Comment fonctionnent les circuits intégrés, physiquement?

Circuits intégrés sont définis comme le circuit qui comprend des éléments inséparables et interconnectés électriquement de telle sorte que le circuit intégré ne puisse pas être séparé pour des raisons de commerce et de construction. Une myriade de technologies peuvent être utilisées pour construire un tel circuit. Aujourd'hui, ce que nous appelons un circuit intégré était à l'origine connu sous le nom de circuit intégré monolithique. On pense que Kilby a créé le premier circuit intégré fonctionnel en 1958 et qu'il a remporté le prix Nobel de physique en 2000 pour son travail acharné. Le premier acheteur de cette invention était l'US Air Force.

Qu'est-ce qu'un circuit intégré?

Le circuit intégré (IC), parfois appelé puce ou micropuce, est une plaquette semi-conductrice sur laquelle sont fabriqués des milliers ou des millions de minuscules résistances, condensateurs et transistors. Un IC peut être une fonction d'amplificateur, d'oscillateur, de minuterie, de compteur, de mémoire d'ordinateur ou de microprocesseur. Un CI exact est classé comme linéaire (analogique) ou numérique en fonction de son application future. Les circuits intégrés ont déformé tout cela. L'idée fondamentale était d'obtenir un circuit complet, avec beaucoup de composants et les connexions entre eux, et de reconstruire le tout sous une forme microscopiquement minuscule à la surface d'un morceau de silicium. C'était une idée incroyablement intelligente et elle a rendu possible toutes sortes de gadgets «microélectroniques» allant des montres numériques et des calculatrices de poche aux fusées d'alunissage et aux bras avec navigation par satellite intégrée.

Comment sont fabriqués les circuits intégrés?

Comment construire une mémoire ou une puce de processeur pour un ordinateur? Tout commence avec un élément composé brut tel que le silicium, qui est traité chimiquement ou dopé pour le créer et qui a des propriétés électriques différentes.

Symbole de circuit intégré

Dopage des semi-conducteurs

De manière conventionnelle, les gens pensent aux équipements qui se rangent en deux catégories bien définies: ceux qui permettent à l’électricité de circuler assez facilement (conducteurs) et ceux qui ne le font pas (isolants). Les métaux constituent la plupart des conducteurs, tandis que les non-métaux tels que les plastiques, le bois et le verre sont les isolants. En fait, les effets sont bien plus complexes que cela, notamment lorsqu'il s'agit de définir des éléments au centre du tableau périodique (dans les groupes 14 et 15), notamment le silicium et le germanium. Habituellement, les isolants sont les éléments qui sont prêts à fonctionner davantage comme des conducteurs si nous leur insérons de petites quantités d'impuretés dans une procédure connue sous le nom de dopage.

Conception de circuits intégrés

Si vous ajoutez de l'antimoine au silicium, vous lui fournissez un peu plus d'électrons qu'il ne comprendrait habituellement le pouvoir de conduire l'électricité. Le silicium «dopé» de cette façon est appelé silicium de type n. Lorsque vous ajoutez du bore au lieu de l’antimoine, vous enlevez une partie des électrons du silicium, laissant derrière eux des «trous» qui fonctionnent comme des «électrons négatifs», puis transportent un courant électrique positif dans le sens opposé. Un tel type de silicium est appelé type p. Mettre côte à côte des zones de silicium de type n et de type p pour créer des jonctions dans lesquelles les électrons agissent de manière très attractive est la manière dont nous générons électroniquement, dispositifs à semi-conducteurs comme les diodes, les transistors et les mémoires.

À l'intérieur d'une usine de copeaux

La procédure de fabrication d'un circuit intégré commence par un gros monocristal de silicium, en forme de long tuyau solide, qui est «découpé en tranches de salami» en disques minces (de la taille d'un disque compact) appelés wafers. Les plaquettes sont marquées dans un grand nombre de zones carrées ou rectangulaires identiques, chacune d'elles constituant une seule puce de silicium (parfois appelée micropuce). Des milliers, des millions ou des milliards d'appareils sont ensuite produits sur chaque puce en dopant des zones différentes de la surface pour les transformer en silicium de type n ou de type p.

