Come funzionano i circuiti integrati, fisicamente?

Come funzionano i circuiti integrati, fisicamente?

Circuiti integrati sono definiti come il circuito che comprende elementi inseparabili ed interconnessi elettricamente in modo tale che l'IC non possa essere separato per ragioni di commercio e costruzione. Una miriade di tecnologie possono essere utilizzate per costruire un circuito del genere. Oggi quello che chiamiamo IC, era originariamente noto come circuito integrato monolitico. Si ritiene che Kilby abbia creato il primo circuito integrato funzionante nel 1958 e abbia vinto il Premio Nobel per la fisica nel 2000 per il suo duro lavoro. Il primo acquirente per questa invenzione è stata la US Air Force.



Cos'è un circuito integrato?

Il circuito integrato (IC), a volte chiamato chip o microchip, è un wafer semiconduttore su cui sono fabbricati migliaia o milioni di minuscoli resistori, condensatori e transistor. Un IC può essere una funzione come amplificatore, oscillatore, timer, contatore, memoria del computer o microprocessore. Un IC esatto è classificato come lineare (analogico) o digitale a seconda della sua futura applicazione. I circuiti integrati hanno distorto tutto ciò. L'idea fondamentale era quella di ottenere un circuito completo, con tanti componenti e le connessioni tra loro, e ricostruire il tutto in una forma microscopicamente minuscola sulla superficie di un pezzo di silicio. È stata un'idea incredibilmente intelligente e ha reso possibili tutti i tipi di gadget “microelettronici”, da orologi digitali e calcolatrici tascabili a razzi e armi da sbarco sulla Luna con navigazione satellitare incorporata.


Come vengono realizzati i circuiti integrati?

Come si costruisce un chip di memoria o processore per un computer? Tutto inizia con un elemento composto grezzo come il silicio, che viene trattato chimicamente o drogato per crearlo e ha proprietà elettriche diverse.





Simbolo del circuito integrato

Simbolo del circuito integrato

Semiconduttori antidoping

Convenzionalmente, le persone pensano alle apparecchiature che si adattano a due categorie precise: quelle che consentono all'elettricità di fluire attraverso di esse abbastanza facilmente (conduttori) e quelle che non lo fanno (isolanti). I metalli costituiscono la maggior parte dei conduttori, mentre i non metalli come plastica, legno e vetro sono gli isolanti. In effetti, gli effetti sono molto più complessi di questo, in particolare quando si tratta di definire elementi al centro della tavola periodica (nei gruppi 14 e 15), in particolare silicio e germanio. Di solito, gli isolanti sono gli elementi che sono preparati per funzionare più come conduttori se inseriamo piccole quantità di impurità in una procedura nota come doping.



Progettazione di circuiti integrati

Progettazione di circuiti integrati

Se aggiungi antimonio al silicio, gli fornisci elettroni leggermente in più rispetto a quanto normalmente includerebbe il potere di condurre l'elettricità. Il silicio 'drogato' in questo modo è chiamato silicio di tipo n. Quando aggiungi boro invece di antimonio, rimuovi alcuni degli elettroni del silicio, lasciando dietro di sé 'buchi' che funzionano come 'elettroni negativi', quindi trasporta una corrente elettrica positiva in modo opposto. Questo tipo di silicio è chiamato tipo p. Mettere le aree di silicio di tipo n e di tipo p fianco a fianco per creare giunzioni in cui gli elettroni agiscono in modi molto attraenti è il modo in cui generiamo elettronicamente, dispositivi semiconduttori come diodi, transistor e memorie.

All'interno di un impianto di chip

Il procedimento di fabbricazione di un circuito integrato inizia con un grande cristallo singolo di silicio, a forma di lungo tubo pieno, che viene “tagliato a fette di salame” in dischi sottili (circa le dimensioni di un compact disc) chiamati wafer. I wafer sono contrassegnati in molte aree quadrate o rettangolari identiche, ognuna delle quali formerà un singolo chip di silicio (a volte chiamato microchip). Migliaia, milioni o miliardi di apparecchiature vengono quindi prodotte su ciascun chip drogando aree dissimili della superficie per trasformarle in silicio di tipo n o p.


