集積回路が発明される前は、コースを作成するための標準的なアプローチには、ダイオード、トランジスタ、抵抗器、インダクタ、コンデンサなどのコンポーネントを選択し、それらを肩で接続することが含まれていました。しかし、サイズと消費電力の問題から、低消費電力、信頼性、耐衝撃性を備えた小型の回路を構築する必要がありました。
R、C、L、ダイオード、トランジスタ、およびトランジスタは、集積回路に入るコンポーネントの一部です。それらは、小さな単一の半導体チップ (IC) である集積回路上に構築されます。それらはすべて協力して、与えられたタスクを達成します。 IC は通常、金属製のピンを備えたプラスチックの箱に収納されているため、簡単に壊れやすく回路基板に取り付けることができます。
発振器、増幅器、マイクロプロセッサ、さらにはコンピュータ メモリの役割はすべて、集積回路によって実行される可能性があります。
最初の集積回路
最初の集積回路のコンセプトは、他の多くのブレークスルーと同様に、2 人によってほぼ同時に生み出されました。トランジスタは、コンピュータ、ラジオ、電話などのデバイスですでに広く使用されていましたが、現在、メーカーはさらに優れたものを求めています。トランジスタは真空管ほどではありませんが、一部の最新の電子機器には十分小さいです。
しかし、トランジスタは作成後に配線などに接続する必要があるため、小型化には限界がありました。トランジスタはすでに、しっかりした手と小さなピンセットの能力を超えていました。したがって、エンジニアは、必要なすべてのトランジスタ、ワイヤ、およびその他のコンポーネントを含む回路全体を 1 つのステップで作成することを意図していました。わずか 1 ステップで超小型回路を構築できれば、素子はすべてはるかに小型化できます。ジャック・キルビーは、7月下旬のある日、テキサス・インスツルメンツで一人で働いていました。彼はそこで働き始めたばかりだったので、他のほとんどの人がするような休暇を取ることができませんでした。廊下は空いていて、考える時間はたっぷりあった。彼はすぐに、トランジスタだけでなく、すべての回路部品をシリコンで作ることができることに気付きました.
当時、半導体はコンデンサや抵抗の作成に使用されていませんでした。可能であれば、回路全体を単結晶から構築することで、回路を小型化し、製造をより簡単にすることができます.
キルビーの雇用主はその計画を承認し、働き始めるよう命じました。 Kilby が 9 月 12 日までに機能するモデルを完成させた後、Texas Instruments は 2 月 6 日に特許出願を提出しました。
しかし、カリフォルニアの別の人がまったく同じ考えを持っていました. 1959 年の初めに、フェアチャイルド セミコンダクターの新しい従業員であるロバート ノイス。
彼はまた、誰が単一のチップ上に回路全体を作成できるかを知っていました.キルビーは各パーツを正確に作る方法を考え出していましたが、ノイスはそれらをより効率的に接続する方法を考え出しました.同年 4 月、フェアチャイルドは「ユニタリ回路」と呼ばれるものの開発を開始し、特許を申請しました。 Fairchild は、TI が関連する発明の特許を既に申請していることを知っていましたが、その技術を侵害しないことを期待して、徹底的な申請を準備しました。細部への努力が報われました。 1961 年 4 月 25 日、特許庁はロバート ノイスに IC の最初の特許を付与しましたが、キルビーの出願はまだ審査中でした。今日、2 人の男性が最初の集積回路のアイデアについて異なる視点を持っていたことが認められています。
集積回路の設計
集積回路の設計には、特定のロジック技術と回路設計が使用されます
以下は、集積回路の設計の 3 つのタイプです:
- デジタル デザイン
- 電子設計
- ブレンドデザイン
デジタル デザイン
デジタル設計技術を利用して、マイクロプロセッサおよびコンピュータ メモリ (RAM および ROM) として使用される集積回路 (IC) が作成されます。この設計アプローチにより、回路密度と全体的な効率が最大化されます。この技術は、0 や 1 などのバイナリ入力データを受け入れる集積回路 (IC) を生成します。デジタル集積回路を生成するプロセスは、下の図に示されています。
電子設計
アナログ設計技術は、ICチップに利用されています。 IC は、発振器、フィルタ、レギュレータを構成するために使用されます。最適な電力増加、消費、および抵抗が必要です。
ブレンド デザイン
