL) fue desarrollada por James L. Buie a principios de la década de 1960 en TRW Inc. TTL se convirtió en la tecnología de circuito integrado dominante durante la década de 1970 y principios de la de 1980. [33]

Dov Frohman , un ingeniero eléctrico israelí que desarrolló la EPROM entre 1969 y 1971

Docenas de circuitos integrados TTL fueron un método estándar de construcción para los procesadores de minicomputadoras y computadoras mainframe . Computadoras como las mainframes IBM 360 , las minicomputadoras PDP-11 y la computadora de escritorio Datapoint 2200 se construyeron a partir de circuitos integrados bipolares , [34] ya sea TTL o la lógica acoplada a emisor (ECL), aún más rápida.

Memoria EPROM

Una EPROM es un tipo de chip cuyo concepto fue desarrollado por el ingeniero eléctrico israelí, Dov Frohman en 1969 y desarrollado en la práctica en 1971 mientras Frohman trabajaba para Intel . [35] [36]

Circuitos integrados MOS

Casi todos los chips de CI modernos son circuitos integrados de metal-óxido-semiconductor (MOS), construidos a partir de MOSFET (transistores de efecto de campo de metal-óxido-silicio). [37] El MOSFET inventado en Bell Labs entre 1955 y 1960, [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] hizo posible construir circuitos integrados de alta densidad . [45] A diferencia de los transistores bipolares que requerían una serie de pasos para el aislamiento de la unión p-n de los transistores en un chip, los MOSFET no requerían tales pasos pero podían aislarse fácilmente entre sí. [46] Su ventaja para los circuitos integrados fue señalada por Dawon Kahng en 1961. [47] La ​​lista de hitos del IEEE incluye el primer circuito integrado de Kilby en 1958, [48] el proceso planar de Hoerni y el CI planar de Noyce en 1959. [49]

El primer CI MOS experimental que se fabricó fue un chip de 16 transistores construido por Fred Heiman y Steven Hofstein en RCA en 1962. [50] Más tarde, General Microelectronics presentó el primer circuito integrado MOS comercial en 1964, [51] un registro de desplazamiento de 120 transistores desarrollado por Robert Norman. [50] En 1964, los chips MOS habían alcanzado una mayor densidad de transistores y menores costos de fabricación que los chips bipolares . Los chips MOS aumentaron aún más en complejidad a un ritmo predicho por la ley de Moore , lo que llevó a la integración a gran escala (LSI) con cientos de transistores en un solo chip MOS a fines de la década de 1960. [52]

Tras el desarrollo del MOSFET de compuerta autoalineada (compuerta de silicio) por Robert Kerwin, Donald Klein y John Sarace en Bell Labs en 1967, [53] la primera tecnología de CI MOS de compuerta de silicio con compuertas autoalineadas , la base de todos los circuitos integrados CMOS modernos , fue desarrollada en Fairchild Semiconductor por Federico Faggin en 1968. [54] La aplicación de chips MOS LSI a la informática fue la base de los primeros microprocesadores , ya que los ingenieros comenzaron a reconocer que un procesador de computadora completo podía estar contenido en un solo chip MOS LSI. Esto condujo a las invenciones del microprocesador y el microcontrolador a principios de la década de 1970. [52] Durante la década de 1970, la tecnología de circuitos integrados MOS permitió la integración a muy gran escala (VLSI) de más de 10 000 transistores en un solo chip. [55]

Al principio, las computadoras basadas en MOS solo tenían sentido cuando se requería alta densidad, como en la industria aeroespacial y las calculadoras de bolsillo . Las computadoras construidas completamente a partir de TTL, como la Datapoint 2200 de 1970 , eran mucho más rápidas y potentes que los microprocesadores MOS de un solo chip, como el Intel 8008 de 1972 , hasta principios de la década de 1980. [34]

Los avances en la tecnología de los circuitos integrados, principalmente las características más pequeñas y los chips más grandes, han permitido que la cantidad de transistores MOS en un circuito integrado se duplique cada dos años, una tendencia conocida como la ley de Moore. Moore originalmente afirmó que se duplicaría cada año, pero luego cambió la afirmación a cada dos años en 1975. [56] Esta mayor capacidad se ha utilizado para reducir el costo y aumentar la funcionalidad. En general, a medida que se reduce el tamaño de las características, casi todos los aspectos del funcionamiento de un circuito integrado mejoran. El costo por transistor y el consumo de energía de conmutación por transistor disminuyen, mientras que la capacidad de memoria y la velocidad aumentan, a través de las relaciones definidas por la escala de Dennard ( escalamiento MOSFET ). [57] Debido a que las ganancias de velocidad, capacidad y consumo de energía son evidentes para el usuario final, existe una feroz competencia entre los fabricantes para utilizar geometrías más finas. A lo largo de los años, los tamaños de los transistores han disminuido de decenas de micrones a principios de la década de 1970 a 10 nanómetros en 2017 [58] con un aumento correspondiente de un millón de veces en transistores por unidad de área. A partir de 2016, las áreas típicas de los chips varían desde unos pocos milímetros cuadrados hasta alrededor de 600 mm2 , con hasta 25 millones de transistores por mm2 . [ 59]

La reducción prevista de los tamaños de las características y el progreso necesario en áreas relacionadas se habían previsto durante muchos años en la Hoja de Ruta Tecnológica Internacional para Semiconductores (ITRS). La ITRS final se publicó en 2016 y está siendo reemplazada por la Hoja de Ruta Internacional para Dispositivos y Sistemas . [60]

Inicialmente, los circuitos integrados eran dispositivos estrictamente electrónicos. El éxito de los circuitos integrados ha llevado a la integración de otras tecnologías, en un intento de obtener las mismas ventajas de tamaño pequeño y bajo costo. Estas tecnologías incluyen dispositivos mecánicos, ópticos y sensores.

  • Los dispositivos acoplados por carga y los sensores de píxeles activos , estrechamente relacionados con ellos , son chips sensibles a la luz . Han reemplazado en gran medida a la película fotográfica en aplicaciones científicas, médicas y de consumo. En la actualidad, se producen miles de millones de estos dispositivos cada año para aplicaciones como teléfonos celulares, tabletas y cámaras digitales. Este subcampo de los circuitos integrados ganó el Premio Nobel en 2009. [61]
  • Se pueden integrar en chips dispositivos mecánicos muy pequeños accionados por electricidad, una tecnología conocida como sistemas microelectromecánicos (MEMS). Estos dispositivos se desarrollaron a fines de la década de 1980 [62] y se utilizan en una variedad de aplicaciones comerciales y militares. Algunos ejemplos incluyen proyectores DLP , impresoras de inyección de tinta y acelerómetros y giroscopios MEMS utilizados para desplegar bolsas de aire de automóviles .
  • Desde principios de la década de 2000, la integración de la funcionalidad óptica ( computación óptica ) en chips de silicio se ha buscado activamente tanto en la investigación académica como en la industria, lo que resultó en la comercialización exitosa de transceptores ópticos integrados basados ​​en silicio que combinan dispositivos ópticos (moduladores, detectores, enrutamiento) con electrónica basada en CMOS. [63] También se están desarrollando circuitos integrados fotónicos que utilizan luz, como PACE (Photonic Arithmetic Computing Engine) de Lightelligence, utilizando el campo emergente de la física conocido como fotónica . [64]
  • También se están desarrollando circuitos integrados para aplicaciones de sensores en implantes médicos u otros dispositivos bioelectrónicos . [65] Se deben aplicar técnicas de sellado especiales en dichos entornos biogénicos para evitar la corrosión o biodegradación de los materiales semiconductores expuestos. [66]

