Mine sisu juurde

Integraallülitus: erinevus redaktsioonide vahel

Allikas: Vikipeedia
Sirvi ajalugu interaktiivselt
← Vanem muudatus
Eemaldatud sisu Lisatud sisu
VisuaalneVikitekst
OKol123 (arutelu | kaastöö)
13 muudatust
Lisatud viiteid
PResümee puudub
 
(ei näidata 4 kasutaja 10 vahepealset redaktsiooni)
1. rida: 1. rida:
{{Koolitöö|31. juunil 2024}}
{{Koolitöö|31. juunil 2024}}
[[Fail:80486dx2-large.jpg|pisi|400x400px|1992. aastal avaldatud [[Intel i486DX2|Intel i486DX]]2 integraallüliti koos substraadiga. Vastav protsessor oli väga populaarne mängijate seas ja oli esimesi keskseadeldisi, millele oli sisse ehitatud CPU kella kordistaja [[Kella kordistaja]](''clock multiplier'').<ref>{{Netiviide |pealkiri=i486DX2-66 - Intel - WikiChip |url=https://en.wikichip.org/wiki/intel/80486/486dx2-66 |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=en.wikichip.org |keel=en}}</ref>]]
[[Fail:Integrated circuit in a removed package.jpg|pisi|400x400px|Integraallülitid on tihti kaetud pakendiga, mis aitab kaasa töötingimuste kindlusele.<ref name=":0">{{Netiviide |pealkiri=Integrated Circuits - SparkFun Learn |url=https://learn.sparkfun.com/tutorials/integrated-circuits/all |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=learn.sparkfun.com}}</ref>]]
'''Integraallülitus, kiip, mikrokiip''' (Ingl k ''integrated circuit, IC, chip, microchip'') on [[Mikroelektroonika|mikroelektroonikaseada]], kuhu on sisse integreeritud suures hulgas [[Takisti|takisteid]], [[Kondensaator|kondensaatoreid]], [[Induktiivpool|induktiivpoole]], [[Diood|dioode]] ja [[Transistor|transistoreid]], moodustades erinevaid [[Loogikavärav|loogikaväravaid]]<ref>{{Netiviide |pealkiri=Sissejuhatus digitaaltehnikasse: Elektrisignaalidega seotud mõisteid |url=https://www.tud.ttu.ee/im/Madis.Lehtla/WEB/Sissejuhatus_digitaaltehnikasse/Sonastikud/elektrisignaalid.html |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=www.tud.ttu.ee}}</ref>. Integraallülituse põhielement on pingega tüüritav transistor ehk [[isoleeritud paisuga väljatransistor]] (MOSFET), mille arv ühes lülituses võib ulatuda mitme miljardini. Kiibid saavad olla nii laiaulatusliku kasutusega (nt [[Keskseade|keskprotsessorid, CPU]]; [[FPGA]]), kui ka spetsiifilise eesmärgiga (nt [[Graafikaprotsessor|graafikaprotsessor, GPU]]; [[Mikrokontroller|mikrokontrollerid]]; [[Mälumoodul|mälukiibid]]; [[Rakendus-spetsiifiline integraallülitus|ASIC]])<ref>{{Netiviide |pealkiri=What are Semiconductors? |url=https://www.intel.com/content/www/us/en/newsroom/tech101/semiconductors-101-how-chip-is-made.html |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=Intel |keel=en}}</ref>.
'''Integraallülitus, kiip, mikrokiip''' (Ingl k ''integrated circuit, IC, chip, microchip'') on [[Mikroelektroonika|mikroelektroonikaseade]], kuhu on sisse integreeritud suures hulgas [[Takisti|takisteid]], [[Kondensaator|kondensaatoreid]], [[Induktiivpool|induktiivpoole]], [[Diood|dioode]] ja [[Transistor|transistoreid]], moodustades erinevaid [[Loogikavärav|loogikaväravaid]]<ref>{{Netiviide |pealkiri=Sissejuhatus digitaaltehnikasse: Elektrisignaalidega seotud mõisteid |url=https://www.tud.ttu.ee/im/Madis.Lehtla/WEB/Sissejuhatus_digitaaltehnikasse/Sonastikud/elektrisignaalid.html |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=www.tud.ttu.ee}}</ref>. Integraallülituse põhielement on pingega tüüritav transistor ehk [[isoleeritud paisuga väljatransistor]] (MOSFET), mille arv ühes lülituses võib ulatuda mitme miljardini. Kiibid saavad olla nii laiaulatusliku kasutusega (nt [[Keskseade|keskprotsessorid, CPU]]; [[FPGA]]), kui ka spetsiifilise eesmärgiga (nt [[Graafikaprotsessor|graafikaprotsessor, GPU]]; [[Mikrokontroller|mikrokontrollerid]]; [[Mälumoodul|mälukiibid]]; [[Rakendus-spetsiifiline integraallülitus|ASIC]])<ref>{{Netiviide |pealkiri=What are Semiconductors? |url=https://www.intel.com/content/www/us/en/newsroom/tech101/semiconductors-101-how-chip-is-made.html |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=Intel |keel=en}}</ref>.


Enamik integraallülitusi (nt mitut liiki protsessorid, mälulülitused) töötleb [[Digitaalsignaal|digitaalsignaale]]; [[Analoogsignaal|analoogsignaale]] töötlevad nt võimenduslülitused, sealhulgas [[Operatsioonvõimendi|operatsioonvõimendid]], ja [[Sensor|sensorid]]. Signaali liiki muundavad [[Analoog-digitaalmuundur|analoog-digitaal-]] ja [[Digitaal-analoogmuundur|digitaal-analoogmuundurid]].
Enamik integraallülitusi (nt mitut liiki protsessorid, mälulülitused) töötleb [[Digitaalsignaal|digitaalsignaale]]; [[Analoogsignaal|analoogsignaale]] töötlevad nt võimenduslülitused, sealhulgas [[Operatsioonvõimendi|operatsioonvõimendid]], ja [[Sensor|sensorid]]. Signaali liiki muundavad [[Analoog-digitaalmuundur|analoog-digitaal-]] ja [[Digitaal-analoogmuundur|digitaal-analoogmuundurid]].
7. rida: 7. rida:
Kiipe valmistatakse [[Pooljuhtplaat|pooljuhtplaatidel]], mis tavaliselt koosnevad [[Räni|ränist]]. Räniplaati töödeldakse [[Pooljuhttehnoloogia|pooljuhttehnoloogiliste]] võtetega mitmel tasemel, mille tulemusel tekib ühele plaadile mitu integraallülitit. Pärast plaadilt eemaldamist, pakendatakse vastav seadeldis hea soojusjuhtivusega materjali sisse.
Kiipe valmistatakse [[Pooljuhtplaat|pooljuhtplaatidel]], mis tavaliselt koosnevad [[Räni|ränist]]. Räniplaati töödeldakse [[Pooljuhttehnoloogia|pooljuhttehnoloogiliste]] võtetega mitmel tasemel, mille tulemusel tekib ühele plaadile mitu integraallülitit. Pärast plaadilt eemaldamist, pakendatakse vastav seadeldis hea soojusjuhtivusega materjali sisse.


Võrreldes diskreetsetest komponendidest koosneva lülitusega, on integraalülitused väiksemad, kiiremad ja mass tootluse korral ka odavamad.<ref>{{Netiviide |pealkiri=Difference's between an Integrated Circuit and Discrete Circuit |url=https://www.rs-online.com/designspark/differences-between-an-integrated-circuit-and-discrete-circuit |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=www.rs-online.com}}</ref>
Võrreldes diskreetsetest komponentidest koosneva lülitusega, on integraallülitused väiksemad, kiiremad ja masstootmise korral ka odavamad.<ref>{{Netiviide |pealkiri=Difference's between an Integrated Circuit and Discrete Circuit |url=https://www.rs-online.com/designspark/differences-between-an-integrated-circuit-and-discrete-circuit |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=www.rs-online.com}}</ref>


⚫
20. sajandi keskpaigast alates on integraallülituste ja nende tootmise võimekus suurenenud eksponentsiaalselt. Kiire tehnoloogia arengu tulemusel suudetakse teha aina väiksemaid kiipe ja nende sees olevaid komponente. Kogu arenguprotsess järgneb üldiselt [[Moore'i seadus|Moore'i seadust]]. Kiipe kasutatakse väga laialdaselt erinevates elektroonikaseadmetes ([[Sülearvuti|süle-]] ja [[Lauaarvuti|lauaarvutid]], [[Nutitelefon|nutitelefonid]], [[Tahvelarvuti|tahvelarvutid]], [[Televiisor|telerid]], [[nutikodu]] seadmed jms) ja aina rohkem digitaliseeritakse algselt analoogseid seadmeid ([[külmkapp]], röster, peegel), kus integraallüliti lisamine on keskne osa. Selle tõttu on mikrokiibi tehnoloogia kasutus igapäevane tegevus suurema osa inimkonnale.


⚫
20. sajandi keskpaigast alates on integraallülituste ja nende tootmise võimekus suurenenud eksponentsiaalselt. Kiire tehnoloogia arengu tulemusel suudetakse teha aina väiksemaid kiipe ja nende sees olevaid komponente. Kogu arenguprotsess järgneb üldiselt  [[Moore'i seadus|Moore'i seadust]]. Kiipe kasutatakse väga laialdaselt erinevates elektroonikaseadmetes ([[Sülearvuti|süle-]] ja [[Lauaarvuti|lauaarvutid]], [[Nutitelefon|nutitelefonid]], [[Tahvelarvuti|tahvelarvutid]], [[Televiisor|telerid]], [[nutikodu]] seadmed jms) ja aina rohkem digitaliseeritakse algselt analoogseid seadmeid ([[külmkapp]], röster, peegel), kus integraallüliti lisamine on keskne osa.  Selle tõttu on mikrokiibi tehnoloogia kasutus igapäevane tegevus suurema osa inimkonnale.
== Terminoloogia ==
== Terminoloogia ==
Sõnu “integraallüliti”, “kiip” ja “mikrokiip” kasutatakse tavaliselt igapäeva kõnes sünonüümselt<ref>{{Netiviide |pealkiri=Kiip, selle kasutamine analoog- ja digitaallülitustes |url=https://vara.e-koolikott.ee/h5p/embed/2895 |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=vara.e-koolikott.ee}}</ref>. Tihti kasutatakse ka terminit “kiip” kui integraallüliti koos tema pakendiga<ref>{{Netiviide |pealkiri=kiip - Eesti Entsüklopeedia |url=http://entsyklopeedia.ee/artikkel/kiip2 |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=entsyklopeedia.ee}}</ref>.
Sõnu “integraallüliti”, “kiip” ja “mikrokiip” kasutatakse tavaliselt sünonüümselt<ref>{{Netiviide |pealkiri=Kiip, selle kasutamine analoog- ja digitaallülitustes |url=https://vara.e-koolikott.ee/h5p/embed/2895 |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=vara.e-koolikott.ee}}</ref>. Tihti kasutatakse ka terminit “kiip” kui integraallüliti koos tema pakendiga<ref>{{Netiviide |pealkiri=kiip - Eesti Entsüklopeedia |url=http://entsyklopeedia.ee/artikkel/kiip2 |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=entsyklopeedia.ee}}</ref>.


