--------------------------------------------------------------------------------

الدوائر المتكاملة ICs
The Integrated Circuits

توجد الدوائر المتكاملة تقريباً في أغلب الأجهزة الإلكترونية الحديثة كالحاسبات ، والسيارات، و أجهزة التلفزيون ، مشغلات الأقراص المدمجة ، الهواتف الخلوية ، ... الخ ، من ضمن مايعرف بالتقنية الميكروية والتي هي بدورها جزء من الهندسة الإلكترونية ، أحدث ثورة في عالم الإلكترونيات ، و هي معروفة لدى العامة بـ ( آي سي ) إذ يكفي أن يسمعها ممن مثلاً يصلح له جهاز ما ،من أن يفهم أنه يقصد إحدى تلك المستطيلات أو المربعات السوداء الصغيرة الموجودة داخل الخارطة الإلكترونية لذلك الجهاز...

في هذه المشاركة سنتعرف بشكل مبسّط على :

التعريف العلمي للدائرة المتكاملة
صاحب الفكرة
المخترع الأول للدائرة التكاملية ( صاحب جائزة نوبل )
المخترع الثاني
خطوات تصنيع الدائرة التكاملية ( بإختصار )
مكان تصنيع الرقاقة
كيفية تصنيف الدارات المتكاملة


تعريف الدائرة المتكاملة
The Integrated Circuit

هي عبارة عن دائرة إلكترونية مصغرة مكونة من شريحة رقيقة من مادة السيلكون silicon chip ، تبلغ مساحتها عدة ملليمترات (حوالي 30 - 40 ملليمتر مربع ) ، و يمكنها أن تخزن 64,000 bit وحدة من المعلومات - هذا إلى تاريخ نشر المصدر - ، و تحتوي شريحة السيلكون على الآلاف من المكونات الإلكترونية الدقيقة جداً ، مثل الترانزستورات و المقاومات و المكثفات و الثنائيات التي تربط معاً لتكون دوائر الكترونية متكاملة تقوم بمعظم العمليات التي تؤديها الحاسبة الإلكترونية و يطلق عليها الميكروبروسيسور microprocesso "المعالج الصغير".




صاحب الفكرة

كانت أول فكرة للدارات المتكاملة، قد بدأت على يد عالم رادار بريطاني يدعى جيفري دُمِر Geoffreey W.A.Dummer ( مواليد 1909 ). والذي كان يعمل لدى المؤسسة الملكية للرادار والتابعة لوزارة الدفاع البريطانية، وأعلن عنها في واشنطن في أيار 1952، ولكنه لم يتمكن من تصنيعها أبداً.
الفكرة الأساسية للدارات المتكاملة هي إنشاء مربعات خزفية صغيرة ( رقاقات - wafers )، كل منها يحتوي عنصراً منمنماً ( بالغ الصغر ). وهذه العناصر يمكن أن تدمج فيما بعد وتوصل إلى شبكة مدمجة ثنائية الأبعاد أو ثلاثيتها.


مخترع أول دائرة متكاملة



هو جاك Jack S Kilby حيث قام في صيف 1958 في تيسروراس إنسترومنتس Texas Instruments بالولايات المتحدة الأمريكية بالشروع في إنتاج دائرة متكاملة مصغرة لأخرى سبقتها تحتوي على العديد من المشاكل ، كان يعمل لوحده في المختبر حيث أنه أُستخدم حديثاً و باقي الموظفين كانوا في إجازة ، وكانت فكرته تعتمد على جعل كل مكونات الدائرة و الشريحة خارج عمود (monolith) من مادة شبه الموصل ، وعند عودة بقية الموظفين قام بتقديم فكرته الجديدة إلى رؤسائه و الذين سمحوا له بتكوين نسخة إختبار لدائرته.
في سبتمبر / أيلول 1958 كانت أول دائرة تكاملية جاهزة وتم إختبارها و كانت تعمل بشكل مثالي.



إستلم جاك جائزة نوبل للفيزياء في سنة 2000 لإختراعه أول دائرة متكاملة ، و بالرغم من شهرته بعد إختراعها إلا أنه بقي بتيسروراس إنسترومنتسِ Texas Instruments حيث أصبح قائداً للفريق الذي إخترع أول حاسبة محمولة يدوياً .


المخترع الثاني



هو روبرت Robert Noyce جاء بفكرته الخاصة بعد نصف سنه من جاك ، دائرة روبرت حلّت عدة مشاكل عملية كانت موجودة في دائرة جاك وبشكل رئيسي مشكلة ربط كل المكونات على الرقاقة و التي حلّت بإضافة طبقة من المعدن ( تمثل آخر طبقة في الشريحة ) ثم يزال البعض منها لتوصيل الأسلاك المحتاجين لإيصالها مما سهل في عملية إنتاجها.