A partir de 2018 [update], la gran mayoría de todos los transistores son MOSFET fabricados en una sola capa en un lado de un chip de silicio en un proceso plano bidimensional . Los investigadores han producido prototipos de varias alternativas prometedoras, como:

A medida que se hace más difícil fabricar transistores cada vez más pequeños, las empresas están utilizando módulos multi-chip / chiplets , circuitos integrados tridimensionales , paquete sobre paquete , memoria de alto ancho de banda y vías a través de silicio con apilamiento de matrices para aumentar el rendimiento y reducir el tamaño, sin tener que reducir el tamaño de los transistores. Estas técnicas se conocen colectivamente como empaquetado avanzado . [71] El empaquetado avanzado se divide principalmente en empaquetado 2.5D y 3D. 2.5D describe enfoques como módulos multi-chip, mientras que 3D describe enfoques donde las matrices se apilan de una forma u otra, como paquete sobre paquete y memoria de alto ancho de banda. Todos los enfoques implican 2 o más matrices en un solo paquete. [72] [73] [74] [75] [76] Alternativamente, enfoques como 3D NAND apilan múltiples capas en una sola matriz. Se ha demostrado una técnica para incluir refrigeración microfluídica en circuitos integrados, para mejorar el rendimiento de refrigeración [77] así como refrigeradores termoeléctricos Peltier en protuberancias de soldadura, o protuberancias de soldadura térmicas utilizadas exclusivamente para la disipación de calor, utilizadas en chips invertidos . [78] [79]

Diseño

Detalle virtual de un circuito integrado a través de cuatro capas de interconexión de cobre planarizado , hasta el polisilicio (rosa), los pozos (grisáceos) y el sustrato (verde)

El costo de diseñar y desarrollar un circuito integrado complejo es bastante alto, normalmente de varias decenas de millones de dólares. [80] [81] Por lo tanto, solo tiene sentido económico producir productos de circuitos integrados con un alto volumen de producción, por lo que los costos de ingeniería no recurrentes (NRE) se distribuyen típicamente entre millones de unidades de producción.

Los chips semiconductores modernos tienen miles de millones de componentes y son demasiado complejos para ser diseñados a mano. Las herramientas de software para ayudar al diseñador son esenciales. La automatización del diseño electrónico (EDA), también conocida como diseño electrónico asistido por computadora (ECAD), [82] es una categoría de herramientas de software para diseñar sistemas electrónicos , incluidos los circuitos integrados. Las herramientas trabajan juntas en un flujo de diseño que los ingenieros utilizan para diseñar, verificar y analizar chips semiconductores completos. Algunas de las últimas herramientas EDA utilizan inteligencia artificial (IA) para ayudar a los ingenieros a ahorrar tiempo y mejorar el rendimiento del chip.

Tipos

Convertidor de A a D IC en un DIP

Los circuitos integrados se pueden clasificar ampliamente en analógicos , [83] digitales , [84] y de señal mixta , [85] que consisten en señalización analógica y digital en el mismo CI.

Los circuitos integrados digitales pueden contener miles de millones [59] de puertas lógicas , flip-flops , multiplexores y otros circuitos en unos pocos milímetros cuadrados. El pequeño tamaño de estos circuitos permite alta velocidad, baja disipación de potencia y un menor costo de fabricación en comparación con la integración a nivel de placa. Estos circuitos integrados digitales, típicamente microprocesadores , DSP y microcontroladores , utilizan álgebra booleana para procesar señales "uno" y "cero" .

El chip de un Intel 8742 , un microcontrolador NMOS de 8 bits que incluye una CPU que funciona a 12 MHz, 128 bytes de RAM , 2048 bytes de EPROM y E/S en el mismo chip.

Entre los circuitos integrados más avanzados se encuentran los microprocesadores o " núcleos ", utilizados en ordenadores personales, teléfonos móviles, hornos microondas , etc. Se pueden integrar varios núcleos en un único circuito integrado o chip. Los chips de memoria digital y los circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) son ejemplos de otras familias de circuitos integrados.

En la década de 1980, se desarrollaron dispositivos lógicos programables . Estos dispositivos contienen circuitos cuya función lógica y conectividad pueden ser programadas por el usuario, en lugar de ser fijadas por el fabricante del circuito integrado. Esto permite programar un chip para realizar varias funciones de tipo LSI, como puertas lógicas , sumadores y registros . La programabilidad se presenta en varias formas: dispositivos que se pueden programar solo una vez , dispositivos que se pueden borrar y luego reprogramar utilizando luz ultravioleta , dispositivos que se pueden (re)programar utilizando memoria flash y matrices de puertas programables en campo (FPGAs) que se pueden programar en cualquier momento, incluso durante el funcionamiento. Los FPGA actuales pueden (a partir de 2016) implementar el equivalente a millones de puertas y operar a frecuencias de hasta 1 GHz . [86]

Los circuitos integrados analógicos, como sensores , circuitos de gestión de energía y amplificadores operacionales (op-amps), procesan señales continuas y realizan funciones analógicas como amplificación , filtrado activo , demodulación y mezcla .

Los circuitos integrados pueden combinar circuitos analógicos y digitales en un chip para crear funciones como convertidores analógico-digitales y convertidores digital-analógicos . Estos circuitos de señal mixta ofrecen un tamaño menor y un menor costo, pero deben tener en cuenta la interferencia de la señal. Antes de finales de la década de 1990, las radios no podían fabricarse con los mismos procesos CMOS de bajo costo que los microprocesadores. Pero desde 1998, se han desarrollado chips de radio utilizando procesos CMOS de RF . Algunos ejemplos incluyen el teléfono inalámbrico DECT de Intel o los chips 802.11 ( Wi-Fi ) creados por Atheros y otras empresas. [87]

Los distribuidores de componentes electrónicos modernos suelen subdividir los circuitos integrados en:

Fabricación

Fabricación

Representación de una pequeña celda estándar con tres capas de metal ( se ha eliminado el dieléctrico ). Las estructuras de color arena son interconexiones de metal , con los pilares verticales siendo contactos, típicamente tapones de tungsteno . Las estructuras rojizas son compuertas de polisilicio, y el sólido en la parte inferior es el silicio cristalino .
Estructura esquemática de un chip CMOS , tal como se fabricó a principios de la década de 2000. El gráfico muestra LDD-MISFET sobre un sustrato SOI con cinco capas de metalización y soldadura para la unión de chips invertidos. También muestra la sección para FEOL (frontal de línea), BEOL (posterior de línea) y las primeras partes del proceso posterior.

Los semiconductores de la tabla periódica de los elementos químicos fueron identificados como los materiales más probables para un tubo de vacío de estado sólido . Empezando por el óxido de cobre , siguiendo con el germanio , luego el silicio , los materiales fueron estudiados sistemáticamente en los años 1940 y 1950. Hoy en día, el silicio monocristalino es el principal sustrato utilizado para los circuitos integrados, aunque algunos compuestos III-V de la tabla periódica, como el arseniuro de galio, se utilizan para aplicaciones especializadas como LED , láseres , células solares y los circuitos integrados de más alta velocidad. Se necesitaron décadas para perfeccionar los métodos de creación de cristales con defectos mínimos en la estructura cristalina de los materiales semiconductores .