デジタルとアナログのデザインのアイデアを組み合わせて、さまざまなデザインを実現しています。信号は、混合 IC を使用して、アナログからデジタル、またはデジタルからアナログに変換されます。
集積回路の構築
ICチップ上に銅や半導体などを複雑に積み上げ、抵抗やトランジスタなどをつくります。これらのウエハースは小片にカットされ、ダイに成形されます。
IC は、レイヤー間の複雑な接続を持つデリケートな半導体ウエハーから作られています。したがって、代わりにパックされます。小さくて壊れやすいダイは、IC チップのパッケージングによって、認識可能な黒いチップに変わります。
IC は、層間が複雑に接続されたデリケートな半導体ウエハーから作られています。
すべての IC チップは極性化されており、各ピンには特定の場所と機能があります。統合チップは、ノッチまたはドットを使用して最初のピンを識別します。
次の PIN は、最初のピンが認識されると、反時計回りの方向でチップの周りに連続して上昇します。
集積回路の特徴
ビルドとパッケージング
IC の製造に使用される材料は、シリコンやその他の半導体半導体です。 IC はサイズが小さく感度が高いため、極小の金とアルミニウムのワイヤのネットワークが結合され、プラスチックまたはセラミックの平らなブロックに成形されます。ブロックの外側の金属ピンは、内部のケーブルを接続するために使用されます。固体ブロックはチップを冷却し、過熱から保護します。
ICの組み込み
多くのデバイスを 1 つにまとめたため、統合チップの名前が付けられました。マイクロプロセッサ、メモリ、およびインターフェイスはすべて、単一の統合マイクロコントローラ回路に含まれています。
光集積回路
コンピューター、スマートフォン、その他の電子機器の集積回路は、機能回路を形成する電気部品で構成されています。一方、フォトニックコンポーネントは、光で動作するコンポーネントです。これらは一緒になって光集積回路を形成します。
光子が抵抗器や電線に相当する偏光子、位相シフター、導波路などの光学部品を通過するのとは対照的に、電子チップ内の電子束は抵抗器、インダクター、トランジスター、コンデンサーを通過します。
統合オペアンプ
電子積分回路はオペアンプ積分器です。演算増幅器 (オペアンプ) は、時間積分の数学的プロセスを実行し、時間積分された入力電圧に比例する出力電圧を生成します。
統合オペアンプ回路
積分オペアンプは、その名前が示すように、積分の数学的動作を実行するオペアンプ回路です。オペアンプ積分器の出力電圧は、入力電圧の積分に対する入力電圧に比例するため、時間の経過に伴う入力電圧の変化に出力を応答させることができます。
電源は、フィードバック ループを流れる電流を充電または放電します。フィードバック ループは、重要な負のフィードバック チャネルとしても機能します。入力での電圧の持続時間によって、出力信号の振幅が決まります。
よくある質問
1.光集積回路が解決する課題は?
スイッチを回して電気部品に電力を供給するエネルギーを注入するのと同様に、光集積回路はレーザー光源を使用して部品を制御する光を注入します。集積フォトニック技術と呼ばれることが多いムーアの技術は、電気の代わりに光を使用して、熱の発生や統合などの電子機器の欠点の一部を回避します。より高速で広範なデータ転送速度を可能にすることで、このテクノロジーはガジェットを次のレベルに引き上げます。光集積回路の利点には、小型化、驚異的な速度、熱影響の低減、統合のための大容量、高歩留り、大量生産、および低価格を可能にする既存の処理技術との互換性が含まれます。さまざまな統合フォトニクス アプリケーションには、データ伝送、センシング、自動車産業、天文学などがあります。
2.光集積回路はどのような用途に適していますか?
PIC には、データ転送を含むいくつかのサービスがあります。その他の一般的な利点には、ラボオンチップ デバイスなどの生物学的アプリケーション、防衛および航空宇宙産業でのアプリケーション、天文学の分野でのアプリケーションが含まれます。実現可能性調査は、設計者が新しい技術的問題に取り組む際に、統合フォトニクスが解決策になる可能性があるかどうかを判断できます。その結果、PIC は常に改善され、新しい用途が見出されています。デザイン スタジオ、PIC コンソーシアム、さらには世界中のいくつかの機関が、この研究のためにスキルを提供しています。
3.現在、光集積回路の作成にどのような用途がありますか?
PIC は、自動運転車のデータ通信ソリューション、航空宇宙および航空宇宙用センサー、および新しい技術時代におけるその他の無数の用途の主要な技術として、電子集積回路に取って代わる可能性を秘めています。