Kuna 21. sajandi kiipide areng ja toodang toimub nanomeetri tasemel, siis sõna “mikrokiip” on oma otseselt tähenduselt aegunud.
Kuna 21. sajandi kiipide areng ja toodang toimub nanomeetri tasemel, siis sõna “mikrokiip” on oma otseselt tähenduselt aegunud.


== Ajaloost ==
== Ajaloost ==
Mitme transistori samal kristallil realiseerimise võimalust kasutati Darlingtoni lülituse kujul alates aastast 1953<ref>{{Netiviide|Autor=Sidney Darlington|URL=https://patents.google.com/patent/US2663806|Pealkiri=Semiconductor signal translating device. US pat. 2663806A|Väljaanne=|Aeg=|Kasutatud=}}</ref>.
Mitme transistori samal kristallil realiseerimise võimalust kasutati Darlingtoni lülituse kujul alates aastast 1953<ref>{{Netiviide |Autor=Darlington |eesnimi=Sidney |Aeg= |Pealkiri=Semiconductor signal translating device. US pat. 2663806A |URL=https://patents.google.com/patent/US2663806 |Kasutatud= |Väljaanne=}}</ref>.
[[Fail:Robert Noyce with Motherboard 1959.png|pisi|Robert Noyce, kes leiutas esimese ränist tehtud monoliitlülituse]]

Esimene '''mikroskeem''' valmis 1958. aastal [[Texas Instruments|Texas Instrumendi]] inseneri [[Jack Kilby]] juhatusel<ref>{{Netiviide |pealkiri=Wayback Machine |url=https://web.archive.org/web/20160304071831/http://corphist.computerhistory.org/corphist/documents/doc-496d289787271.pdf |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=web.archive.org}}</ref>. Vastava leiutise eest sai ta ka 2000. a [[Nobeli füüsikaauhind|Nobeli füüsikaauhinna]]. Tegu oli [[Germaanium|germaaniumist]] tehtud  hübriidlülitusega, sest sisaldas eraldi külge ühendatud komponente: üksikud kuldjuhtmed. Esimese monoliitlülituse (kõik lülituse elemendid koos ühendustega substraadi pindkihis) valmistas 1959. a firma [[Fairchild Semiconductor]]<nowiki/>i insener [[Robert Noyce]].  Siin rakendati juba [[Fotolitograafia|räni pooljuhtomadusi ja algelist fotolitograafia]]. Tänu Noyce leiutisele lasi firma 1961. aastal välja esimese kommertsmikroskeemi ja sellest hetkest algas arvutustehnika mikroskeemide võidukäik. Algeliste integraallülituste suurimad tellijad olid [[Ameerika Ühendriikide relvajõud|USA sõjavägi]] ja [[NASA]] [[Apollo programm]] <ref>{{Raamatuviide |perekonnanimi=Hall |eesnimi=Eldon C. |url=https://books.google.ee/books?id=G8Dml1x55r0C&redir_esc=y |pealkiri=Journey to the Moon: The History of the Apollo Guidance Computer |kuupäev=1996 |kirjastus=AIAA |isbn=978-1-56347-185-8 |keel=en}}</ref>.<ref>{{Netiviide |pealkiri=1959: Practical Monolithic Integrated Circuit Concept Patented {{!}} The Silicon Engine {{!}} Computer History Museum |url=https://www.computerhistory.org/siliconengine/practical-monolithic-integrated-circuit-concept-patented/ |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=www.computerhistory.org}}</ref>
Esimene '''mikroskeem''' valmis 1958. aastal [[Texas Instruments|Texas Instrumendi]] inseneri [[Jack Kilby]] juhatusel. Vastava leiutise eest sai ta ka 2000. aastal [[Nobeli füüsikaauhind|Nobeli füüsikaauhinna]]. Tegu oli [[Germaanium|germaaniumist]] tehtud hübriidlülitusega, sest sisaldas eraldi külge ühendatud komponente: üksikud kuldjuhtmed. Esimese monoliitlülituse (kõik lülituse elemendid koos ühendustega substraadi pindkihis) valmistas 1959. aastal firma [[Fairchild Semiconductor]]<nowiki/>i insener [[Robert Noyce]]. Siin rakendati juba [[Fotolitograafia|räni pooljuhtomadusi ja algelist fotolitograafia]]. Tänu Noyce leiutisele lasi firma 1961. aastal välja esimese kommertsmikroskeemi ja sellest hetkest algas arvutustehnika mikroskeemide võidukäik. Algeliste integraallülituste suurimad tellijad olid [[Ameerika Ühendriikide relvajõud|USA sõjavägi]] ja [[NASA]] [[Apollo programm]] <ref>{{Raamatuviide |perekonnanimi=Hall |eesnimi=Eldon C. |url=https://books.google.ee/books?id=G8Dml1x55r0C&redir_esc=y |pealkiri=Journey to the Moon: The History of the Apollo Guidance Computer |kuupäev=1996 |kirjastus=AIAA |isbn=978-1-56347-185-8 |keel=en}}</ref>.<ref>{{Netiviide |pealkiri=Wayback Machine |url=http://corphist.computerhistory.org/corphist/documents/doc-496d289787271.pdf |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=web.archive.org |arhiivimisaeg=2012-09-12 |arhiivimisurl=https://web.archive.org/web/20120912031422/http://corphist.computerhistory.org/corphist/documents/doc-496d289787271.pdf |url-olek=robot: teadmata }}</ref><ref>{{Netiviide |pealkiri=1959: Practical Monolithic Integrated Circuit Concept Patented {{!}} The Silicon Engine {{!}} Computer History Museum |url=https://www.computerhistory.org/siliconengine/practical-monolithic-integrated-circuit-concept-patented/ |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=www.computerhistory.org}}</ref>
[[Fail:Intel 4004 open.jpg|pisi|Maailma esimene keskprotsessor (CPU), Intel 4004. Integraalüliti on kuldjuhtmetega ühendatud subtraadile.]]
[[Fail:Intel 4004 open.jpg|pisi|Maailma esimene keskprotsessor (CPU), Intel 4004. Integraallüliti on kuldjuhtmetega ühendatud subtraadile.|300x300px]]
1968. a asutavad Robert Noyce ja [[Gordon Moore]] firma nimega [[Intel|Intel Corporation]] (algselt NM Electronics), kes on 21. sajandini välja olnud arvutustehnika maailmas üks olulisemaid tegijaid. Firma algne plaanitud toode oli [[pooljuhtmälu]]. Alles aasta hiljem alustas Intel firma [[Busicom]] tellimisel oma esimese protsessori väljatöötamist. Tellitud süsteem oli mõeldud [[Kalkulaator|kalkulaatori]] jaoks. Lisaks erinevatele mikroskeemidele arenes sellest projektist välja esimene keskprotsessor, 2300 transistoriga 4 bitine [[Intel 4004]]. Järgnevatel aastatel tuli Intel välja aina paremate mikroprotsessoritega ja pooljuhtmälu jäi tahaplaanile.<ref>{{Netiviide |pealkiri=Explore Intel’s history |url=https://timeline.intel.com/ |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=timeline.intel.com}}</ref><ref>{{Netiviide |pealkiri=Ajalugu, protsessor, mälu - Konspekt {{!}} Informaatika - Arvuti |url=https://annaabi.ee/ajalugu-protsessor-malu-m171989.html |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=AnnaAbi.ee |keel=et}}</ref>
1968. aastal asutasid Robert Noyce ja [[Gordon Moore]] firma [[Intel|Intel Corporation]] (algselt NM Electronics), kes on 21. sajandini välja olnud arvutustehnika maailmas üks olulisemaid tegijaid. Firma algne plaanitud toode oli [[pooljuhtmälu]]. Alles aasta hiljem alustas Intel firma [[Busicom]] tellimisel oma esimese protsessori väljatöötamist. Tellitud süsteem oli mõeldud [[Kalkulaator|kalkulaatori]] jaoks. Lisaks erinevatele mikroskeemidele arenes sellest projektist välja esimene keskprotsessor, 2300 transistoriga 4-bitine [[Intel 4004]]. Järgnevatel aastatel tuli Intel välja aina paremate mikroprotsessoritega ja pooljuhtmälu jäi tagaplaanile.<ref>{{Netiviide |pealkiri=Explore Intel’s history |url=https://timeline.intel.com/ |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=timeline.intel.com}}</ref><ref>{{Netiviide |pealkiri=Ajalugu, protsessor, mälu - Konspekt {{!}} Informaatika - Arvuti |url=https://annaabi.ee/ajalugu-protsessor-malu-m171989.html |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=AnnaAbi.ee |keel=et}}</ref>

⚫
1969. a lõid kaheksa endist Fairchild Semiconductor töötajat firma [[AMD|Advanced Micro Devices]] (AMD), kes 21. sajandil on väga suur konkureerija GPU ja CPU turul.  AMD esimene toode oli nelja bitine MSI nihkeregister, mille müümist alustati 1970. aastal<ref>{{Netiviide |perekonnanimi=Moltzau |eesnimi=Alex |kuupäev=2020-05-06 |pealkiri=The Story of Advanced Micro Devices |url=https://alexmoltzau.medium.com/the-story-of-advanced-micro-devices-fdb2ab3604f1 |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=Medium |keel=en}}</ref>. 1975. a tõi firma turule oma esimese mikroprotsessori, [[AM9080]], mis oma olemuselt oli koopia [[Intel 8080]] kiibist<ref>{{Netiviide |pealkiri=Am9080 - AMD - WikiChip |url=https://en.wikichip.org/wiki/amd/am9080 |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=en.wikichip.org |keel=en}}</ref>. <ref>{{Netiviide |kuupäev=2024-03-29 |pealkiri=Britannica Money |url=https://www.britannica.com/money/Advanced-Micro-Devices-Inc |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=www.britannica.com |keel=en}}</ref>

1972. leiutas Intel esimese 8 bitise protsessori: [[Intel 8008]].<ref>{{Netiviide |pealkiri=The Intel 8008 |url=https://www.intel.com/content/www/us/en/history/virtual-vault/articles/the-8008.html |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=Intel |keel=en}}</ref>