Los circuitos integrados de semiconductores se fabrican mediante un proceso planar que incluye tres pasos clave: fotolitografía , deposición (como la deposición química en fase de vapor ) y grabado . Los pasos principales del proceso se complementan con dopaje y limpieza. Los circuitos integrados más recientes o de alto rendimiento pueden utilizar en cambio transistores FinFET o GAAFET de múltiples puertas en lugar de los planares, comenzando en el nodo de 22 nm (Intel) o en los nodos de 16/14 nm. [88]

En la mayoría de las aplicaciones se utilizan obleas de silicio monocristalino (o, para aplicaciones especiales, se utilizan otros semiconductores, como el arseniuro de galio ). No es necesario que la oblea sea completamente de silicio. La fotolitografía se utiliza para marcar diferentes áreas del sustrato que se van a dopar o para depositar sobre ellas pistas de polisilicio, aislantes o metal (normalmente aluminio o cobre). Los dopantes son impurezas que se introducen intencionadamente en un semiconductor para modular sus propiedades electrónicas. El dopaje es el proceso de añadir dopantes a un material semiconductor.

  • Los circuitos integrados se componen de muchas capas superpuestas, cada una definida por fotolitografía y normalmente mostradas en diferentes colores. Algunas capas marcan dónde se difunden diversos dopantes en el sustrato (llamadas capas de difusión), algunas definen dónde se implantan iones adicionales (capas de implante), algunas definen los conductores (capas de polisilicio o metal dopado) y algunas definen las conexiones entre las capas conductoras (capas de contacto o de vía). Todos los componentes están construidos a partir de una combinación específica de estas capas.
  • En un proceso CMOS autoalineado , se forma un transistor donde la capa de compuerta (polisilicio o metal) cruza una capa de difusión (esto se llama "la compuerta autoalineada"). [89] : p.1 (ver Fig. 1.1) 
  • Las estructuras capacitivas , que tienen una forma muy similar a las placas conductoras paralelas de un condensador eléctrico tradicional , se forman según el área de las "placas", con material aislante entre ellas. En los circuitos integrados es habitual utilizar condensadores de una amplia gama de tamaños.
  • A veces se utilizan franjas serpenteantes de longitudes variables para formar resistencias en chip , aunque la mayoría de los circuitos lógicos no necesitan resistencias. La relación entre la longitud de la estructura resistiva y su ancho, combinada con su resistividad laminar, determina la resistencia.
  • Con menor frecuencia, las estructuras inductivas se pueden construir como pequeñas bobinas en chip o simularse mediante giradores .

Dado que un dispositivo CMOS solo consume corriente en la transición entre estados lógicos , los dispositivos CMOS consumen mucha menos corriente que los dispositivos con transistores de unión bipolar .

Una memoria de acceso aleatorio es el tipo más regular de circuito integrado; los dispositivos de mayor densidad son, por lo tanto, memorias; pero incluso un microprocesador tendrá memoria en el chip. (Vea la estructura de matriz regular en la parte inferior de la primera imagen. [ ¿cuál? ] ) Aunque las estructuras son intrincadas, con anchos que se han ido reduciendo durante décadas, las capas siguen siendo mucho más delgadas que los anchos del dispositivo. Las capas de material se fabrican de manera muy similar a un proceso fotográfico, aunque las ondas de luz en el espectro visible no se pueden utilizar para "exponer" una capa de material, ya que serían demasiado grandes para las características. Por lo tanto, se utilizan fotones de frecuencias más altas (normalmente ultravioleta ) para crear los patrones de cada capa. Debido a que cada característica es tan pequeña, los microscopios electrónicos son herramientas esenciales para un ingeniero de procesos que podría estar depurando un proceso de fabricación.

Cada dispositivo se prueba antes del empaquetado utilizando un equipo de prueba automatizado (ATE), en un proceso conocido como prueba de obleas o sondeo de obleas. Luego, la oblea se corta en bloques rectangulares, cada uno de los cuales se llama matriz . Luego, cada matriz buena (plural dados , matrices o dado ) se conecta a un paquete utilizando cables de unión de aluminio (u oro) que están unidos termosónicamente [90] a almohadillas , que generalmente se encuentran alrededor del borde de la matriz. La unión termosónica fue introducida por primera vez por A. Coucoulas, que proporcionó un medio confiable para formar estas conexiones eléctricas vitales con el mundo exterior. Después del empaquetado, los dispositivos pasan por una prueba final en el mismo ATE o uno similar utilizado durante el sondeo de obleas. También se puede utilizar la tomografía computarizada industrial . El costo de la prueba puede representar más del 25% del costo de fabricación en productos de menor costo, pero puede ser insignificante en dispositivos de bajo rendimiento, más grandes o de mayor costo.

A partir de 2022 [update], la construcción de una planta de fabricación (comúnmente conocida como fábrica de semiconductores ) puede costar más de 12 mil millones de dólares. [91] El costo de una planta de fabricación aumenta con el tiempo debido a la mayor complejidad de los nuevos productos; esto se conoce como la ley de Rock . Una instalación de este tipo presenta:

Los circuitos integrados pueden fabricarse internamente por fabricantes de dispositivos integrados (IDM) o utilizando el modelo de fundición . Los IDM son empresas integradas verticalmente (como Intel y Samsung ) que diseñan, fabrican y venden sus propios circuitos integrados, y pueden ofrecer servicios de diseño y/o fabricación (fundición) a otras empresas (estas últimas, a menudo, a empresas sin fábrica). En el modelo de fundición, las empresas sin fábrica (como Nvidia ) solo diseñan y venden circuitos integrados y subcontratan toda la fabricación a fundiciones puras como TSMC . Estas fundiciones pueden ofrecer servicios de diseño de circuitos integrados.

Embalaje

Un chip nMOS MSI soviético fabricado en 1977, parte de un conjunto de calculadora de cuatro chips diseñado en 1970 [92]

Los primeros circuitos integrados se empaquetaban en paquetes planos de cerámica , que continuaron siendo utilizados por los militares por su confiabilidad y pequeño tamaño durante muchos años. El empaquetado de circuitos comerciales rápidamente pasó al encapsulado dual en línea (DIP), primero en cerámica y luego en plástico, que comúnmente es cresol - formaldehído - novolac . En la década de 1980, los recuentos de pines de los circuitos VLSI excedieron el límite práctico para el empaquetado DIP, lo que llevó a los encapsulados de matriz de rejilla de pines (PGA) y portador de chip sin conductores (LCC). El empaquetado de montaje superficial apareció a principios de la década de 1980 y se hizo popular a fines de la década de 1980, utilizando un paso de cable más fino con cables formados como ala de gaviota o cable J, como lo ejemplifica el encapsulado de circuito integrado de contorno pequeño (SOIC), un portador que ocupa un área aproximadamente entre un 30 y un 50 % menos que un DIP equivalente y generalmente es un 70 % más delgado. Este paquete tiene cables en forma de "alas de gaviota" que sobresalen de los dos lados largos y un espaciado entre cables de 0,050 pulgadas.

