วงจรรวมทำงานอย่างไรทางร่างกาย?

วงจรรวม ถูกกำหนดให้เป็นวงจรที่ประกอบด้วยองค์ประกอบที่แยกออกจากกันไม่ได้และเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าในลักษณะที่ไม่สามารถแยก IC ได้ด้วยเหตุผลทางการค้าและการก่อสร้าง สามารถใช้เทคโนโลยีมากมายเพื่อสร้างวงจรดังกล่าว วันนี้สิ่งที่เราเรียกว่า IC เดิมเรียกว่าวงจรรวมเสาหิน เชื่อกันว่า Kilby ได้สร้าง IC ที่ใช้งานได้เครื่องแรกในปี 2501 และเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2000 จากการทำงานหนัก ผู้ซื้อรายแรกสำหรับสิ่งประดิษฐ์นี้คือกองทัพอากาศสหรัฐฯ

วงจรรวมคืออะไร?

วงจรรวม (IC) บางครั้งเรียกว่าชิปหรือไมโครชิปเป็นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีการประดิษฐ์ตัวต้านทานตัวเก็บประจุและทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กจำนวนหนึ่งพันหรือล้านตัว IC สามารถใช้เป็นเครื่องขยายเสียงออสซิลเลเตอร์ตัวจับเวลาตัวนับหน่วยความจำคอมพิวเตอร์หรือไมโครโปรเซสเซอร์ IC ที่แน่นอนถูกจัดประเภทเป็นเชิงเส้น (อนาล็อก) หรือดิจิทัลขึ้นอยู่กับการใช้งานในอนาคต วงจรรวมบิดเบือนทั้งหมดนั้น แนวคิดพื้นฐานคือการได้รับวงจรที่สมบูรณ์โดยมีส่วนประกอบจำนวนมากและการเชื่อมต่อระหว่างกันและสร้างสิ่งทั้งหมดขึ้นใหม่ในรูปแบบเล็ก ๆ ด้วยกล้องจุลทรรศน์บนพื้นผิวของชิ้นส่วนของซิลิคอน เป็นความคิดที่ชาญฉลาดอย่างไม่น่าเชื่อและทำให้อุปกรณ์ 'ไมโครอิเล็กทรอนิกส์' เป็นไปได้ทุกประเภทตั้งแต่นาฬิกาดิจิตอลและเครื่องคิดเลขแบบพกพาไปจนถึงจรวดและแขนที่ลงจอดบนดวงจันทร์พร้อมระบบนำทางด้วยดาวเทียมในตัว

วงจรรวมทำอย่างไร?

เราจะสร้างหน่วยความจำหรือชิปประมวลผลสำหรับคอมพิวเตอร์ได้อย่างไร? ทุกอย่างเริ่มต้นด้วยองค์ประกอบของสารประกอบดิบเช่นซิลิกอนซึ่งผ่านการบำบัดทางเคมีหรือเจือเพื่อสร้างมันและมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่แตกต่างกัน

สัญลักษณ์วงจรรวม

สารกึ่งตัวนำ Doping

ตามปกติแล้วผู้คนมักคิดเกี่ยวกับอุปกรณ์ที่เหมาะสมเป็น 2 ประเภท ได้แก่ ประเภทที่อนุญาตให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ค่อนข้างง่าย (ตัวนำ) และอุปกรณ์ที่ไม่มี (ฉนวน) โลหะเป็นตัวนำส่วนใหญ่ในขณะที่อโลหะเช่นพลาสติกไม้และแก้วเป็นฉนวน ในความเป็นจริงผลกระทบนั้นซับซ้อนกว่านี้มากโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงการกำหนดองค์ประกอบที่อยู่ตรงกลางของตารางธาตุ (ในกลุ่ม 14 และ 15) โดยเฉพาะซิลิกอนและเจอร์เมเนียม โดยปกติฉนวนเป็นองค์ประกอบที่เตรียมให้ทำหน้าที่เหมือนตัวนำมากขึ้นหากเราใส่สิ่งสกปรกเข้าไปในปริมาณเล็กน้อยในขั้นตอนที่เรียกว่ายาสลบ

