Como funcionam os circuitos integrados, fisicamente?

Como funcionam os circuitos integrados, fisicamente?

Circuitos integrados são definidos como o circuito que compreende elementos inseparáveis ​​e interligados eletricamente de tal forma que o CI não pode ser separado por motivos de comércio e construção. Uma miríade de tecnologias pode ser usada para construir tal circuito. Hoje, o que chamamos de IC era originalmente conhecido como circuito integrado monolítico. Acredita-se que Kilby criou o primeiro IC funcional em 1958 e ganhou o Prêmio Nobel de Física em 2000 por seu trabalho árduo. O primeiro comprador desta invenção foi a Força Aérea dos Estados Unidos.

O que é um circuito integrado?

O circuito integrado (IC), às vezes chamado de chip ou microchip, é um wafer semicondutor no qual milhares ou milhões de minúsculos resistores, capacitores e transistores são fabricados. Um IC pode funcionar como amplificador, oscilador, temporizador, contador, memória de computador ou microprocessador. Um IC exato é categorizado como linear (analógico) ou digital, dependendo de sua aplicação futura. Os circuitos integrados distorceram tudo isso. A ideia fundamental era obter um circuito completo, com muitos componentes e as conexões entre eles, e reconstruir tudo de uma forma microscopicamente minúscula na superfície de um pedaço de silício. Foi uma ideia incrivelmente inteligente e tornou possível todos os tipos de dispositivos “microeletrônicos”, desde relógios digitais e calculadoras de bolso até foguetes para pousar na lua e braços com navegação por satélite integrada.


Como são feitos os circuitos integrados?

Como construímos uma memória ou chip de processador para um computador? Tudo começa com um elemento composto bruto, como o silício, que é quimicamente tratado ou dopado para criá-lo e tem diferentes propriedades elétricas.



Símbolo de Circuito Integrado

Símbolo de Circuito Integrado

Semicondutores de dopagem

Convencionalmente, as pessoas pensam sobre os equipamentos se encaixarem em duas categorias bem definidas: aqueles que permitem que a eletricidade flua através deles facilmente (condutores) e aqueles que não permitem (isoladores). Metais constituem a maioria dos condutores, enquanto não metais, como plásticos, madeira e vidro, são os isolantes. Na verdade, os efeitos são muito mais complexos do que isso, principalmente quando se trata de definir elementos no centro da tabela periódica (nos grupos 14 e 15), notadamente silício e germânio. Normalmente, isoladores são os elementos que estão preparados para atuar mais como condutores se inserirmos neles pequenas quantidades de impurezas em um procedimento conhecido como doping.

Projeto de Circuito Integrado

Projeto de Circuito Integrado

Se você adicionar antimônio ao silício, fornecerá a ele elétrons ligeiramente extras do que normalmente incluiria a energia para conduzir eletricidade. O silício “dopado” dessa forma é chamado de silício do tipo n. Quando você adiciona boro em vez de antimônio, você tira alguns dos elétrons do silício, deixando para trás 'buracos' que funcionam como 'elétrons negativos', em seguida, transportam uma corrente elétrica positiva no caminho oposto. Esse tipo de silício é denominado tipo p. Colocar áreas de silício tipo n e tipo p lado a lado para criar junções em que os elétrons atuam de maneiras muito atraentes é a maneira pela qual geramos eletronicamente, dispositivos semicondutores como diodos, transistores e memórias.

Dentro de uma fábrica de chips

O procedimento de fabricação de um circuito integrado começa com um grande cristal único de silício, em forma de tubo longo e sólido, que é “fatiado em salame” em discos finos (aproximadamente do tamanho de um disco compacto) chamados wafers. As bolachas são marcadas em muitas áreas quadradas ou retangulares idênticas, cada uma das quais formará um único chip de silício (às vezes chamado de microchip). Milhares, milhões ou bilhões de aparelhos são então produzidos em cada chip, dopando áreas diferentes da superfície para transformá-las em silício tipo n ou tipo p.