⚫
1969. aastal asutasid kaheksa endist Fairchild Semiconductor töötajat firma [[AMD|Advanced Micro Devices]] (AMD), kes 21. sajandil on väga suur konkureerija GPU ja CPU turul. AMD esimene toode oli 4-bitine MSI nihkeregister, mille müümist alustati 1970. aastal<ref>{{Netiviide |perekonnanimi=Moltzau |eesnimi=Alex |kuupäev=2020-05-06 |pealkiri=The Story of Advanced Micro Devices |url=https://alexmoltzau.medium.com/the-story-of-advanced-micro-devices-fdb2ab3604f1 |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=Medium |keel=en}}</ref>. 1975. aastal tõi firma turule oma esimese mikroprotsessori [[AM9080]], mis oma olemuselt oli koopia [[Intel 8080]] kiibist<ref>{{Netiviide |pealkiri=Am9080 - AMD - WikiChip |url=https://en.wikichip.org/wiki/amd/am9080 |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=en.wikichip.org |keel=en}}</ref>. <ref>{{Netiviide |kuupäev=2024-03-29 |pealkiri=Britannica Money |url=https://www.britannica.com/money/Advanced-Micro-Devices-Inc |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=www.britannica.com |keel=en}}</ref>
⚫
1974. a loodi kahe endise Inteli töötaja poolt firma [[Zilog]]. Nende edukaim toode oli [[Zilog Z80|Z80]] protsessor, mis sai väga populaarseks 1970. aastatel ja muutis nad tugevaks konkurentsiks Intelile. Kahjuks oli edu ajutine ja järgnevad Zilogi protsessorid ei saavutanud sama suurt edu kui Inteli uued kiibid ja selle tulemusel hakkas firma oma turuosa kaotama.  21. sajandil keskendub firma spetsiaalrakendustes kasutatavatele mikrokontrolleritele. <ref>{{Netiviide |pealkiri=Zilog Z-80 Microcomputer System - Computer - Computing History |url=https://www.computinghistory.org.uk/det/12157/Zilog-Z-80-Microcomputer-System/ |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=www.computinghistory.org.uk}}</ref>


1974. a tuli ka [[Motorola]] turule enda 8 bitise mikroprotsessoriga, [[MC6800]].<ref>{{Netiviide |pealkiri=About: Motorola 6800 |url=https://dbpedia.org/page/Motorola_6800 |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=dbpedia.org}}</ref>
1972. leiutas Intel esimese 8-bitise protsessori: [[Intel 8008]].<ref>{{Netiviide |pealkiri=The Intel 8008 |url=https://www.intel.com/content/www/us/en/history/virtual-vault/articles/the-8008.html |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=Intel |keel=en}}</ref>


⚫
1974. aastal asutasid kaks endist Inteli töötajat ettevõtte [[Zilog]]. Nende edukaim toode oli [[Zilog Z80|Z80]] protsessor, mis sai väga populaarseks 1970. aastatel ja muutis nad tugevaks konkurendiks Intelile. Edu oli ajutine ja järgnevad Zilogi protsessorid ei saavutanud sama suurt edu kui Inteli uued kiibid ja selle tulemusel hakkas firma oma turuosa kaotama. 21. sajandil keskendub firma spetsiaalrakendustes kasutatavatele mikrokontrolleritele. <ref>{{Netiviide |pealkiri=Zilog Z-80 Microcomputer System - Computer - Computing History |url=https://www.computinghistory.org.uk/det/12157/Zilog-Z-80-Microcomputer-System/ |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=www.computinghistory.org.uk}}</ref>
1976 leiutas Texas Instruments esimese turul kättesaadava 16 bitise mikroprotsessori, [[TMS9900]].<ref>{{Netiviide |pealkiri=The Inside Story of Texas Instruments’ Biggest Blunder: The TMS9900 Microprocessor - IEEE Spectrum |url=https://spectrum.ieee.org/the-inside-story-of-texas-instruments-biggest-blunder-the-tms9900-microprocessor |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=spectrum.ieee.org |keel=en}}</ref>


1982. tõi [[National Semiconductors]] turule esimese täieliku 32 bitise protsessori, [[NS320xx seeria]]. Enne seda esines mitmeid 16/32 bitiseid hübriide. <ref>{{Netiviide |pealkiri=NS320xx - Telecommunication Engineering {{!}} Wiki eduNitas.com |url=https://wiki.edunitas.com/IT/en/114-10/National-Semiconductor-32032_3257_eduNitas.html/662e0cc33f2e3 |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=edunitas.com}}</ref>
1974. aastal tuli ka [[Motorola]] turule enda 8-bitise mikroprotsessoriga, [[MC6800]].<ref>{{Netiviide |pealkiri=About: Motorola 6800 |url=https://dbpedia.org/page/Motorola_6800 |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=dbpedia.org}}</ref>


1980ndatel loodi esimesed [[Tugikiibistik|tugikiibistikud]].<ref>{{Netiviide |pealkiri=DOS Days - NEAT Chipset |url=https://www.dosdays.co.uk/topics/neat_chipset.php |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=www.dosdays.co.uk}}</ref>
1976 leiutas Texas Instruments esimese turul kättesaadava 16-bitise mikroprotsessori, [[TMS9900]].<ref>{{Netiviide |pealkiri=The Inside Story of Texas Instruments’ Biggest Blunder: The TMS9900 Microprocessor - IEEE Spectrum |url=https://spectrum.ieee.org/the-inside-story-of-texas-instruments-biggest-blunder-the-tms9900-microprocessor |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=spectrum.ieee.org |keel=en}}</ref>


1982. aastal tõi [[National Semiconductors]] turule esimese täieliku 32-bitise protsessori, [[NS320xx seeria]]. Enne seda esines mitmeid 16/32 bitiseid hübriide. <ref>{{Netiviide |pealkiri=NS320xx - Telecommunication Engineering {{!}} Wiki eduNitas.com |url=https://wiki.edunitas.com/IT/en/114-10/National-Semiconductor-32032_3257_eduNitas.html/662e0cc33f2e3 |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=edunitas.com |arhiivimisaeg=2024-04-28 |arhiivimisurl=https://web.archive.org/web/20240428085836/https://wiki.edunitas.com/IT/en/114-10/National-Semiconductor-32032_3257_eduNitas.html/662e0cc33f2e3 |url-olek=ei tööta }}</ref>
⚫
Maailma esimese graafikaprotsessori, GeForce 256 DDR tootis 1999. a firma [[Nvidia]], kes on 21 . sajandil üks suurimaid graafikariistvara tootijaid. Esimene GPU sisaldas integreeritud transformatsiooni, valguse, kolmnurga tekitamise/kärpimise ja visualiseerimise mootoreid, mis olid võimelised minimaalselt tekitama 10 miljonit polügooni ehk hulknurka sekundis. Nvidia suur rivaal [[ATI]] technologies lasi välja oma visuaalprotsessori aasta hiljem. 2006. aastal ostis AMD 5,4 miljardi dollari eest ATI <ref>{{Netiviide |kuupäev=2008-04-24 |pealkiri=CNW Group {{!}} AMD {{!}} AMD Completes ATI Acquisition and Creates Processing Powerhouse |url=https://web.archive.org/web/20080424051146/http://www.newswire.ca/en/releases/archive/October2006/25/c4187.html |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=web.archive.org}}</ref>.<ref>{{Netiviide |pealkiri=The History of Gaming: The evolution of GPUs |url=https://shadow.tech/en-GB/blog/history-of-gaming-gpus |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=shadow.tech |keel=en}}</ref>


1980. aastatel loodi esimesed [[Tugikiibistik|tugikiibistikud]].<ref>{{Netiviide |pealkiri=DOS Days - NEAT Chipset |url=https://www.dosdays.co.uk/topics/neat_chipset.php |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=www.dosdays.co.uk}}</ref>
2010ndail aastail valmistatakse [[videoprotsessor]]eid, mille kiibil on mitu miljardit transistori.
[[Fail:NVIDIA@220nm@Fixed-pipline@NV10@GeForce 256@T5A3202220008 S1 Taiwan A DSC01375 (29587991824).jpg|pisi|Maailma esimene graafikaprotsessor GeForce 256]]
⚫
Maailma esimese [[Graafikaprotsessor|graafikaprotsessori]] [[GeForce 256|GeForce 256 DDR]] tõi 1999. aastal turule ettevõte [[Nvidia]], kes on 21. sajandil üks suuremaid graafikariistvara tootjaid. Nvidia suur rivaal [[ATI]] Technologies lasi välja oma visuaalprotsessori aasta hiljem. 2006. aastal ostis AMD 5,4 miljardi dollari eest ATI <ref>{{Netiviide |kuupäev=2008-04-24 |pealkiri=CNW Group {{!}} AMD {{!}} AMD Completes ATI Acquisition and Creates Processing Powerhouse |url=http://www.newswire.ca/en/releases/archive/October2006/25/c4187.html |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=web.archive.org |arhiivimisaeg=2008-04-24 |arhiivimisurl=https://web.archive.org/web/20080424051146/http://www.newswire.ca/en/releases/archive/October2006/25/c4187.html |url-olek=ei tööta }}</ref>.<ref>{{Netiviide |pealkiri=The History of Gaming: The evolution of GPUs |url=https://shadow.tech/en-GB/blog/history-of-gaming-gpus |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=shadow.tech |keel=en}}</ref>


== Klassifikatsioon ==
== Klassifikatsioon ==
Integraallülitusi võib üldiselt jagada kolme põhikategooriasse: analoogne, digitaalne ja digitaalne/analooghübriid. Mikrokiibi olemus oleneb ka talle määratud eesmärgist. <ref>{{Netiviide |perekonnanimi=Technology |eesnimi=Electrical |kuupäev=2015-04-25 |pealkiri=Different Types of Integrated Circuits (ICs) & Their Applications & Limitation |url=https://www.electricaltechnology.org/2015/04/types-of-ics-classification-of-integrated-circuits-and-their-limitation.html |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=ELECTRICAL TECHNOLOGY |keel=en-US}}</ref>
Integraallülitusi võib üldiselt jagada kolme põhikategooriasse: analoogne, digitaalne ja digitaalne/analooghübriid. Tootmismeetodide põhjal saab jagada kilega, monoliit- ja hübriidlülitusteks. Mikrokiibi olemus oleneb ka talle määratud eesmärgist. <ref>{{Netiviide |perekonnanimi=Technology |eesnimi=Electrical |kuupäev=2015-04-25 |pealkiri=Different Types of Integrated Circuits (ICs) & Their Applications & Limitation |url=https://www.electricaltechnology.org/2015/04/types-of-ics-classification-of-integrated-circuits-and-their-limitation.html |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=ELECTRICAL TECHNOLOGY |keel=en-US}}</ref>


