İnteqral sxem

İnteqral sxemlər (ing. integrated circuit (IC); ru. интегральная схема; tr. tümleşik devrem) – elektronikada: bir silisium kristalı və ya başqa material üzərində hazırlanmış mikrosxemlər, məsələn, tranzistorlar və registrlar toplusu. Adətən, silisium yarımkeçirici materialın bir kristalında elektron sxemlər toplusudur. Bu sərbəst birləşmələrdən hazırlanmış diskret sxemlərdən daha kiçik hazırlana bilər.

Yaddaş mikroçipi

İnteqral sxemlər demək olar ki, bütün elektron avadanlıqlarda bu gün istifadə olunur. Müasir cəmiyyətin ayrılmaz hissələri olan kompüterlər, mobil telefonlar və digər elektron məişət texnikalarının istehsalı inteqral sxemlərin sayəsində ucuz başa gəlir.

Dırnaq ölçüsündə olan hissədə bir neçə milyard tranzistor və digər elektron birləşmələrə malik olan inteqral sxemlər çox kompakt hazırlana bilər. Texnologiyanın inkişafı sayəsində sxemdə hər bir keçirinin eni daha kiçik hazırlana bilər;2008-ci ildə bu ölçü 100 nanometr aşağı düşdü, növbəti illərdə bu rəqəmin onlarla nanometr olacağı gözlənilir.

Təqdimat

İnteqral sxemlər yarımkeçirici cihazların hazırlanmasında XX əsrin ortalarında texnologiyanın inkişafı ilə və vakuum lampaları funksiyasını yerinə yetirə bilən yarımkeçirici cihazların təcrübi kəşfləri sayəsində mümkün olub. Çipdə kiçik tranzistorların çox sayda birləşməsi diskret elektron komponentlərdə istifadə edilən əllə quraşdırılma üzərində çox böyük inkişaf etdi.

Diskret sxemlərdən əlavə inteqral sxemlərin iki əsas üstünlüyü var:qiymət və səmərəlilik. Qiymət aşağıdır, çünki çiplər bütün komponentləri ilə bir tranzistor yaradılan müddətdə fotolitoqrafiya ilə hissə şəklində buraxılır. İş qabiliyyəti yüksək olur, çünki komponentlər tez dəyişir və kiçik ölçüdə olduğuna görə enerji sərfi azdır. 2012-ci ildə səciyyəvi çip sahəsi bir neçə kvadrat millimetrdən təxminən 450 mm²-qədər dəyişir və hər mm²-də 9 milyon çip yerləşir.

Kəşfi

İnteqral sxemin inkişaf mərhələsinin ilk illəri 1949-cu ilə gedib çıxır.

İnteqral sxem ideyası Britaniya Müdafiə Nazirliyinin Kral Radiolokasiya Təşkilatı üçün işləyən radiolakator Cefri Dummer tərəfindən düşünüldü. Dummer 7 may, 1952-ci ildə Vaşinqtonda Keyfiyyətli Elektron Komponentlərdə İnkişaf üzrə Simpoziumda ictimaiyyətə ideyanı təqdim etdi. O, bundan sonrada öz ideyasını başqa simpozimlarda ictimaiyyətə təbliğ etdi və 1956-cı ildə bu cür sxem qurmaq üçün cəhd etdi, ancaq bu cəhd uğursuz alındı.

İnteqral sxem üçün ilk ideya hər bir miniatürləşdirilmiş komponenti kiçik keramik sahələrdə yaratmaq idi. Komponentlər sonda ikiölçülü və üçölçülü yığcam şəbəkə teli ilə birləşdirilə bilər. 1957-ci ildə çox perspektivli görünən bu fikir ,Cek Kilbi tərəfindən ABŞ Ordusuna təklif olunub və qısa müddətli Mikromodul Proqramının yaradılmasına gətirib çıxarıb.

Cek Kilbinin orijinal inteqral sxemi

Kilbi 1958-ci ilin iyulunda inteqral sxemlərə aid ilk ideyasını protokollaşdırdı və həmin ilin 12 sentyabrında bu işini müvəffəqiyyətlə nümayiş etdirdi. Yeni ixtiralar üçün ilk müştəri ABŞ Hərbi Hava Qüvvələri oldu. Kilbi inteqral sxemin kəşfi üçün Fizika üzrə 2000-ci ildə Nobel mükafatı qazanıb. Robert Noys da həmçinin Kilbidən bir il yarım sonra inteqral sxemlərə aid öz ideyası ilə çıxış etdi. Onun hazırladığı çip Kilbinin hazırladığı çipin həll edə bilmədiyi bir çox praktiki məsələləri həll etdi. Kilbinin çipləri germaniumdan hazırlanmışdı. Kilbinin çiplərindən fərqli olaraq, Noysun hazırladığı çip silisiumdan hazırlanmışdı.

Nəsilləri

İnteqral sxemlərin ilk vaxtlarında çipdə yalnız bir-neçə tranzistor yerləşdirilə bilərdi və istehsalındakı məhsuldarlıq bugünkü səviyyəsindən aşağı idi. İnteqrasiya dərəcəsi kiçik, konstruksiya prosesi nisbətən sadə idi. İndiki dövrdə çipdə milyonlarla, milyardlarla tranzistor yerləşdirilə bilər.

SSİ MSİ və LSİ

Birinci inteqral sxemlər yalnız bir neçə tranzistor saxlayırdı və kiçik miqyaslı birləşmə (ing. small-scale integration) adlanırdı.