การออกแบบวงจรรวม

หากคุณเติมแอนติโมนีลงในซิลิกอนคุณจะให้อิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นเล็กน้อยกว่าที่มันจะรวมพลังในการนำไฟฟ้า ซิลิคอน 'เจือ' แบบนั้นเรียกว่าซิลิกอนชนิด n เมื่อคุณเติมโบรอนแทนแอนติโมนีคุณจะนำอิเล็กตรอนของซิลิคอนออกไปบางส่วนทิ้ง 'รู' ที่ทำงานเป็น 'อิเล็กตรอนลบ' ต่อไปจะส่งกระแสไฟฟ้าบวกในทางตรงกันข้าม ซิลิกอนชนิดนี้เรียกว่า p-type การวางพื้นที่ของซิลิคอนชนิด n และชนิด p ไว้เคียงข้างกันเพื่อสร้างทางแยกโดยที่อิเล็กตรอนทำหน้าที่ในรูปแบบที่น่าดึงดูดมากเป็นวิธีที่เราสร้างด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ เช่นไดโอดทรานซิสเตอร์และความทรงจำ

ภายในโรงงานผลิตชิป

ขั้นตอนของการผลิตวงจรรวมเริ่มต้นด้วยซิลิกอนผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ที่มีรูปร่างเหมือนท่อแข็งยาวซึ่ง“ ซาลามิหั่นบาง ๆ ” เป็นแผ่นบาง ๆ (ขนาดประมาณคอมแพคดิสก์) เรียกว่าเวเฟอร์ เวเฟอร์จะถูกทำเครื่องหมายไว้ในพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสหรือสี่เหลี่ยมที่เหมือนกันซึ่งแต่ละส่วนจะสร้างชิปซิลิกอนตัวเดียว (บางครั้งเรียกว่าไมโครชิป) จากนั้นอุปกรณ์หลายพันล้านหรือหลายพันล้านชิ้นจะถูกผลิตขึ้นบนชิปแต่ละตัวโดยการเติมพื้นที่ที่แตกต่างกันของพื้นผิวเพื่อเปลี่ยนให้เป็นซิลิคอนชนิด n หรือชนิด p

ชิปภายในทำงาน

การเติมสารเติมแต่งเสร็จสมบูรณ์โดยกระบวนการที่แตกต่างกันหลายหลาก ในหนึ่งในนั้นเรียกว่าสปัตเตอริงไอออนของวัสดุยาสลบจะถูกยิงไปที่เวเฟอร์ซิลิกอนเช่นเดียวกับกระสุนจากปืน อีกขั้นตอนหนึ่งที่เรียกว่าการสะสมของไอเกี่ยวข้องกับการแนะนำวัสดุยาสลบเป็นก๊าซและปล่อยให้มันมีสมาธิเพื่อให้อะตอมที่ไม่บริสุทธิ์สร้างฟิล์มบาง ๆ บนพื้นผิวของเวเฟอร์ซิลิคอน epitaxial ลำแสงโมเลกุลเป็นรูปแบบของคำสั่งที่แม่นยำกว่ามาก

แน่นอนว่าการสร้างวงจรรวมที่บรรจุอุปกรณ์หลายร้อยล้านหรือพันล้านชิ้นลงบนชิปซิลิกอนขนาดเท่าเล็บมือนั้นยากกว่าที่คิด ลองนึกภาพความโกลาหลเมื่อสิ่งสกปรกหลายจุดอาจเกิดขึ้นเมื่อคุณทำงานในระดับกล้องจุลทรรศน์ (หรือบางครั้งแม้กระทั่งนาโนสโคป) นั่นคือเหตุผลที่เซมิคอนดักเตอร์ถูกจัดเตรียมในสภาพแวดล้อมห้องปฏิบัติการที่ปราศจากมลทินซึ่งเรียกว่าห้องปลอดเชื้อซึ่งอากาศจะถูกกรองอย่างพิถีพิถันและพนักงานต้องผ่านเข้าและออกผ่านทางอากาศเพื่อป้องกันเสื้อผ้าทุกชนิด

