Login lub e-mail Hasło   

Mikroprocesor Intel 4004 - cz. III - technologia

Odnośnik do oryginalnej publikacji: http://www.i-lo.tarnow.pl/edu/inf/hist/i(...)ex.html
Technologia bramki krzemowej Tranzystor MOS w układzie scalonym Technologia Bramki Krzemowej była pierwszą na świecie, handlową technologią procesu samocentrują...
Wyświetlenia: 1.938 Zamieszczono 05/11/2006

Technologia bramki krzemowej

 

Tranzystor MOS w układzie scalonym

Technologia Bramki Krzemowej była pierwszą na świecie, handlową technologią procesu samocentrujących się bramek MOS. Przed tą technologią bramka sterująca tranzystora MOS była wykonywana z aluminium zamiast z polikrystalicznego krzemu. Tranzystory MOS z bramką aluminiową były od trzech do czterech razy wolniejsze, zajmowały dwa razy większy obszar krzemu, posiadały większy prąd upływu i mniejszą niezawodność w porównaniu z tranzystorami o bramce krzemowej. Faggin stworzył technologię bramki krzemowej w 1968 roku w czasie pracy w Laboratoriach R&D firmy Fairchild Semiconductor w Palo Alto w Kalifornii. Zaprojektował również i wykonał pierwszy handlowy układ scalony wykorzystujący technologię bramki krzemowej: Fairchild 3708 - 8 bitowy, analogowy multiplekser z logiką dekodującą. Pierwsze układy 3708 zostały wyprodukowane w lipcu 1968 roku i zademonstrowały istotnie zwiększoną wydajność w porównaniu ze swoimi odpowiednikami o bramce metalowej (z oznaczeniem 3705), a stały się dostępne w handlu w listopadzie 1968.

W roku 1968 prawie wszystkie sprzedawane układy scalone wykorzystywały tranzystory bipolarne, które były około 100 razy szybsze od tranzystorów MOS, lecz pobierały dużo więcej energii, wymagały więcej miejsca na płytce krzemowej i wymagały bardziej skomplikowanego i kosztowniejszego procesu wykonywania. Przez większość praktyków w owych czasach technologia MOS była uważana za obiecującą lecz jeszcze nie odpowiednią z małą szansą wyparcia technologii bipolarnej. Jednakże z pojawieniem się technologii bramki krzemowej technologia MOS w mniej niż 10 lat zastąpiła technologię bipolarną w konstrukcji złożonych układów scalonych.

W czasie pracy w firmie Intel Faggin popierał wykorzystywanie procesu produkcyjnego o nazwie "depletion load", a w  1974 nadzorował prace Richarda Pashley'a, nowo zatrudnionego w firmie Intel, nad projektem pierwszej 1024 bitowej, statycznej pamięci RAM o czasie dostępu poniżej 100 nanosekund, co przeniosło wydajność układów pamięciowym MOS w pobliże szybkości bipolarnych pamięci RAM. Był to początek końca technologii bipolarnej, która przeniosła się od tego czasu tylko na rynek szybkich, statycznych pamięci RAM. W ciągu kilku następnych lat większość sprzedawanych układów scalonych wykonana była przy użyciu technologii bramki krzemowej.

 

Zgrzebne złącze

 

Faggin wynalazł zagrzebany kontakt w roku 1968 pracując w firmie Fairchild, a w tym samym roku skonstruował kilka urządzeń elektronicznych wykorzystujących tę technologię. Zagrzebany kontakt jest metodą tworzenia bezpośredniego kontaktu pomiędzy materiałem bramki z polikrzemu a złączami w układach scalonych o bramce krzemowej. Dzięki tej metodzie - wymagającej dodatkowej warstwy maskującej - możliwe jest wykorzystanie polikrzemu jako dodatkowej warstwy połączeń, co w znacznym stopniu poprawia gęstość upakowania obwodu, szczególnie w obwodach o logice nieregularnej.

