دائرة متكاملة

النظام على تشيپ Diopsis 740 من الدوائر المتكاملة من آت‌مل يُظهِر بلوكات الذاكرة، ووسادات المنطق والمُدخَلات/المُخرجات حول الأطراف

رقاقات دقيقة (ذاكرة EPROM) بنافذة شفافة، showing the integrated circuit inside. Note the fine silver-colored wires that connect the integrated circuit to the pins of the package. The window allows the memory contents of the chip to be erased, by exposure to strong ultraviolet light in an eraser device.

دائرة متكاملة عبارة عن دائرة الكترونية مصغرة وهي من ضمن مايعرف بتقنية ميكروية والتي هي بدورها جزء من الهندسة الإلكترونية، أحدث ثورة في عالم الالكترونيات, الشريحة رقيقة من مادة السيلكون تبلغ مساحتها عدة ملليمترات ويطلق عليها ((شريحة السيلكون silicon chip)) أو رقاقة السيلكون وتحتوي شريحة السيلكون على الآلاف من المكونات الالكترونية الدقيقة جدا، مثل الترانزستورات والمقاومات والمكثفات التي تربط معا لتكون دوائر الكترونية متكاملة، وقد تم إنتاجها لأول مرة بالولايات المتحدة في عام 1958. والشرائح الالكترونية التي تستخدم في الوقت الحاضر، تحتوي على عشرات الألوف من المكونات المختلفة، التي تحشر في مساحة تبلغ حوالي 30 - 40 ملليمتر مربع، ويمكنها أن تخزن 64,000 وحدة من المعلومات (بيت bit) ويمكن للشرائح الحديثة المتطورة أن تقوم بمعظم العمليات التي تؤديها الحاسبة الالكترونية ويطلق عليها (الميكروبروسيسور (المعالج الصغير) microprocessor). وإذا تم تجهيز الآلات بالميكروبروسيسور أمكن تحويلها إلى روبوت. ويمكن حاليا إنتاج المئات من هذه الرقائق دفعة واحدة، وذلك باستخدام وسائل تقنية حديثة مختلفة تشتمل على عدة عمليات دقيقة متتابعة، مثل عمليات التصوير باستخدام قوالب معينة، والحفر، وترسيب مواد كيميائية تعمل كشوائب (مثل ذرات الفسفور) داخل الشبكة البلورية لعنصر السيليكون، وذلك لتصبح الشريحة السيليكونية الواحدة في النهاية تعمل عمل أشباه الموصلات semiconductors والتي تبنى منها الترانزستورات. وفي ختام عملية إنتاج الشرائح الالكترونية، يتم وضع طبقة من مادة الألمنيوم يتكون منها أحجبة ثم تحفر لتكوين الروابط بالدوائر الخارجية.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 مقدمة

Synthetic detail of an integrated circuit through four layers of planarized copper interconnect, down to the polysilicon (pink), wells (greyish), and substrate (green).

تعتمد فكرة صناعة الدائرة المتكاملة على خطوات:

• تكوين سبيكة سيلكون اسطوانية مصمتة من نوع p
• تقطيع الاسطوانة إلى أقراص
• ترسيب طبقة رفيعة من نوع n
• حقن بنوع pلصنع قاعدة الترانزستور والمقاومات
  • ترسيب طبقة من مادة حساسة للضوء
  • تعريض المناطق المراد حقنها للضوء
  • حقن بنوع p
• تكرار نفس الخطوات ولكن بنوع n لصنع باعث الترانزستور
• تكرار نفس الخطوات للحقن بنوع +p للعزل بين الترانزستورات
• طبقة أوكسيد للعزل
• ثقب طبقة الأوكسيد في أماكن التوصيل وطباعة التوصيلات بالألمونيوم

 الاختراع

الدائرة المتكاملة الأصلية التي صممها جاك كيلبي

كانت أول فكرة للدارات المتكاملة، قد بدأت على يد عالم رادار بريطاني يدعى جفري دمر Geoffreey W.A.Dummer (مواليد 1909). والذي كان يعمل لدى المؤسسة الملكية للرادار والتابعة لوزارة الدفاع البريطانية. وأعلن عنها في واشنطن في مايو 1952. ولكنه لم يتمكن من تصنيعها أبداً. الفكرة الأساسية للدارات المتكاملة هي إنشاء مربعات خزفية صغيرة (رقاقات - wafers)، كل منها يحتوي عنصراً منمنماً (بالغ الصغر). وهذه العناصر يمكن أن تدمج فيما بعد وتوصل إلى شبكة مدمجة ثنائية الأبعاد أو ثلاثيتها. هذه الفكرة والتي بدت واعدة جداً عام 1957 قدمت للجيش الأمريكي من قبل جاك كيلبي "Jack Kilby"، والذي قدمت له كافة الحوافز الممكنة، ليقدم أخيراً تصميماً ثورياً جديداً هو الدارات المتكاملة والتي أصبحت تعرف حالياً بالـ IC. أول دارة متكاملة صنعت بشكل مستقل من قبل عالمين هما: جاك كيلبي، العامل لدى شركة Texas Instruments، والتي كانت عبارة عن "دارة صلبة" مصنوعة من الجرمانيوم، والعالم الآخر هو روبرت نويس "Robert Noyce"، والذي كان يعمل في شركة Fairchild Semiconductor والذي قام بصنع دارة أكثر تعقيداً من سابقتها وأساسها السيليكون. هكذا ولدت الدارات المتكاملة، ومن حينها بدأت عمالقة شركات صناعة الإلكترونيات منافستها على إنتاج أصغرها، أسرعها، وأفضلها أداءً. حتى أصبحت موجودة في كل شيء كهربائي تقريباً. والدارة المتكاملة عبارة عن دارة بكاملها موجودة في قطعة صغيرة من السيليسيوم أبعادها بحدود (1.5 mm x 1.5 mm x 0.2 mm)، وتحتوي على عدد كبير من العناصر الإلكترونية: ترانزستورات، متصلات ثنائية، مقاومات، مكثفات. وذلك حسب نوعها. ويصل عدد العناصر في البعض منها حالياً إلى 106 عنصر، وتتصل الدارة المتكاملة مع الدارة الخارجية بواسطة ما يدعى دبابيس (Pins).

