IC là một loại linh kiện không thể thiếu trong bất cứ mạch điện tử nào, vậy IC là gì? Cấu tạo và chức năng là gì? Phân loại thế nào? Hãy cùng tìm hiểu trong bài viết này nhé!
IC là gì?
IC tiếng anh là integrated circuit hay còn gọi là chip hay vi mạch điện tử, vi mạch tích hợp,..là một tập hợp của nhiều các linh kiện bán dẫn và linh kiện thụ động (như transistor và điện trở). Chúng được kết nối với nhau để thực hiện một số chức năng xác định, nó được thiết kế, tạo ra để đảm nhiệm một chức năng như một linh kiện kết hợp.
Công dụng, chức năng của IC là gì?
IC hay mạch tích hợp có vai trò rất quan trọng trong đời sống, nó ứng dụng vào hầu hết các thiết bị công nghệ, các thiết bị công nghiệp như máy cắt dây CNC, máy phay máy tiện. Mạch tích hợp (IC) giúp làm giảm kích thước của mạch đi rất nhiều (cỡ vài micromet), hơn nữa chúng còn làm độ chính xác tăng lên. IC cũng là phần tử quan trọng nhất trong mạch logic, điều khiển. IC có 2 loại chính là có thể lập trình linh hoạt hoặc định sẵn chức năng (không lập trình được), mỗi loại có chức năng nhiệm vụ riêng và đều được ghi lên bảng thông tin (datasheet) của nhà sản xuất cung cấp.
Các loại IC phổ biến
Để phân loại IC chúng ta có rất nhiều cách như: theo chức năng, tín hiệu, công nghệ,..
Phân loại theo xử lý tín hiệu
- IC digital xử lý hoặc lưu trữ các tín hiệu digital.
- IC analog hay IC tuyến tính xử lý tín hiệu analog.
- IC hỗn hợp, có cả analog và digital.
Phân loại theo công nghệ chế tạo
- Monolithic: Các phần tử đặt rteen miếng nền vật liệu bán dẫn đơn tinh thể.
- Mạch màng mỏng: phần tử tạo bằng lắng động trên thủy tinh. Thường thấy ở các mạng điện trở. Được chế tạo bằng cách cân bằng điện tử. Các thiết bị này được sản xuất với chi tiết và độ chính xác rất cao đồng thời được bảo vệ và phủ nhúng tốt. Ứng dụng trong sản xuất màn hình phẳng.
- Lai mạch dày kết hợp với Chip
Phân loại theo mức độ tích hợp
IC là thuật ngữ chung. Sau đó được chia ra thành SSI và MSI, LSI, VLSI(CPU, GPU, ROM, RAM, PLA…), UL
Phân loại theo công dụng của mạch
- CPU, khá quen thuộc với các bạn yêu máy tính, được xem là bộ vi xử lý của máy tính ngày nay.
- Memory, bộ nhớ lưu trữ.
- Công nghệ RFID để giám sát sử dụng cho khóa cửa điện tử chống trộm cao cấp hiện nay
- ASIC với công dụng điều khiên các lò nướng bánh, các thiết bị xe hơi, máy giặt…
- ASSP là sản phẩm tiêu chuẩn cho ứng dụng cụ thể.
- IC cảm biến quá trình như gia tốc, ánh sáng, từ trường, chất độc,…
- DSP (Digital signal processing
- ADC và DAC, chuyển đổi analog ←→ digital
- FPGA (Field-programmable gate array) được cấu hình bởi các IC digital của khách hàng.
- Vi điều khiển (microcontroller) chứa tất cả các bộ phận của một máy tính nhỏ.
- IC công suất có thể xử lý các dòng hay điện áp lớn.
- System-on-a-chip (SoC) là hệ thống trong một chip.