A fines de la década de 1990, los paquetes de plástico cuádruple plano (PQFP) y los paquetes de contorno pequeño y delgado (TSOP) se convirtieron en los más comunes para dispositivos con gran cantidad de pines, aunque los paquetes PGA todavía se utilizan para microprocesadores de alta gama .

Los encapsulados de matriz de rejilla de bolas (BGA) existen desde la década de 1970. Los encapsulados de matriz de rejilla de bolas con chip invertido , que permiten un número de pines mucho mayor que otros tipos de encapsulados, se desarrollaron en la década de 1990. En un encapsulado FCBGA, el chip se monta al revés (volteado) y se conecta a las bolas del encapsulado a través de un sustrato de encapsulado que es similar a una placa de circuito impreso en lugar de cables. Los encapsulados FCBGA permiten que una matriz de señales de entrada y salida (llamadas E/S de área) se distribuya por todo el chip en lugar de limitarse a la periferia del chip. Los dispositivos BGA tienen la ventaja de no necesitar un zócalo dedicado, pero son mucho más difíciles de reemplazar en caso de falla del dispositivo.

Intel dejó de usar PGA para pasar a la matriz de rejilla terrestre (LGA) y BGA a partir de 2004, y el último zócalo PGA se lanzó en 2014 para plataformas móviles. A partir de 2018 [update], AMD usa paquetes PGA en procesadores de escritorio convencionales, [93] paquetes BGA en procesadores móviles, [94] y los microprocesadores de escritorio y servidor de alta gama usan paquetes LGA. [95]

Las señales eléctricas que salen de la matriz deben pasar a través del material que conecta eléctricamente la matriz al encapsulado, a través de las pistas conductoras (caminos) en el encapsulado, a través de los cables que conectan el encapsulado a las pistas conductoras en la placa de circuito impreso . Los materiales y las estructuras que se utilizan en el camino que deben recorrer estas señales eléctricas tienen propiedades eléctricas muy diferentes, en comparación con las que viajan a diferentes partes de la misma matriz. Como resultado, requieren técnicas de diseño especiales para garantizar que las señales no se corrompan, y mucha más potencia eléctrica que las señales confinadas en la matriz misma.

Cuando se colocan múltiples chips en un paquete, el resultado es un sistema en paquete , abreviado SiP . Un módulo multichip ( MCM ) se crea combinando múltiples chips en un sustrato pequeño, a menudo de cerámica. La distinción entre un MCM grande y una placa de circuito impreso pequeña a veces es confusa.

Los circuitos integrados empaquetados suelen ser lo suficientemente grandes como para incluir información de identificación. Cuatro secciones comunes son el nombre o logotipo del fabricante, el número de pieza, un número de lote de producción de la pieza y un número de serie , y un código de fecha de cuatro dígitos para identificar cuándo se fabricó el chip. Las piezas de tecnología de montaje superficial extremadamente pequeñas a menudo solo llevan un número que se utiliza en la tabla de búsqueda del fabricante para encontrar las características del circuito integrado.

La fecha de fabricación se representa comúnmente como un año de dos dígitos seguido de un código de semana de dos dígitos, de modo que una pieza que lleva el código 8341 se fabricó en la semana 41 de 1983, o aproximadamente en octubre de 1983.

Propiedad intelectual

La posibilidad de copiar mediante la fotografía de cada capa de un circuito integrado y preparar fotomáscaras para su producción a partir de las fotografías obtenidas es una de las razones para la introducción de una legislación para la protección de los esquemas de trazado. La Ley de Protección de Chips Semiconductores de los Estados Unidos de América de 1984 estableció la protección de la propiedad intelectual para las fotomáscaras utilizadas para producir circuitos integrados. [96]

En 1989, en una conferencia diplomática celebrada en Washington, D.C., se adoptó un Tratado sobre la propiedad intelectual en materia de circuitos integrados, [97] también denominado Tratado de Washington o Tratado IPIC. El tratado no está en vigor en la actualidad, pero se integró parcialmente en el Acuerdo sobre los ADPIC . [98]

Hay varias patentes de Estados Unidos relacionadas con el circuito integrado, que incluyen las patentes de JS Kilby US3,138,743 , US3,261,081 , US3,434,015 y de RF Stewart US3,138,747 .

En varios países, entre ellos Japón, [99] la CE , [100] el Reino Unido, Australia y Corea, se han adoptado leyes nacionales que protegen los diseños de los circuitos integrados. El Reino Unido promulgó la Ley de derechos de autor, diseños y patentes de 1988, c. 48, § 213, después de haber adoptado inicialmente la postura de que su ley de derechos de autor protegía plenamente las topografías de los chips. Véase British Leyland Motor Corp. v. Armstrong Patents Co.

Las críticas a la inadecuación del enfoque de derechos de autor del Reino Unido tal como lo percibe la industria de chips de EE. UU. se resumen en los desarrollos posteriores sobre derechos de chips. [101]

Australia aprobó la Ley de Diseño de Circuitos de 1989 como una forma sui generis de protección de chips. [102] Corea aprobó la Ley sobre el Diseño de Circuitos Integrados de Semiconductores en 1992. [103]

Generaciones

In the early days of simple integrated circuits, the technology's large scale limited each chip to only a few transistors, and the low degree of integration meant the design process was relatively simple. Manufacturing yields were also quite low by today's standards. As metal–oxide–semiconductor (MOS) technology progressed, millions and then billions of MOS transistors could be placed on one chip,[104] and good designs required thorough planning, giving rise to the field of electronic design automation, or EDA. Some SSI and MSI chips, like discrete transistors, are still mass-produced, both to maintain old equipment and build new devices that require only a few gates. The 7400 series of TTL chips, for example, has become a de facto standard and remains in production.

Small-scale integration (SSI)

The first integrated circuits contained only a few transistors. Early digital circuits containing tens of transistors provided a few logic gates, and early linear ICs such as the Plessey SL201 or the Philips TAA320 had as few as two transistors. The number of transistors in an integrated circuit has increased dramatically since then. The term "large scale integration" (LSI) was first used by IBM scientist Rolf Landauer when describing the theoretical concept;[107] that term gave rise to the terms "small-scale integration" (SSI), "medium-scale integration" (MSI), "very-large-scale integration" (VLSI), and "ultra-large-scale integration" (ULSI). The early integrated circuits were SSI.

SSI circuits were crucial to early aerospace projects, and aerospace projects helped inspire development of the technology. Both the Minuteman missile and Apollo program needed lightweight digital computers for their inertial guidance systems. Although the Apollo Guidance Computer led and motivated integrated-circuit technology,[108] it was the Minuteman missile that forced it into mass-production. The Minuteman missile program and various other United States Navy programs accounted for the total $4 million integrated circuit market in 1962, and by 1968, U.S. Government spending on space and defense still accounted for 37% of the $312 million total production.

The demand by the U.S. Government supported the nascent integrated circuit market until costs fell enough to allow IC firms to penetrate the industrial market and eventually the consumer market. The average price per integrated circuit dropped from $50 in 1962 to $2.33 in 1968.[109] Integrated circuits began to appear in consumer products by the turn of the 1970s decade. A typical application was FM inter-carrier sound processing in television receivers.

