مدار مجتمع

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
(تغییرمسیر از تراشه)
تراشه‌های ای‌پی‌رام. این تراشه‌ها دارای یک پنجره کوچک هستند که از داخل آن می‌توان «دای» را مشاهده کرد.

مدار مجتمع یا آی‌سی (به انگلیسی: Integrated circuit یا به اختصار IC) همچنین مدار یکپارچه[۱] که به آن تراشه(Chip) یا ریزتراشه (Microchip) نیز می‌گویند، به مجموعه‌ای از مدارهای الکترونیکی گفته می‌شود که بر روی یک سطح صاف کوچک (چیپ) از جنس مواد نیمه‌رسانا (معمولاً از جنس سیلیسیم) قرار داده شده‌است.

با قرار دادن تعداد خیلی زیادی ترانزیستور کوچک در یک ریزتراشه، مدارهایی ساخته می‌شود که از لحاظ اندازه بسیار کوچکتر، سریع‌تر و ارزان‌تر از مدارهایی است که از اجزای گسسته ساخته می‌شود.

یک نمونه مدار مجتمع از اتمل

مدارهای الکتریکی عموماً شامل اجزایی از قبیل مقاومت، خازن، سلف و ترانزیستور می‌باشد. با توجه به اینکه فرایند ساخت ترانزیستور در تکنولوژی‌های مدارهای مجتمع راحت‌تر از المان‌های Passive یا منفعل دیگر است، طراحان ترجیح می‌دهند این المان‌های پسیو را توسط ترانزیستورها پیاده‌سازی کنند و تا حد ممکن تمامی المان‌های مدارهای الکترونیکی را به ترانزیستور تبدیل نمایند، سپس با تکنولوژی‌های ساخت مدارهای مجتمع آن‌ها را پیاده‌سازی کنند. هر تراشه معمولاً حاوی تعداد بسیار زیادی ترانزیستور می‌باشد که با استفاده از فناوری پیچیده‌ای در داخل لایه‌ای از ماده نیمه هادی؛ مانند سیلیسیم همگون با پروسه‌های ساخت مدارهای مجتمع ساخته می‌شوند. امروزه تراشه‌ها در اکثر دستگاه‌های الکترونیکی و به ویژه رایانه‌ها در ابعادی گسترده بکار می‌روند.

وجود تراشه‌ها مرهون کشفیات بشر دربارهٔ نیمه رساناها و پیشرفت‌های سریع پیرامون آن‌ها میانه‌های سده بیستم می‌باشد. مهم‌ترین المان مداری که در تکنولوژی‌های مدار مجتمع ساخته می‌شود، ماسفت (به انگلیسی: MOSFET) می‌باشد. شرکت اینتل به عنوان مهم‌ترین سازنده مدارهای مجتمع در جهان شناخته شده‌است.

تاریخچه[ویرایش]

تلاش اولیه برای ترکیب چندین مولفه در یک دستگاه (مانند آی سی‌های مدرن)، لوله خلأ Loewe 3NF از دهه ۱۹۲۰ بود. برخلاف آی سی‌ها، این هدف با هدف جلوگیری از مالیات طراحی شده‌است، زیرا در آلمان، گیرنده‌های رادیویی مالیاتی داشتند که بسته به تعداد نگهدارنده‌های لوله از یک گیرنده رادیویی، مالیات گرفته می‌شد. به گیرنده‌های رادیویی اجازه می‌داد که یک نگهدارنده تک لوله داشته باشند.

مفاهیم اولیه مدار مجتمع به سال ۱۹۴۹ برمی گردد، زمانی که مهندس آلمانی ورنر جاکوبی (زیمنس AG) حق ثبت اختراع یک دستگاه تقویت کننده نیمه هادی شبیه به مدار مجتمع را نشان داد که پنج ترانزیستور را روی یک بستر مشترک در یک ترتیب تقویت کننده سه مرحله ای. جاکوبی سمعک‌های کوچک و ارزان را به عنوان کاربردهای معمولی صنعتی ثبت اختراع خود فاش کرد. استفاده فوری تجاری از حق ثبت اختراع وی گزارش نشده‌است.

