Capitolul 7 - Circuite Integrate

7.1. Noţiuni generale

Dezvoltarea electronicii este însoţită de câteva tendinţe:

- sofisticarea dispozitivelor şi sistemelor, care rezultă din multiplicarea funcţiilor solicitate de practică;

- creşterea numărului elementelor în dispozitiv;

- cresc cerinţele faţă de dispozitive, şi anume faţă de fiabilitate, energia consumată, gabarite şi masă.

În aşa mod apar contradicţii între cerinţele faţă de calitate şi creşterea numărului de elemente, care duce la scăderea fiabilităţii şi creşterea puterii consumate, gabaritelor şi masei. Soluţia a fost găsită în elaborarea dispozitivelor microelectronice.

Microelectronica este un domeniu aparte al electronicii, care este preocupat de proiectarea, fabricarea şi aplicarea dispozitivelor microelectronice – circuitelor integrate.

La baza microelectronicii se află principiul integral de fabricare şi utilizare. Circuitul integrat este un microcircuit, în care elementele circuitului (rezistenţe, capacităţi, inductanţe, diode, tranzistoare etc.) sunt asociate rigid în unităţi funcţionale şi pot fi utilizate numai ca atare, nu şi ca piese separate, şi au o capsulă pentru a proteja de factorii externi. Circuitele integrate se deosebesc după principiul constructiv – tehnologic: monolitice şi peliculare (vezi fig.7.1). În circuitele monolitice toate elementele sunt realizate într-un cristal semiconductor printr-un proces tehnologic unic. Elementul de bază în circuitele integrate semiconductoare poate fi tranzistorul bipolar sau tranzistorul unipolar (cu efect de câmp), şi circuitele pot fi, respectiv, bipolare sau unipolare.

În circuitele integrate peliculare hibride elementele pasive (rezistenţe, capacităţi, inductanţe) sunt realizate pe suprafaţa substratului de mică sau sticlă din pelicule conductoare, rezistive şi izolatoare, iar elementele active, confecţionate în cristale semiconductoare (chip), sunt montate sub aceeaşi capsulă.

Circuitele optoelectronice sunt constituite din emiţătoare, conductoare şi receptoare optice:

- emiţătoare optice (surse de lumină):

- lasere,

- diode luminiscente;

- fotoreceptoare:

- fotorezistor,

- fotodiodă,

- fototranzistor;

- canal optic:

- ghid optic,

- fibră optică.

După principiul funcţional circuitele integrate se împart în două clase mari: circuite integrate digitale şi circuite integrate analogice (liniare).

Nivelul de sofisticare a circuitelor integrate este caracterizat prin gradul de integrare:

k=lgN, (7.1)

unde N  este numărul de elemente pe aria unui chip. De regulă valoarea k este rotunjit până la număr întreg (în partea mai mare).

În aşa mod dacă numărul de elemente în circuitul integrat este până la 10 circuitul este de primul grad de integrare,

de la 11 până la 100  gradul doi de integrare etc.

Circuitele cu k=35 formează grupa circuitelor integrate mari, iar pentru k>5 – circuite integrate foarte mari.

Din anul 1959, care poate fi considerat începutul erei circuitelor integrate, până la momentul actual dimensiunea specifică a elementului în cristalul semiconductor a scăzut cu câteva ordine până la 0,13 m. Simultan numărul de elemente în chip a atins valori de circa mii, zeci şi sute de mii, milioane. Spre exemplu, dacă circuitul integrat al microprocesorului Intel 8080, apărut în anul 1974, conţine circa 4000 de tranzistoare; atunci procesoarele Intel Pentium apărute în anul 1993 conţine circa 3100000 tranzistoare.