Fonctionnement de la puce à l'intérieur

Le dopage est complété par une multiplicité de processus différents. Dans l'une d'elles, connue sous le nom de pulvérisation, les ions du matériau dopant sont tirés sur la plaquette de silicium tout comme les balles d'un pistolet. Une autre procédure appelée dépôt en phase vapeur consiste à introduire le matériau dopant sous forme de gaz et à le laisser se concentrer de sorte que les atomes d'impuretés génèrent un film mince à la surface de la tranche de silicium. L'épitaxie par faisceau moléculaire est une forme beaucoup plus précise de l'énoncé.

Bien sûr, les circuits intégrés au bâtiment qui emballent des centaines, des millions ou des milliards d'appareils sur une puce de silicium de la taille d'un ongle sont tous un peu plus difficiles qu'il n'y paraît. Imaginez le chaos quand un point de saleté pourrait raisonner lorsque vous travaillez à l'échelle microscopique (ou parfois même nanoscopique). C’est pourquoi les semi-conducteurs sont préparés dans des environnements de laboratoire impeccables appelés salles blanches, où l’air est scrupuleusement filtré et où les employés doivent entrer et sortir à travers des sas épuisant toutes sortes de vêtements de protection.

Types de circuits intégrés

Les différents types de circuits intégrés qui comprennent les éléments suivants

Circuits intégrés numériques

Ce type de CI a deux niveaux définis: 1 et 0, ce qui implique qu'ils travaillent sur des mathématiques binaires dans lesquelles 1 signifie activé et 0 signifie désactivé. Ces circuits intégrés sont réalisés avec diligence car ils contiennent plus de millions de bascules, de portes logiques et autres, tous intégrés dans une seule puce. Des exemples de circuits intégrés numériques comprennent microcontrôleurs et microprocesseurs .

Types de circuits intégrés

• CI logiques
• Puces mémoire,
• CI d'interface (décaleurs de niveau, sérialiseur / désérialiseur, etc.)
• CI de gestion de l'alimentation
• Appareils programmables

Circuits intégrés analogiques

Le circuits intégrés analogiques fonctionne en s'attaquant aux signaux continus et est capable d'effectuer des tâches telles que le filtrage, l'amplification, la démodulation et la modulation, etc. Capteurs, Les OP-AMP sont essentiellement des circuits intégrés analogiques .

• CI linéaires
• CI RF

Signal mixte

Lorsque les CI numériques et analogiques sont utilisés sur une seule puce, le CI résultant est appelé circuits intégrés à signaux mixtes.

• CI d'acquisition de données (y compris convertisseurs A / N, convertisseur N / A, potentiomètres numériques)
• CI d'horloge / de synchronisation

Utilisations des circuits intégrés

Le circuit intégré utilise un matériau semi-conducteur (puces de lecture) comme table de travail et le silicium est fréquemment sélectionné pour la tâche. Ensuite, composants électriques tels que des diodes, des transistors et des résistances, etc. sont ajoutés à cette puce sous une forme minimisée. Les composants électriques sont assemblés de manière à pouvoir effectuer plusieurs tâches et calculs. Le silicium est appelé plaquette dans cet assemblage.

Applications des circuits intégrés

Les applications d'un CI comprennent les éléments suivants

• Radar
• Montres-bracelets
• Télévisions
• Machines à jus
• PC
• Processeurs vidéo
• Amplificateurs audio
• Périphériques de mémoire
• Périphériques logiques
• Fréquence radio Encodeurs et décodeurs

Dans cet article, nous avons brièvement discuté du circuit intégré, y compris ce qu'est un circuit intégré, comment les circuits intégrés sont fabriqués, etc. Deux types de procédés ont été utilisés pour construire des circuits intégrés à l'aide d'un semi-conducteur dopant, à l'intérieur d'une usine de puces. Nous avons traité des différents types de circuits intégrés comme les circuits intégrés numériques, les circuits intégrés analogiques et enfin les signaux mixtes avec des exemples. En outre, des utilisations de circuits intégrés et des applications de circuits intégrés ont également été discutées.

De plus, pour toute question concernant ce concept ou pour mettre en œuvre les projets électriques et électroniques , veuillez donner vos précieuses suggestions en commentant dans la section des commentaires ci-dessous. Voici une question pour vous, quelle est la fonction principale d'un IC?