جفری دامر (۱۹۰۹–۲۰۰۲)، یکی دیگر از طرفداران اولیه این مفهوم، یک دانشمند رادار بود که برای تأسیس رادار سلطنتی وزارت دفاع انگلیس کار می‌کرد. دامر این ایده را در سمپوزیوم پیشرفت قطعات الکترونیکی با کیفیت در واشینگتن دی سی در ۷ مه ۱۹۵۲ به مردم ارائه داد. او سمپوزیوم‌های زیادی را برای تبلیغ عقاید خود به صورت علنی ارائه داد و در سال ۱۹۵۶ موفق به ساخت چنین مداری شد. بین سالهای ۱۹۵۳ و ۱۹۵۷، سیدنی دارلینگتون و یاسورو تاروی (آزمایشگاه الکتروتکنیک) طرحهای تراشه مشابهی را پیشنهاد کردند که در آن چندین ترانزیستور می‌توانستند یک منطقه فعال مشترک داشته باشند هیچ جداسازی برقی نبود تا آنها را از یکدیگر جدا کند.

تراشه یکپارچه مدار مجتمع توسط فرایند انفعال سطح Mohammad M. Atalla فعال شد، که با اکسیداسیون حرارتی باعث ایجاد ثبات الکتریکی در سطوح سیلیکونی شد و ساخت تراشه‌های مدار یکپارچه یکپارچه با استفاده از سیلیکون را امکان‌پذیر کرد. این مبنای روند مسطحی بود که در اوایل سال ۱۹۵۹ توسط ژان هورنی در Fairchild Semiconductor توسعه یافت، که برای اختراع تراشه یکپارچه مدار یکپارچه حیاتی بود. یک مفهوم کلیدی در پشت IC یکپارچه، اصل جداسازی اتصال p-n است که به هر ترانزیستور اجازه می‌دهد با وجود اینکه بخشی از همان قطعه سیلیکون است، به‌طور مستقل کار کند. فرایند انفعال سطح آتالا دیودها و ترانزیستورهای جداگانه را جدا می‌کند، که توسط Kurt Lehovec در Sprague Electric در سال ۱۹۵۹ و سپس به‌طور مستقل توسط Robert Noyce در Fairchild در همان سال به ترانزیستورهای مستقل روی یک قطعه سیلیکون گسترش یافت.

اولین مدارهای مجتمع[ویرایش]

یک ایده پیش ساز برای IC ایجاد بسترهای کوچک سرامیکی (اصطلاحاً میکرومدول) بود که هرکدام حاوی یک جز تنها کوچک شده بودند. سپس قطعات می‌توانند در یک شبکه جمع و جور دو بعدی یا سه بعدی ادغام و سیم کشی شوند. این ایده، که در سال ۱۹۵۷ بسیار امیدوارکننده به نظر می‌رسید، توسط جک کیلبی به ارتش ایالات متحده پیشنهاد شد و منجر به برنامه کوتاه مدت میکرومدول (مشابه پروژه ۱۹۵۱ تینکرتوی) شد. با این حال، همزمان با شتاب گرفتن پروژه، کیلبی با طراحی جدید و انقلابی ارائه شد: IC.

کیلبی که به تازگی توسط Texas Instruments استخدام شده بود، ایده‌های اولیه خود را در مورد مدار مجتمع در ژوئیه ۱۹۵۸ ثبت کرد و اولین نمونه کار مدار مجتمع را در ۱۲ سپتامبر ۱۹۵۸ با موفقیت به نمایش گذاشت. کیلبی در درخواست ثبت اختراع خود در ۶ فوریه ۱۹۵۹، دستگاه جدید خود را به عنوان «بدنه ای از مواد نیمه هادی … که در آن تمام اجزای مدار الکترونیکی کاملاً یکپارچه شده‌اند» توصیف کرد. اولین مشتری اختراع جدید، نیروی هوایی ایالات متحده. کیلبی به دلیل سهم خود در اختراع مدار مجتمع، جایزه نوبل فیزیک ۲۰۰۰ را بدست آورد. با این حال، اختراع کیلبی به جای تراشه مدار یکپارچه (IC یکپارچه) یک مدار ترکیبی ترکیبی (IC ترکیبی) بود. IC کیلبی دارای اتصالات سیم خارجی بود که تولید انبوه را دشوار می‌کرد.

