Ilmiy texnikaviy taraqqiyot va sxemotexnika rivoji

ИМСлар интеграция даражасининг оширилиши ЭХМ ва тизимларни кўп тавсиф ва кўрсаткичлари яхшиланишига олиб келади. Масалан, интеграция даражасининг оширилиши ИМСнинг функционал мураккаблигини оширилишига олиб келади. Албатта нархи ҳам бир мунча ошади, лекин нарх оширилиши «Ҳисоблаш кувватидан» кўпайишдан орқада қолади ва КИС кўпроқ ишлаб чиқарилгани сари нархлар камаяди. Ўз навбатида бу ҳисоблаш техникасини халқ хўжалигининг турли тармоқларида кенг тарқалишига олиб келади. Интеграция даражаси оширилиши схемаларнинг тезкорлиги, бардошлилигини оширилишига ҳам олиб келади. Шу билан бир қаторда бу йўналиш лойиҳачилар олдига янги мураккаб масалаларни қўяди. Кўп чиқиш йўли ИМС ларни ишлаб чиқиш имкониятлари чегараланган, чунки бу кўп контакт майдончаларни ташкил қилишни талаб этади. Кристалл тарқатаётган қувват хам чегараланган, акс ҳолда қўшимча кристаллни совутиш мосламалари талаб қилинади. Яна бир мураккаб вазифа - катта ва ўта катта ИМС текшириш. Одатда, якуний текширув ИМС корпусига жойлаштирилгандан сўнг махсус тестлар ёрдамида ташқи чиқиш йўлларидаги хабарлар бўйича бажарилади. ИМС мураккаблашган сари текширув вақти хам кўпаяди. Шунинг учун янги синов ва текшириш усулларини ишлаб чиқиш лозим бўлади.

2) Элемент базаси ривожланишининг иккинчи йўналиши - ўта тезкор катта интеграл схемаларни ишлаб чиқиш. Бу янги материалларни ишлатиш асосида амалга оширилиши мумкин, масалан Si ўрнига галлий арсениди ишлатилиши. Албатта, яримўтказгичли электроника асосида элемент базаси ривожланишига ҳам маълум имкониятлар бор, лекин улар ҳам физика қонунлари таъсири билан чегараланган. Имкониятлар, асосан, ИМС паст температураларда ишлаши билан боғлиқ бўлиб, ўтказгичларнинг қаршилиги камайиши, схемалар кўпроқ вақт ишлашига имкон беради.
3) Янги йўналишлар янги физик ходисалар билан боғлиқ бўлиши мумкин. Шулар қаторида, оптоэлектроника хоссалари хабарларини узатишда ишлатилиши, хотира схемаларида магнит доменларни ва оптик қурилмаларни ишлатилиши, рақамли ахборотларни индикация қилишда суюқ кристалларнинг ишлатилиши, ахборотни сақлаш ва қайта ишлашда Джозефсон эффекти криоэлектроника ходисалари билан боғлиқ бўлиб, мутлақ нуль температурасига яқин температураларда пайдо бўладиган ўта юқори ўтказувчанликка асосланган. Янги схемотехника ривожланиши йўналишлари кўпинча функционал электроника (функционал микроэлектроника) фанига киради.
Микросхемалар. уларнинг принципиал, тузилиш ва функционал схемалари.
Радиоэлектрон қурилмалар жуда кўп сондагн электрон асбоблардан ташкил топади. Фан ва техниканинг ривожланиши билан уларнинг сони ва тури янада ортиб бормоқда. Шунинг учун радиоэлектрон қурилманинг мустахкамлиги, узоқ, муддат ишончли хизмат қила олиш қобилияти ва бошқа хусусиятларини оширган ҳолда уларнинг хажмини кичрайтириш, оғирлиги ва сарф қиладигап қувватини камайтирнш каби масалалар ўртага қўйилмоқда.
