集成电路芯片如何物理工作？

集成电路被定义为由不可分割和电气互连的元件组成的电路，使得IC不能因商业和建筑原因而分离。无数的技术可以用来构建这样的电路。今天我们所说的IC，最初被称为单片集成电路。据信，Kilby在1958年创造了第一个工作IC，并因其辛勤工作而在2000年获得了诺贝尔物理学奖。这项发明的第一个买家是美国空军。本文将概述集成电路及其工作原理。

什么是集成电路？

集成电路芯片，有时称为IC或微芯片，是一种半导体晶圆，其上制造了一千或数百万个微小的电阻器，电容器和晶体管。IC可以作为放大器，振荡器，定时器，计数器，计算机存储器或微处理器的功能。精确的IC根据其未来的应用分为线性（模拟）或数字。

集成电路扭曲了这一切。基本的想法是获得一个完整的电路，其中包含许多组件以及它们之间的连接，并在一块硅的表面上以微观微小的形式重建整个事物。这是一个非常聪明的想法，它使各种"微电子"小工具成为可能，从数字手表和袖珍计算器到登月火箭和内置卫星导航的武器。

谁发明了集成电路？

集成电路是由Jack Kilby和Robert Noyce发明的，而IC的开发可以在Noyce的Fairchild完成。因此，杰克·基尔比（Jack Kilby）在达拉斯的德州仪器（Texas Instruments）实施了同样的概念。在195年，July Noyce为他的起源IC申请了版权。Ceruzzi没有涵盖IC元件分离的发现。

从1923年11月8日到2005年6月20日，美国电气工程师Jack St. Clair Kilby与Robert Noyce一起参加了对主要IC的认可，而在1958年在TI或Texas Instruments工作。因此，他在2000年12月10日获得了诺贝尔物理学奖。

几代集成电路

从IC形成之初，就出现了不同的集成电路代，包括许多晶体管以及每个芯片的逻辑门。下面列出了具有其容量的 IC 代数列表。

集成电路芯片的结构

在集成电路中，芯片是硅或硅等半导体材料的一部分。这可以通过掺杂，金属化化学沉积蒸汽和光刻等制造过程完成功能电路的转换。实际上，该过程会产生由晶圆组成的多个电路，然后通过划片分离。芯片可以封装在封装和连接线内，使用封装端子之间的电气连接，称为引脚以及IC上芯片的等效节点。

极性标记和引脚编号

所有集成电路都是极化的，其中该IC的每个引脚在功能和位置上都是唯一的，这意味着封装必须包括一些通信技术。大多数IC将使用点或陷波来指定哪个引脚是主引脚。当您确定主引脚的位置时，当您在芯片区域逆时针方向移动时，其余引脚号将按顺序增加。

集成电路如何工作？

集成电路的工作原理类似于放大器，定时器，微处理器，振荡器以及计算机存储器。IC由硅组成，它是一个小晶圆，包括数千个组件，如电阻器，晶体管，电容器等。这些是小型组件，可以执行不同的计算，以通过模拟或数字技术存储数据。

数字集成电路利用逻辑门，只需使用零和一的值即可工作。低信号可以通过数字IC传输到元件，该IC提供零值，而高信号产生1值。数字集成电路通常用于消费电子产品，网络设备和计算机。

不同的集成电路，如具有永久值的模拟和线性功能，这意味着线性IC上的电子元件可以利用任何类型的值并输出另一个值。因此，线性IC被用作o / p值是输入线性函数。通常，线性IC用于音频和RF放大。

集成电路是如何制造的？

我们如何为计算机构建内存或处理器芯片？这一切都始于硅等原始化合物元素，经过化学处理或掺杂以产生硅，并且具有不同的电性能。

掺杂半导体

传统上，人们认为设备分为两类：那些允许电力很容易流过它们的设备（导体）和那些不允许它们流动的设备（绝缘体）。金属占导体的大部分，而塑料，木材和玻璃等非金属是绝缘体。

