Интегральные устройства
Интегральное устройство – это микроэлектронное устройство (микросхема) произвольной сложности, которое изготавливается на полупроводниковой подложке и помещается в неразборный корпус (или изготавливается без него).
В зависимости от степени интеграции интегральные устройства делятся на:
- Сверхбольшие - более 10 000 элементов в одном кристалле.
- Большие - до 10 000 элементов в одном кристалле.
- Средние - до 1 000 элементов в одном кристалле.
- Малые - до 100 элементов в одном кристалле.
Раньше использовались понятия «ультрабольшая микросхема», в кристалле которой могло содержаться до 1 000 000 000 элементов и «гигабольшая микросхема», кристалл которой содержит более 1 000 000 000 элементов. Но в настоящее время все микросхемы, содержащие более 10 000 элементов в кристалле, относят к сверхбольшим.
По технологии изготовления интегральные устройства делятся на полупроводниковые, гибридные, пленочные и смешанные. В полупроводниковых микросхемах все элементы и соединения между ними выполнены на одном полупроводниковом кристалле, например, арсенида галлия, кремния или германия. В пленочных интегральных микросхемах межэлементные соединения и сами элементы сделаны в виде пленок. Данные микросхемы могут быть тонко- и толстопленочными. В гибридных микросхемах содержится несколько бескорпусных транзисторов и диодов, а также других активных элементов. Пассивные элементы данных микросхем (катушки индуктивности, конденсаторы, резисторы) производятся посредством тонко- или толстопленочных технологий на общей керамический подложке, помещаемой в герметизированный корпус. В смешанных микросхемах содержатся тонко- или толстопленочные пассивные элементы, размещенные на поверхности полупроводникового кристалла.
По виду обрабатываемого сигнала интегральные устройства делятся на аналоговые, аналого-цифровые и цифровые. В аналоговых интегральных устройствах выходные и входные сигналы изменяются согласно закону непрерывной функции от положительного до отрицательного напряжения. В цифровых микросхемах входные и выходные сигналы могут иметь два значения: логическая единица или логический ноль, каждому из этих значений соответствует определенный диапазон напряжения. В аналого-цифровых устройствах совмещаются формы аналоговой и цифровой обработки.
Катушка индуктивности – это катушка из изолированного проводника, которая обладает относительной большой индуктивностью и малыми сопротивлением и емкостью.
Проектирование интегральных устройств
Традиционный процесс проектирования интегрального устройства состоит из следующих этапов:
- Спецификация системы. В состав данного этапа входят функциональный анализ, оценка размера кристалла, а также технико-экономическое обоснование проекта.
- Разработка архитектурного дизайна.
- Логический анализ. В состав данного этапа входят аналоговое и цифровое проектирование и моделирование, а также их проверка и анализ.
- Проектирование схемы. В состав данного этапа входят дизайн технологичности, создание тестовых шаблонов и их испытание, а также синтез цифрового дизайна.
- Физический дизайн. В состав данного этапа входят размещение элементов, прокладка маршрутов (связей), планировка этажа.
- Физическая проверка. В состав данного этапа входят статическая синхронизация и совместное моделирование.
- Постобработка макета. В состав данного этапа входят подготовка макета к маске, разработка схемы сетки, обработка стружки.
- Изготовление пластины.
- Упаковка.
- Тест кристалла. В состав данного этапа входят настройка устройства, проверка его характеристик, а также интеграция.
- Развертывание микросхемы. В состав данного этапа входят наращивание, производство, разработка таблиц данных, анализ отказов, анализ доходности.
Процесс разработки интегрального устройства подразумевает создание электронных компонентов - транзисторов, резисторов, конденсаторов и соединений между элементами на полупроводнике, обычно кремнии. При проектировании интегрального устройства, особое внимание уделяется изоляции отдельных составляющих в подложке. Основным способом является изоляция p-n-перехода. Так как интегральное устройство содержит очень маленькие составляющие, то особое внимание также уделяется плотности электрического тока в соединениях, рассеиваемой мощности, а также плотности соединений.
Жизненный цикл интегрального устройства определяется, исходя их требований к продукту, его архитектуре, микроархитектуре, реализации, тестирования, производства и поддержки.
Современные интегральные устройства очень сложны, в среднестатистическом чипе компьютера содержится более 1 000 000 000 транзисторов. Сложность современных интегральных устройств способствовала развитию инструментов, используемых для автоматического проектирования.