Ярим ўтказгичлар техникасининг ривожланиши ярим ўтказгичли асбобларнинг маълум комбинациядаги систсмасини бир қобиққа жойлаштириш имкониятини яратди. Бундай асбоблар модуль — схемалар ёки микромодуллар деб аталади. Уларда ўта ихчам қобиқсиз ярим ўтказгичли асбоблар, пленкали (пардасимон) каршилик ва конденсаторлар маълум схема асосида бир қобиқ ичига йиғилади ва бирор электрон қурилманинг тўлиқ схемасини ташкил этади. Шунинг учун улар микросхемалар деб хрм аталади.
Микросхемаларнинг 1 см хажмида камида 5 та элемент (транзистор, диод, резистор, сиғим ва индуктивлик) катнашиб, улар бирор электрон қурилманинг тугаллантан схемасини ташкил этиши лозим. Ҳозир интеграл микросхема (ИМС) деб аталадиган ярим ўтказгичли асбоблар кенг қўлланилади. Улар қурилманинг умумий ҳажмини 20ООО мартадан ортиқ кичрайтириш имконини берадн. ИМС шундай қурилмаки, унинг барча элементлари ёки уларнинг-бир қисми ажралмас қилиб боғланган бўлади. Улар бир-бири билан шундай туташганки, натижада бир бутун қурилма бўлиб хизмат қилади.
Микросхемаларни турларга ажратиш жуда кўп белгиларга асосланади: материалининг тури, элементларининг сони, функционал боғланиши, қандай мақсадга хизмат қилиши, ишлаб чикариш технологияси, конструкцияси ва бошқалар. Масалан, бажарадиган ишининг турига қараб — кучайтиргичлар, генераторлар, мантилий элементлар; функционал мақсадига қараб — рақамли, қиёсий (чизиқли), қиёсий — рақамли; ишлаб чиқариш технологияси ва конструкциясига қараб — ярим ўтказгичли, пардасимон (пленкали), дурагай (гибрид) ва бирлаштирилган схемалар мавжуд.
ИМСнинг мураккаблиги ярим ўтказгич кристалида нечта элемент жойлаштирилганлиги билан белгиланади. Шунга кўра микросхемалар интегралланиш даражаси орқали характерланади. Масалан, элементларининг сони 10 тагача бўлган микросхемалар биринчи даражали интеграл схема (ИС11 ёки оддий микросхема, элементларининг сони 100 тагача бўлганлари—иккинчи даражали интеграл схема (ИС2) ёки Ўрта (УИС) микросхема деб аталади. Элементларининг сони 100-10000 бўлган ИСлар III даражали,_ яъни катта интеграл схема (КИС), 10.000 дан ортиқ элементга эга бўлган микросхемалар эса, ўта катта (УКИС), яъни юқори даражада интегралланишли микросхемалар ҳисобланади. Оддий ИМСга мантиқий элементлар, ўрта ИМСга эса, ЭҲМнинг хотира қурилмалари, ҳисоблагичлар, жамлаш қурилмалари — сумматорлар мисол бўлади. Арифметика — мантиқ ва бошқариш қурилмалари катта ИМС-дир.
Шуни айтиш керакки, микросхемаларнинг интегралланиш даражасини орттириш ва унга боглиқ элементлар ўлчамини кичрайтиришнинг чегара^и бор. Бир неча ўн минг элементни бир схемага бирлаштириш (интеграллаш) технологик жиҳатдан жуда мураккаб бўлиб, иқтисодий жиҳатдан мақсадга мувофиқ эмас. Шунинг учУн функционал микроэлектроникага ўтилмоқда. Унда қурилманипг бирор функцияси бажариш стандарт элементлар ёрдамида эмас, балки физик хрдисалар асосида бажарилади. Интеграл микросхемалар функционал боғланишига қараб 2 хил — импульс—қиёсий ва мантиқий (логик) бўлади. Импульс-қиёсий ИМС гармоник ёки импульс тебранишларни хосил к.илиш ёки кучайтиришда, мантикий ИМС эса, қурилмани электрон калит режимида ишлашини таъминлашда қўлланилади.