Kiibil olevate transistorite arvu järgi on võimalik jagada erinevaid kiipe generatsioonidesse:
Kiibil olevate transistorite arvu järgi on võimalik jagada erinevaid kiipe generatsioonidesse<ref>{{Netiviide |perekonnanimi=PAWALE |eesnimi=VAIBHAV |kuupäev=2021-05-26 |pealkiri=Integrated Circuits: SSI, MSI, LSI, VLSI, ULSI |url=https://vaibhav-pawale19.medium.com/integrated-circuits-ssi-msi-lsi-vlsi-ulsi-eb8eea61e6a5 |vaadatud=2024-05-01 |väljaanne=Medium |keel=en}}</ref>:


* SSI (''Small Scale Integration'') – kiibil kuni kümme transistori; 1960ndate algus;
* SSI (''Small Scale Integration'') – kiibil kuni kümme transistori; 1960. aastate algus;
* MSI (''Medium Scale Integration'') – sadu kuni tuhandeid transistore; 1960ndate lõpupool;
* MSI (''Medium Scale Integration'') – sadu kuni tuhandeid transistore; 1960. aastate lõpupool;
* LSI (''Large Scale Integration'') – kümneid tuhandeid transistore; 1970ndad;
* LSI (''Large Scale Integration'') – kümneid tuhandeid transistore; 1970. aastad;
* VLSI (''Very Large Scale Integration''); sadu tuhandeid transistore; 1980ndate algupool;
* VLSI (''Very Large Scale Integration''); sadu tuhandeid transistore; 1980. aastate algupool;
* ULSI (Ultra-Large Scale Integration); üle miljoni transistori; (esimene miljoni [[Bitt|biti]] [[RAM]]-mälu aastal [[1986]]).
* ULSI (Ultra-Large Scale Integration); üle miljoni transistori;


==Tüübid ja kasutus==
==Tüübid ja kasutus==
===Keskprotsessorid===
===Keskprotsessorid===
[[Pilt:Intel 8742 153056995.jpg|pisi|8-bitise [[mikrokontroller]]i [[Intel MCS-48]] (8742) integraallülitus, mis sisaldab 12 MHz [[protsessor]]i, 128 baiti [[muutmälu]] (RAM), 2048 baiti [[EPROM]]i ja [[Sisend/väljund|I/O]]-ahelaid]]Keskprotsessorit (keskseade, kesktöötlusseade, CPU) kasutatakse [[Arvuti|arvutites]] või [[Programmeeritav loogikakontroller|loogikontrollerites]] kui põhilise arvutusliku riistvarana. Keskseade tegeleb põhiliste aritmeetika ja loogika tehetega ja koordineerib [[Emaplaat|emaplaadil]] oleva riistvara tööd. Keskprotsessori põhilised komponendid on [[aritmeetika-loogikaplokk]], [[juhtplokk]] ja erinevad mäluregistrid.
[[Pilt:Intel 8742 153056995.jpg|pisi|8-bitise [[mikrokontroller]]i [[Intel MCS-48]] (8742) integraallülitus, mis sisaldab 12 MHz [[protsessor]]i, 128 baiti [[muutmälu]] (RAM), 2048 baiti [[EPROM]]i ja [[Sisend/väljund|I/O]]-ahelaid]][[Keskseade|Keskprotsessorit]] (keskseade, kesktöötlusseade, CPU) kasutatakse [[Arvuti|arvutites]] või [[Programmeeritav loogikakontroller|loogikontrollerites]] kui põhilise arvutusliku riistvarana. Keskseade tegeleb põhiliste aritmeetika ja loogika tehetega ja koordineerib [[Emaplaat|emaplaadil]] oleva riistvara tööd. Keskprotsessori põhilised komponendid on [[aritmeetika-loogikaplokk]], [[juhtplokk]] ja erinevad mäluregistrid.<ref>{{Netiviide |kuupäev=2024-04-11 |pealkiri=Central processing unit (CPU) {{!}} Definition & Function {{!}} Britannica |url=https://www.britannica.com/technology/central-processing-unit |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=www.britannica.com |keel=en}}</ref>
Vastavaid protsessoreid on võimalik liigendada käsustiku perekonna (nt [[x86]], [[ARM (arvutiarhitektuur)|ARM]]), registrite bitilisuse alusel (nt [[Intel 8088]] 16 bitine CPU) ja ka programmide, käskude olemuse järgi ([[CISC-protsessor|CISC]] (''Complex Instruction Set Computer'') ja [[RISC]] (''Reduced Instruction Set Computer''))
Vastavaid protsessoreid on võimalik liigitada käsustiku perekonna (nt [[x86]], [[ARM (arvutiarhitektuur)|ARM]]), registrite bitilisuse alusel (nt [[Intel 8088]] 16-bitine CPU) ja ka programmide, käskude olemuse järgi ([[CISC-protsessor|CISC]] (''Complex Instruction Set Computer'') ja [[RISC]] (''Reduced Instruction Set Computer'')).<ref>{{Netiviide |pealkiri=1 Arvutite komponendid ja arhitektuur |url=https://eopearhiiv.edu.ee/e-kursused/eucip/haldus/1_arvutite_komponendid_ja_arhitektuur.html |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=eopearhiiv.edu.ee}}</ref>
===Graafikaprotsessor===
===Graafikaprotsessor===
Graafikaprotsessor (visuaalprotsessor, GPU) on 3D- ja 2D-graafika visualiseerimiseks ja kiirendamiseks kohandatud mikroprotsessor. Võrreldes keskprotsessoriga, on GPU disainitud tegelema suurema hulga infoga, lõhkudes vastava arvutusliku tegevuse mitmeteks paralleelselt lahendatavateks tükkideks. [[Laiendplaat|Laienduskaarti]], millel on eraldiseisev graafikaprotsessor ja [[muutmälu]], nimetatakse [[Videokaart|videokaartiks]]. Emaplaadi sisse ehitatud GPU on [[integreeritud graafika]].
[[Graafikaprotsessor]] (visuaalprotsessor, GPU, VPU) on 3D- ja 2D-graafika visualiseerimiseks ja kiirendamiseks kohandatud mikroprotsessor. Võrreldes keskprotsessoriga, on GPU disainitud tegelema suurema hulga infoga, lõhkudes vastava arvutusliku tegevuse mitmeteks paralleelselt lahendatavateks tükkideks. [[Laiendplaat|Laienduskaarti]], millel on eraldiseisev graafikaprotsessor ja [[muutmälu]], nimetatakse [[Videokaart|videokaardiks]]. Emaplaadi sisse ehitatud GPU on [[integreeritud graafika]].<ref>{{Netiviide |pealkiri=What Is a GPU? Graphics Processing Units Defined |url=https://www.intel.com/content/www/us/en/products/docs/processors/what-is-a-gpu.html |vaadatud=2024-05-01 |väljaanne=Intel |keel=en}}</ref>


Graafikaprotsessoreid kasutatakse väga mitmeks otstarbeks: [[Simulatsioon|simulatsioonid]], [[Kolmemõõtmeline modelleerimine|3D modelleerimine]], [[raalprojekteerimine]] (''computer-aided desig''n, CAD), [[Filmikunst|filmitööstus]], [[arhitektuur]], [[Arvutimäng|arvutimängud]], [[virtuaalreaalsus]] ja aina enam ka [[Masinõppimine|masinõppes]].
Graafikaprotsessoreid kasutatakse mitmes valdkonnas: [[Simulatsioon|simulatsioonid]], [[Kolmemõõtmeline modelleerimine|3D-modelleerimine]], [[raalprojekteerimine]] (''computer-aided desig''n, CAD), [[Filmikunst|filmitööstus]], [[arhitektuur]], [[Arvutimäng|arvutimängud]], [[virtuaalreaalsus]] ja aina enam ka [[Masinõppimine|masinõppes]].<ref>{{Netiviide |pealkiri=What is a GPU? - Graphics Processing Unit Explained - AWS |url=https://aws.amazon.com/what-is/gpu/ |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=Amazon Web Services, Inc. |keel=en-US}}</ref>


===Mälukiibid===
===Mälukiibid===
Mälukiip ehk [[pooljuhtmälu]] on integraallüliti kujul esinev [[Mäluseade|andmesalvesti]]. Mitu mälukiipi on tavaliselt joodetud ühe laienduskaarti külge, moodustades [[Mälumoodul|mälumooduli]]'''.''' Pooljuhtmälu jaguneb andme säilivuse järgi [[Muutmälu|muut-]]  ja [[Püsimälu|püsimäluks]] (RAM ja ROM). Andmete kirjutamise, lugemise ja kustutamise järgi jaguneb ROM vastavalt [[PROM]], [[EPROM]], [[EEPROM]] ja [[välkmälu]] ning RAM vastavalt [[SRAM]], [[Dünaamiline muutmälu|DRAM]], [[DDR SDRAM]] ja [[GDDR]].
Mälukiip ehk [[pooljuhtmälu]] on integraallüliti kujul esinev [[Mäluseade|andmesalvesti]]. Mitu mälukiipi on tavaliselt joodetud ühe laienduskaarti külge, moodustades [[Mälumoodul|mälumooduli]]'''.''' Pooljuhtmälu jaguneb andme säilivuse järgi [[Muutmälu|muut-]] ja [[Püsimälu|püsimäluks]] (RAM ja ROM). Andmete kirjutamise, lugemise ja kustutamise järgi jaguneb ROM vastavalt [[PROM]], [[EPROM]], [[EEPROM]] ja [[välkmälu]] ning RAM vastavalt [[SRAM]], [[Dünaamiline muutmälu|DRAM]], [[DDR SDRAM]] ja [[GDDR]].<ref>{{Netiviide |pealkiri=What is Semiconductor Memory? {{!}} Electronics Basics {{!}} ROHM |url=https://www.rohm.com/electronics-basics/memory/what-is-semiconductor-memory |vaadatud=2024-05-01 |väljaanne=www.rohm.com}}</ref>