نیم سال بعد از کیلبی، رابرت نویس در Fairchild Semiconductor اولین تراشه IC یکپارچه واقعی را اختراع کرد. این یک نوع جدید از مدار مجتمع بود، عملی تر از اجرای کیلبی. طرح نویس از سیلیکون ساخته شده‌است، در حالی که تراشه کیلبی از ژرمانیم ساخته شده‌است. IC یکپارچه Noyce تمام اجزا را روی یک تراشه سیلیکون قرار داده و آنها را با خطوط مس متصل می‌کند. آی سی یکپارچه نویس با استفاده از فرایند مسطح ساخته شده در اوایل سال ۱۹۵۹ توسط همکار وی ژان هورنی ساخته شد. تراشه‌های IC مدرن بیش از IC ترکیبی Kilby بر اساس IC یکپارچه Noyce ساخته شده‌اند.

برنامه آپولو ناسا بزرگترین مصرف‌کننده مدارهای مجتمع بین سالهای ۱۹۶۱ تا ۱۹۶۵ بود.

مدارهای مجتمع TTL[ویرایش]

منطق ترانزیستور و ترانزیستور (TTL) توسط James L. Buie در اوایل دهه ۱۹۶۰ در TRW توسعه داده شد. TTL در دهه ۱۹۷۰ تا اوایل دهه ۱۹۸۰ به فناوری غالب مدار مجتمع تبدیل شد.

ده‌ها مدار مجتمع TTL روش استاندارد ساخت پردازنده‌های مینی کامپیوتر و رایانه‌های اصلی بود. رایانه‌هایی از جمله رایانه‌های مرکزی IBM 360، مینی کامپیوترهای PDP-11 و دیتاپوینت ۲۲۰۰ دسک تاپ از مدارهای دو قطبی یکپارچه ساخته شده‌اند، یا TTL یا منطق حتی سریعتر همراه با امیتر (ECL).

مدارهای مجتمع MOS[ویرایش]

تقریباً همه تراشه‌های مدرن IC از مدارهای مجتمع نیمه هادی فلز- اکسید (MOS) ساخته شده از MOSFET (ترانزیستور اثر میدان-اکسید فلز- سیلیکون) ساخته شده‌اند. MOSFET (همچنین به عنوان ترانزیستور MOS شناخته می‌شود)، که توسط محمد ام. آتالا و داون کهنگ در آزمایشگاه‌های بل در سال ۱۹۵۹ اختراع شد، ساخت مدارهای مجتمع با چگالی بالا را امکان‌پذیر کرد. آتالا اولین بار مفهوم تراشه مدار مجتمع MOS (MOS IC) را در سال ۱۹۶۰ ارائه داد و خاطرنشان کرد که سهولت ساخت MOSFET آن را برای مدارهای مجتمع مفید ساخته‌است. بر خلاف ترانزیستورهای دو قطبی که به تعدادی مرحله برای جداسازی اتصالات p-n ترانزیستورها روی تراشه نیاز داشتند، MOSFETها چنین مرحله ای را لازم ندارند اما می‌توانند به راحتی از یکدیگر جدا شوند. مزیت آن برای مدارهای مجتمع توسط داون کهنگ در سال ۱۹۶۱ تکرار شد. لیست نقاط عطف IEEE شامل اولین مدار مجتمع توسط Kilby در سال ۱۹۵۸، روند مسطح Hoerni و IC مسطح Noyce در ۱۹۵۹، و MOSFET توسط Atalla و Kahng در ۱۹۵۹ است.

اولین آزمایش آزمایشی MOS که ساخته شد، تراشه ۱۶ ترانزیستوری بود که توسط فرد هایمن و استیون هوفستاین در RCA در سال ۱۹۶۲ ساخته شد. جنرال میکروالکترونیک بعداً اولین مدار مجتمع تجاری MOS را در سال ۱۹۶۴ معرفی کرد، یک رجیستر شیفت ۱۲۰ ترانزیستوری ایجاد شده توسط رابرت نورمن. [۳۷] تا سال ۱۹۶۴ تراشه‌های MOS نسبت به تراشه‌های دو قطبی به تراکم ترانزیستور بالاتر و هزینه‌های تولید کمتری رسیده بودند. تراشه‌های MOS به میزان پیش‌بینی شده توسط قانون مور بیشتر در پیچیدگی افزایش یافته و منجر به ادغام در مقیاس بزرگ (LSI) با صدها ترانزیستور بر روی یک تراشه MOS واحد در اواخر دهه ۱۹۶۰ می‌شوند.