ИМСларнинг кичик ўлчам ва массага эга бўлиши, кам қувват сарфлаши, юқори ишонч билан ишлаши, юқори тезкорлиги, арзонлиги ва бошқалар уларнинг афзалликларидир. ИМСнинг юқори ишонч билан ишлаши пайвандланадиган бирикмалар сонининг камайиши ҳисобига бўлса, юқори тезкорлиги — элементлари орасидаги туташтириш оралиғининг кичиклиги билан характерланади.
Ҳар бир микросхемани ишлатишда ташқи манба кучланиши, нагрузкасининг катталиги, таъсир этувчи сигнал хусусиятлари ва бошқалар олдиндан аниқланган бўлиши лозим. Ярим ўтказгичли, пардасимон, дУрагай (гибрид) ва бирлаштирилган (қўшма) ИМСлар энг куп қўлланиладиган микросхемалардир. Ярим ўтказгичли ИМС ярим ўтказгич материалидан иборат бўлиб, унинг сиртқи қатламида ёки хажмида электр схема элементларига, туташтириш симларига, ҳиимоя (изоляция) қатламларига эквивалент бўлган соҳалар ҳосил қилпнган бўлади.
Кўпинча ярим ўтказгич сифатида кремний кристали олинади. У микросхеманинг асосини ташкил қилади ва таглик ёки кристалл деб аталади. Кристаллда р — п ўтишлар ҳосил қилиш йўли билан схеманинг пассив ва актив элементлари жорий қилинади. Улар бир-биридан ҳимояланган оролчалар деб аталадиган қисмларда ташкил топади.
Ярим ўтказгичли ИМСлар кўп тўпламли қилиб ясалади. Ҳар бир тўпламга бир вақтда жуда кўп микросхема жойлашади. Масалан, диаметри 76 мм бўлган битта пластинкага 5000 тагача микросхема жойланиши мумкин. Унинг ҳар бирида 10 тадан 20000 тагача электрон элемент қатнашади.
Пардасимон ИМС махсус таглик сиртида жойлаштирилган кўп қатламли пардалар тўпламидан иборат. Таглик сифатида шиша, керамика (сопол) каби материаллар олинади. Пардасимон ИМСлар икки турга ажратилади: юпқа (1—2 мкм) пардали ва қалин (10— 20 мкм) пардали. Улар фақат қалинликлари билангина эмас, балки тагликка тушириш технологияси билан ҳам бир-биридан фарқ қилади.
Пардасимон ИМСдан фақат пассив элемент — резисторлар конденсаторлар, индуктивлик ғалтаги ясалади. Улардан КС — фильтрлар тузилади.
Дурагай ИМС шундан микросхемаки, у пардасимон, яримўтказгичли ва дискрет осма актив элементларнинг бирорта комбинациясини ташкил қилади. Улар пардасимон ИМСнинг диэлектрик таглигига жойл аштирил ад и.
Осма элемент деганда, асосан, ихчамлаштирнлган қобиқсиз диод ва транзисторлар тушунилади. Улар мустақил элемент булиб, тагликка ёпиштириб (осиб) купил ади ва парда элементлари билан ингичка симлар ёрдамида туташтирилади. ДУрагай ИМСда ярим ўтказгичли ИМС хам осма элемент хисобланади. Айрим холларда етарлича катта сиғим ва индуктивлик зарур бўлганда ихчамлаштирнлган конденсатор ва индуктивлик ғалтаги хам осма элемент сифатида жорий қилинади, чунки пардасимон ИМСда катта сиғим ва индуктивликка эришиш мумкин бўлмайди.
Бирлаштирилган ИМС да актив злементлар ярим ўтказгичли микросхемадаги, пассив элементлар эса, пардасимон микросхемалардаги каби ясалади. Улар умумий тагликка химояланган холда жойлаштирилади.