===Tugikiibistik===
===Tugikiibistik===
Tugikiibistiku eesmärk on ühendada omavahel emaplaadil olev protsessor ja muu [[Siin|siinil]] olev riistvara. Enamus arvutite tugikiibistik koosneb kahest kiibist: [[põhjasild]] (''North Bridge'') ja [[lõunasild]] (''South Bridge''). Põhjasilla eesmärk on vahendada suhtlust keskprotsessori ja siinil olevate laienduskaartide ([[Mälu (arvuti)|põhimälu]], graafikakaartid) vahel. Kõige ülejäänuga tegelab lõunasild ([[Universaalne jadasiin|USB]] seadmed, [[Kõvaketas|kõvakettad]], võrgu- ja heliseadmed). Tugikiibistiku osade ülesanded võivad varieeruda vastavalt emaplaadi tootjale.
Tugikiibistiku eesmärk on ühendada omavahel emaplaadil olev protsessor ja muu [[Siin|siiniga]] ühendatud riistvara. Enamus arvutite tugikiibistik koosneb kahest kiibist: [[põhjasild]] (''North Bridge'') ja [[lõunasild]] (''South Bridge''). Põhjasilla eesmärk on vahendada suhtlust keskprotsessori ja siinil olevate laienduskaartide ([[Mälu (arvuti)|põhimälu]], graafikakaardid) vahel. Kõige ülejäänuga tegeleb lõunasild ([[Universaalne jadasiin|USB]]-seadmed, [[Kõvaketas|kõvakettad]], võrgu- ja heliseadmed). Tugikiibistiku osade ülesanded võivad varieeruda vastavalt emaplaadi tootjale.<ref>{{Netiviide |pealkiri=What is a Chipset? Types, Benefits & How to Identify Yours {{!}} Lenovo US |url=https://www.lenovo.com/us/en/glossary/chipset/ |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=www.lenovo.com |keel=en}}</ref>


== Tootmine ==
== Tootmine ==
=== Materjalid ===
=== Materjalid ===
Põhiline materjal mikrokiipide tootmises on [[räni]]. Tähtsuselt järgneb [[germaanium]], [[Vask|vaskoksiid]] ja [[galliumarseniid]]. Germaaniumi ja räni puhtus mängib tähtsat rolli protsessori töökindluses. 20. sajandi teisest poolest alates suudetakse kasvatada väga puhtaid germaaniumi ja räni monokristalle. [[Pilt:Siliconchip by shapeshifter.png|pisi|Integraallülituse detail läbi nelja ühenduste kihi: roosa – polükristalliline räni (''polysilicon''), hall – süvistused (''wells''), roheline – põhimik ehk substraat (''substrate'')]]
Põhiline materjal mikrokiipide tootmises on [[räni]]. Tähtsad on ka [[germaanium]], [[Vask|vaskoksiid]], [[fosfor]], [[boor]] ja [[galliumarseniid]]. Germaaniumi ja räni puhtus mängib tähtsat rolli protsessori töökindluses. 20. sajandi teisest poolest alates suudetakse kasvatada väga puhtaid germaaniumi ja räni [[Monokristall|monokristalle]]<ref>{{Ajakirjaviide |perekonnanimi=Teal |eesnimi=G.K. |kuupäev=juuli 1976 |pealkiri=Single crystals of germanium and silicon—Basic to the transistor and integrated circuit |url=http://ieeexplore.ieee.org/document/1478478/ |ajakiri=IEEE Transactions on Electron Devices |aastakäik=23 |üksiknumber=7 |lehekülg=621–639 |doi=10.1109/T-ED.1976.18464 |issn=0018-9383}}</ref>.<ref>{{Netiviide |pealkiri=Overview Of The Semiconductor Raw Materials Industry |url=https://fpt-semiconductor.com/blogs/overview-of-the-semiconductor-raw-materials-industry/ |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=FPT Semiconductor .,JSC |keel=en-US}}</ref> [[Pilt:Siliconchip by shapeshifter.png|pisi|Integraallülituse detail läbi nelja ühenduste kihi: roosa – polükristalliline räni (''polysilicon''), hall – süvistused (''wells''), roheline – põhimik ehk substraat (''substrate'')|300x300px]]
=== Tootmisprotsess ===
=== Tootmisprotsess ===
Integraallülituste tootmisliin koosneb põhiliselt seitsmest etapist:
Integraallülituste tootmisliin koosneb põhiliselt kuuest etapist:


* [[Ladestamine]] (''Deposition'') ehk pooljuhtplaadi töötlemine ja puhastamine
* [[Ladestamine]] (''Deposition'') ehk pooljuhtplaadi töötlemine ja puhastamine
80. rida: 76. rida:
* Ioonidega pommitamine (''Ion Implantation'') ehk [[Dopeerimine]]
* Ioonidega pommitamine (''Ion Implantation'') ehk [[Dopeerimine]]
* Pakendamine
* Pakendamine
* Testimine


Vastavaid etappe jagatakse tihti alamkategooriatesse või pannakse kokku üheks suureks tegevuseks.
Vastavaid etappe jagatakse tihti alamkategooriatesse või pannakse kokku üheks suureks tegevuseks.<ref name=":1">{{Netiviide |pealkiri=6 crucial steps in semiconductor manufacturing |url=https://www.asml.com/en/news/stories/2021/semiconductor-manufacturing-process-steps |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=www.asml.com |keel=en}}</ref>


==== Ladestamine ====
==== Ladestamine ====
Ladestamisprotsess algab 99,99% puhtusega räni [[Pooljuhtplaat|pooljuhtplaadist]] (vahvlist, ''wafer''). Plaat lõigatakse välja suurest silindrikujulisest [[Monokristall|monokristallist]], millele järgneb vahvli siledaks lihvimine. [[Pooljuht|Pooljuhtivat]], [[Elektrijuht|juhtivat]] või [[Dielektriline läbitavus|dielektrilist]] materjali kantakse õhukeste kihtidena plaadi peale, moodustades esimese kihi. Ladestamise täpsemad etapid sõltuvad suurel määral mikrokiibi otstarbest ja keerukusest
Ladestamisprotsess algab 99,99% puhtusega räni [[Pooljuhtplaat|pooljuhtplaadist]] (vahvlist, ''wafer''). Plaat lõigatakse välja suurest silindrikujulisest monokristallist, millele järgneb vahvli siledaks lihvimine. [[Pooljuht|Pooljuhtivat]], [[Elektrijuht|juhtivat]] või [[Dielektriline läbitavus|dielektrilist]] materjali kantakse õhukeste kihtidena plaadi peale, moodustades esimese kihi. Ladestamise täpsemad etapid sõltuvad suurel määral mikrokiibi otstarbest ja keerukusest.<ref name=":1" />
==== Fotolakiga katmine ====
==== Fotolakiga katmine ====
[[Fail:Photolithography lab in the LCN cleanroom.jpg|pisi|Suurem osa integraallüliti tootmise protsessidest toimub [[Puhasruum|puhasruumis]], et mikrokiipidele mõjuv interferents oleks võimalikult väike]]
Vahvel kaetakse valgustundliku polümeeriga ehk [[Fotoresist|fotolakiga]] (fotoresist, ''photoresist''), mille lahustuvus omadused muutuvad vastavalt valguse olemasolule ja laki tüübile. Eristatakse kahte tüüpi fotoresisti: negatiiv- ja positiivresist. Negatiivse fotolaki lahustuvus väheneb valguse käes ja plaadi pind muutub tugevamaks. Positiivsel lakil on vastupidine toime: suurenev lahustuvus, mille tulemusel on võimalik tema peale luua valgusega detailseid mustreid. Positiivresisti kasutatakse kõige tihedamini, võimaldades kõrge komponendi resolutsiooniga kiipide tootmist.
Vahvel kaetakse valgustundliku polümeeriga ehk [[Fotoresist|fotolakiga]] (fotoresist, ''photoresist''), mille lahustuvus omadused muutuvad vastavalt valguse olemasolule ja laki tüübile. Eristatakse kahte tüüpi fotoresisti: negatiiv- ja positiivresist. Negatiivse fotolaki lahustuvus väheneb valguse käes ja plaadi pind muutub tugevamaks. Positiivsel lakil on vastupidine toime: suurenev lahustuvus, mille tulemusel on võimalik tema peale luua valgusega detailseid mustreid. Positiivresisti kasutatakse kõige tihedamini, võimaldades kõrge komponendi resolutsiooniga kiipide tootmist.<ref>{{Netiviide |pealkiri=Integrated Circuit - Photoresist / Alfa Chemistry |url=https://www.alfa-chemistry.com/photoresist/integrated-circuit.html |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=www.alfa-chemistry.com}}</ref>
==== Fotolitograafia ====
==== Fotolitograafia ====
Selles protsessis kasutatakse [[Ultraviolettkiirgus|UV valgust]], millega loodakse kõige detailsemad osad kiibil. Muutes fotolaki omadusi, on võimalik moodustada erinevaid mikrokiibi komponente nanomeetri täpsusega. Valgus lastakse läbi võrgu, maski (''reticle''), mis hoiab mustri skeemi, mida soovitakse plaadile kanda.
Selles protsessis kasutatakse [[Ultraviolettkiirgus|UV-kiirgust]], millega loodakse kõige detailsemad osad kiibil. Muutes fotolaki omadusi, on võimalik moodustada erinevaid mikrokiibi komponente nanomeetri täpsusega. Valgus lastakse läbi võrgu, maski (''reticle''), mis hoiab mustri skeemi, mida soovitakse plaadile kanda.<ref>{{Netiviide |pealkiri=Lithography principles |url=https://www.asml.com/en/technology/lithography-principles |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=www.asml.com |keel=en}}</ref>


Vastav etapp vajab kõige suuremat täpsust võrreldes teiste protseduuridega. Kõige täpsemad väikseima lainepikkusega UV valgust genereerivad litograafia masinad võivad hinna poolest ulatuda sadadesse miljonitesse, mille tõttu toodavad maailma kõige võimsamaid kiipe üksikud firmad.
Vastav etapp vajab kõige suuremat täpsust võrreldes teiste protseduuridega. Kõige suurema resolutsiooniga, väikseima lainepikkusega UV valgust genereerivad litograafia masinad võivad hinna poolest ulatuda sadadesse miljonitesse, mille tõttu toodavad maailma kõige võimsamaid kiipe üksikud firmad.<ref>{{Netiviide |pealkiri=ASML EUV lithography systems |url=https://www.asml.com/en/products/euv-lithography-systems |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=www.asml.com |keel=en}}</ref>


