Микроэлектроника — это относительно новая область. Однако за короткое время своего существования она прошла длинный путь от первого транзистора до современных микрочипов, которые производятся в ОЭЗ «Технополис Москва». Среди всех изобретений в области микроэлектроники можно выделить три самых важных, которые стали значимым шагом для технического прогресса.
Рождение электроники: первый точечный транзистор
23 декабря 1947 года можно считать днём рождения электроники, потому что именно в этот день ученые Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн впервые официально представили свое изобретение — точечный биполярный транзистор. Разработки проводились в лабораториях американской научно-исследовательской фирмы Bell Telephone.
Транзистор — это полупроводник, который усиливает и генерирует электромагнитные колебания. Он применяется в схемотехнике большинства электронных устройств и интегральных микросхем, о которых далее будет рассказано подробнее.
Само изобретение первого транзистора после ряда неудач произошло совершенно неожиданно. Уолтер Браттейн сделал ошибку, подключив электрод не туда, куда хотел. Казалось бы, это должно было закончиться очередным провалом, однако полупроводник заработал. С этого счастливого случая началась история микроэлектроники.
Компактное устройство: создание интегральной микросхемы
Уже в 1952 году британский радиотехник Джеффри Даммер впервые предложил объединить множество электронных компонентов в монолитном кристалле полупроводника, то есть создать интегральную микросхему. В то время осуществить это было невозможно: технологии не были настолько развиты.
Но уже в 1958 году произошел технический прорыв. Здесь так же, как и в случае с первым транзистором, работала «святая троица» американских ученых. Это были Джек Килби из Texas Instruments, Курт Леговец из Sprague Electric и Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor. Им удалось решить три проблемы, которые препятствовали созданию микросхем. Они запатентовали принцип интеграции, изобрели принцип электрической изоляции компонентов полупроводника и способ их электрического соединения. На основе их открытий были созданы первые интегральные микросхемы, которые стали основой для современных процессоров.
Начало компьютерной эры: изобретение микропроцессора
Первые процессоры, которые умели выполнять простые арифметические и логические операции появились еще в 1940 году. Однако они были слишком медленными, громоздкими и выделяли слишком много тепла, поэтому использовать их дома было невозможно.
Однако через несколько десятков лет все изменилось. В 1970 году сотрудник крупнейшего отдела разработки компонентов для электронно-вычислительных машин Эдвард Хофф представил Intel интегральную схему, которая выполняла те же функции, что и процессоры ЭВМ, при этом умещалась в руке, обрабатывала 4 бита информации в секунду и стоила гораздо дешевле.
Современный микропроцессор — это интегральная схема, которая выполняет основные функции центрального процессора компьютера. Он является программируемым многоназначным кремниевым чипом, управляемым тактовым сигналом, основанным на регистрах, принимающим двоичные данные на входе и выдающим результат после обработки в соответствии с инструкциями, хранящимися в памяти.
Главной особенностью изготовления микросхем является то, что применяется групповой метод производства. Это означает, что на одной пластине из полупроводникового материала одновременно создается много интегральных схем. Кроме того, если технологический процесс это допускает, одновременно обрабатывается несколько десятков таких пластин. После окончания основного технологического цикла пластина разрезается на кристаллы, каждый из которых является отдельной микросхемой. На финальной стадии проводят корпусирование — установку кристалла в корпус и подключение контактных площадок к выводам (ножкам) интегральной схемы.
Именно так, от громоздких процессоров и транзисторов человечество перешло к миниатюрным чипам, которые производятся в наше время.