Барча ИМС лар герметик қобикка ўралган бўлиб, ундан схемага туташтириш учлари — электродлар чиқарилади.
Ярим ўтказгичли ИМСларнинг элементлари пардасимон ИМСларда факат пассив элементлар — қаршилик, сиғим ва индуктивлик хосил килиниши мумкинлиги айтилган эди. Улар таглик сиртига ўтказувчан ва химояловчи моддаларни пуркаш ёки пардалар қатлами сифатида жойлаштириш йули билан хосил қилинади. Бунда таглик диэлектрик материалдан ясалгани учун элементларни бир-биридан химоялашга хожат қолмайди. Ундан ташкари, таглик етарлича қалин ва элементлар орасидаги масофа узоқ, булгани учун улар орасидаги зарарли (паразит) сиғимларни хисобга олмаслик мумкин. 3.30- расмда пуркаш йули билан хосил килинган тугри туртбурчак шаклида ясалган индуктивлик ғалтаги кўрсатилган.
Ярим утказгичли ИМСларнинг элементлари ярим утказгич кристалининг сирти ёки хажмида жойлашади. Уларнинг хар бири ярим утказгичнинг маълум сохасини эгаллайди ва мустакил элемент — диод,транзистор, резистор, конденсатор в а бошқалар бўлиб хизмат килади. Бу сохалар бир - биридан ё диэлектрик, ёки тескари кучланиш уланган р — n ўтишлар ёрдамида химоя килинади. Улар пуркаш йули билан хосил қилинадиган симчалар ёрдамида бирор электр схемани акс эттирган хрлда туташтирилади. Туташтириш симчалари металл тармоқчалар деб аталади. Улар, асосан, алюминийдан тайёрланади.
Ярим утказгичли ИМСларнинг элементларини ясаш мураккаб технологик жараён бўлиб, уларнинг турлари хилма-хилдир. Барча жараёнларнинг негизини транзисторлар таркиби ташкил килади, яъни барча пассив ва актив элементлар транзистор асосида хосил килннади. Асос транзистор вазифасини биполяр ёки униполяр транзисторлар бажаради.
Транзисторлар. Биполяр транзисторларни ясашда унинг Хар икки формуласи р— п — р ва п — р — п дан фойдаланилади. Улардан п — р — п тўри энг кўп тарқалган.
Электрод калит вазифасида ишлатилади. Улар жуда кичик токларда ишлайди ва ўта тезкор қурилма хисобланади.
Диодлар. Одатда диод қилиш учун битта р — п ўтиш ясаш етарли бўлади. Лекин ИМСларда транзистор таркиби асос килиб олингани учун у биполяр транзисторнинг ўтишлари оркали яратилади.
Биполяр транзистордаи диод қилишнинг 5 хил тури мавжуд (3.32- раем). Улар бир-биридан параметрлари билан фарқ килади. Масалан, 3.32- расмдаги а — уланишда диоднинг очиқ холатдан ёииқ холатга утиш вақти етарлича қисқа бўлса, б — уланишда у катта бўлади.
Транзисторларни ясашда, асосан, планар ва эпитаксал — планар деб аталган технологик жараёнлар қўлланилади. Планар технологияда ярим ўтказгич кристалига донор ва акцептор моддалар диффузия усулида киритилади. Унда транзисторлар элекгродларининг туташтириш учлари бир текисликда жойлаштирилади. Бу уларни диэлектрик пардаси ёрдамида ташки таъсирлардан химоя килиш имконини беради.
Эпитаксал—планар технология усулида транзисторлар юпқа монокристаллни ўстириш йўли билан хосил килинади.
Планар технология транзисторлар ясашда энг куп таркалганидир. Лекин бунда ИМСда хосил килинадиган р — п ўтишлар аник, чегарага эга булмайди, чунки диффузия материалнинг сиртидан бошланади. Шунинг учун котишманинг атомлари бошлангич материалда бир хил таксимланмайди — сиртда куп, ички тарафга эса, камайиб боради. Бу схема элементларининг сифатига катта таъсир курсатади. Иккинчи усулда бу камчилик йукотилади.