==== Söövitamine ====
==== Söövitamine ====
Söövitamise käigus puhastatakse maha alles jäänud fotoresist. Pooljuhtplaati kuumutatakse ja pestakse kuni lõpuks on näha kiibi 3D struktuuri. Tavaliselt on võimalik teha kahte tüüpi söövitamist: märg või kuiv. Märjal söövitamisel kasutatakse keemilisi vanne, et eemaldada fotolakk, aga kuivas variandis kasutatakse gaase. Protsessi peab läbi viima ettevaatlikult, et puhastamise käigus ei eemaldataks integraallüliti tähtsaid komponente.
Söövitamise käigus puhastatakse maha alles jäänud fotoresist. Pooljuhtplaati kuumutatakse ja pestakse kuni lõpuks on näha kiibi 3D struktuuri. Tavaliselt on võimalik teha kahte tüüpi söövitamist: märg või kuiv. Märjal söövitamisel kasutatakse keemilisi vanne, et eemaldada fotolakk, aga kuivas variandis kasutatakse gaase. Protsessi peab läbi viima ettevaatlikult, et puhastamise käigus ei eemaldataks integraallüliti tähtsaid komponente.<ref>{{Netiviide |kuupäev=2023-08-31 |pealkiri=Etching a Circuit Pattern |url=https://semiconductor.samsung.com/support/tools-resources/fabrication-process/eight-essential-semiconductor-fabrication-processes-part-5-etching-a-circuit-pattern |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=Samsung Semiconductor Global |keel=en}}</ref>
==== Dopeerimine ====
==== Dopeerimine ====
[[Fail:Different types of IC packages.jpg|pisi|400x400px|Integraallülitite erinevad pakendid<ref name=":0" />]]
Pärast plaadi puhastamist on vaja kiibi elektrilisi komponente kohandada. Kuna räni on pooljuhtmaterjal, siis on võimalik kasutada [[Elektrilaeng|laenguga]] [[Ioon|ioone]], et muuta tema elektrijuhtivust. Selle tõttu kasutatakse [[Katioon|katioone]] ja [[Anioon|anioone]], et panna paika kiibi mikroelektroonika (transistorid ja teised kontrollerid) algseisundid. Pärast ioonidega konfigureerimist eemaldatakse fotolaki kihid, mis kaitsesid erinevaid kiipide osi pommitamise eest.
Pärast plaadi puhastamist on vaja kiibi elektrilisi komponente kohandada. Kuna räni on pooljuhtmaterjal, siis on võimalik kasutada [[Elektrilaeng|laenguga]] [[Ioon|ioone]], et muuta tema elektrijuhtivust. Selle tõttu kasutatakse [[Katioon|katioone]] ja [[Anioon|anioone]], et panna paika kiibi mikroelektroonika (transistorid ja teised kontrollerid) algseisundid. Pärast ioonidega konfigureerimist eemaldatakse fotolaki kihid, mis kaitsesid erinevaid kiipide osi dopeerimise eest.<ref>{{Netiviide |kuupäev=2022-05-27 |pealkiri=What is Ion Implantation Process of Silicon (Si) Wafer ? |url=https://www.powerwaywafer.com/silicon-ion-implantation.html |vaadatud=2024-04-28 |väljaanne=XIAMEN POWERWAY |keel=en-US}}</ref>
==== Pakendamine ====
==== Pakendamine ====
Ühel pooljuhtplaadil võib korraga nii kümneid kui ka tuhandeid integraallüliteid, mis lõigatakse välja teemantsaega eraldiseisvateks komponentideks (kutsutakse inglise keeles ''die'' ehk stants või matriits). Seejärel asetatakse matriits substraati (''substrate''), mis vahendab ühendusi kiibi ja teda kasutava elektroonika jaoks. Lisatakse ka [[Soojusjuhtivus|soojust hajutav]] materjal, mis aitab integraallülitil püsida nominaaltemperatuuril töö ajal.
Ühel pooljuhtplaadil võib korraga olla nii kümneid kui ka tuhandeid integraallüliteid, mis lõigatakse välja teemantsaega eraldiseisvateks komponentideks (kutsutakse inglise keeles ''die'' ehk stants või matriits). Seejärel asetatakse matriits substraati (''substrate''), mis vahendab ühendusi kiibi ja teda kasutava elektroonika jaoks. Lisatakse ka [[Soojusjuhtivus|soojust hajutav]] materjal, mis aitab integraallülitil püsida nominaaltemperatuuril töö ajal. Pakendeid on mitmeid tüüpe vastavalt töö tingimustele.<ref>{{Netiviide |kuupäev=2023-11-28 |pealkiri=All About IC Packaging |url=https://resources.pcb.cadence.com/blog/2023-cadall-about-ic-packaging |vaadatud=2024-05-01 |väljaanne=resources.pcb.cadence.com |keel=en-US}}</ref>
== Miniaturiseerimisega kaasnevad eelised ==
== Miniaturiseerimisega kaasnevad eelised ==
Integraallülituste miniaturiseerimine (integreerimisastme suurendamine) võimaldab realiseerida järgmisi eesmärke:
Integraallülituste miniaturiseerimine (integreerimisastme suurendamine) võimaldab realiseerida järgmisi eesmärke:
104. rida: 101. rida:
*väheneb transistoride võimsustarve, nii et vaatamata elementide arvu suuremisele lülituse üldine energiavajadus ei kasva;
*väheneb transistoride võimsustarve, nii et vaatamata elementide arvu suuremisele lülituse üldine energiavajadus ei kasva;
* ühel kiibil saab realiseerida funktsioone, milleks seni kasutati eraldi valmistatud lülitusi;
* ühel kiibil saab realiseerida funktsioone, milleks seni kasutati eraldi valmistatud lülitusi;
* Integreerimine süsteemidesse võtab vähem ruumi;
* Lihtsamini kaasaskantav;
*odavneb tootmine, sest ühel [[pooljuhtplaat|ränikettal]] ehk vahvlil (ingl k ''wafer'') on võimalik valmistada korraga sadu kiipe.
*odavneb tootmine, sest ühel [[pooljuhtplaat|ränikettal]] ehk vahvlil (ingl k ''wafer'') on võimalik valmistada korraga sadu kiipe.


Tulemusena on võimalik suhteliselt odavalt luua erisuguse otstarbega energiasäästlikke integraalkomponente. Eriti laialt kasutatakse neid tänapäeval mobiilses [[tarbelekroonika]]s ([[nutitelefon]]ide protsessorid ja [[SIM]]-kaardid, mitmesuguse otstarbega [[kiipkaart|kiipkaardid]], [[mälukaart|mälukaardid]] ja [[mälupulk|-pulgad]], [[pildisensor]]id), meditsiinis erinevate [[implantaat]]idena jm teaduse ning tehnika valdkondades.
Tulemusena on võimalik suhteliselt odavalt luua erisuguse otstarbega energiasäästlikke integraalkomponente. Eriti laialt kasutatakse neid tänapäeval mobiilses [[tarbelekroonika]]s ([[nutitelefon]]ide protsessorid ja [[SIM]]-kaardid, mitmesuguse otstarbega [[kiipkaart|kiipkaardid]], [[mälukaart|mälukaardid]] ja [[mälupulk|-pulgad]], [[pildisensor]]id), meditsiinis erinevate [[implantaat]]idena jm teaduse ning tehnika valdkondades.<ref>{{Netiviide |pealkiri=AMR Future Brief{{!}} Miniaturized Electronics History of Miniaturization in Electronics |url=https://www.linkedin.com/pulse/amr-future-brief-miniaturized-electronics-history-d5c4f |vaadatud=2024-05-01 |väljaanne=www.linkedin.com |keel=en}}</ref>


== Vaata ka ==
== Vaata ka ==

Viimane redaktsioon: 6. august 2024, kell 17:45

Integraallülitid on tihti kaetud pakendiga, mis aitab kaasa töötingimuste kindlusele.[1]

Integraallülitus, kiip, mikrokiip (Ingl k integrated circuit, IC, chip, microchip) on mikroelektroonikaseade, kuhu on sisse integreeritud suures hulgas takisteid, kondensaatoreid, induktiivpoole, dioode ja transistoreid, moodustades erinevaid loogikaväravaid[2]. Integraallülituse põhielement on pingega tüüritav transistor ehk isoleeritud paisuga väljatransistor (MOSFET), mille arv ühes lülituses võib ulatuda mitme miljardini. Kiibid saavad olla nii laiaulatusliku kasutusega (nt keskprotsessorid, CPU; FPGA), kui ka spetsiifilise eesmärgiga (nt graafikaprotsessor, GPU; mikrokontrollerid; mälukiibid; ASIC)[3].

Enamik integraallülitusi (nt mitut liiki protsessorid, mälulülitused) töötleb digitaalsignaale; analoogsignaale töötlevad nt võimenduslülitused, sealhulgas operatsioonvõimendid, ja sensorid. Signaali liiki muundavad analoog-digitaal- ja digitaal-analoogmuundurid.

Kiipe valmistatakse pooljuhtplaatidel, mis tavaliselt koosnevad ränist. Räniplaati töödeldakse pooljuhttehnoloogiliste võtetega mitmel tasemel, mille tulemusel tekib ühele plaadile mitu integraallülitit. Pärast plaadilt eemaldamist, pakendatakse vastav seadeldis hea soojusjuhtivusega materjali sisse.

Võrreldes diskreetsetest komponentidest koosneva lülitusega, on integraallülitused väiksemad, kiiremad ja masstootmise korral ka odavamad.[4]

20. sajandi keskpaigast alates on integraallülituste ja nende tootmise võimekus suurenenud eksponentsiaalselt. Kiire tehnoloogia arengu tulemusel suudetakse teha aina väiksemaid kiipe ja nende sees olevaid komponente. Kogu arenguprotsess järgneb üldiselt Moore'i seadust. Kiipe kasutatakse väga laialdaselt erinevates elektroonikaseadmetes (süle- ja lauaarvutid, nutitelefonid, tahvelarvutid, telerid, nutikodu seadmed jms) ja aina rohkem digitaliseeritakse algselt analoogseid seadmeid (külmkapp, röster, peegel), kus integraallüliti lisamine on keskne osa. Selle tõttu on mikrokiibi tehnoloogia kasutus igapäevane tegevus suurema osa inimkonnale.

Terminoloogia

[muuda | muuda lähteteksti]

Sõnu “integraallüliti”, “kiip” ja “mikrokiip” kasutatakse tavaliselt sünonüümselt[5]. Tihti kasutatakse ka terminit “kiip” kui integraallüliti koos tema pakendiga[6].

Kuna 21. sajandi kiipide areng ja toodang toimub nanomeetri tasemel, siis sõna “mikrokiip” on oma otseselt tähenduselt aegunud.

Ajaloost

[muuda | muuda lähteteksti]

Mitme transistori samal kristallil realiseerimise võimalust kasutati Darlingtoni lülituse kujul alates aastast 1953[7].

Robert Noyce, kes leiutas esimese ränist tehtud monoliitlülituse

Esimene mikroskeem valmis 1958. aastal Texas Instrumendi inseneri Jack Kilby juhatusel. Vastava leiutise eest sai ta ka 2000. aastal Nobeli füüsikaauhinna. Tegu oli germaaniumist tehtud hübriidlülitusega, sest sisaldas eraldi külge ühendatud komponente: üksikud kuldjuhtmed. Esimese monoliitlülituse (kõik lülituse elemendid koos ühendustega substraadi pindkihis) valmistas 1959. aastal firma Fairchild Semiconductori insener Robert Noyce. Siin rakendati juba räni pooljuhtomadusi ja algelist fotolitograafia. Tänu Noyce leiutisele lasi firma 1961. aastal välja esimese kommertsmikroskeemi ja sellest hetkest algas arvutustehnika mikroskeemide võidukäik. Algeliste integraallülituste suurimad tellijad olid USA sõjavägi ja NASA Apollo programm [8].[9][10]

Maailma esimene keskprotsessor (CPU), Intel 4004. Integraallüliti on kuldjuhtmetega ühendatud subtraadile.