Chip interno funzionante

Chip interno funzionante

Il doping è completato da una molteplicità di processi diversi. In uno di essi, noto come sputtering, gli ioni del materiale drogante vengono sparati sul wafer di silicio proprio come i proiettili di una pistola. Un'altra procedura chiamata deposizione da vapore comporta l'introduzione del materiale drogante come gas e la sua concentrazione in modo tale che gli atomi di impurità generino una pellicola sottile sulla superficie del wafer di silicio. Il fascio epitassiale molecolare è una forma molto più accurata della dichiarazione.

Naturalmente, costruire circuiti integrati che racchiudono centinaia, milioni o miliardi di apparecchi su un chip di silicio delle dimensioni di un'unghia è tutto un po 'più difficile di quanto sembri. Immagina il caos quando un punto di sporco potrebbe ragionare quando lavori su scala microscopica (o talvolta anche nanoscopica). Questo è il motivo per cui i semiconduttori vengono preparati in ambienti di laboratorio immacolati chiamati camere bianche, dove l'aria viene filtrata scrupolosamente e i dipendenti devono entrare e uscire attraverso le camere d'aria che esauriscono tutti i tipi di indumenti protettivi.

Tipi di circuiti integrati

I diversi tipi di un circuito integrato che include quanto segue

Circuiti integrati digitali

Questo tipo di IC ha due livelli definiti: 1 e 0, il che implica che lavorano su matematica binaria in cui 1 sta per on e 0 sta per off. Tali circuiti integrati sono realizzati diligentemente in quanto contengono più di milioni di flip flop, porte logiche e quant'altro, tutti incorporati in un singolo chip. Esempi di circuiti integrati digitali includono microcontrollori e microprocessori .

Tipi di circuiti integrati

Tipi di circuiti integrati

  • CI logici
  • Chip di memoria,
  • CI di interfaccia (cambio di livello, serializzatore / deserializzatore, ecc.)
  • Circuiti integrati di gestione dell'alimentazione
  • Dispositivi programmabili

Circuiti integrati analogici

Il circuiti integrati analogici funziona affrontando segnali continui ed è in grado di eseguire compiti come filtraggio, amplificazione, demodulazione e modulazione ecc. Sensori, Gli OP-AMP sono essenzialmente circuiti integrati analogici .

  • CI lineari
  • Circuiti integrati RF

Segnale misto

Quando i circuiti integrati digitali e analogici vengono utilizzati su un singolo chip, il circuito integrato risultante è noto come circuiti integrati a segnale misto.

  • CI di acquisizione dati (inclusi convertitori A / D, convertitore D / A, potenziometri digitali)
  • CI orologio / temporizzazione

Usi dei circuiti integrati

Il circuito integrato utilizza un materiale semiconduttore (chip di lettura) come tavolo di lavoro e spesso il silicio viene selezionato per l'attività. In seguito, componenti elettrici come diodi, transistor e resistori, ecc vengono aggiunti a questo chip in forma ridotta al minimo. I componenti elettrici sono uniti in modo tale da essere in grado di eseguire più operazioni e calcoli. Il silicio è noto come wafer in questo assemblaggio.

Applicazioni di circuiti integrati

Le applicazioni di un CI includono quanto segue

  • Radar
  • Orologi da polso
  • Televisori
  • Macchine per succhi
  • Pc
  • Processori video
  • Amplificatori audio
  • Dispositivi di memoria
  • Dispositivi logici
  • Frequenza radio Codificatori e decodificatori

In questo articolo, abbiamo discusso brevemente del circuito integrato includendo cos'è un circuito integrato, come sono realizzati i circuiti integrati e così via. Sono stati utilizzati due tipi di metodi per costruire circuiti integrati con l'aiuto di un semiconduttore drogante, all'interno di un impianto di chip. Abbiamo trattato i diversi tipi di circuiti integrati come circuiti integrati digitali, circuiti integrati analogici e infine segnali misti con esempi. Inoltre sono stati discussi anche gli usi dei circuiti integrati e le applicazioni dei circuiti integrati.

Inoltre, per qualsiasi domanda riguardante questo concetto o per implementare i progetti elettrici ed elettronici , per favore dai i tuoi preziosi suggerimenti commentando nella sezione commenti qui sotto. Ecco una domanda per te, qual è la funzione principale di un circuito integrato?