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,silisiumyarımkeçirici materialın bir kristalında elektron sxemlər toplusudur. Bu sərbəst birləşmələrdən hazırlanmış diskret sxemlərdən daha kiçik hazırlana bilər.
İnteqral sxemlər demək olar ki, bütün elektron avadanlıqlarda bu gün istifadə olunur. Müasir cəmiyyətin ayrılmaz hissələri olankompüterlər,mobil telefonlarvə digər elektron məişət texnikalarının istehsalı inteqral sxemlərin sayəsində ucuz başa gəlir.
Dırnaq ölçüsündə olan hissədə bir neçə milyardtranzistorvə 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.
İnteqral sxemləryarımkeçiricicihazların hazırlanmasında XX əsrin ortalarında texnologiyanın inkişafı ilə vəvakuumlampaları 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 birtranzistoryaradılan 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 mm-qədər dəyişir və hər mm-də 9 milyon çip yerləşir.
İnteqral sxemin inkişaf mərhələsinin ilk illəri 1949-cu ilə gedib çıxır.
İnteqral sxem ideyasıBritaniya Müdafiə NazirliyininKral Radiolokasiya Təşkilatı üçün işləyən radiolakatorCefri Dummertərəfindən düşünüldü. Dummer 7 may, 1952-ci ildəVaşinqtondaKeyfiyyətli 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 KilbitərəfindənABŞ Ordusunatəklif olunub və qısa müddətli Mikromodul Proqramının yaradılmasına gətirib çıxarıb.
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 müştəriABŞ Hərbi Hava Qüvvələrioldu. Kilbi inteqral sxemin kəşfi üçünFizikaüzrə 2000-ci ildəNobel mükafatıqazanıb. 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 çiplərigermaniumdanhazırlanmışdı. Kilbinin çiplərindən fərqli olaraq, Noysun hazırladığı çipsilisiumdanhazırlanmışdı.
İnteqral sxemlərin ilk vaxtlarında çipdə yalnız bir-neçətranzistoryerləşdirilə bilərdi və istehsalındakı məhsuldarlıq bugünkü səviyyəsindən aşağı idi. İnteqrasiya dərəcəsi kiçik, konstruksiya prosesi nisbətən sadə idi. İndiki dövrdə çipdə milyonlarla, milyardlarla tranzistor yerləşdirilə bilər.
Birinci inteqral sxemlər yalnız bir neçə tranzistor saxlayırdı və kiçik miqyaslı birləşmə (ing.small-scale integration) adlanırdı.
Geniş ölçülü birləşmə ifadəsi birinci dəfəIBMşirkətində alimRolf Landauertərəfindən istifadə edilib. SSİ sxemləri ilkin aerokosmik layihələrində dönüş nöqtəsi oldu və aerokosmik layihələr texnologiyasının inkişafına təkan verdi.LGM-30 MinutmanvəApollon proqramınınhər ikisi inersial idarəetmə sistemləri üçün yüngül çəkili rəqəmli kompüterlərə ehtyac duydu.
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 yoluYarımkeçiricilər üçün Beynəlxalq Texnologiya Yol Xəritəsitərəfindən ümumiləşdirildi.
1986-cı ildə bir milyondan çoxtranzistoruözündə saxlayan birinciRAMçipləri 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 (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.
Ən müasir inteqral sxemlər arasında rəqəmsalmikrodalğalı sobalardakompüter və mobil telefonlarda hər şeyi nəzarətdə saxlayanmikroprosessorlarvar. Rəqəmsalyaddaş çipivə ixtisaslaşdırılmış inteqral sxem müasirinformasiya cəmiyyətinəvacib 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 həmçinintibbi implantlərinvə ya digər bioelektronik qurğulardasensortətbiqləri üçün hazırlanır.
Təsnifatca analoq, rəqəmsal və hibrid İnteqral sxemlərə bölünür.
Rəqəmli inteqral sxemlər bir neçə kvadrat millimetrdə başqa sxemlər vəmultipleksor,flip-flop,məntiqi elementlərininbir 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 adətənmikroprosessor, rəqəmli siqnal prosessorlar və mikro kontrollerlər "bir" və "sıfır" siqnalları proses üçün ikili riyazıiyyat istifadə edərək işləyir.
Analoq inteqral sxemlərsensorlar, 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 həmçininanaloq-rəqəmsal çeviricivərəqəmsal – analoq çeviricikimi 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.