روبرت Robert Noyce هو أيضاً أحد مؤسسي شركة أنتيل Intel وهي واحدة من أكبر منتجي الدوائر التكاملية في العالم.


خطوات تصنيع الدائرة المتكاملة

1. تكوين سبيكة سيلكون مصمتة من نوع p
2. تقطيع السبيكة إلى أقراص و ترسيب طبقة رفيعة من نوع n
3. حقنها ( معالجتها ) بنوع pلصنع قاعدة الترانزستور و المقاومات
4. ترسيب طبقة من مادة حساسة للضوء ثم تعريض المناطق المراد معالجتها بضوء ذو طاقة عالية
( UV-light )
5. حقنها بنوع p ثم تكرار نفس الخطوات ولكن بنوع n لصنع باعث الترانزستور
6. تكرار نفس الخطوات للحقن بنوع +p للعزل بين الترانزستورات
7. ترسيب طبقة أوسروريد للعزل
8. ثقب طبقة الأوسروريد في أماكن التوصيل وطباعة التوصيلات بالألمونيوم
9. بعد تشكيل الدارة المتكاملة، توضع ضمن غلاف له عدد من الاطراف، توصل الى مختلف عناصر الدارة الخارجية و لكل شركه شعار خاص بها تجده مطبوعا على الوجه أو في أحدى الزوايا مثل :



اليوم يتم تصنيع الرقاقات في عملية تسمى " خطوة stepping " ، حيث تعالج شريحة كبيرة من السيليكون " big wafer of silicon " تمثل رقاقة بعد رقاقة يُستعمل فيها جميعاً نفس القناع، و باتالي تنتج مئات الآلاف منها دفعة واحدة.
مكان تصنيع الرقاقة


الغرفة النظيفة
The clean room

نظراً لصغر حجم مكونات الشريحة فإن ذلك يتطلب دقة كبيرة في مستوى ذري ، و الجزيئات الصغيرة جداً كنقطة غبار أو خلية جلد ميتة أو غبار تبغ كافية لتخريب الرقاقة لذلك تصنّع في غرفة بمواصفات خاصة للنظافة حيث أثاثها بني من مواد لا تبعث الجزيئات، و بها مرشحات فعالة للهواء ، وانظمة دوران هواء بالكامل يعود إلى عشر مرات كل دقيقة، و لمنع التلوث يلبس العاملون بدلات خاصة تسمى " بدلات أرنب bunny suits " تصنع من مادة نظيفة جداً ، والتي احياناً لها أنظمة ترشيح هواء خاصة.




تصنيف الدارات المتكاملة

تصنّف الدارات المتكاملة بطرق عديدة، سواء عن طريق الوظيفة، أو الشركة، أو السرعة، أو نوع المنطق التي تستخدمه، لكن التصنيف الأهم لها هو حسب عدد العناصر ( البوابات ) التي تحتويها حيث :
1. الدارات المتكاملة ذات العدد الصغير من البوابات :

تحتوي هذه الدارات على أقل من 10 بوابات وتدعى هذه الدارات بـ SSI Small scale integration
2. الدارات المتكاملة ذات العدد المتوسط من البوابات :
وتتحوي هذه الدارات من 10 إلى أقل من 100 بوابة ويرمز لها بـ MSI إختصاراً لـ Medium scale integration
3. الدارات المتكاملة ذات العدد الكبير من البوابات :
تحتوي من 100 إلى 10000 بوابة ، و يرمز لها بـ LSI إختصاراً لـ Large scale integration
4. الدارات ذات العدد الكبير جداً من البوابات :
وهي تحتوي على ما يزيد عن 10000 بوابة، ويرمز لها بـ VLSIإختصاراً لـ Very Large scale integration

وقد ظهرت حديثاً الدارات ذات العدد فوق الكبير جداً Ultra Large scale integration ، بالإضافة إلى wafer scale integration، و System-on-Chip SOC.

وهناك تصنيف آخر يقسم الدارات المتكاملة حسب نوع الكمون الذي تقبله في مدخلها، إذ تقسم إلى :

1. الدارات الخطية، Linear Circuits:
وهي الدارات التي تقبل في مدخلها كمونات متغيرة بشكل مستمر.
2. الدارات الرقمية، Digital Circuits:
وهي الدارات التي تقبل في مدخلها كمونات محددة 0 فولت أو 5 فولت مثلاً، أي الرقمين المنطقيين 0 وتعطي هذه الدارة في مخرجها قيماً محددة أيضاً. 0 أو 5 فولت أو القريب منها.

شكرا على المعلومات القيمة سلمت يداك

شكرا اخ ممدوح على مرورك الكريم