Integrert krets

Integrert krets-teknologi

Integrerte kretser kan utvikoes i forskjellige halvledermaterialer eller kombinasjoner av halvledermaterialer. Sterkt dominerende er silisium (Si). Eksempler på andre alternativer er f.eks. galliumarsenid (GaAs) og silisiumkarbid (SiC).
Innen hvert halvledermateriale er det ofte flere alternativer. Innen silisium kan man f.eks. ha CMOS, bipolare transistorer, eller kombinasjonen BiCMOS. Man kan også ha SOI (Silicon on Isolator) hvor det aktive halvlederområdet ligger på toppen av en isolator. Det finnes også teknologier som er spesielt egnet for høye spenninger (opp mot noen tusen volt), høye temperaturer (opp mot 500 grader), som er mer motstandsdyktig mot høy partikkel- eller røntgenstråling, eller har tilpasning for lysfølsomme sensorer (billedpiksler), MEMS-strukturer, frie spoler, frie kondensatorer o.s.v.
En annen viktig karakteristikk er linjebredden. Linjebredden er egentlig lengden til «gate» (kontrollinngangen til CMOS-transistorer), men alle andre bredder, lengder, tykkelser o.s.v. skaleres forholdsvis lineært med gate-lengden. Typiske linjebredder i dag er 90 nm, 45 nm og 25 nm. Vanligvis er det ren digital elektronikk som bruker de minste linjebreddene, mens analog elektronikk bruker mer konservative størrelser.

Utviklingstrinn for integrerte kretser

Utvikling av integrerte kretser består av to trinn: konstruksjon og produksjon. Noen bedrifter tilbyr både konstruksjon og produksjon, mens andre tilbyr bare én av delene. Noen av produksjonsbedriftene («process fabs») tilbyr produksjonslinjen kun for interne konstruksjonsmiljøer, mens det vanligste er å tilby dette fritt. Antallet konstruksjonsbedrifter (uten produksjon = «fabless design houses») er vesentlig større enn antall produksjonsbedrifter. I utgangspunktet er disse uavhengige av produksjonsbedriftene, og kan tilby konstruksjon for flere forskjellige teknologier. Imidlertid er det tids- og  arbeidskrevende å skifte teknologi. Derfor vil konstruksjonshusene ofte knytte seg til én eller få produksjonsbedrifter.

Konstruksjon

Konstruksjon består av to deler: skjema-/nettlisteutvikling og utlegg. 
Nettlisteutvikling av digitale deler gjøres gjerne i et høynivåspråk som VHDL eller Verilog og verifiseres på FPGAer. For å utvikle analoge kretser brukes kretsskjemaverktøy og kretssimulatorer. Konstruktøren vil ta utgangspunkt i et bibliotek av celler (kretsmoduler) og modifisere dem ved behov. Ofte vil det være nødvendig å modifisere cellene nærmest sensorene for å kunne oppnå optimale signalforhold.
Utlegg innebærer å bestemme den fysiske plasseringen av elementene. Utleggfasen avsluttes med at det genereres en datafil (GDSII-format) som sendes til prosesshuset (produksjonsfabrikken). Hvis en digital krets er utviklet i et høynivåspråk som VHDL eller Verilog, vil synteseverktøy kunne utvikle utlegget i løpet av noen timer. Ved utlegg av analoge kretser vil verktøy som plasserer og forbinder elementene automatisk kunne gi stor tidsbesparelse.

Produksjon

Produksjon består at to faser: maskegenerering og prosessering.
Maskegenerering kan sammenlignes med (og innebar tidligere) å lage den negative filmen før man starter volumproduksjon. Maskegenerering er en forholdsvis dyr prosess, spesielt i de mest moderne teknologiene med de minste linjebreddene. Produksjonshuset tilbyr derfor forskjellige muligheter hvor det blir satt sammen bidrag fra flere forskjellige aktører for å redusere prisen.
Prosesseringen gjøres på «wafere». Wafere er runde skiver med en diameter på mellom fire og 22 tommer som er skåret ut av sylindriske barrer. Waferne er vanligvis under 1,5 mm tykke, typisk rundt 0,8 mm. På et wafer repeteres produksjonsmasken, slik at man vil få et større antall like moduler. Produksjonen innebærer blant annet å deponere mønstrede lag på waferet, slik at gasser av forskjellig sammensetning får tilgang til strukturer bestemt av masken. Dette er prosesser som krever optimale gasskonsentrasjoner, trykk og temperaturer, og som det er vanskelig å akselerere. Produksjonstid er mellom tolv og seksten uker, avhengig av antall maskelag. Dette har nærmest vært uendret i løpet av de siste 30 år.