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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Circuit intégré. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Circuit intégré (micro) (IC, IC, m / s, circuit intégré anglais, IC, microcircuit), puce, micropuce (microchip anglais, puce de silicium, puce - une plaque mince - le terme désignait à l'origine une plaque de cristal de microcircuit) - dispositif microélectronique - un circuit électronique de complexité arbitraire (cristal), réalisé sur un substrat semi-conducteur (plaque ou film) et placé dans un boîtier non séparable, ou sans lui, s'il est inclus dans le micro-assemblage.
La microélectronique est la réalisation scientifique et technologique la plus importante et, comme beaucoup le pensent, la plus importante de notre époque. On peut la comparer à des tournants de l'histoire des techniques tels que l'invention de l'imprimerie au XVIe siècle, la création de la machine à vapeur au XVIIIe siècle et le développement de l'électrotechnique au XIXe. Et quand il s'agit aujourd'hui de révolution scientifique et technologique, c'est avant tout de la microélectronique qu'il s'agit. Comme aucune autre prouesse technique de nos jours, elle imprègne toutes les sphères de la vie et fait une réalité ce qu'il était tout simplement impossible d'imaginer hier. Pour s'en convaincre, il suffit de penser aux calculatrices de poche, aux radios miniatures, aux commandes électroniques des appareils électroménagers, aux horloges, aux ordinateurs et aux ordinateurs programmables. Et ce n'est qu'une petite partie de son champ d'application ! La microélectronique doit son origine et son existence même à la création d'un nouvel élément électronique subminiature - un microcircuit intégré. L'apparition de ces circuits, en fait, n'était pas une sorte d'invention fondamentalement nouvelle - elle découlait directement de la logique du développement des dispositifs à semi-conducteurs. Au début, lorsque les éléments semi-conducteurs venaient juste d'entrer dans la vie, chaque transistor, résistance ou diode était utilisé séparément, c'est-à-dire qu'il était enfermé dans son propre boîtier individuel et inclus dans le circuit à l'aide de ses contacts individuels. Cela a été fait même dans les cas où il était nécessaire d'assembler de nombreux circuits similaires à partir des mêmes éléments. Peu à peu, on a compris qu'il était plus rationnel de ne pas assembler de tels dispositifs à partir d'éléments séparés, mais de les fabriquer immédiatement sur une puce commune, d'autant plus que l'électronique à semi-conducteurs a créé toutes les conditions préalables à cela. En fait, tous les éléments semi-conducteurs sont très similaires dans leur structure, ont le même principe de fonctionnement et ne diffèrent que par la disposition mutuelle des régions pn. Ces régions pn, on s'en souvient, sont créées en introduisant des impuretés du même type dans la couche superficielle d'un cristal semi-conducteur. De plus, un fonctionnement fiable et à tous points de vue satisfaisant de la grande majorité des éléments semi-conducteurs est assuré avec une épaisseur de la couche de travail superficielle de l'ordre du millième de millimètre. Les plus petits transistors n'utilisent généralement que la couche supérieure d'un cristal semi-conducteur, qui ne représente que 1% de son épaisseur. Les 99% restants agissent comme un support ou un substrat, car sans substrat, le transistor pourrait simplement s'effondrer au moindre contact. Par conséquent, en utilisant la technologie utilisée pour fabriquer des composants électroniques individuels, il est possible de créer immédiatement un circuit complet à partir de plusieurs dizaines, centaines et même milliers de ces composants sur une seule puce. Le bénéfice en sera énorme. Premièrement, les coûts diminueront immédiatement (le coût d'un microcircuit est généralement des centaines de fois inférieur au coût total de tous les éléments électroniques de ses composants). Deuxièmement, un tel appareil sera beaucoup plus fiable (comme le montre l'expérience, des milliers et des dizaines de milliers de fois), ce qui est d'une importance capitale, car le dépannage dans un circuit de dizaines ou de centaines de milliers de composants électroniques devient un problème extrêmement difficile. . Troisièmement, du fait que tous les éléments électroniques d'un circuit intégré sont des centaines et des milliers de fois plus petits que leurs homologues dans un circuit combiné conventionnel, leur consommation d'énergie est bien moindre et leur vitesse est bien supérieure. L'événement clé qui a annoncé l'arrivée de l'intégration dans l'électronique a été la proposition de l'ingénieur américain J. Kilby de Texas Instruments d'obtenir des éléments équivalents pour l'ensemble du circuit, tels que des registres, des condensateurs, des transistors et des diodes dans un morceau monolithique de silicium pur. Kilby a créé le premier circuit semi-conducteur intégré à l'été 1958. Et déjà en 1961, la Fairchild Semiconductor Corporation a produit les premiers microcircuits série pour ordinateurs : un circuit de coïncidence, un registre à semi-décalage et une bascule. La même année, la production de circuits logiques intégrés à semi-conducteurs est maîtrisée par le Texas. L'année suivante, des circuits intégrés d'autres firmes font leur apparition. En peu de temps, différents types d'amplificateurs ont été créés dans une conception intégrée. En 