به دنبال توسعه دروازه خود تراز شده (دروازه سیلیکون) MOSFET توسط رابرت کروین، دونالد کلاین و جان ساراس در آزمایشگاه‌های بل در سال ۱۹۶۷، اولین فناوری MOS IC با دروازه سیلیکون با دروازه‌های خود تراز، اساس تمام مدارهای مدرن CMOS مدرن، در Fairchild Semiconductor توسط Federico Faggin در سال ۱۹۶۸ ساخته شد. استفاده از تراشه‌های MOS LSI در محاسبات پایه و اساس اولین ریزپردازنده‌ها بود، زیرا مهندسان تشخیص دادند که یک پردازنده رایانه کامل می‌تواند در یک تراشه MOS LSI وجود داشته باشد. این امر منجر به اختراع ریزپردازنده و میکروکنترلر در اوایل دهه ۱۹۷۰ شد. در اوایل دهه ۱۹۷۰، فناوری مدار مجتمع MOS یکپارچه سازی بسیار گسترده (VLSI) در بیش از ۱۰۰۰۰ ترانزیستور را بر روی یک تراشه امکان‌پذیر کرد.

در ابتدا، رایانه‌های مبتنی بر MOS فقط در مواقعی که چگالی بالا مانند ماشین حساب‌های هوا فضا و جیبی مورد نیاز بود، معنی پیدا می‌کردند. رایانه‌هایی که کاملاً از TTL ساخته شده‌اند، مانند Datapoint 2200 1970، بسیار سریعتر و قدرتمندتر از ریزپردازنده‌های MOS تک تراشه مانند Intel 8008 1972 تا اوایل دهه ۱۹۸۰ بودند.

پیشرفت در فناوری IC، در درجه اول ویژگی‌های کوچکتر و تراشه‌های بزرگتر، باعث شده‌است که هر دو سال تعداد ترانزیستورهای MOS در یک مدار مجتمع دو برابر شود، روندی که تحت عنوان قانون مور شناخته می‌شود. مور در ابتدا اظهار داشت که هر سال دو برابر خواهد شد، اما در سال ۱۹۷۵ ادعا را هر دو سال یکبار تغییر داد. از این ظرفیت افزایش یافته برای کاهش هزینه و افزایش عملکرد استفاده شده‌است. به‌طور کلی، با کوچک شدن اندازه ویژگی، تقریباً همه جنبه‌های عملکرد یک IC بهبود می‌یابد. هزینه هر ترانزیستور و مصرف برق سوئیچینگ برای هر ترانزیستور کاهش می‌یابد، در حالی که ظرفیت و سرعت حافظه از طریق روابط تعریف شده توسط مقیاس گذاری Dennard (مقیاس گذاری MOSFET) افزایش می‌یابد. از آنجا که بهره، سرعت، ظرفیت و مصرف برق برای کاربر نهایی مشهود است، رقابت شدیدی بین تولیدکنندگان برای استفاده از هندسه‌های ریز وجود دارد. با گذشت سالها، اندازه ترانزیستورها از ۱۰ میکرون در اوایل دهه ۱۹۷۰ به ۱۰ نانومتر در سال ۲۰۱۷ کاهش یافته‌است با افزایش مربوط به میلیون برابر ترانزیستورها در واحد سطح. از سال ۲۰۱۶، نواحی تراشه معمولی از چند میلی‌متر مربع تا حدود ۶۰۰ میلی‌متر مربع متغیر است، با حداکثر ۲۵ میلیون ترانزیستور در میلی‌متر مربع.

پیش‌بینی شده کاهش اندازه ویژگی‌ها و پیشرفت مورد نیاز در زمینه‌های مربوطه سالها توسط نقشه راه بین‌المللی فناوری برای نیمه هادی‌ها (ITRS) پیش‌بینی شده بود. ITRS نهایی در سال ۲۰۱۶ صادر شد و نقشه راه بین‌المللی دستگاه‌ها و سیستم‌ها جایگزین آن شده‌است

در ابتدا، آی سی‌ها کاملاً الکترونیکی بودند. موفقیت ICها منجر به تلفیق سایر فناوری‌ها در تلاش برای دستیابی به همان مزایای کوچک و کم هزینه شده‌است. این فن آوری‌ها شامل دستگاه‌های مکانیکی، اپتیک و حسگرها هستند.