The first application MOS chips were small-scale integration (SSI) chips.[110] Following Mohamed M. Atalla's proposal of the MOS integrated circuit chip in 1960,[111] the earliest experimental MOS chip to be fabricated was a 16-transistor chip built by Fred Heiman and Steven Hofstein at RCA in 1962.[50] The first practical application of MOS SSI chips was for NASA satellites.[110]

Medium-scale integration (MSI)

The next step in the development of integrated circuits introduced devices which contained hundreds of transistors on each chip, called "medium-scale integration" (MSI).

MOSFET scaling technology made it possible to build high-density chips.[45] By 1964, MOS chips had reached higher transistor density and lower manufacturing costs than bipolar chips.[52]

In 1964, Frank Wanlass demonstrated a single-chip 16-bit shift register he designed, with a then-incredible 120 MOS transistors on a single chip.[110][112] The same year, General Microelectronics introduced the first commercial MOS integrated circuit chip, consisting of 120 p-channel MOS transistors.[51] It was a 20-bit shift register, developed by Robert Norman[50] and Frank Wanlass.[113][114] MOS chips further increased in complexity at a rate predicted by Moore's law, leading to chips with hundreds of MOSFETs on a chip by the late 1960s.[52]

Large-scale integration (LSI)

Further development, driven by the same MOSFET scaling technology and economic factors, led to "large-scale integration" (LSI) by the mid-1970s, with tens of thousands of transistors per chip.[115]

The masks used to process and manufacture SSI, MSI and early LSI and VLSI devices (such as the microprocessors of the early 1970s) were mostly created by hand, often using Rubylith-tape or similar.[116] For large or complex ICs (such as memories or processors), this was often done by specially hired professionals in charge of circuit layout, placed under the supervision of a team of engineers, who would also, along with the circuit designers, inspect and verify the correctness and completeness of each mask.

Integrated circuits such as 1K-bit RAMs, calculator chips, and the first microprocessors, that began to be manufactured in moderate quantities in the early 1970s, had under 4,000 transistors. True LSI circuits, approaching 10,000 transistors, began to be produced around 1974, for computer main memories and second-generation microprocessors.

Very-large-scale integration (VLSI)

Upper interconnect layers on an Intel 80486DX2 microprocessor die

"Very-large-scale integration" (VLSI) is a development started with hundreds of thousands of transistors in the early 1980s, and, as of 2023, transistor counts continue to grow beyond 5.3 trillion transistors per chip.

Multiple developments were required to achieve this increased density. Manufacturers moved to smaller MOSFET design rules and cleaner fabrication facilities. The path of process improvements was summarized by the International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), which has since been succeeded by the International Roadmap for Devices and Systems (IRDS). Electronic design tools improved, making it practical to finish designs in a reasonable time. The more energy-efficient CMOS replaced NMOS and PMOS, avoiding a prohibitive increase in power consumption. The complexity and density of modern VLSI devices made it no longer feasible to check the masks or do the original design by hand. Instead, engineers use EDA tools to perform most functional verification work.[117]

In 1986, one-megabit random-access memory (RAM) chips were introduced, containing more than one million transistors. Microprocessor chips passed the million-transistor mark in 1989, and the billion-transistor mark in 2005.[118] The trend continues largely unabated, with chips introduced in 2007 containing tens of billions of memory transistors.[119]

ULSI, WSI, SoC and 3D-IC

To reflect further growth of the complexity, the term ULSI that stands for "ultra-large-scale integration" was proposed for chips of more than 1 million transistors.[120]

Wafer-scale integration (WSI) is a means of building very large integrated circuits that uses an entire silicon wafer to produce a single "super-chip". Through a combination of large size and reduced packaging, WSI could lead to dramatically reduced costs for some systems, notably massively parallel supercomputers. The name is taken from the term Very-Large-Scale Integration, the current state of the art when WSI was being developed.[121][122]

A system-on-a-chip (SoC or SOC) is an integrated circuit in which all the components needed for a computer or other system are included on a single chip. The design of such a device can be complex and costly, and whilst performance benefits can be had from integrating all needed components on one die, the cost of licensing and developing a one-die machine still outweigh having separate devices. With appropriate licensing, these drawbacks are offset by lower manufacturing and assembly costs and by a greatly reduced power budget: because signals among the components are kept on-die, much less power is required (see Packaging).[123] Further, signal sources and destinations are physically closer on die, reducing the length of wiring and therefore latency, transmission power costs and waste heat from communication between modules on the same chip. This has led to an exploration of so-called Network-on-Chip (NoC) devices, which apply system-on-chip design methodologies to digital communication networks as opposed to traditional bus architectures.

A three-dimensional integrated circuit (3D-IC) has two or more layers of active electronic components that are integrated both vertically and horizontally into a single circuit. Communication between layers uses on-die signaling, so power consumption is much lower than in equivalent separate circuits. Judicious use of short vertical wires can substantially reduce overall wire length for faster operation.[124]

Silicon labeling and graffiti

To allow identification during production, most silicon chips will have a serial number in one corner. It is also common to add the manufacturer's logo. Ever since ICs were created, some chip designers have used the silicon surface area for surreptitious, non-functional images or words. These are sometimes referred to as chip art, silicon art, silicon graffiti or silicon doodling.[citation needed]