1962, RCA a développé des circuits intégrés de matrice de mémoire pour les dispositifs de stockage informatique. Peu à peu, la production de microcircuits s'est établie dans tous les pays - l'ère de la microélectronique a commencé. Le matériau de départ d'un circuit intégré est généralement une tranche de silicium brut. Il a une taille relativement importante, puisque plusieurs centaines de microcircuits du même type y sont fabriqués simultanément à la fois. La première opération est que sous l'influence de l'oxygène à une température de 1000 degrés, une couche de dioxyde de silicium se forme à la surface de cette plaque. L'oxyde de silicium se caractérise par une grande résistance chimique et mécanique et possède les propriétés d'un excellent diélectrique, fournissant une isolation fiable au silicium situé en dessous. L'étape suivante est l'introduction d'impuretés pour créer des zones de conduction p ou n. Pour ce faire, le film d'oxyde est retiré des endroits de la plaque qui correspondent aux composants électroniques individuels. La sélection des zones souhaitées s'effectue à l'aide d'un procédé appelé photolithographie. Tout d'abord, toute la couche d'oxyde est recouverte d'un composé photosensible (photoréserve), qui joue le rôle d'un film photographique - il peut être éclairé et développé. Après cela, à travers un photomasque spécial contenant un motif de surface d'un cristal semi-conducteur, la plaque est éclairée par des rayons ultraviolets. Sous l'influence de la lumière, un motif plat se forme sur la couche d'oxyde, les zones non éclairées restant claires et tout le reste étant assombri. À l'endroit où la photorésistance a été exposée à la lumière, des zones insolubles du film se forment qui résistent à l'acide. La plaquette est ensuite traitée avec un solvant qui élimine la résine photosensible des zones exposées. À partir des endroits ouverts (et uniquement à partir d'eux), la couche d'oxyde de silicium est gravée à l'acide. En conséquence, l'oxyde de silicium se dissout aux bons endroits et des "fenêtres" de silicium pur s'ouvrent, prêtes pour l'introduction d'impuretés (ligature). Pour ce faire, la surface du substrat à une température de 900 à 1200 degrés est exposée à l'impureté souhaitée, par exemple du phosphore ou de l'arsenic, pour obtenir une conductivité de type n. Les atomes d'impuretés pénètrent profondément dans le silicium pur, mais sont repoussés par son oxyde. Après avoir traité la plaque avec un type d'impureté, elle est préparée pour la ligature avec un autre type - la surface de la plaque est à nouveau recouverte d'une couche d'oxyde, une nouvelle photolithographie et une nouvelle gravure sont effectuées, à la suite desquelles de nouvelles "fenêtres" de silicium ouvert. Ceci est suivi d'une nouvelle ligation, par exemple avec du bore, pour obtenir une conductivité de type p. Ainsi, les régions p et n se forment aux bons endroits sur toute la surface du cristal. L'isolation entre les éléments individuels peut être créée de plusieurs manières : une couche d'oxyde de silicium peut servir d'isolation, ou des jonctions pn bloquantes peuvent également être créées aux bons endroits. L'étape suivante du traitement est associée à l'application de connexions conductrices (lignes conductrices) entre les éléments du circuit intégré, ainsi qu'entre ces éléments et des contacts pour connecter des circuits externes. Pour ce faire, une fine couche d'aluminium est déposée sur le substrat, qui est déposé sous la forme d'un film très mince. Il est soumis à un traitement photolithographique et à une gravure, similaires à ceux décrits ci-dessus. En conséquence, il ne reste que de fines lignes conductrices et des pastilles de toute la couche métallique. Enfin, toute la surface du cristal semi-conducteur est recouverte d'une couche protectrice (le plus souvent, du verre de silicate), qui est ensuite retirée des plots. Tous les microcircuits fabriqués sont soumis aux contrôles les plus stricts sur le banc de contrôle et de test. Les circuits défectueux sont marqués d'un point rouge. Enfin, le cristal est découpé en plaques de microcircuit séparées, chacune étant enfermée dans un boîtier robuste avec des fils pour la connexion à des circuits externes. La complexité d'un circuit intégré est caractérisée par un indicateur appelé degré d'intégration. Les circuits intégrés de plus de 100 éléments sont appelés microcircuits à faible degré d'intégration ; circuits contenant jusqu'à 1000 éléments - circuits intégrés avec un degré d'intégration moyen; circuits contenant jusqu'à des dizaines de milliers d'éléments - grands circuits intégrés. Des circuits contenant jusqu'à un million d'éléments sont déjà en cours de réalisation (ils sont appelés super-larges). L'augmentation progressive de l'intégration a conduit au fait que chaque année les circuits deviennent de plus en plus miniatures et, par conséquent, de plus en plus complexes. Un grand nombre d'appareils électroniques qui avaient autrefois de grandes dimensions tiennent désormais sur une minuscule plaque de silicium. Un événement extrêmement important sur cette voie a été la création en 1971 par la firme américaine Intel d'un circuit intégré unique pour effectuer des opérations arithmétiques et logiques - un microprocesseur. Cela a conduit à une percée grandiose de la microélectronique dans le domaine de la technologie informatique. Auteur : Ryzhov K.V.
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