دستگاه‌های متصل به شارژ، و سنسورهای پیکسل فعال که از نزدیک مرتبط هستند، تراشه‌هایی هستند که به نور حساس هستند. آنها تا حد زیادی جایگزین فیلم عکاسی در کاربردهای علمی، پزشکی و مصرفی شده‌اند. اکنون میلیاردها دستگاه از این دستگاه‌ها هر ساله برای کاربردهایی مانند تلفن‌های همراه، تبلت‌ها و دوربین‌های دیجیتال تولید می‌شوند. این زیرشاخه IC در سال ۲۰۰۹ برنده جایزه نوبل شد.

دستگاه‌های مکانیکی بسیار کوچکی که توسط الکتریسیته رانده می‌شوند می‌توانند در تراشه‌ها یکپارچه شوند، فناوری معروف به سیستم‌های ریز الکترومکانیکی. این دستگاه‌ها در اواخر دهه ۱۹۸۰ تولید شدند و در انواع برنامه‌های تجاری و نظامی مورد استفاده قرار می‌گیرند. به عنوان مثال می‌توان به پروژکتورهای DLP، چاپگرهای جوهر افشان و شتاب سنج‌ها و ژیروسکوپ‌های MEMS که برای استقرار کیسه‌های هوا اتومبیل استفاده می‌شود، اشاره کرد.

از اوایل دهه ۲۰۰۰، ادغام قابلیت‌های نوری (محاسبات نوری) در تراشه‌های سیلیکون به‌طور فعال در تحقیقات دانشگاهی و در صنعت دنبال می‌شود و در نتیجه تجاری سازی موفق گیرنده‌های نوری یکپارچه مبتنی بر سیلیکون با ترکیب دستگاه‌های نوری (تعدیل کننده‌ها، ردیاب‌ها، مسیریابی) با الکترونیک مبتنی بر CMOS. مدارهای نوری مجتمع نیز با استفاده از رشته فیزیکی نوظهور معروف به فوتونیک در حال توسعه هستند.

همچنین مدارهای مجتمع برای کاربردهای حسگر در ایمپلنت‌های پزشکی یا سایر دستگاه‌های بیوالکترونیک در حال ساخت هستند. برای جلوگیری از خوردگی یا تجزیه بیولوژیکی مواد نیمه هادی در معرض، باید در چنین محیط‌های بیوژنیک از تکنیک‌های ویژه آب‌بندی استفاده شود.

از سال ۲۰۱۸، اکثریت قریب به اتفاق همه ترانزیستورها MOSFET هستند که در یک لایه واحد در یک طرف تراشه سیلیکون ساخته شده و در یک روند مسطح دو بعدی مسطح ساخته شده‌اند. محققان نمونه‌های مختلفی از گزینه‌های امیدوار کننده مانند:

رویکردهای مختلف برای انباشته شدن چندین لایه ترانزیستور برای ایجاد یک مدار مجتمع سه بعدی (3DIC)، مانند سیلیکون از طریق، «سه بعدی یکپارچه»، اتصال سیم انباشته و سایر روش‌ها. ترانزیستور ساخته شده از مواد دیگر: ترانزیستورهای گرافن، ترانزیستورهای مولیبدنیت، ترانزیستور اثر نانولوله کربنی، ترانزیستور نیترید گالیم، دستگاه‌های الکترونیکی نانوسیم مانند ترانزیستور، ترانزیستور اثر میدان آلی و غیره ساخت ترانزیستور در کل سطح یک کره کوچک از سیلیکون. تغییرات در بستر، به‌طور معمول برای ایجاد «ترانزیستورهای انعطاف پذیر» برای یک صفحه نمایش انعطاف‌پذیر یا سایر الکترونیک‌های انعطاف‌پذیر، احتمالاً منجر به یک رایانه دور از دسترس می‌شود.

از آنجا که ساخت ترانزیستورهای همیشه کوچکتر دشوارتر می‌شود، شرکت‌ها بدون نیاز به استفاده از ماژول‌های چند تراشه، مدارهای مجتمع سه بعدی، بسته روی بسته، پهنای باند حافظه بالا و از راه دور سیلیکون با انباشت قالب برای افزایش عملکرد و کاهش اندازه اندازه ترانزیستورها را کاهش دهید. چنین تکنیک‌هایی در مجموع به عنوان بسته‌بندی پیشرفته شناخته می‌شوند. بسته‌بندی پیشرفته عمدتاً به بسته‌بندی 2.5D و 3D تقسیم می‌شود. 2.5D رویکردهایی مانند ماژول‌های چند تراشه ای را توصیف می‌کند در حالی که 3D رویکردهایی را که در آن قالب‌ها روی هم انباشته می‌شوند را توصیف می‌کند، مانند بسته روی بسته و پهنای باند حافظه. همه رویکردها شامل ۲ یا بیشتر قالب در یک بسته هستند. روش دیگر، رویکردهایی مانند 3D NAND چندین لایه را روی یک قالب قرار می‌دهد.