ICs and IC families

See also

References

  1. ^ "Integrated circuit (IC)". JEDEC.
  2. ^ Wylie, Andrew (2009). "The first monolithic integrated circuits". Archived from the original on 4 May 2018. Retrieved 14 March 2011. Nowadays when people say 'integrated circuit' they usually mean a monolithic IC, where the entire circuit is constructed in a single piece of silicon.
  3. ^ Horowitz, Paul; Hill, Winfield (1989). The Art of Electronics (2nd ed.). Cambridge University Press. p. 61. ISBN 978-0-521-37095-0. Integrated circuits, which have largely replaced circuits constructed from discrete transistors, are themselves merely arrays of transistors and other components built from a single chip of semiconductor material.
  4. ^ Mike Harrison, Mike's Electric Stuff (1998-2014) Loewe 3NF Multi-valve - The first integrated circuit.
  5. ^ "Loewe 3NF radio valve, 1926-1966 | Science Museum Group Collection".
  6. ^ Anton Pankratov (20 Nov 2010) Loewe 3NF Integrated Lamp
  7. ^ Clive Maxfield, EE Times (04.05.2006) The first "integrated circuit" from 1926!
  8. ^ Malanowski, Gregory (2011). The Race for Wireless: How Radio was Invented (Or Discovered?). AuthorHouse. ISBN 978-1-4634-3750-3.
  9. ^ Principles of VLSI and CMOS Integrated Circuits. S. Chand. 2016. ISBN 978-81-219-4000-9.
  10. ^ a b "Who Invented the IC?". @CHM Blog. Computer History Museum. 20 August 2014.
  11. ^ "Integrated circuits help Invention". Integratedcircuithelp.com. Retrieved 13 August 2012.
  12. ^ DE patent 833366, W. Jacobi, "Halbleiterverstärker"", published 15 May 1952, assigned to SIEMENS AG 
  13. ^ "The Hapless Tale of Geoffrey Dummer". epn-online.com. 1 October 2005. Archived from the original on 26 July 2011.
  14. ^ US2802760A, Lincoln, Derick & Frosch, Carl J., "Oxidation of semiconductive surfaces for controlled diffusion", issued 1957-08-13 
  15. ^ Frosch, C. J.; Derick, L (1957). "Surface Protection and Selective Masking during Diffusion in Silicon". Journal of the Electrochemical Society. 104 (9): 547. doi:10.1149/1.2428650.
  16. ^ Lojek, Bo (2007). History of Semiconductor Engineering. Springer Science & Business Media. p. 120. ISBN 9783540342588.
  17. ^ Fuller, C. S.; Ditzenberger, J. A. (1 July 1953). "Diffusion of Lithium into Germanium and Silicon". Physical Review. 91 (1): 193. Bibcode:1953PhRv...91..193F. doi:10.1103/PhysRev.91.193. ISSN 0031-899X.
  18. ^ Fuller, C. S.; Struthers, J. D.; Ditzenberger, J. A.; Wolfstirn, K. B. (15 March 1954). "Diffusivity and Solubility of Copper in Germanium". Physical Review. 93 (6): 1182–1189. Bibcode:1954PhRv...93.1182F. doi:10.1103/PhysRev.93.1182. ISSN 0031-899X.
  19. ^ Fuller, C. S.; Ditzenberger, J. A. (1 May 1956). "Diffusion of Donor and Acceptor Elements in Silicon". Journal of Applied Physics. 27 (5): 544–553. Bibcode:1956JAP....27..544F. doi:10.1063/1.1722419. ISSN 0021-8979.
  20. ^ Fuller, C. S.; Whelan, J. M. (1 August 1958). "Diffusion, solubility, and electrical behavior of copper in gallium arsenide". Journal of Physics and Chemistry of Solids. 6 (2): 173–177. Bibcode:1958JPCS....6..173F. doi:10.1016/0022-3697(58)90091-X. ISSN 0022-3697.
  21. ^ Miller, R. C.; Savage, A. (1 December 1956). "Diffusion of Aluminum in Single Crystal Silicon". Journal of Applied Physics. 27 (12): 1430–1432. Bibcode:1956JAP....27.1430M. doi:10.1063/1.1722283. ISSN 0021-8979.
  22. ^ a b c Rostky, George. "Micromodules: the ultimate package". EE Times. Archived from the original on 7 January 2010. Retrieved 23 April 2018.
  23. ^ "The RCA Micromodule". Vintage Computer Chip Collectibles, Memorabilia & Jewelry. Retrieved 23 April 2018.
  24. ^ Dummer, G.W.A.; Robertson, J. Mackenzie (16 May 2014). American Microelectronics Data Annual 1964–65. Elsevier. pp. 392–397, 405–406. ISBN 978-1-4831-8549-1.
  25. ^ "The Chip That Jack Built Changed the World". ti.com. 9 September 1997. Archived from the original on 18 April 2000.{{cite web}}: CS1 maint: unfit URL (link)
  26. ^ US Patent 3138743, Kilby, Jack S., "Miniaturized Electronic Circuits", published 23 June 1964 
  27. ^ Winston, Brian (1998). Media Technology and Society: A History: From the Telegraph to the Internet. Routledge. p. 221. ISBN 978-0-415-14230-4.
  28. ^ "Texas Instruments – 1961 First IC-based computer". Ti.com. Retrieved 13 August 2012.
  29. ^ "The Nobel Prize in Physics 2000". NobelPrize.org. 10 October 2000.
  30. ^ a b c "Integrated circuits". NASA. Retrieved 13 August 2019.
  31. ^ a b "1959: Practical Monolithic Integrated Circuit Concept Patented". Computer History Museum. Retrieved 13 August 2019.
  32. ^ Hall, Eldon C. (1996). Journey to the Moon: The History of the Apollo Guidance Computer. Library of Flight. American Institute of Aeronautics and Astronautics. pp. 18–19. ISBN 978-1-56347-185-8. Retrieved 5 October 2023.
  33. ^ "Computer Pioneers – James L. Buie". IEEE Computer Society. Retrieved 25 May 2020.
  34. ^ a b "The Texas Instruments TMX 1795: the (almost) first, forgotten microprocessor". Ken Shirriff's blog. 25 October 1970.
  35. ^ "1971: Reusable semiconductor ROM introduced". Computer History Museum. Retrieved 19 June 2019.
  36. ^ "Explore Intel's history- The World's First EPROM: The 1702". timeline.intel.com. Retrieved 8 July 2024.
  37. ^ Kuo, Yue (1 January 2013). "Thin Film Transistor Technology—Past, Present, and Future" (PDF). The Electrochemical Society Interface. 22 (1): 55–61. Bibcode:2013ECSIn..22a..55K. doi:10.1149/2.F06131if.
  38. ^ US2802760A, Lincoln, Derick & Frosch, Carl J., "Oxidation of semiconductive surfaces for controlled diffusion", issued 1957-08-13 
  39. ^ Huff, Howard; Riordan, Michael (1 September 2007). "Frosch and Derick: Fifty Years Later (Foreword)". The Electrochemical Society Interface. 16 (3): 29. doi:10.1149/2.F02073IF. ISSN 1064-8208.
  40. ^ Frosch, C. J.; Derick, L (1957). "Surface Protection and Selective Masking during Diffusion in Silicon". Journal of the Electrochemical Society. 104 (9): 547. doi:10.1149/1.2428650.
  41. ^ KAHNG, D. (1961). "Silicon-Silicon Dioxide Surface Device". Technical Memorandum of Bell Laboratories: 583–596. doi:10.1142/9789814503464_0076. ISBN 978-981-02-0209-5.
  42. ^ Lojek, Bo (2007). History of Semiconductor Engineering. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag Berlin Heidelberg. p. 321. ISBN 978-3-540-34258-8.
  43. ^ Ligenza, J.R.; Spitzer, W.G. (1960). "The mechanisms for silicon oxidation in steam and oxygen". Journal of Physics and Chemistry of Solids. 14: 131–136. Bibcode:1960JPCS...14..131L. doi:10.1016/0022-3697(60)90219-5.
  44. ^ Lojek, Bo (2007). History of Semiconductor Engineering. Springer Science & Business Media. p. 120. ISBN 9783540342588.
  45. ^ a b Laws, David (4 December 2013). "Who Invented the Transistor?". Computer History Museum.
  46. ^ Bassett, Ross Knox (2002). To the Digital Age: Research Labs, Start-up Companies, and the Rise of MOS Technology. Johns Hopkins University Press. pp. 53–4. ISBN 978-0-8018-6809-2.
  47. ^ Bassett, Ross Knox (2007). To the Digital Age: Research Labs, Start-up Companies, and the Rise of MOS Technology. Johns Hopkins University Press. pp. 22–25. ISBN 9780801886393.
  48. ^ "Milestones:First Semiconductor Integrated Circuit (IC), 1958". IEEE Global History Network. IEEE. Retrieved 3 August 2011.
  49. ^ "Milestones:List of IEEE Milestones – Engineering and Technology History Wiki". ethw.org. 9 December 2020.
  50. ^ a b c d "Tortoise of Transistors Wins the Race – CHM Revolution". Computer History Museum. Retrieved 22 July 2019.
  51. ^ a b "1964 – First Commercial MOS IC Introduced". Computer History Museum.
  52. ^ a b c d Shirriff, Ken (30 August 2016). "The Surprising Story of the First Microprocessors". IEEE Spectrum. 53 (9). Institute of Electrical and Electronics Engineers: 48–54. doi:10.1109/MSPEC.2016.7551353. S2CID 32003640.
  53. ^ "1968: Silicon Gate Technology Developed for ICs". Computer History Museum. Retrieved 22 July 2019.
  54. ^ "1968: Silicon Gate Technology Developed for ICs". The Silicon Engine. Computer History Museum. Retrieved 13 October 2019.
  55. ^ Hittinger, William C. (1973). "Metal–Oxide–Semiconductor Technology". Scientific American. 229 (2): 48–59. Bibcode:1973SciAm.229b..48H. doi:10.1038/scientificamerican0873-48. JSTOR 24923169.
  56. ^ Kanellos, Michael (11 February 2003). "Moore's Law to roll on for another decade". CNET.
  57. ^ Davari, Bijan, Robert H. Dennard, and Ghavam G. Shahidi (1995). "CMOS scaling for high performance and low power-the next ten years" (PDF). Proceedings of the IEEE. Vol. 83, no. 4. pp. 595–606.{{cite news}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  58. ^ "Qualcomm and Samsung Collaborate on 10nm Process Technology for the Latest Snapdragon 835 Mobile Processor". news.samsung.com. Retrieved 11 February 2017.
  59. ^ a b "Inside Pascal: NVIDIA's Newest Computing Platform". 5 April 2016.. 15,300,000,000 transistors in 610 mm2.
  60. ^ "International Roadmap for Devices and Systems" (PDF). IEEE. 2016.
  61. ^ The Nobel Prize in Physics 2009, Nobel Foundation, 6 October 2009, retrieved 6 October 2009.
