Типы логики

Состояние и перспективы развития полупроводниковой электроники

Периоды (развития относительной элементной базы)

1ое поколение (первый период) нач.1904-1950

Период электронных ламп

1904- диод (двухэлектронные лампы)

1907 – триод (Ли-Де-Форест) – первый активный элемент, с помощью него усиливают сигнал

Далее очень быстрое развитие.

Триод – огромная стеклянная лампа (обычно вакуум, но были и с газом). Плохое: плотность монтажа (j=0,001-0,003 эл/см³); напряжение 250В; боится тряски. Хорошее: хороший сигнал без помех; легко заменяется (легко подобрать точно такую же); легкое производство.

К 50-м годам из них всё выжили: они уменьшились и стали потреблять 50В. Это был предел. ЭВМ 1го поколения были на лампах.

2ое поколение нач. 1950-1960 гг.

Появление первых германиевых транзисторов

1948 – Бардин и Браттейн изобрели Ge транзистор

1949 – Институт им. Калашникова – образцы Ge транзистора

1953 – массовое производство транзисторов

1958 – плоскостной транзистор 5Вт

Достоинства: малые размеры, ударо и тряско нейтральный, низкие источники питания, j=0,5 эл/см³

Недостатки: разброс параметров из-за материала

На них были ЭВМ 2го поколения

Тирания количества – слишком много выводов. Легко создать, ор трудно реализовать и отладить.

Стремились создать стандартные «кирпичики», интегральные схемы.

3ое поколение (1960-1980 гг.)

Первые интегральные микросхемы (ИС). ИС включают два понятия: интеграция и микроминиатюризация.

Интеграция бывает:

· Конструктивная

· Схемная

· Технологическая (изготовление всех транзисторов данного типа микросхем в едином технологическом цикле).

Микроминиатюризация.

Первые микросхемы МИС – малой интеграции (не более 10 элементов) 1960 г. – 50 мкм

СИС – средней интеграции (до 100 элементов) 1980 г. – 2 мкм

БИС – большой интеграции (до 10³ до 10⁵ элементов)

j=50 эл/см²

4ое поколение (1980-настоящее время)

· сверхбольшая интегральная схема (СБИС) — до 1 миллиона элементов в кристалле,

· скоростные СБИС – более 100000 элементов на кристалле,

· ультрабольшая интегральная схема (УБИС) — до 1 миллиарда элементов в кристалле,

· гигабольшая интегральная схема (ГБИС) — более 1 миллиарда элементов в кристалле.

2000г. – массовое 1мкс (биполярные технологии)

0,35 мкм (технология КМОП – униполярные комплементарные транзисторы с изолированным затвором)

2010г. – массовое 65нм (0,065 мкм)

45 нм

25 нм

(тоже КМОП)

Предел уменьшения – 10 нм (размер атома)

Отрасли в РФ (отечественные микросхемы)

1. Военная

2. Телевидение

3. Считывающее устройство в мощных

Основным элементом аналоговых микросхем являются транзисторы (биполярные или полевые). Разница в технологии изготовления транзисторов существенно влияет на характеристики микросхем. Поэтому нередко в описании микросхемы указывают технологию изготовления, чтобы подчеркнуть тем самым общую характеристику свойств и возможностей микросхемы. В современных технологиях объединяют технологии биполярных и полевых транзисторов, чтобы добиться улучшения характеристик микросхем.

Микросхемы на униполярных (полевых) транзисторах — самые экономичные (по потреблению тока):

§ МОП-логика (металл-окисел-полупроводник логика) — микросхемы формируются из полевых транзисторов n-МОП или p-МОП типа;

§ КМОП-логика (комплементарная МОП-логика) — каждый логический элемент микросхемы состоит из пары взаимодополняющих (комплементарных) полевых транзисторов (n-МОП и p-МОП). Существует также смешанная технология BiCMOS.

Микросхемы на биполярных транзисторах:

§ РТЛ — резисторно-транзисторная логика (устаревшая, заменена на ТТЛ);

§ ДТЛ — диодно-транзисторная логика (устаревшая, заменена на ТТЛ);

§ ТТЛ — транзисторно-транзисторная логика — микросхемы сделаны из биполярных транзисторов с многоэмиттерными транзисторами на входе;

§ ТТЛШ — транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки — усовершенствованная ТТЛ, в которой используются биполярные транзисторы с эффектом Шоттки;

§ ЭСЛ — эмиттерно-связанная логика — на биполярных транзисторах, режим работы которых подобран так, чтобы они не входили в режим насыщения, — что существенно повышает быстродействие;

§ ИИЛ — интегрально-инжекционная логика.

КМОП и ТТЛ (ТТЛШ) технологии являются наиболее распространёнными логиками микросхем. Где необходимо экономить потребление тока, применяют КМОП-технологию, где важнее скорость и не требуется экономия потребляемой мощности применяют ТТЛ-технологию. Слабым местом КМОП-микросхем является уязвимость к статическому электричеству — достаточно коснуться рукой вывода микросхемы и её целостность уже не гарантируется. С развитием технологий ТТЛ и КМОП микросхемы по параметрам сближаются и, как следствие, например, серия микросхем 1564 — сделана по технологии КМОП, а функциональность и размещение в корпусе как у ТТЛ технологии.

Микросхемы, изготовленные по ЭСЛ-технологии, являются самыми быстрыми, но и наиболее энергопотребляющими, и применялись при производстве вычислительной техники в тех случаях, когда важнейшим параметром была скорость вычисления. В СССР самые производительные ЭВМ типа ЕС106х изготавливались на ЭСЛ-микросхемах. Сейчас эта технология используется редко.

Дата добавления: 2015-03-31