Планер технология асосида ясалган п — р — п турдаги биполяр транзисторларда эмиттер ва коллектор ўтишларидан ўтадиган ток вертикал йуналишда окади. Шунинг учун улар вертикал транзисторлар деб аталади. Бундан фарклаш учун р — п — р турдаги транзисторларда р — п ўтишлардан ўтадиган ток горизонтал йуналишда ўтадиган килинади ва улар горизонтал транзисторлар деб аталади.
Шуни айтиш керакки, ярим ўтказгичли ИМСда хар доим зарарли элементлар ҳам хосил бўлади. Масалан, Р — кристалл асосида п — р — п турдаги транзистор ясалганда асос кристалл ва транзисторнинг коллектор ва база сохалари орасида р — п — р турдаги зарарли транзистор хосил бўлади. Зарарли элементларнинг таъсирини хисобга олиш учун транзисторнинг турли хил эквивалент схемаларидан фойдаланилади.
Микроэлектрониканинг ривожланиши дискрет ярим ўтказгичлар техникасида мавжуд бўлмаган янгича биполяр транзисторни ясаш имкониятини берди. Кўп эмиттерли ёки кўп коллекторли транзисторлар шулар жумласидандир.


3.31- расмда куп эмиттерли транзисторнинг таркибий схемаси ва схемада белгиланиши курсатилган. Уни умумий база ва коллекторга эга булган бирнеча п—п—п транзисторнинг туплами деб караш мумкин. Бунда хар бир қўшни эмиттер жуфти база қатлами билан биргаликда зарарли п — р — п — турдаги транзисторни хосил қилади. Агар эмиттерлардан бирига туғри, иккинчисига тескари кучланиш уланса, туғри кучланиш уланган таркибии схемаси эмиттердан база қатламига электронлар киритила (а) ва схема д Соел - бошлайди, тескари уланишли эмиттер эса, улардан гиланили (б). база қатламида рекомбинацияланиб улгурмаганларини қабул қилади. Натижада ёпиқ туриши зарур бўлган катламдан ток ўта бошлайди. Бу зарарли эффект хисобланади. Бундан қутулиш учун эмиттерлар орасидаги масофа катта (10—45 мкм) килиб олинади, чунки база катламига ўтган электронлар коваклар билан тўла рекомбинацияланиб улгуриши керак.
Кўп коллекторли транзисторларнинг таркибий қисми кўп эмиттерли транзисторларникига ўхшаш бўлади. Лекин ишлаш режими фарк, қилади.
Униполяр транзисторлар хам биполяр транзисторларни ясаш технологияси асосида яратилади. Лекин уларни ясаш осонроқ, чунки элементларни химоя килиш талаб килинмайди ва тўпламдаги қўшни транзисторларнинг исток ва стоклари қарама-қарши йўналишда уланган р — п ўтишлар билан бир-биридан ажратилгап булади. Натижада транзисторларни ўзаро жуда якнн масофада жойлаштириб, схема элементлари зичлигини ошнриш имкони туғилади.
Униполяр транзисторлардан энг кўп тарқалгани МОП турдаги трапзисторлардир. Бунга сабаб уларнннг кириш каршилиги катта ва тузилишининг соддалнгидир.
Айрим ИМСда п ёки р — турдаги каналга эга МОП транзисторлар жуфти кенг ишлатилади. Бундан жуфт транзисторлар комплементар транзистор деб аталади ва электрон калит васифасида ишлатилади.
ИМСларнинг турларини аниқлаш ГОСТ 18682—73 тасдиқлаган шартли белгилар асосида олиб борилади. У микросхеманинг кандай шакл ва технологик асосда ишлаб чикарилганини, кандай максад учун ишлатиш мумкинлигини хисобга олади.