Trabalhando dentro do chip

Trabalhando dentro do chip

O doping é completado por uma multiplicidade de processos diferentes. Em um deles, conhecido como sputtering, íons do material de dopagem são disparados contra o wafer de silício como as balas de uma arma. Outro procedimento chamado deposição de vapor envolve a introdução do material de dopagem como gás e deixá-lo se concentrar de forma que os átomos de impureza gerem uma película fina na superfície do wafer de silício. O feixe molecular epitaxial é uma forma muito mais precisa da afirmação.

Claro, construir circuitos integrados que embalam centenas, milhões ou bilhões de aparelhos em um chip de silício do tamanho de uma unha é um pouco mais difícil do que parece. Imagine o caos quando um ponto de sujeira pode raciocinar quando você trabalha em escala microscópica (ou às vezes até nanoscópica). É por isso que os semicondutores são preparados em ambientes de laboratório imaculados chamados salas limpas, onde o ar é escrupulosamente filtrado e os funcionários têm que passar para dentro e para fora através de eclusas de ar, exaurindo todos os tipos de roupas de proteção.

Tipos de circuitos integrados

Os diferentes tipos de um circuito integrado que inclui o seguinte

Circuitos integrados digitais

Este tipo de IC tem dois níveis definidos: 1 e 0, o que implica que eles trabalham em matemática binária, em que 1 significa ligado e 0 significa desligado. Esses ICs são realizados diligentemente, pois contêm mais de milhões de flip-flops, portas lógicas e outros enfeites, todos incorporados em um único chip. Exemplos de IC digital incluem microcontroladores e microprocessadores .

Tipos de circuitos integrados

Tipos de circuitos integrados

  • ICs lógicos
  • Chips de memória,
  • CIs de interface (deslocadores de nível, serializador / desserializador, etc.)
  • CIs de gerenciamento de energia
  • Dispositivos Programáveis

Circuitos Integrados Analógicos

O circuitos integrados analógicos funciona lidando com sinais contínuos e é capaz de realizar tarefas como filtragem, amplificação, demodulação e modulação, etc. Sensores, OP-AMPs são essencialmente CIs analógicos .

  • ICs lineares
  • ICs RF

Sinal Misto

Quando os CIs digitais e analógicos são usados ​​em um único chip, o CI resultante é conhecido como circuitos integrados de sinais mistos.

  • CIs de aquisição de dados (incluindo conversores A / D, conversor D / A, potenciômetros digitais)
  • CIs de relógio / cronometragem

Usos de circuitos integrados

O circuito integrado usa um material semicondutor (leia chips) como mesa de trabalho e freqüentemente o silício é selecionado para a tarefa. Após, componentes elétricos como diodos, transistores e resistores, etc. são adicionados a este chip de forma minimizada. Os componentes elétricos são unidos de tal forma que são capazes de realizar várias tarefas e cálculos. O silício é conhecido como wafer nesta montagem.

Aplicações de circuitos integrados

As aplicações de um ICs incluem o seguinte

  • Radar
  • Relógios de pulso
  • Televisores
  • Fabricantes de suco
  • Pc
  • Processadores de Vídeo
  • Amplificadores de áudio
  • Dispositivos de Memória
  • Dispositivos Lógicos
  • Frequência de rádio Codificadores e decodificadores

Neste artigo, discutimos brevemente sobre o circuito integrado, incluindo o que é um circuito integrado, como os circuitos integrados são feitos e assim por diante. Dois tipos de métodos têm sido usados ​​para construir circuitos integrados com a ajuda de um semicondutor de dopagem, dentro da fábrica de chips. Tratamos dos diferentes tipos de circuitos integrados, como circuitos integrados digitais, circuitos integrados analógicos e, finalmente, sinais mistos com exemplos. Além disso, os usos de circuito integrado e aplicações de circuitos integrados também foram discutidos.

Além disso, para qualquer dúvida sobre este conceito ou para implementar os projetos elétricos e eletrônicos , dê suas sugestões valiosas comentando na seção de comentários abaixo. Aqui está uma pergunta para você, qual a principal função de um IC?