  62. ^ Fujita, H. (1997). A decade of MEMS and its future. Tenth Annual International Workshop on Micro Electro Mechanical Systems. doi:10.1109/MEMSYS.1997.581729.
  63. ^ Narasimha, A.; et al. (2008). "A 40-Gb/s QSFP optoelectronic transceiver in a 0.13 µm CMOS silicon-on-insulator technology". Proceedings of the Optical Fiber Communication Conference (OFC): OMK7.
  64. ^ "Optical chipmaker focuses on high-performance computing". 7 April 2022.
  65. ^ Birkholz, M.; Mai, A.; Wenger, C.; Meliani, C.; Scholz, R. (2016). "Technology modules from micro- and nano-electronics for the life sciences". WIREs Nanomed. Nanobiotech. 8 (3): 355–377. doi:10.1002/wnan.1367. PMID 26391194.
  66. ^ Graham, Anthony H. D.; Robbins, Jon; Bowen, Chris R.; Taylor, John (2011). "Commercialisation of CMOS Integrated Circuit Technology in Multi-Electrode Arrays for Neuroscience and Cell-Based Biosensors". Sensors. 11 (5): 4943–4971. Bibcode:2011Senso..11.4943G. doi:10.3390/s110504943. PMC 3231360. PMID 22163884.
  67. ^ Or-Bach, Zvi (23 December 2013). "Why SOI is the Future Technology of Semiconductors". semimd.com. Archived from the original on 29 November 2014.{{cite web}}: CS1 maint: unfit URL (link). 2013.
  68. ^ "Samsung's Eight-Stack Flash Shows up in Apple's iPhone 4". Siliconica. 13 September 2010.
  69. ^ Yamatake Corporation (2002). "Spherical semiconductor radio temperature sensor". Nature Interface. 7: 58–59. Archived from the original on 7 January 2009.
  70. ^ Takeda, Nobuo, MEMS applications of Ball Semiconductor Technology (PDF), archived from the original (PDF) on 1 January 2015
  71. ^ "Advanced Packaging".
  72. ^ "2.5D". Semiconductor Engineering.
  73. ^ "3D ICs". Semiconductor Engineering.
  74. ^ "Chiplet". WikiChip. 28 February 2021.
  75. ^ "To Keep Pace With Moore's Law, Chipmakers Turn to 'Chiplets'". Wired. 11 June 2018.
  76. ^ Schodt, Christopher (16 April 2019). "This is the year of the CPU 'chiplet'". Engadget.
  77. ^ "Building Power Electronics with Microscopic Plumbing Could Save Enormous Amounts of Money - IEEE Spectrum".
  78. ^ "Startup shrinks Peltier cooler, puts it in the chip package". 10 January 2008.
  79. ^ "Wire Bond Vs. Flip Chip Packaging | Semiconductor Digest". 10 December 2016.
  80. ^ LaPedus, Mark (16 April 2015). "FinFET Rollout Slower Than Expected". Semiconductor Engineering.
  81. ^ Basu, Joydeep (9 October 2019). "From Design to Tape-out in SCL 180 nm CMOS Integrated Circuit Fabrication Technology". IETE Journal of Education. 60 (2): 51–64. arXiv:1908.10674. doi:10.1080/09747338.2019.1657787. S2CID 201657819.
  82. ^ "About the EDA Industry". Electronic Design Automation Consortium. Archived from the original on 2 August 2015. Retrieved 29 July 2015.
  83. ^ Gray, Paul R.; Hurst, Paul J.; Lewis, Stephen H.; Meyer, Robert G. (2009). Analysis and Design of Analog Integrated Circuits. Wiley. ISBN 978-0-470-24599-6.
  84. ^ Rabaey, Jan M.; Chandrakasan, Anantha; Nikolic, Borivoje (2003). Digital Integrated Circuits (2nd ed.). Pearson. ISBN 978-0-13-090996-1.
  85. ^ Baker, Jacob (2008). CMOS: Mixed-Signal Circuit Design. Wiley. ISBN 978-0-470-29026-2.
  86. ^ "Stratix 10 Device Overview" (PDF). Altera. 12 December 2015.
  87. ^ Nathawad, L.; Zargari, M.; Samavati, H.; Mehta, S.; Kheirkhaki, A.; Chen, P.; Gong, K.; Vakili-Amini, B.; Hwang, J.; Chen, M.; Terrovitis, M.; Kaczynski, B.; Limotyrakis, S.; Mack, M.; Gan, H.; Lee, M.; Abdollahi-Alibeik, B.; Baytekin, B.; Onodera, K.; Mendis, S.; Chang, A.; Jen, S.; Su, D.; Wooley, B. "20.2: A Dual-band CMOS MIMO Radio SoC for IEEE 802.11n Wireless LAN" (PDF). IEEE Entity Web Hosting. IEEE. Archived from the original (PDF) on 23 October 2016. Retrieved 22 October 2016.
  88. ^ "16nm/14nm FinFETs: Enabling The New Electronics Frontier". electronicdesign.com. 17 January 2013.
  89. ^ Mead, Carver; Conway, Lynn (1991). Introduction to VLSI systems. Addison Wesley Publishing Company. ISBN 978-0-201-04358-7. OCLC 634332043.
  90. ^ "Hot Work Ultrasonic Bonding – A Method Of Facilitating Metal Flow By Restoration Processes", Proc. 20th IEEE Electronic Components Conf. Washington, D.C., May 1970, pp. 549–556.]
  91. ^ Chafkin (15 May 2020). "TSMC to build 5nm fab in arizona, set to come online in 2024". Anandtech.
  92. ^ "145 series ICs (in Russian)". Retrieved 22 April 2012.
  93. ^ Moammer, Khalid (16 September 2016). "AMD Zen CPU & AM4 Socket Pictured, Launching February 2017 – PGA Design With 1331 Pins Confirmed". Wccftech. Retrieved 20 May 2018.
  94. ^ "Ryzen 5 2500U – AMD – WikiChip". wikichip.org. Retrieved 20 May 2018.
  95. ^ Ung, Gordon Mah (30 May 2017). "AMD's 'TR4' Threadripper CPU socket is gigantic". PCWorld. Retrieved 20 May 2018.
  96. ^ "Federal Statutory Protection for Mask Works" (PDF). United States Copyright Office. Retrieved 22 October 2016.
  97. ^ "Washington Treaty on Intellectual Property in Respect of Integrated Circuits". www.wipo.int.
  98. ^ On 1 January 1995, the Agreement on Trade-Related Aspects of Intellectual Property Rights (TRIPs) (Annex 1C to the World Trade Organization (WTO) Agreement), went into force. Part II, section 6 of TRIPs protects semiconductor chip products and was the basis for Presidential Proclamation No. 6780, 23 March 1995, under SCPA § 902(a)(2), extending protection to all present and future WTO members.
  99. ^ Japan was the first country to enact its own version of the SCPA, the Japanese "Act Concerning the Circuit Layout of a Semiconductor Integrated Circuit" of 1985.
  100. ^ In 1986 the EC promulgated a directive requiring its members to adopt national legislation for the protection of semiconductor topographies. Council Directive 1987/54/EEC of 16 December 1986 on the Legal Protection of Topographies of Semiconductor Products, art. 1(1)(b), 1987 O.J. (L 24) 36.
  101. ^ Stern, Richard (1985). "MicroLaw". IEEE Micro. 5 (4): 90–92. doi:10.1109/MM.1985.304489.
  102. ^ Radomsky, Leon (2000). "Sixteen Years after the Passage of the U.S. Semiconductor Chip Protection Act: Is International Protection Working". Berkeley Technology Law Journal. 15: 1069. Retrieved 13 September 2022.
  103. ^ Kukkonen, Carl A. III (1997–1998). "The Need to Abolish Registration for Integrated Circuit Topographies under Trips". IDEA: The Journal of Law and Technology. 38: 126. Retrieved 13 September 2022.
  104. ^ Clarke, Peter (14 October 2005). "Intel enters billion-transistor processor era". EE Times. Archived from the original on 8 June 2011.
  105. ^ Dalmau, M. "Les Microprocesseurs" (PDF). IUT de Bayonne. Archived from the original (PDF) on 9 August 2017. Retrieved 7 June 2015.
  106. ^ Bulletin de la Société fribourgeoise des sciences naturelles, Volumes 62 à 63 (in French). 1973.
  107. ^ Safir, Ruben (March 2015). "System on Chip – Integrated Circuits". NYLXS Journal. ISBN 9781312995512.
  108. ^ Mindell, David A. (2008). Digital Apollo: Human and Machine in Spaceflight. The MIT Press. ISBN 978-0-262-13497-2.
  109. ^ Ginzberg, Eli (1976). Economic impact of large public programs: the NASA Experience. Olympus Publishing Company. p. 57. ISBN 978-0-913420-68-3.
  110. ^ a b c Johnstone, Bob (1999). We were burning: Japanese entrepreneurs and the forging of the electronic age. Basic Books. pp. 47–48. ISBN 978-0-465-09118-8.
  111. ^ Moskowitz, Sanford L. (2016). Advanced Materials Innovation: Managing Global Technology in the 21st century. John Wiley & Sons. pp. 165–167. ISBN 9780470508923.
  112. ^ Boysel, Lee (12 October 2007). "Making Your First Million (and other tips for aspiring entrepreneurs)". U. Mich. EECS Presentation / ECE Recordings.
  113. ^ Kilby, J. S. (2007). "Miniaturized electronic circuits [US Patent No. 3,138, 743]". IEEE Solid-State Circuits Society Newsletter. 12 (2): 44–54. doi:10.1109/N-SSC.2007.4785580.
  114. ^ US Patent 3138743 
  115. ^ Hittinger, William C. (1973). "Metal-Oxide-Semiconductor Technology". Scientific American. 229 (2): 48–59. Bibcode:1973SciAm.229b..48H. doi:10.1038/scientificamerican0873-48. JSTOR 24923169.
  116. ^ Kanellos, Michael (16 January 2002). "Intel's Accidental Revolution". CNET.
  117. ^ O'Donnell, C.F. (1968). "Engineering for systems using large scale integration" (PDF). Afips 1968: 870. doi:10.1109/AFIPS.1968.93.
  118. ^ Clarke, Peter (14 October 2005). "Intel enters billion-transistor processor era". EETimes.com. Retrieved 23 May 2022.
  119. ^ "Samsung First to Mass Produce 16Gb NAND Flash Memory". phys.org. 30 April 2007. Retrieved 23 May 2022.
  120. ^ Meindl, J.D. (1984). "Ultra-large scale integration". IEEE Transactions on Electron Devices. 31 (11): 1555–1561. Bibcode:1984ITED...31.1555M. doi:10.1109/T-ED.1984.21752. S2CID 19237178.
  121. ^ US patent 4866501, Shanefield, Daniel, "Wafer scale integration", published 1985 
  122. ^ Edwards, Benj (14 November 2022). "Hungry for AI? New supercomputer contains 16 dinner-plate-size chips". Ars Technica.
  123. ^ US patent 6816750, Klaas, Jeff, "System-on-a-chip", published 2000 
  124. ^ Topol, A.W.; Tulipe, D.C.La; Shi, L; et., al (2006). "Three-dimensional integrated circuits". IBM Journal of Research and Development. 50 (4.5): 491–506. doi:10.1147/rd.504.0491. S2CID 18432328.