Куп микросхемалар манба кучланишининг катталиги, кириш ва чикиш қаршилиги, сигнал сатхи каби катталикларни хисобга олган холда тўпламлар — серияларга бирлаштирилади. Бир серияга кирадиган микросхемалар шундай танланадики, улардан бир бутун радиоэлектрон қурилмани ясаш мумкин булсин.
Ясалиш шакли ва технологиясига қараб ИМС лар 3 та гурухга булинади ва рақамлар орқали ифодаланади:
а) 1, 5, 6, 7—ярим ўтказгичли микросхема;
б) 2, 4, 8—дурагай микросхема;
в) 3—пардасимон, ваку^мли, керамикали (сопол)микросхема.
Микросхема белгисида унинг серияси рақамлар билан ифодаланадиган икки элементдан ташкил топади. Унда биринчи рақам микросхемани ясашдаги шакл ва технологиясини ифодаласа, иккинчиси — икки хонали (эскича) ёки уч хонали (янгича) рақам — сериянинг тартиб номерини кўрсатади. Масалан 1801 серия 801 тартиб номерли ярим ўтказгичли" ИМС деб ўкилади. 252 серия—52—номерли дурагай микросхемадир.
Кандай максадга хизмат килишига караб ИМС лар яна гурух бўлимлари (подгруппа) ва куринишга ажратилади. (Масалан, генераторлар, кучайтиргичлар, мантиқий элементлар ва бошкалар). У микросхема белгисида сериядан кейинёзиладиган икки харф билан ифодаланади.
Микросхема белгисида серия белгисидан олдин К, КМ, КН, КР ва КА харфлар ёзилган булади. Улар микросхемани ишлаб чиқарган заводдан қабул қилиб олинганлик шартини ифодалайди. Бунда К харфи микро- схеманинг кенг кулланиш максадида ишлаб чиқарилганини билдиради. Масалан, К155ИЕ 7 деб белгиланган микросхема қуйидагича ўқилади: Кенг кўлланиш максадида ишлаб чикарилган 155 сериядаги 7 тартибли (номерли) счетчик (хисоблагич) вазифасини бажарадиган ярим Утказгичли микросхема; серия тартиби (номери) 55.
Қобиқсиз микросхемалар белгисида серия рақами олдидан Б харфи, охирида эса, чизиқчадан кейин бирор рақам қўйилади. Бу рақам микросхеманинг қандай шаклда ясалганлигини ифодалайди.
Рақамли электрон қурилмалар сигналларни маълум бир қонуният асосида кодлашга, импульсларнинг аниқ қонуният билан ўзгариш кетма- кетликларини таъминлашга мўлжалланган. Рақамли электрон қурилмаларнинг кенг тарқалишининг асосий сабаби уларнинг ўта ишончлилиги, ташқи таъсирга жуда чидамлилиги, маълумотларни узоқ вақт сақлашга мўлжалланганлиги ва ҳозирги замон интеграл микросхемалар билан мутаносиблигидадир.
Cигналларга рақамли ишлов бериш асослари. Сигналларга рақамли ишлов беришдан мақсад турли ўзгартиришлар орқали уларни самарадорлик билан узатиш, сақлаш ва ахборотни ажратиб олишдан иборатдир. Кейинги вақтларда кенг ривожланган сигналларга рақамли ишлов бериш усуллари бир қатор афзалликларга эга:
- умуман олганда сигналларга ишлов беришнинг ҳар қандай мураккаб алгоритмларини амалга ошириш мумкинлиги ва ушбу сигналларга ишлов бериш алгоритмларини реал вақтда амалга ошириш имкониятини берувчи элементлар базаси борлиги;
- рақамли қурилмалар юқори аниқликда ишлаш имкониятини берувчи алгоритмларнинг яратилганлиги ва мавжудлиги;
- назарий жиҳатдан узатилаётган хабарларни ҳалақитбардош кодлардан фойдаланиб узатиш ва сақлаш натижасида хатосиз қайта тиклаш имкониятининг борлиги.