Lịch sử phát triển của ic
Lịch sử phát triển của mạch tích hợp bắt đầu từ năm 1949, khi kỹ sư người Đức Werner Jacobi (Siemens AG) nộp bằng sáng chế cho một thiết bị khuếch đại bán dẫn giống như mạch tích hợp, có 5 transistor trên một bề mặt chung cho bộ khuếch đại 3 tầng, làm dụng cụ trợ thính.
Ngày 12 tháng 9 năm 1958, người Mỹ Jack Kilby ở Texas Instruments trình bày vi mạch đầu tiên. Kilby sau đó giành được giải thưởng Nobel Vật lý năm 2000.
Nửa năm sau sự kiện Kilby, Robert Noyce ở Fairchild Semiconductor phát triển ý tưởng của riêng mình về một mạch tích hợp giải quyết được nhiều vấn đề thực tế mà Kilby đã không làm được. Thiết kế Noyce được làm bằng silicon, trong khi chip Kilby làm bằng germanium. Noyce thông tin cho Kurt Lehovec ở Sprague Electric về các nguyên tắc của tiếp giáp p-n cô lập gây ra bởi tác động của một tiếp giáp p-n có thiên áp (diode), là một khái niệm quan trọng về IC.
Fairchild Semiconductor cũng là quê hương của công nghệ vi mạch silicon-gate đầu tiên với cổng tự liên kết (self-aligned gate), cơ sở của tất cả các chip CMOS của máy tính hiện đại. Công nghệ này được phát triển bởi nhà vật lý người Ý Federico Faggin vào năm 1968, người sau đó đã gia nhập Intel và phát triển các đơn chip Central Processing Unit (CPU) (Intel 4004) đầu tiên, và ông nhận Huy chương Quốc gia về Công nghệ và Đổi mới năm 2010.
Tìm hiểu về linh kiện bán dẫn
Các linh kiện bán dẫn hay phần tử bán dẫn là các linh kiện điện tử khai thác tính chất điện tử của vật liệu bán dẫn, như silic, germani, và arsenua galli, cũng như chất bán dẫn hữu cơ.
Linh kiện bán dẫn sử dụng dẫn truyền điện tử ở trạng thái rắn (solid state), trái ngược với các trạng thái truyền điện tử phát xạ nhiệt hay khí trong chân không cao như ở các đèn điện tử chân không. Vì thế linh kiện bán dẫn đã thay thế các linh kiện ion nhiệt trong hầu hết các ứng dụng.
Các linh kiện bán dẫn được sản xuất ở cả hai dạng là linh kiện rời và mạch tích hợp (IC). Trong IC có từ vài (thấp nhất là hai) đến hàng tỷ linh kiện, được gia công và kết nối với nhau trên một nền bán dẫn duy nhất là tấm wafer.
Vật liệu bán dẫn
Silic (Si) là vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong các linh kiện bán dẫn. Chi phí nguyên liệu thấp, chế biến tương đối đơn giản, phạm vi nhiệt độ làm việc rộng, khả năng chế tạo thành tấm nền có đường kính đủ lớn cỡ 300 mm (12 in), làm cho nó là tốt nhất trong số các vật liệu cạnh tranh khác.
Germani (Ge) là loại vật liệu bán dẫn sử dụng đầu tiên, nhưng sự nhạy nhiệt làm cho nó thua kém silic. Hiện nay, germani được tạo hợp kim với silic để sử dụng trong các linh kiện SiGe tốc độ rất cao. IBM là một nhà sản xuất chính các linh kiện như vậy.
Arsenua galli (GaAs) cũng được sử dụng rộng rãi trong các linh kiện tốc độ cao, nhưng khó chế tạo được tấm nền lớn. Việc sản xuất hàng loạt các linh kiện GaAs đắt hơn silic đáng kể.
Vật liệu ít phổ biến khác cũng được sử dụng hoặc đang được nghiên cứu.