1968. aastal asutasid Robert Noyce ja Gordon Moore firma Intel Corporation (algselt NM Electronics), kes on 21. sajandini välja olnud arvutustehnika maailmas üks olulisemaid tegijaid. Firma algne plaanitud toode oli pooljuhtmälu. Alles aasta hiljem alustas Intel firma Busicom tellimisel oma esimese protsessori väljatöötamist. Tellitud süsteem oli mõeldud kalkulaatori jaoks. Lisaks erinevatele mikroskeemidele arenes sellest projektist välja esimene keskprotsessor, 2300 transistoriga 4-bitine Intel 4004. Järgnevatel aastatel tuli Intel välja aina paremate mikroprotsessoritega ja pooljuhtmälu jäi tagaplaanile.[11][12]

1969. aastal asutasid kaheksa endist Fairchild Semiconductor töötajat firma Advanced Micro Devices (AMD), kes 21. sajandil on väga suur konkureerija GPU ja CPU turul. AMD esimene toode oli 4-bitine MSI nihkeregister, mille müümist alustati 1970. aastal[13]. 1975. aastal tõi firma turule oma esimese mikroprotsessori AM9080, mis oma olemuselt oli koopia Intel 8080 kiibist[14]. [15]

1972. leiutas Intel esimese 8-bitise protsessori: Intel 8008.[16]

1974. aastal asutasid kaks endist Inteli töötajat ettevõtte Zilog. Nende edukaim toode oli Z80 protsessor, mis sai väga populaarseks 1970. aastatel ja muutis nad tugevaks konkurendiks Intelile. Edu oli ajutine ja järgnevad Zilogi protsessorid ei saavutanud sama suurt edu kui Inteli uued kiibid ja selle tulemusel hakkas firma oma turuosa kaotama. 21. sajandil keskendub firma spetsiaalrakendustes kasutatavatele mikrokontrolleritele. [17]

1974. aastal tuli ka Motorola turule enda 8-bitise mikroprotsessoriga, MC6800.[18]

1976 leiutas Texas Instruments esimese turul kättesaadava 16-bitise mikroprotsessori, TMS9900.[19]

1982. aastal tõi National Semiconductors turule esimese täieliku 32-bitise protsessori, NS320xx seeria. Enne seda esines mitmeid 16/32 bitiseid hübriide. [20]

1980. aastatel loodi esimesed tugikiibistikud.[21]

Maailma esimene graafikaprotsessor GeForce 256

Maailma esimese graafikaprotsessori GeForce 256 DDR tõi 1999. aastal turule ettevõte Nvidia, kes on 21. sajandil üks suuremaid graafikariistvara tootjaid. Nvidia suur rivaal ATI Technologies lasi välja oma visuaalprotsessori aasta hiljem. 2006. aastal ostis AMD 5,4 miljardi dollari eest ATI [22].[23]

Klassifikatsioon

[muuda | muuda lähteteksti]

Integraallülitusi võib üldiselt jagada kolme põhikategooriasse: analoogne, digitaalne ja digitaalne/analooghübriid. Tootmismeetodide põhjal saab jagada kilega, monoliit- ja hübriidlülitusteks. Mikrokiibi olemus oleneb ka talle määratud eesmärgist. [24]

Kiibil olevate transistorite arvu järgi on võimalik jagada erinevaid kiipe generatsioonidesse[25]:

  • SSI (Small Scale Integration) – kiibil kuni kümme transistori; 1960. aastate algus;
  • MSI (Medium Scale Integration) – sadu kuni tuhandeid transistore; 1960. aastate lõpupool;
  • LSI (Large Scale Integration) – kümneid tuhandeid transistore; 1970. aastad;
  • VLSI (Very Large Scale Integration); sadu tuhandeid transistore; 1980. aastate algupool;
  • ULSI (Ultra-Large Scale Integration); üle miljoni transistori;

Tüübid ja kasutus

[muuda | muuda lähteteksti]

Keskprotsessorid

[muuda | muuda lähteteksti]
8-bitise mikrokontrolleri Intel MCS-48 (8742) integraallülitus, mis sisaldab 12 MHz protsessori, 128 baiti muutmälu (RAM), 2048 baiti EPROMi ja I/O-ahelaid

Keskprotsessorit (keskseade, kesktöötlusseade, CPU) kasutatakse arvutites või loogikontrollerites kui põhilise arvutusliku riistvarana. Keskseade tegeleb põhiliste aritmeetika ja loogika tehetega ja koordineerib emaplaadil oleva riistvara tööd. Keskprotsessori põhilised komponendid on aritmeetika-loogikaplokk, juhtplokk ja erinevad mäluregistrid.[26]

Vastavaid protsessoreid on võimalik liigitada käsustiku perekonna (nt x86, ARM), registrite bitilisuse alusel (nt Intel 8088 16-bitine CPU) ja ka programmide, käskude olemuse järgi (CISC (Complex Instruction Set Computer) ja RISC (Reduced Instruction Set Computer)).[27]

Graafikaprotsessor

[muuda | muuda lähteteksti]

Graafikaprotsessor (visuaalprotsessor, GPU, VPU) on 3D- ja 2D-graafika visualiseerimiseks ja kiirendamiseks kohandatud mikroprotsessor. Võrreldes keskprotsessoriga, on GPU disainitud tegelema suurema hulga infoga, lõhkudes vastava arvutusliku tegevuse mitmeteks paralleelselt lahendatavateks tükkideks. Laienduskaarti, millel on eraldiseisev graafikaprotsessor ja muutmälu, nimetatakse videokaardiks. Emaplaadi sisse ehitatud GPU on integreeritud graafika.[28]

Graafikaprotsessoreid kasutatakse mitmes valdkonnas: simulatsioonid, 3D-modelleerimine, raalprojekteerimine (computer-aided design, CAD), filmitööstus, arhitektuur, arvutimängud, virtuaalreaalsus ja aina enam ka masinõppes.[29]

Mälukiibid

[muuda | muuda lähteteksti]

Mälukiip ehk pooljuhtmälu on integraallüliti kujul esinev andmesalvesti. Mitu mälukiipi on tavaliselt joodetud ühe laienduskaarti külge, moodustades mälumooduli. Pooljuhtmälu jaguneb andme säilivuse järgi muut- ja püsimäluks (RAM ja ROM). Andmete kirjutamise, lugemise ja kustutamise järgi jaguneb ROM vastavalt PROM, EPROM, EEPROM ja välkmälu ning RAM vastavalt SRAM, DRAM, DDR SDRAM ja GDDR.[30]

Tugikiibistik

[muuda | muuda lähteteksti]

Tugikiibistiku eesmärk on ühendada omavahel emaplaadil olev protsessor ja muu siiniga ühendatud riistvara. Enamus arvutite tugikiibistik koosneb kahest kiibist: põhjasild (North Bridge) ja lõunasild (South Bridge). Põhjasilla eesmärk on vahendada suhtlust keskprotsessori ja siinil olevate laienduskaartide (põhimälu, graafikakaardid) vahel. Kõige ülejäänuga tegeleb lõunasild (USB-seadmed, kõvakettad, võrgu- ja heliseadmed). Tugikiibistiku osade ülesanded võivad varieeruda vastavalt emaplaadi tootjale.[31]

Tootmine

[muuda | muuda lähteteksti]

Materjalid

[muuda | muuda lähteteksti]

Põhiline materjal mikrokiipide tootmises on räni. Tähtsad on ka germaanium, vaskoksiid, fosfor, boor ja galliumarseniid. Germaaniumi ja räni puhtus mängib tähtsat rolli protsessori töökindluses. 20. sajandi teisest poolest alates suudetakse kasvatada väga puhtaid germaaniumi ja räni monokristalle[32].[33]

Integraallülituse detail läbi nelja ühenduste kihi: roosa – polükristalliline räni (polysilicon), hall – süvistused (wells), roheline – põhimik ehk substraat (substrate)

Tootmisprotsess

[muuda | muuda lähteteksti]

Integraallülituste tootmisliin koosneb põhiliselt kuuest etapist:

  • Ladestamine (Deposition) ehk pooljuhtplaadi töötlemine ja puhastamine
  • Fotolakiga katmine
  • Fotolitograafia
  • Söövitamine (Etch)
  • Ioonidega pommitamine (Ion Implantation) ehk Dopeerimine
  • Pakendamine

Vastavaid etappe jagatakse tihti alamkategooriatesse või pannakse kokku üheks suureks tegevuseks.[34]

Ladestamine

[muuda | muuda lähteteksti]

Ladestamisprotsess algab 99,99% puhtusega räni pooljuhtplaadist (vahvlist, wafer). Plaat lõigatakse välja suurest silindrikujulisest monokristallist, millele järgneb vahvli siledaks lihvimine. Pooljuhtivat, juhtivat või dielektrilist materjali kantakse õhukeste kihtidena plaadi peale, moodustades esimese kihi. Ladestamise täpsemad etapid sõltuvad suurel määral mikrokiibi otstarbest ja keerukusest.[34]

Fotolakiga katmine

[muuda | muuda lähteteksti]
Suurem osa integraallüliti tootmise protsessidest toimub puhasruumis, et mikrokiipidele mõjuv interferents oleks võimalikult väike

Vahvel kaetakse valgustundliku polümeeriga ehk fotolakiga (fotoresist, photoresist), mille lahustuvus omadused muutuvad vastavalt valguse olemasolule ja laki tüübile. Eristatakse kahte tüüpi fotoresisti: negatiiv- ja positiivresist. Negatiivse fotolaki lahustuvus väheneb valguse käes ja plaadi pind muutub tugevamaks. Positiivsel lakil on vastupidine toime: suurenev lahustuvus, mille tulemusel on võimalik tema peale luua valgusega detailseid mustreid. Positiivresisti kasutatakse kõige tihedamini, võimaldades kõrge komponendi resolutsiooniga kiipide tootmist.[35]

Fotolitograafia

[muuda | muuda lähteteksti]

Selles protsessis kasutatakse UV-kiirgust, millega loodakse kõige detailsemad osad kiibil. Muutes fotolaki omadusi, on võimalik moodustada erinevaid mikrokiibi komponente nanomeetri täpsusega. Valgus lastakse läbi võrgu, maski (reticle), mis hoiab mustri skeemi, mida soovitakse plaadile kanda.[36]

