На кристалле площадью в четверть квадратного Дюйма уже удалось разместить 30 тыс. активных элементов, и ожидается, что это число дойдет до 1 млн. к 1985 г. Термин сверхбольшая степень интеграции (VLSI-Very Large Scale Integration) иногда применяется для обоз-чения микросхем с тысячами активных элементов Прогресс, происшедший в этой области, можно легко оценить, если представить себе, что в 50-е годы типичная ЭВМ содержала около 4000 электронных ламп, и их приходилось заменять примерно по 40 шт. в неделю. Ранее считалось, что стоимость ЭВМ пропорциональна квадрату ее потребляемой мощности. С появлением микро-ЭВМ это правило нарушилось. Персональные ЭВМ стоимостью менее 1 тыс. фунтов стерлингов в настоящее время обладают большей производительностью по сравнению с производительностью ЭВМ стоимостью в несколько сотен тысяч фунтов стерлингов, выпускавшихся несколько лет назад.

Что именно подразумевается под интегральной микросхемой С большой степенью интеграции?

. Интегральная микросхема с большой степенью интеграции - это полностью функционально законченная электронная схема, изготовленная в одном корпусе. Существуют два основных вида интегральных микросхем. К первому из них относятся аналоговые микросхемы, применяемые, например, в качестве усилителей в системах звуковоспроизведения и в других линейных системах, а ко второму - переключающие, или дискретные, применяющиеся в микропроцессорах и в других дискретных устройствах. Чтобы разобраться в работе микропроцессора, необходимо изучить лишь дискретные схемы. Компонентами интегральных микросхем такого типа являются: ключевые элементы (транзисторы) и иногда элементы, ограничивающие протекание электрического тока (резисторы), элементы для сохранения зарядов для последующего использования (конденсаторы) и элементы, допускающие продвижение зарядов (тока) лишь в одном направлении (диоды).

Илн сверхбольших интегральных схем (СБИС). Кристалл рекордной сложности (430 тыс. транзисторов иа площади в 40 мм) разработан по технологии кремний-на-сапфире специалистами фирмы Hewlett Packard в 1981 г. (Ярцж. пер.)

Ю

Что означают сокращения: ДТЛ, ТТЛ, п-МОП, р-МОП, КМОП?

Основными элементами первых дискретных ИС являлись диодь* и транзисторы; этот тип логики известен как диодно-транзисторная логика (ДТЛ). Позднее в схемах устройств диоды были заменены транзисторами, и такие устройства стали относить к схемам транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Производство отдельных БИС для микропроцессоров оказалось возможным благодаря чрезвычайной миниатюризации, пришедшей вместе с технологией производства полевых транзисторов (FETs - field-effect transistors) особого типа, известных как МОП-транзисторы, или транзисторы, изготовленные по МОП-технологии (металл - окисел - полупроводник). Их работа отличается от работы обычных (биполярных) транзисторов, используемых в схемах ТТЛ, и более доступна пониманию, чем работа биполярных транзисторов. Полевые (униполярные, или канальные) МОП-транзисторы могут применяться в качестве усилителей, так же как и биполярные. Однако в микропроцессорах нас интересуют только их переключательные свойства.

Существуют два основных типа МОП-транзисторов Первый тип представляет собой ключ, который нормально (при отсутствии входного сигнала) находится во включенном положении (нормально проводящий транзистор) и выключается только при подаче на вход (затвор) управляющего сигнала (потенциала). Нормально проводящие (нормально открытые) МОП-транзисторы называются транзисторами с обеднением канала.

Другой тип проще в изготовлении с применением технологии производства БИС, широко используемых в микро-ЭВМ. Это МОП-транзисторы с индуцированным каналом, или с обогащением канала. Они в нормальном состоянии (при нулевом смещении на затворе) выключены (нормально непроводящие, или нормально закрытые, транзисторы) и включаются только при подаче потенциала на вход (затвор) транзистора.

Как нормально открытые, так и нормально закрытые МОП-транзисторы могут быть р-канальными (р-МОП-траизисторы) или -канальными (л-МОП-транзисторы) в зависимости от того, какой тип канала является проводящимНа рис. 1.2 приведена схема р-ка-иального нормально закрытого МОП-транзистора (с обогащением канала).

Заряды протекают через р-канальный МОП-транзистор только в том случае, если на затвор подается отрицательный потенциал по отношению к подложке (основание кремниевого кристалла, на котором построен транзистор), соединенной в р-канальном МОП-транзисторе с положительным полюсом источника питания (/+ (рис. 1.2). Следовательно, р-канальный МОП-транзистор включен, если затвор соединен с землей (нулевой потенциал), и выключен, если затвор соединен с положительным полюсом источника питания U+ или изолирован (рис. 1.3).

На рис. 1.4 показан л-каиальный нормально закрытый МОП-транзистор (с обогащением канала). Он содержит две области л-ти-

Канал -тонкий поверхностный слой между областями истока и стока. (Прим. пер.)

и

па, полученные путем диффузии в подложку р-типа. Электроны не могут создавать проводимость от истока к стоку до тех пор, пока затвор не получит положительный потенциал по отношению к подложке Если затвор имеет отрицательный потенциал по отношению к подложке, транзистор закрыт (рис. 1.5).

Заметим, что в обоих типах канального МОП-транзистора ток не протекает постоянно в затвор или из затвора. Именно напряже-

Рис. 1.2. Схема р-канального МОП-транзн-стора

3 - затвор. И - исток; Я - подложка; С - сток (исток подключен к положительному полюсу источника питания, сток -к отрицательному)

И

с

Iff.

Рис. 1.3. р-канальный МОП-транзистор в качестве ключа:

а ~ ключ включен (транзистор открыт), 6 - ключ выключен (транзистор заперт)

Рис. 1.4.

зистора

Схема и-канального МОП-тран-

ние, или электрическое поле, заставляет транзистор переходить в открытое или запертое состояние. Отсюда название полевой транзистор Для более широкого ознакомления с технологией изготовления ИМС и с механизмами работы транзисторов можно обратиться к следующим изданиям: Вопросы и ответы по интегральным микросхемам (Questions and Answers on Integrated Circuits) и Вопросы и ответы по транзисторам (Questions and Answers on Transistors), опубликованным в серии технических новинок (Newness Technical Books)

пер.) 12

См. также дополнительную литературу в конце книги. (Прим.