Further reading

  • Veendrick, H.J.M. (2017). Nanometer CMOS ICs, from Basics to ASICs. Springer. ISBN 978-3-319-47595-0. OCLC 990149326.
  • Baker, R.J. (2010). CMOS: Circuit Design, Layout, and Simulation (3rd ed.). Wiley-IEEE. ISBN 978-0-470-88132-3. OCLC 699889340.
  • Marsh, Stephen P. (2006). Practical MMIC design. Artech House. ISBN 978-1-59693-036-0. OCLC 1261968369.
  • Camenzind, Hans (2005). Designing Analog Chips (PDF). Virtual Bookworm. ISBN 978-1-58939-718-7. OCLC 926613209. Archived from the original (PDF) on 12 June 2017. Hans Camenzind invented the 555 timer
  • Hodges, David; Jackson, Horace; Saleh, Resve (2003). Analysis and Design of Digital Integrated Circuits. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-228365-5. OCLC 840380650.
  • Rabaey, J.M.; Chandrakasan, A.; Nikolic, B. (2003). Digital Integrated Circuits (2nd ed.). Pearson. ISBN 978-0-13-090996-1. OCLC 893541089.
  • Mead, Carver; Conway, Lynn (1991). Introduction to VLSI systems. Addison Wesley Publishing Company. ISBN 978-0-201-04358-7. OCLC 634332043.
  • Media related to Integrated circuits at Wikimedia Commons
  • The first monolithic integrated circuits
  • A large chart listing ICs by generic number including access to most of the datasheets for the parts.
  • The History of the Integrated Circuit
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Integrated_circuit&oldid=1248034111"