Vastav etapp vajab kõige suuremat täpsust võrreldes teiste protseduuridega. Kõige suurema resolutsiooniga, väikseima lainepikkusega UV valgust genereerivad litograafia masinad võivad hinna poolest ulatuda sadadesse miljonitesse, mille tõttu toodavad maailma kõige võimsamaid kiipe üksikud firmad.[37]

Söövitamine

[muuda | muuda lähteteksti]

Söövitamise käigus puhastatakse maha alles jäänud fotoresist. Pooljuhtplaati kuumutatakse ja pestakse kuni lõpuks on näha kiibi 3D struktuuri. Tavaliselt on võimalik teha kahte tüüpi söövitamist: märg või kuiv. Märjal söövitamisel kasutatakse keemilisi vanne, et eemaldada fotolakk, aga kuivas variandis kasutatakse gaase. Protsessi peab läbi viima ettevaatlikult, et puhastamise käigus ei eemaldataks integraallüliti tähtsaid komponente.[38]

Dopeerimine

[muuda | muuda lähteteksti]
Integraallülitite erinevad pakendid[1]

Pärast plaadi puhastamist on vaja kiibi elektrilisi komponente kohandada. Kuna räni on pooljuhtmaterjal, siis on võimalik kasutada laenguga ioone, et muuta tema elektrijuhtivust. Selle tõttu kasutatakse katioone ja anioone, et panna paika kiibi mikroelektroonika (transistorid ja teised kontrollerid) algseisundid. Pärast ioonidega konfigureerimist eemaldatakse fotolaki kihid, mis kaitsesid erinevaid kiipide osi dopeerimise eest.[39]

Pakendamine

[muuda | muuda lähteteksti]

Ühel pooljuhtplaadil võib korraga olla nii kümneid kui ka tuhandeid integraallüliteid, mis lõigatakse välja teemantsaega eraldiseisvateks komponentideks (kutsutakse inglise keeles die ehk stants või matriits). Seejärel asetatakse matriits substraati (substrate), mis vahendab ühendusi kiibi ja teda kasutava elektroonika jaoks. Lisatakse ka soojust hajutav materjal, mis aitab integraallülitil püsida nominaaltemperatuuril töö ajal. Pakendeid on mitmeid tüüpe vastavalt töö tingimustele.[40]

Miniaturiseerimisega kaasnevad eelised

[muuda | muuda lähteteksti]

Integraallülituste miniaturiseerimine (integreerimisastme suurendamine) võimaldab realiseerida järgmisi eesmärke:

  • transistori kanali ja ühenduste lühenemise tulemusena kasvab lülituse töökiirus (taktsagedus);
  • väheneb transistoride võimsustarve, nii et vaatamata elementide arvu suuremisele lülituse üldine energiavajadus ei kasva;
  • ühel kiibil saab realiseerida funktsioone, milleks seni kasutati eraldi valmistatud lülitusi;
  • Integreerimine süsteemidesse võtab vähem ruumi;
  • Lihtsamini kaasaskantav;
  • odavneb tootmine, sest ühel ränikettal ehk vahvlil (ingl k wafer) on võimalik valmistada korraga sadu kiipe.

Tulemusena on võimalik suhteliselt odavalt luua erisuguse otstarbega energiasäästlikke integraalkomponente. Eriti laialt kasutatakse neid tänapäeval mobiilses tarbelekroonikas (nutitelefonide protsessorid ja SIM-kaardid, mitmesuguse otstarbega kiipkaardid, mälukaardid ja -pulgad, pildisensorid), meditsiinis erinevate implantaatidena jm teaduse ning tehnika valdkondades.[41]

Vaata ka

[muuda | muuda lähteteksti]

Viited

[muuda | muuda lähteteksti]
  1. ↑ 1,0 1,1 "Integrated Circuits - SparkFun Learn". learn.sparkfun.com. Vaadatud 28. aprillil 2024.
  2. ↑ "Sissejuhatus digitaaltehnikasse: Elektrisignaalidega seotud mõisteid". www.tud.ttu.ee. Vaadatud 28. aprillil 2024.
  3. ↑ "What are Semiconductors?". Intel (inglise). Vaadatud 28. aprillil 2024.
  4. ↑ "Difference's between an Integrated Circuit and Discrete Circuit". www.rs-online.com. Vaadatud 28. aprillil 2024.
  5. ↑ "Kiip, selle kasutamine analoog- ja digitaallülitustes". vara.e-koolikott.ee. Vaadatud 28. aprillil 2024.
  6. ↑ "kiip - Eesti Entsüklopeedia". entsyklopeedia.ee. Vaadatud 28. aprillil 2024.
  7. ↑ Darlington, Sidney. "Semiconductor signal translating device. US pat. 2663806A".
  8. ↑ Hall, Eldon C. (1996). Journey to the Moon: The History of the Apollo Guidance Computer (inglise). AIAA. ISBN 978-1-56347-185-8.
  9. ↑ "Wayback Machine" (PDF). web.archive.org. Originaali arhiivikoopia seisuga 12. september 2012. Vaadatud 28. aprillil 2024.{{netiviide}}: CS1 hooldus: robot: algse URL-i olek teadmata (link)
  10. ↑ "1959: Practical Monolithic Integrated Circuit Concept Patented | The Silicon Engine | Computer History Museum". www.computerhistory.org. Vaadatud 28. aprillil 2024.
  11. ↑ "Explore Intel's history". timeline.intel.com. Vaadatud 28. aprillil 2024.
  12. ↑ "Ajalugu, protsessor, mälu - Konspekt | Informaatika - Arvuti". AnnaAbi.ee. Vaadatud 28. aprillil 2024.
  13. ↑ Moltzau, Alex (6. mai 2020). "The Story of Advanced Micro Devices". Medium (inglise). Vaadatud 28. aprillil 2024.
  14. ↑ "Am9080 - AMD - WikiChip". en.wikichip.org (inglise). Vaadatud 28. aprillil 2024.
  15. ↑ "Britannica Money". www.britannica.com (inglise). 29. märts 2024. Vaadatud 28. aprillil 2024.
  16. ↑ "The Intel 8008". Intel (inglise). Vaadatud 28. aprillil 2024.
  17. ↑ "Zilog Z-80 Microcomputer System - Computer - Computing History". www.computinghistory.org.uk. Vaadatud 28. aprillil 2024.
  18. ↑ "About: Motorola 6800". dbpedia.org. Vaadatud 28. aprillil 2024.
  19. ↑ "The Inside Story of Texas Instruments' Biggest Blunder: The TMS9900 Microprocessor - IEEE Spectrum". spectrum.ieee.org (inglise). Vaadatud 28. aprillil 2024.
  20. ↑ "NS320xx - Telecommunication Engineering | Wiki eduNitas.com". edunitas.com. Originaali arhiivikoopia seisuga 28. aprill 2024. Vaadatud 28. aprillil 2024.
  21. ↑ "DOS Days - NEAT Chipset". www.dosdays.co.uk. Vaadatud 28. aprillil 2024.
  22. ↑ "CNW Group | AMD | AMD Completes ATI Acquisition and Creates Processing Powerhouse". web.archive.org. 24. aprill 2008. Originaali arhiivikoopia seisuga 24. aprill 2008. Vaadatud 28. aprillil 2024.
  23. ↑ "The History of Gaming: The evolution of GPUs". shadow.tech (inglise). Vaadatud 28. aprillil 2024.
  24. ↑ Technology, Electrical (25. aprill 2015). "Different Types of Integrated Circuits (ICs) & Their Applications & Limitation". ELECTRICAL TECHNOLOGY (Ameerika inglise). Vaadatud 28. aprillil 2024.
  25. ↑ PAWALE, VAIBHAV (26. mai 2021). "Integrated Circuits: SSI, MSI, LSI, VLSI, ULSI". Medium (inglise). Vaadatud 1. mail 2024.
  26. ↑ "Central processing unit (CPU) | Definition & Function | Britannica". www.britannica.com (inglise). 11. aprill 2024. Vaadatud 28. aprillil 2024.
  27. ↑ "1 Arvutite komponendid ja arhitektuur". eopearhiiv.edu.ee. Vaadatud 28. aprillil 2024.
  28. ↑ "What Is a GPU? Graphics Processing Units Defined". Intel (inglise). Vaadatud 1. mail 2024.
  29. ↑ "What is a GPU? - Graphics Processing Unit Explained - AWS". Amazon Web Services, Inc. (Ameerika inglise). Vaadatud 28. aprillil 2024.
  30. ↑ "What is Semiconductor Memory? | Electronics Basics | ROHM". www.rohm.com. Vaadatud 1. mail 2024.
  31. ↑ "What is a Chipset? Types, Benefits & How to Identify Yours | Lenovo US". www.lenovo.com (inglise). Vaadatud 28. aprillil 2024.
  32. ↑ Teal, G.K. (juuli 1976). "Single crystals of germanium and silicon—Basic to the transistor and integrated circuit". IEEE Transactions on Electron Devices. 23 (7): 621–639. DOI:10.1109/T-ED.1976.18464. ISSN 0018-9383.
  33. ↑ "Overview Of The Semiconductor Raw Materials Industry". FPT Semiconductor .,JSC (Ameerika inglise). Vaadatud 28. aprillil 2024.
  34. ↑ 34,0 34,1 "6 crucial steps in semiconductor manufacturing". www.asml.com (inglise). Vaadatud 28. aprillil 2024.
  35. ↑ "Integrated Circuit - Photoresist / Alfa Chemistry". www.alfa-chemistry.com. Vaadatud 28. aprillil 2024.
  36. ↑ "Lithography principles". www.asml.com (inglise). Vaadatud 28. aprillil 2024.
  37. ↑ "ASML EUV lithography systems". www.asml.com (inglise). Vaadatud 28. aprillil 2024.
  38. ↑ "Etching a Circuit Pattern". Samsung Semiconductor Global (inglise). 31. august 2023. Vaadatud 28. aprillil 2024.
  39. ↑ "What is Ion Implantation Process of Silicon (Si) Wafer ?". XIAMEN POWERWAY (Ameerika inglise). 27. mai 2022. Vaadatud 28. aprillil 2024.
  40. ↑ "All About IC Packaging". resources.pcb.cadence.com (Ameerika inglise). 28. november 2023. Vaadatud 1. mail 2024.
  41. ↑ "AMR Future Brief| Miniaturized Electronics History of Miniaturization in Electronics". www.linkedin.com (inglise). Vaadatud 1. mail 2024.
Pärit leheküljelt "https://et.wikipedia.org/w/index.php?title=Integraallülitus&oldid=6698130"