طراحی[ویرایش]

هزینه طراحی و توسعه یک مدار مجتمع پیچیده بسیار زیاد است، به‌طور معمول در چند ده میلیون دلار؛ بنابراین، تولید محصولات مدار مجتمع با حجم تولید بالا فقط منطقی است، بنابراین هزینه‌های مهندسی غیرتکراری (NRE) به‌طور معمول در میلیون‌ها واحد تولیدی پخش می‌شود.

تراشه‌های نیمه هادی مدرن دارای میلیاردها جز components هستند و برای طراحی با دست بسیار پیچیده هستند. ابزارهای نرم‌افزاری برای کمک به طراح ضروری است. اتوماسیون طراحی الکترونیکی (EDA)، همچنین به عنوان طراحی الکترونیکی به کمک رایانه (ECAD) شناخته می‌شود، دسته ای از ابزارهای نرم‌افزاری برای طراحی سیستم‌های الکترونیکی، از جمله مدارهای مجتمع است. این ابزارها با هم در جریان طراحی به کار گرفته می‌شوند که مهندسان از آن برای طراحی و تجزیه و تحلیل کامل تراشه‌های نیمه هادی استفاده می‌کنند.

انواع[ویرایش]

مدارهای مجتمع را می‌توان به گونه‌های آنالوگ،[۲] دیجیتال،[۳] و سیگنال مختلط،[۴] تقسیم کرد. مدارهای مجتمع می‌توانند در چند میلیمتر مربع شامل یک[۵] تا میلیاردها[۶] دروازه منطقی، فلیپ‌فلاپ، مولتی‌پلکسر و سایر مدارها باشند.

کار ریز تراشه‌ها[ویرایش]

هر ریز تراشه، وظیفه یا وظایف خاصی را در مدار انجام می‌دهد. عموماً هر ریز تراشه چندین ورودی دارد که با پردازش این ورودی‌ها، مقادیر خروجی را تولید و در بخش خروجی خود قرار می‌دهند. بعضی از ریز تراشه‌ها با سیگنالهای آنالوگ کار می‌کنند (مانند ریز تراشه‌ای باکد ۷۴۱، یک آمپلی فایر آنالوگ است). بعضی‌های دیگر با سیگنال‌های دیجیتال کار می‌کنند - به عنوان ورودی‌های منطقی یا برای دریافت داده دیجیتالی، مانند ریز تراشه‌ای که برای خواندن اطلاعات موجود در یک CD استفاده می‌شود. واحد پردازنده مرکزی رایانه ها(به انگلیسی: Central Processing Unit (CPU)) یکی از مهم‌ترین مدارات ساخته شده به صورت مجتمع است که میلیاردها ترانزیستور را در سطح کوچکی از نیمه هادی جای داده‌است. مثلاً پروسسور IBM z13 Storage Controller که در سال ۲۰۱۵ ساخته شده‌است، حدود ۷٬۱۰۰٬۰۰۰٬۰۰۰ ترانزیستور را در 678mm² سطح نیمه هادی از ویفر جای داده‌است.[۷]

طرز ساخت ریز تراشه‌ها[ویرایش]

ریز تراشه‌ها را با تعبیهٔ مدارهای الکترونیکی در لایه‌ای نازک از سیلیکن خالص به اسم ویفر سیلیکنی (به انگلیسی: Silicon Wafer)، به صورت یک فرایند پیچیده و به صورت لایه لایه می‌سازند. به فرایند ساخت ریز تراشه: تکنولوژی ساخت مدارات نیمه هادی می‌گویند. تمامی مراحل ساخت ریز تراشه در اتاق‌هایی موسوم به اتاق تمیز (به انگلیسی: Cleanroom) انجام می‌شود که از نظر سطح ناخالصی و طیف‌های نوری موجود در اتاق کاملاً تحت کنترل است.[۸]

فیلم ساخت ریز تراشه.