Geniş ölçülü birləşmə ifadəsi birinci dəfə IBM şirkətində alim Rolf Landauer tərəfindən istifadə edilib. SSİ sxemləri ilkin aerokosmik layihələrində dönüş nöqtəsi oldu və aerokosmik layihələr texnologiyasının inkişafına təkan verdi. LGM-30 Minutman və Apollon proqramının hər ikisi inersial idarəetmə sistemləri üçün yüngül çəkili rəqəmli kompüterlərə ehtyac duydu.

VLSİ

İnkişaf prosesində son addım 1980-ci illərdə başlayan və hal-hazırda da davam edən çox böyük ölçülü birləşmədir (ing. Very-large-scale integration). İnkişaf 1980-ci ilin əvvəllərində yüz minlərlə tranzistorlarla başlayıb və 2009-cu ildə isə bir neçə milyard tranzistora çatdı.

Çoxsaylı inkişaf nəticəsində sıxlığın daha da artırılması tələb olundu. İstehsalçılar daha kiçik layihələrə və daha təmiz istehsal vasitələrinə keçdilər. Prosesinin təkmilləşdirilməsi yolu Yarımkeçiricilər üçün Beynəlxalq Texnologiya Yol Xəritəsi tərəfindən ümumiləşdirildi.

1986-cı ildə bir milyondan çox tranzistoru özündə saxlayan birinci RAM çipləri təqdim edildi. Mikroprosessor çipləri 1989-cu ildə milyon tranzistor ölçüsünü və 2005-ci ildə milyard tranzistor ölçüsünü keçdi. On milyardlarla yaddaş tranzistorlarını saxlayan çiplər 2007-ci ildə təqdim edilib.

ULSİ WSİ İSM və 3d-İC

ULSİ (ing. ultra-large-scale integration) milyondan çox tranzistorlara malik olan mürəkkəb çiplər üçün təklif edilib.

Wafer ölçülü inteqrasiya (ing. Wafer-scale integration ) vahid super-çip hasil etmək üçün tam silisium wafer istifadə edən çox böyük inteqral sxemlər sistemidir.

Çip sistemi (ing. system-on-a-chip ) vahid çipə daxil olan kompüter və başqa sistem üçün bütün komponentlərin inteqral sxemidir. Bu cür qurğunun konstruksiyası mürəkkəb və baha başa gələ bilər.

Üçölçülü inteqral sxem (ing. three-dimensional integrated circuit ) həm şaquli həm də üfüqi inteqrallaşdırılan aktiv elektron komponentlərin iki və daha çox qatlarına malikdir.

İnteqral sxemlərin üstünlükləri

Ən müasir inteqral sxemlər arasında rəqəmsal mikrodalğalı sobalarda kompüter və mobil telefonlarda hər şeyi nəzarətdə saxlayan mikroprosessorlar var. Rəqəmsal yaddaş çipi və ixtisaslaşdırılmış inteqral sxem müasir informasiya cəmiyyətinə vacib olan inteqral sxemin digər ailələrinin nümunələridir. Mürəkkəb inteqral sxeminin layihələndirilməsi və işlənməsi kifayət qədər bahadır. İnteqral sxemlərin göstəriciləri yüksəkdir, çünki onun kiçik ölçüdə olması az enerji sərfinə səbəb olur.

İnteqral sxemlər illər keçdikcə uyğun olaraq daha kiçik ölçülərə malik oldu və hər bir çipdə daha çox sxem yerləşdirməyə imkan verirdi. Bu artan tutum hər bölmə sahədə funksionallığı artırmaq və ya qiyməti azaltmaq üçün istifadə oluna bilər. Ümumilikdə ölçü azaldıqda demək olar ki, hər şey yaxşılaşır — hər hissənin qiyməti və enerji sərfi azalır və sürət artır, lakin ölçünün azaldılmasında da bir sıra problemlər özünü göstərir.

Hazırkı tədqiqat layihələrində, inteqral sxemlər həmçinin tibbi implantlərin və ya digər bioelektronik qurğularda sensor tətbiqləri üçün hazırlanır.

Təsnifat

İkili xətti paketdə 4511 seriyalı interal sxem CMOS

Təsnifatca analoq, rəqəmsal və hibrid İnteqral sxemlərə bölünür.

Rəqəmli inteqral sxemlər bir neçə kvadrat millimetrdə başqa sxemlər və multipleksor , flip-flop, məntiqi elementlərinin bir neçə milyonda birindən yerləşdirilə bilər. Bu sxemlərin kiçik ölçüdə olması yüksək sürətə, ucuz elektrik israfına və aşağı istehsal xərclərinə imkan yaradır. Bu rəqəmli inteqral sxemlər adətən mikroprosessor, rəqəmli siqnal prosessorlar və mikro kontrollerlər "bir" və "sıfır" siqnalları proses üçün ikili riyazıiyyat istifadə edərək işləyir.

Analoq inteqral sxemlər sensorlar, elektrik idarəetmə sxemləri və əməliyyat səsgücləndiricilər kimi davam edən siqnal prosesləri ilə işləyir. Onlar gücləndirmə, demodulyasiya, tezlik səs operatoru kimi funksiyaları yerinə yetirir.

İnteqral sxemlər həmçinin analoq-rəqəmsal çevirici və rəqəmsal – analoq çevirici kimi funksiyalar yaratmaq üçün vahid çipdə analoq və rəqəmsal sxemlər kimi birləşə bilər. Belə hibrid sxemlər aşağı qiymət və daha kiçik ölçü təklif edirlər, ancaq onlar siqnal qarışmasını diqqətlə tərtib etməlidir.

Ədəbiyyat

• İsmayıl Calallı (Sadıqov), "İnformatika terminlərinin izahlı lüğəti", 2017, "Bakı" nəşriyyatı, 996 s.

Xarici keçidlər

• [1]