 الأجيال

يمكن أن نقوم بتصنيف الدارات المتكاملة بطرق عديدة، سواء عن طريق الوظيفة، أو الشركة، أو السرعة، أو نوع المنطق التي تستخدمه، لكن التصنيف الأهم لها هو حسب عدد العناصر (البوابات) التي تحتويها.

1. الدارات المتكاملة ذات العدد الصغير من البوابات: وتحوي هذه الدارات أقل من 10 بوابات وتدعى هذه الدارات بـ SSI، " Small scale integration ".

2. الدارات المتكاملة ذات العدد المتوسط من البوابات: وتحوي هذه الدارات من 10 إلى أقل من 100 بوابة ويرمز لها بـ MSI، " Medium scale integration".

3. الدارات المتكاملة ذات العدد الكبير من البوابات: يرمز لها بـ LSI اختصاراً لـ Large scale integration، تحوي من 100 إلى 10000 بوابة.

4. الدارات ذات العدد الكبير جداً من البوابات: وهي تحوي على ما يزيد عن 10000 بوابة، نرمز لها بـ VLSI، " Very Large scale integration ".

وقد ظهر حديثاً الدارات ذات العدد فوق الكبير جداً: " Ultra Large scale integration ". بالإضافة إلى wafer scale integration، و System-on-Chip (SOC).

وهنالك تصنيف آخر يقسم الدارات المتكاملة حسب نوع الكمون الذي تقبله في مدخلها، إذ تقسم إلى:

1. الدارات الخطية، Linear Circuits: وهي الدارات التي تقبل في مدخلها كمونات متغيرة بشكل مستمر.

2. الدارات الرقمية، Digital Circuits:

هي الدارات التي تقبل في مدخلها كمونات محددة 0 فولت أو 5 فولت مثلاً، أي الرقمين المنطقيين 0 و 1. وتعطي هذه الدارة في مخرجها قيماً محددة أيضاً. 0 أو 5 فولت أو القريب منها.

 التصنيف

دارة متكاملة CMOS 4000 في DIP

يمكن تصنيف الدوائر المتكاملة إلى مضاهية، رقمية ومختلطة الاشارات (فهي مضاهية ورقمية على نفس التشيپ).

 الصناعة

 الفبركة

المقالة الرئيسية: Semiconductor fabrication

Rendering of a small standard cell with three metal layers (dielectric has been removed). The sand-colored structures are metal interconnect, with the vertical pillars being contacts, typically plugs of tungsten. The reddish structures are polysilicon gates, and the solid at the bottom is the crystalline silicon bulk.

Schematic structure of a CMOS chip, as built in the early 2000s. The graphic shows LDD-MISFET's on an SOI substrate with five metallization layers and solder bump for flip-chip bonding. It also shows the section for FEOL (front-end of line), BEOL (back-end of line) and first parts of back-end process.

 التعبئة

المقالة الرئيسية: تعبئة الدوائر المتكاملة

دائرة متكاملة مبكرة مصنوعة في الاتحاد السوفيتي

 اقرأ أيضا

• دارات التكامل الفائق
• ولادة الدارات المتكاملة

 وصلات خارجية

عامة

• Krazit, Tom "- AMD's new 65-nanometer chips sip energy but trail Intel," C-net, 2006-12-21. Retrieved on January 8, 2007
• a large chart listing ICs by generic number and A larger one listing by mfr. number, both including access to most of the datasheets for the parts.
• Practical MMIC Design published by Artech House ISBN 1-59693-036-5

Author S.P. Marsh

براءات الاختراع

• US3,138,743 - Miniaturized electronic circuit - J. S. Kilby
• US3,138,747 - Integrated semiconductor circuit device - J. S. Kilby
• US3,261,081 - Method of making miniaturized electronic circuits - J. S. Kilby
• US3,434,015 - Capacitor for miniaturized electronic circuits or the like - J. S. Kilby

سمعيات ومرئيات

• A presentation of the chip manufacturing process, from Applied Materials

Silicon graffiti

• The Chipworks silicon art gallery

Integrated circuit die photographs

• IC Die Photography - A gallery of IC die photographs