تکنولوژی‌های ریز تراشه‌ها[ویرایش]

مدارهای مجتمعی که شامل ترانزیستورهای دوقطبی (BJT: Bi Junction Transistor) باشند را با نام Transistor Transistor Logic) TTL) و مدارهای مجتمعی که شامل ترانزیستورهای NMOS و PMOS هستند را(Cmos(Complementry Metal Oxide Semiconductor می‌نامند. ترکیب این دو تکنولوژی را با نام BiCmos می‌شناسند. در مقابل مدارهای مجتمع، مدارهای گسسته (به انگلیسی: Discrete Circuits) وجود دارند که شامل قطعاتی مجزا هستند که به هم روی یک برد متصل شده‌اند.

البته تمامی المان‌های پسیو نظیر مقاوت، سلف و خازن هم در تکنولوژی‌های مدارهای مجتمع قابل ساخت هستند. در ساخت ریز تراشه‌ها، طراحان سعی می‌کنند تا حد امکان از ترانزیستور به جای المان‌های پسیو استفاده کنند. مثلاً به جای خازن از ترانزیستور در بایاس معکوس استفاده می‌کنند، یا در جایی دیگر که مقاومت بزرگی نیاز دارند مثلاً در حد مگا اهم باز از ترانزیستور استفاده می‌کنند. چون در حجمی که مقاومت می‌گیرد می‌توان چند ترانزیستور کوچک جای داد و حجم نهایی مدار را کاهش داد. از طرفی برای ساخت سلف هم از مدارات ماسفت استفاده می‌شود که دقت قابل قبول و ضریب کیفیت (به انگلیسی: Self Quality Factor) بهتری خواهد داشت.[۹]

بعضی از ریز تراشه‌ها به گونه‌ای از لایه‌های سیلیکون بهره می‌برند که می‌توانند حتی به عنوان حافظه مورد استفاده قرار گیرند نمونه‌ای از این ریز تراشه‌ها PROM نام دارد (حافظهٔ قابل برنامه‌ریزی فقط‌خواندنی: Programmable Read Only Memory) همانگونه که از اسم این نوع تراشه معلوم است فقط اطلاعات آن قابل خواندن است و امکان تغییرات در آن وجود ندارد از این نوع ای سی برای مدارات اصلی کامپیوتر نیز استفاده می‌شود همان قسمت از حافظه که به آن ROM نیز می‌گویند.

مدارهای مجتمع دیجیتال[ویرایش]

طرح شماتیک تراشه سیماس (CMOS) که اوایل دهه ۲۰۰۰ ساخته شده‌است.

به مدارهای AND,OR,NOT؛ گیتهای منطقی (به انگلیسی: Logical Gate) می‌گویند. اگر این گیت‌ها توسط تکنولوژی‌های مدار مجتمع در حجم وسیعی بر روی یک تراشه ساخته شوند، به آن ریز تراشه ها؛ مدارهای مجتمع دیجیتال می‌گویند.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. «مدار یکپارچهٔ ریزموج» [فیزیک] هم‌ارزِ «microwave integrated circuit»؛ منبع: گروه واژه‌گزینی. جواد میرشکاری، ویراستار. دفتر ششم. فرهنگ واژه‌های مصوب فرهنگستان. تهران: انتشارات فرهنگستان زبان و ادب فارسی. شابک ۹۷۸-۹۶۴-۷۵۳۱-۸۵-۶ (ذیل سرواژهٔ مدار یکپارچهٔ ریزموج)
  2. Paul R. Gray; Paul J. Hurst; Stephen H. Lewis; Robert G. Meyer (2009). Analysis and Design of Analog Integrated Circuits. Wiley. ISBN 978-0-470-24599-6.
  3. Jan M. Rabaey; Anantha Chandrakasan; Borivoje Nikolic (2003). Digital Integrated Circuits (2nd Edition). Pearson. ISBN 978-0-13-090996-1.
  4. Jacob Baker (2008). CMOS: Mixed-Signal Circuit Design. Wiley. ISBN 978-0-470-29026-2.
  5. "CD4068 data sheet" (PDF). Intersil.
  6. "Inside Pascal: NVIDIA's Newest Computing Platform". 2016-04-05.. 15,300,000,000 transistors in 610 mm2.
  7. https://en.wikipedia.org/wiki/Transistor_count
  8. https://en.wikipedia.org/wiki/Cleanroom
  9. http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=1011591&url=http://ieeexplore.ieee.org/iel5/7898/21768/01011591.pdf?arnumber=1011591