ประเภทของวงจรรวม

วงจรรวมประเภทต่างๆซึ่งมีดังต่อไปนี้

วงจรรวมดิจิตอล

IC ประเภทนี้มีสองระดับที่กำหนดไว้: 1 และ 0 ซึ่งหมายความว่าพวกเขาทำงานในคณิตศาสตร์ไบนารีโดยที่ 1 ย่อมาจาก on และ 0 ย่อมาจาก off IC ดังกล่าวประสบความสำเร็จอย่างขยันขันแข็งเนื่องจากมีฟลิปฟล็อปประตูลอจิกและอะไรต่างๆมากกว่าหลายล้านชิ้นรวมอยู่ในชิปตัวเดียว ตัวอย่างของ Digital IC ได้แก่ ไมโครคอนโทรลเลอร์และไมโครโปรเซสเซอร์ .

ประเภทของวงจรรวม

• ลอจิกไอซี
• ชิปหน่วยความจำ
• อินเทอร์เฟซ ICs (ตัวปรับระดับ, ซีเรียลไลเซอร์ / เดอซีเรียลไลเซอร์ ฯลฯ )
• IC การจัดการพลังงาน
• อุปกรณ์ที่ตั้งโปรแกรมได้

วงจรรวมอนาล็อก

วงจรรวมอนาล็อก ทำงานโดยการจัดการกับสัญญาณต่อเนื่องและสามารถทำงานต่างๆเช่นการกรองการขยายการแยกสัญญาณและการมอดูเลตเป็นต้นเซนเซอร์ OP-AMP เป็น Analog ICs เป็นหลัก .

• Linear ICs
• RF ICs

สัญญาณผสม

เมื่อใช้ไอซีดิจิตอลและอนาล็อกบนชิปตัวเดียว IC ผลลัพธ์จะเรียกว่าวงจรรวมสัญญาณผสม

• IC การรับข้อมูล (รวมถึงตัวแปลง A / D, ตัวแปลง D / A, โพเทนชิโอมิเตอร์แบบดิจิทัล)
• IC นาฬิกา / จับเวลา

การใช้วงจรรวม

วงจรรวมใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ (อ่านชิป) เป็นโต๊ะทำงานและมักเลือกซิลิกอนสำหรับงาน หลังจากนั้น ส่วนประกอบไฟฟ้า เช่นไดโอดทรานซิสเตอร์และตัวต้านทาน ฯลฯ จะถูกเพิ่มเข้าไปในชิปนี้ในรูปแบบย่อขนาด ส่วนประกอบไฟฟ้าถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อให้สามารถทำงานและคำนวณได้หลายอย่าง ซิลิคอนเรียกว่าเวเฟอร์ในชุดประกอบนี้

การประยุกต์ใช้วงจรรวม

การใช้งานของ IC มีดังต่อไปนี้

• เรดาร์
• นาฬิกาข้อมือ
• โทรทัศน์
• เครื่องทำน้ำผลไม้
• พีซี
• โปรเซสเซอร์วิดีโอ
• เครื่องขยายเสียง
• อุปกรณ์หน่วยความจำ
• อุปกรณ์ลอจิก
• ความถี่วิทยุ ตัวเข้ารหัสและตัวถอดรหัส

ในบทความนี้เราได้กล่าวถึงวงจรรวมโดยย่อรวมถึงวงจรรวมคืออะไรวงจรรวมถูกสร้างขึ้นอย่างไรและอื่น ๆ มีการใช้วิธีการสองประเภทในการสร้างวงจรรวมโดยใช้เซมิคอนดักเตอร์ยาสลบภายในโรงงานผลิตชิป เราได้จัดการกับวงจรรวมประเภทต่างๆเช่นวงจรรวมดิจิทัลวงจรรวมอนาล็อกและสัญญาณผสมในที่สุดพร้อมตัวอย่าง นอกจากนี้ยังมีการกล่าวถึงการใช้วงจรรวมและการประยุกต์ใช้วงจรรวม

นอกจากนี้สำหรับข้อสงสัยใด ๆ เกี่ยวกับแนวคิดนี้หรือ เพื่อดำเนินโครงการไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ โปรดให้ข้อเสนอแนะที่มีค่าของคุณโดยการแสดงความคิดเห็นในส่วนความคิดเห็นด้านล่าง นี่คือคำถามสำหรับคุณ หน้าที่หลักของ IC คืออะไร?