事实上，这些影响远比这复杂得多，特别是在定义元素周期表中心（第14组和第15组）的元素时，特别是硅和锗。通常，绝缘体是准备表现得更像导体的元素，如果我们在称为掺杂的过程中将少量杂质插入其中。

如果你在硅中添加锑，你为它提供的电子比通常包括导电能力的电子要多一些。以这种方式"掺杂"的硅称为n型硅。当你添加硼而不是锑时，你会带走一些硅的电子，留下作为"负电子"的"空穴";接下来，以相反的方式传输正电流。

这种类型的硅被称为p型。将n型和p型硅的区域并排放置以产生结，其中电子以非常有吸引力的方式起作用，这是我们产生电子器件的方式，半导体器件，如二极管，晶体管和存储器。

芯片工厂内部

制造集成电路芯片的过程从一个大的单晶硅开始，形状像一个长长的固体管，它被"萨拉米香肠切片"成薄的圆盘（大约光盘的大小），称为晶圆。

晶圆在许多相同的正方形或矩形区域中标记出来，每个区域将形成单个硅芯片（有时称为微芯片）。然后，通过掺杂表面的不同区域将它们变成n型或p型硅，在每个芯片上产生数千，数百万或数十亿个装置。

掺杂是通过多种不同过程完成的。在其中一种称为溅射的研究中，掺杂材料的离子像枪上的子弹一样射向硅晶圆。另一种称为气相沉积的过程涉及将掺杂材料作为气体引入并使其浓缩，以使杂质原子在硅晶圆表面产生薄膜。分子束外延是该陈述的更准确形式。

当然，将数百、数百万或数十亿台设备封装到指甲大小的硅芯片上的集成电路比听起来要困难一些。想象一下，当你在微观（有时甚至是纳米）尺度上工作时，当一个污垢点可以推理时，会产生多么混乱。这就是为什么半导体是在一尘不染的实验室环境中制备的，称为洁净室，空气经过严格过滤，员工必须通过气闸进出，耗尽各种保护服。

建设

制造集成电路时涉及的步骤是制造和封装两个。

制造
包装
制造
制造只不过是制造ICS或集成电路的过程。这是一系列化学和摄影步骤，其中不同的电路在称为晶圆的半导体材料上设计。制造过程中涉及的不同步骤包括以下内容。

光刻

在光刻中，在晶圆/半导体的外部施加光阻液层。之后，它被背衬和硬化。

蚀刻

在此过程中，可以将不必要的材料从晶圆上分离出来。之后，光刻胶模型被转移到晶圆上。

口供

在沉积中，在晶圆上施加不同的材料薄膜，该过程可以通过化学蒸汽或物理蒸汽两种沉积方法完成。

氧化

在这种方法中，山顶上的Si层通过氧气或水分子改变为Sio2。

扩散

可以向退火晶格故障进行扩散。

包装
包装的另一种名称是组装或封装。

这是制造IC的最后阶段。首先，IC的封装可以在陶瓷扁平封装内完成。因此，这种方法主要使用了几年，之后引入了双列直插式封装或DIP。几天后，引入了其他方法，如Pin Grid Array和Surface mount。AMD和英特尔已经转向陆地网格阵列封装。打包过程包括一些步骤，这些步骤必须遵循如下步骤。

模具的附着
集成电路的粘接
倒装芯片
被子包装
贴膜

IC 封装

大多数情况下，ICS采用陶瓷绝缘/不透明塑料封装。在包装中，有金属引脚，用于连接到外部世界。

集成电路设计

对于用于设计集成电路的特定电路设计，有不同的逻辑方法。在IC设计中，有两类，包括以下内容。

数字化设计
模拟设计
在数字设计方法中，设计了ROM，RAM，FPGA，微处理器等存储器。这种类型的设计确保电路是准确的，并且它们的密度处于最高水平。该电路的完整效率极高。

