XC7A50T-1FTG256I Neue Original-Elektronikkomponenten, integrierte Schaltkreise

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Integrierter Schaltkreis

Ein integrierter Schaltkreis oder monolithischer integrierter Schaltkreis (auch als IC, Chip oder Mikrochip bezeichnet) ist eine Reihe vonelektronische Schaltkreiseauf einem kleinen flachen Stück (oder „Chip“)HalbleiterMaterial, normalerweiseSilizium.Große Zahlenvon winzigMOSFETs(Metall-Oxid-HalbleiterFeldeffekttransistoren) in einen kleinen Chip integrieren.Dies führt zu Schaltkreisen, die um Größenordnungen kleiner, schneller und kostengünstiger sind als solche, die aus diskreten Schaltungen bestehenelektronische Bauteile.Die ICsMassenproduktionLeistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und ein bausteinartiger AnsatzEntwurf integrierter Schaltkreisehat die schnelle Einführung standardisierter ICs anstelle von Designs mit diskreten ICs sichergestelltTransistoren.ICs werden mittlerweile in praktisch allen elektronischen Geräten verwendet und haben die Welt der Elektronik revolutioniertElektronik.Computers,Mobiltelefoneund andereHaushaltsgerätesind heute untrennbare Bestandteile der Struktur moderner Gesellschaften, was durch die geringe Größe und die geringen Kosten von ICs wie modernen ermöglicht wirdComputerprozessorenUndMikrocontroller.

Sehr umfangreiche Integrationwurde durch den technischen Fortschritt praktisch umgesetztMetall-Oxid-Silizium(MOS)Herstellung von Halbleiterbauelementen.Seit ihren Anfängen in den 1960er Jahren haben sich Größe, Geschwindigkeit und Kapazität von Chips enorm weiterentwickelt, angetrieben durch technische Fortschritte, die immer mehr MOS-Transistoren auf Chips gleicher Größe unterbringen – ein moderner Chip kann viele Milliarden MOS-Transistoren in einem haben Fläche von der Größe eines menschlichen Fingernagels.Diese Fortschritte folgen grobMoores Gesetz, bewirken, dass die Computerchips von heute eine millionenfach höhere Kapazität und eine tausendfach höhere Geschwindigkeit besitzen als die Computerchips der frühen 1970er Jahre.

ICs haben zwei Hauptvorteile gegenüberdiskrete Schaltungen: Kosten und Leistung.Die Kosten sind gering, da die Chips mit all ihren Komponenten als Einheit gedruckt werdenFotolithographieanstatt jeweils einen Transistor aufzubauen.Darüber hinaus verbrauchen verpackte ICs viel weniger Material als diskrete Schaltkreise.Die Leistung ist hoch, da die Komponenten des ICs schnell schalten und aufgrund ihrer geringen Größe und Nähe vergleichsweise wenig Strom verbrauchen.Der Hauptnachteil von ICs sind die hohen Kosten für deren Entwurf und Herstellung der erforderlichen KomponentenFotomasken.Diese hohen Anschaffungskosten bedeuten, dass ICs nur dann kommerziell rentabel sind, wennhohe Produktionsmengenwerden erwartet.

Terminologie[bearbeiten]

EinIntegrierter Schaltkreisist definiert als:^[1]

Ein Schaltkreis, bei dem alle oder einige der Schaltkreiselemente untrennbar miteinander verbunden und elektrisch miteinander verbunden sind, so dass er für Bau- und Handelszwecke als unteilbar gilt.

Schaltkreise, die dieser Definition entsprechen, können mit vielen verschiedenen Technologien aufgebaut werden, darunterDünnschichttransistoren,Dickschichttechnologien, oderHybride integrierte Schaltkreise.Allerdings im allgemeinen SprachgebrauchIntegrierter Schaltkreisbezieht sich mittlerweile auf die einteilige Schaltungskonstruktion, die ursprünglich als a bekannt warmonolithischer integrierter Schaltkreis, oft auf einem einzigen Stück Silizium aufgebaut.^[2][3]

Geschichte

Ein früher Versuch, mehrere Komponenten in einem Gerät zu kombinieren (wie moderne ICs), war derLoewe 3NFVakuumröhre aus den 1920er Jahren.Im Gegensatz zu ICs wurde es mit dem Zweck entwickelt, Folgendes zu tun:SteuervermeidungWie in Deutschland gab es auf Radioempfänger eine Steuer, die abhängig davon erhoben wurde, wie viele Röhrenhalter ein Radioempfänger hatte.Dadurch konnten Funkempfänger einen einzigen Röhrenhalter haben.

Frühe Konzepte eines integrierten Schaltkreises gehen auf das Jahr 1949 zurück, als ein deutscher IngenieurWerner Jacobi^[4](Siemens AG)^[5]hat ein Patent für ein integriertes schaltkreisähnliches Halbleiter-Verstärkergerät angemeldet^[6]zeigt fünfTransistorenauf einem gemeinsamen Untergrund in einem dreistufigen VerfahrenVerstärkerAnordnung.Jacobi offenbarte klein und günstigHörgeräteals typische industrielle Anwendungen seines Patents.Eine unmittelbare kommerzielle Nutzung seines Patents wurde nicht gemeldet.

Ein weiterer früher Befürworter des Konzepts warGeoffrey Dummer(1909–2002), ein Radarwissenschaftler, der für die arbeitetRoyal Radar Establishmentder BritenVerteidigungsministerium.Dummer stellte die Idee der Öffentlichkeit auf dem Symposium on Progress in Quality Electronic Components in vorWashington, D.Cam 7. Mai 1952.^[7]Er veranstaltete zahlreiche Symposien, um seine Ideen öffentlich zu verbreiten, und versuchte 1956 erfolglos, einen solchen Kreis aufzubauen. Zwischen 1953 und 1957Sidney Darlingtonund Yasuo Tarui (Elektrotechnisches Labor) schlug ähnliche Chipdesigns vor, bei denen sich mehrere Transistoren eine gemeinsame aktive Fläche teilen könnten, aber es gab keineelektrische Isolierungum sie voneinander zu trennen.^[4]

Der monolithische integrierte Schaltkreischip wurde durch die Erfindungen von ermöglichtplanarer ProzessvonJean HörniUndp-n-ÜbergangsisolierungvonKurt Lehovec.Auf Hoernis Erfindung wurde aufgebautMohamed M. Atalla's Arbeiten zur Oberflächenpassivierung sowie Fuller und Ditzenbergers Arbeiten zur Diffusion von Bor- und Phosphorverunreinigungen in Silizium,Carl Froschund Lincoln Dericks Arbeit zum Oberflächenschutz, undChih-Tang Sah's Arbeit zur Diffusionsmaskierung durch das Oxid.^[8]