Характеристики интегральных схем

Интегральная схема (ИС) - одна из самых сложных когда-либо созданных вещей. Они состоят из небольших квадратов кремния, на которых отпечатаны микроскопические узоры. Шаблоны могут содержать сотни миллионов транзисторов, резисторов и других электронных компонентов. Недорогие и широко распространенные, они используются в наших компьютерах, сотовых телефонах и музыкальных проигрывателях. Они делают все, от тостеров до автомобилей, более эффективным. По мере того как разработчики микросхем продолжают совершенствовать современные технологии, они вжимают больше функциональности во все меньшие по размеру корпуса.

Интегральные схемы сделаны из полупроводниковых материалов, которые находятся на полпути между хорошими проводниками, такими как медь, и изоляторами, такими как пластик. Кремний в настоящее время является фаворитом. Сверхчистый кремний смешивают с небольшими точными количествами других элементов для создания электронных материалов с различными характеристиками.

Микросхема интегральной схемы слишком мала и хрупка, чтобы с ней можно было обращаться напрямую. Каждый чип прикреплен к набору крошечных золотых или алюминиевых проводов и вставлен в плоский блок из пластика или керамики. Блок имеет металлические штифты снаружи, ведущие к проводам внутри. Контакты образуют прочное механическое и электрическое соединение с другими компонентами системы. Пластиковый блок защищает микросхему и помогает сохранять ее прохладной. Название производителя и номер детали обычно печатаются сверху.

ИС бывают разных типов. Простые микросхемы поставляются в двухрядном корпусе, или DIP. Это длинные прямоугольники с четырьмя, семью, восемью или более булавками с каждой стороны. По мере того, как сложность микросхемы росла, дизайнеры добавляли больше контактов. Некоторые микропроцессорные микросхемы имеют сотни контактов. Они расположены аккуратными рядами в нижней части чипа.

Размер собственно микросхемы интегральной схемы варьируется от 1 квадратного мм до более 200. Пластиковая упаковка, в которой находится чип, в несколько раз больше. Его толщина может составлять от долей миллиметра до нескольких миллиметров.

В 2009 году транзисторы некоторых компьютерных микросхем имели размер стороны 45 нанометров (миллиардных долей метра). Эти микросхемы содержат более 100 миллионов транзисторов. С 1960-х годов полупроводниковой промышленности удавалось удваивать количество транзисторов на кристалле каждые два года, эта тенденция известна как закон Мура. По мере увеличения количества транзисторов увеличивается и функциональность микросхемы.

Дискретные устройства, такие как транзисторы и светодиоды, состоят из отдельных кремниевых чипов. Интегральные схемы получили свое название, потому что они объединяют множество различных устройств на одной микросхеме. Поскольку транзисторы в микросхеме настолько малы, многие подфункции, которые раньше выполнялись многими микросхемами, теперь выполняются одним. Например, микроконтроллер включает в себя полный микропроцессор, память и интерфейс в одном устройстве.