或者，模拟设计用于设计滤波器、振荡器、运算放大器、PLL（锁相环）和线路稳压器。这种设计在需要无故障功耗、电阻和增益的地方起着关键作用。这些电路是使用自动化设计工具设计的，因为对设计的需求正在惊人地增加，并且需要非常快速地进行设计。在设计过程中，需要遵循一些步骤，如下所示。

规模和可能性估计报告
电路设计
电路仿真
楼层规划
设计评审
布局设计
时序分析
生成自动测试模型
制造设计
准备掩码数据
晶圆制造
模具测试
包装
器件表征
数据表生成
最后生产
可靠性分析
故障分析
数字设计包括ESL设计，用户通过使用C++，Matlab，Verilog等编程语言在其中创建规范。之后，ESL设计中的用户规范将更改为RTL（寄存器传输级别）描述。在RTL设计中，它定义了输入和输出的互连。最终设计是物理设计，其中最终的芯片设计可以通过逻辑门和RTL创建。

模拟设计中的电路仿真工具主要用于设计集成电路，通过高效率进行困难的计算。如果在设计周期时出现任何错误，则在制造方法之前使用电路仿真工具来定位和修复它们。可以持续监测其他一些因素，如掺杂浓度和温度，以确定IC设计是否准备好进行补足。

集成电路的种类

集成电路的不同类型的包括以下内容

数字集成电路

这种IC有两个定义的级别：1和0，这意味着它们从事二进制数学，其中1代表开，0代表关。这些IC非常努力地完成，因为它们包含数百万个触发器，逻辑门等，所有这些都集成在单个芯片中。数字IC的例子包括微控制器和微处理器。

逻辑集成电路

存储芯片，
接口 IC（电平转换器、串行器/反串行器等）
电源管理 IC
可编程器件
模拟集成电路
模拟集成电路通过处理连续信号来工作，能够执行滤波、放大、解调和调制等任务。传感器，OP-AMP本质上是模拟IC。

线性 IC
射频集成电路
混合信号
当数字和模拟IC在单个芯片上使用时;由此产生的IC被称为混合信号集成电路。

数据采集IC（包括模数转换器、数模转换器、数字电位计）
时钟/定时 IC
集成电路的用途
集成电路使用半导体材料（读取芯片）作为工作台，并且经常选择硅来完成任务。之后，二极管、晶体管、电阻器等电气元件以最小化的形式添加到该芯片中。电气元件以这样一种方式连接在一起，以便它们能够执行多个任务和计算。硅在此组件中称为晶圆。

为什么集成电路很重要？
IC或集成电路包括数千到数百万个电子元件，如电阻器，晶体管和电容器，这些元件被制造到单个芯片上。目前，几乎所有设备，如手机，电视，计算机，数字手表都使用集成电路，因为它们的尺寸小，效率高，可靠性高。因此，如果不使用IC，电子设备将变得缓慢而笨重。因此，这就是在不同应用中使用集成电路的原因。

优势
集成电路的优点包括以下内容。

体积小
功耗更低
可靠性
成本更低
重量更轻
更换非常容易
更一致
提高运行速度和性能
它在高温下工作
适用于小信号操作
弊
集成电路的缺点包括：

集成电路仅处理有限的功率。
功率耗散限制为 10 W
在这种情况下，高额定值PNP组装是无法实现的。
高电压操作和低噪声不是简单地获得的。
无法实现低温度系数
指示灯/线圈不能补造。
嫩

集成电路的应用

IC的应用包括以下内容

雷达
手表
电视
果汁制造商
个人电脑
视频处理器
音频放大器
存储设备
逻辑器件
射频编码器和解码器
在本文中，我们简要讨论了集成电路的概述，包括什么是集成电路，集成电路是如何制造的等等。在芯片工厂内，在掺杂半导体的帮助下，已经使用了两种类型的方法来构建集成电路。我们已经处理了不同类型的集成电路，如数字集成电路，模拟集成电路，最后用示例混合信号。此外，还讨论了集成电路的用途和集成电路的应用。

 

 

 

 

 

 

 

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