 

Obciążenie typu Bootstrap

W firmie Fairchild Faggin również zbudował układy z systemem obciążenia typu bootstrap w 1970 wykorzystując technologię bramki krzemowej. Obciążenie bootstrap było techniką pozwalającą budować bramki logiczne o napięciu wyjściowym równym pełnemu napięciu zasilania. Urządzenia z obciążeniem bootstrap wymagały wytworzenia w strukturze układu scalonego dobrej jakości kondensatorów. W firmach Fairchild i Intel uważano to zadanie za niemożliwe do osiągnięcia w procesie bramki krzemowej bez użycia dodatkowej warstwy maskującej. Faggin pokazał jak wytwarzać układy z obciążeniem bootstrap bez dodatkowej warstwy maskującej.

Zagrzebane złącze wraz z systemem obciążenia bootstrap stanowiły nieodłączny warunek osiągnięcia wymaganej szybkości w obrębie dostępnego limitu mocy zasilania. Jedyną drugorzędną metodą o właściwym iloczynie mocy i szybkości, dostępną w owym czasie, był bardziej uciążliwy projekt czterofazowy stosowany przez firmę Four-Phase System, Inc oraz przez Rockwell, która później zastosowała go w swoim mikroprocesorze, PPS-4, ukończonym w dziewięć miesięcy po układzie Intel 4004.

Bez tych żywotnych części technologicznej układanki, nieznanych ani Hoffowi ani Mazorowi, architektura zaprojektowana przez Hoffa nie mogłaby zostać zrealizowana w układzie scalonym w roku 1970. Zobacz również na patent Gilberta Hyatta.

Logika nieregularna

W firmie Fairchild Faggin również zbudował układy z systemem obciążenia typu bootstrap w 1970 wykorzystując technologię bramki krzemowej. Obciążenie bootstrap było techniką pozwalającą budować bramki logiczne o napięciu wyjściowym równym pełnemu napięciu zasilania. Urządzenia z obciążeniem bootstrap wymagały wytworzenia w strukturze układu scalonego dobrej jakości kondensatorów. W firmach Fairchild i Intel uważano to zadanie za niemożliwe do osiągnięcia w procesie bramki krzemowej bez użycia dodatkowej warstwy maskującej. Faggin pokazał jak wytwarzać układy z obciążeniem bootstrap bez dodatkowej warstwy maskującej.

Zagrzebane złącze wraz z systemem obciążenia bootstrap stanowiły nieodłączny warunek osiągnięcia wymaganej szybkości w obrębie dostępnego limitu mocy zasilania. Jedyną drugorzędną metodą o właściwym iloczynie mocy i szybkości, dostępną w owym czasie, był bardziej uciążliwy projekt czterofazowy stosowany przez firmę Four-Phase System, Inc oraz przez Rockwell, która później zastosowała go w swoim mikroprocesorze, PPS-4, ukończonym w dziewięć miesięcy po układzie Intel 4004.

Bez tych żywotnych części technologicznej układanki, nieznanych ani Hoffowi ani Mazorowi, architektura zaprojektowana przez Hoffa nie mogłaby zostać zrealizowana w układzie scalonym w roku 1970. Zobacz również na patent Gilberta Hyatta.

 

Dokument ten rozpowszechniany jest zgodnie z zasadami licencji
GNU Free Documentation License.

Podobne artykuły


13
komentarze: 4 | wyświetlenia: 19942
11
komentarze: 3 | wyświetlenia: 56812
10
komentarze: 1 | wyświetlenia: 18468
10
komentarze: 0 | wyświetlenia: 7550
9
komentarze: 4 | wyświetlenia: 26632
9
komentarze: 1 | wyświetlenia: 13136
111
komentarze: 32 | wyświetlenia: 60713
49
komentarze: 18 | wyświetlenia: 64970
39
komentarze: 50 | wyświetlenia: 23271
36
komentarze: 37 | wyświetlenia: 23493
32
komentarze: 12 | wyświetlenia: 26672
26
komentarze: 11 | wyświetlenia: 19658
 
Autor
Artykuł




Brak wiadomości


Dodaj swoją opinię
W trosce o jakość komentarzy wymagamy od użytkowników, aby zalogowali się przed dodaniem komentarza. Jeżeli nie posiadasz jeszcze swojego konta, zarejestruj się. To tylko chwila, a uzyskasz dostęp do dodatkowych możliwości!
 

© 2005-2018 grupa EIOBA. Wrocław, Polska