Carbide silic (SiC) đã tìm thấy một số ứng dụng làm nguyên liệu cho điốt phát sáng xanh lam (LED). Nó đang được nghiên cứu để sử dụng trong các linh kiện bán dẫn có thể chịu được nhiệt độ hoạt động rất cao và môi trường có bức xạ ion hóa lớn. Hiện tại điốt IMPATT là loại được chế tạo từ SiC.
Hợp chất indi khác nhau (arsenua, antimonua, phosphua indi) cũng đang được sử dụng trong các LED và điốt laser.
Sulfide Seleni đang được nghiên cứu sản xuất các tế bào năng lượng mặt trời.
Các chất bán dẫn hữu cơ được sử dụng cho điốt phát sáng hữu cơ.
Linh kiện điện tử là gì?
Các linh kiện điện tử là các phần tử rời rạc cơ bản có những tính năng xác định được dùng cho ghép nối thành mạch điện hay thiết bị điện tử.
Phân loại linh kiện điện tử có thể có nhiều tiêu chí khác nhau. Song với ý nghĩa phục vụ cho phân tích mạch và khả năng mô hình hoá thành mạch tương đương để tính toán được các tham số mà mạch điện thiết kế ra có thể đạt được, thì sự phân loại theo tác động tới tín hiệu điện được quan niệm là hợp lý nhất. Trong phân loại này thì bỏ qua tác động đến dòng nguồn nuôi DC nếu không có sự cần thiết phải ghi chú, như công suất lớn, toả nhiệt, gây nhiễu,…
- Linh kiện tích cực là loại tác động phi tuyến lên nguồn nuôi AC/DC để cho ra nguồn tín hiệu mới, trong mạch tương đương thì biểu diễn bằng một máy phát tín hiệu, như diode, transistor,…
- Linh kiện thụ động không cấp nguồn vào mạch, nói chung có quan hệ tuyến tính với điện áp, dòng, tần số, như điện trở, tụ điện, cuộn cảm, biến áp,…
- Linh kiện điện cơ tác động điện liên kết với cơ học, như thạch anh, relay, công tắc,…
Vì rằng không có vật liệu nào có tính năng vật lý lý tưởng và không có sự tuyến tính lý tưởng, nên những linh kiện như “điện trở điện áp” nằm vào giữa các phân loại hàn lâm.
Chất bán dẫn là gì?
Chất bán dẫn (tiếng Anh: Semiconductor) là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng. Gọi là “bán dẫn” (chữ “bán” theo nghĩa Hán Việt có nghĩa là một nửa), vì chất này có thể dẫn điện ở một điều kiện nào đó, hoặc ở một điều kiện khác sẽ không dẫn điện. Tính bán dẫn có thể thay đổi khi có tạp chất, những tạp chất khác nhau có thể tạo tính bán dẫn khác nhau. Trường hợp hai chất bán dẫn khác nhau được gắn với nhau, nó tạo ra một lớp tiếp xúc. Các tính chất của các hạt mang điện như electron, các ion và lỗ trống điện tử trong lớp tiếp xúc này là cơ sở để tạo nên diode, bóng bán dẫn và các thiết bị điện tử hiện đại ngày nay.
Các thiết bị bán dẫn mang lại một loạt các tính chất hữu ích như có thể điều chỉnh chiều và đường đi của dòng điện theo một hướng khác, thay đổi điện trở nhờ ánh sáng hoặc nhiệt. Vì các thiết bị bán dẫn có thể thay đổi tính chất thông qua tạp chất hay ánh sáng hoặc nhiệt, nên chúng thường được dùng để mở rộng, đóng ngắn mạch điện hay chuyển đổi năng lượng.
Quan điểm hiện đại người ta dùng vật lý lượng tử để giải thích các tính chất bán dẫn thông qua sự chuyển động của các hạt mang điện tích trong cấu trúc tinh thể. Tạp chất làm thay đổi đáng kể tính chất này của chất bán dẫn. Nếu người ta pha tạp chất và tạo ra nhiều lỗ trống hơn trong chất bán dẫn người ta gọi là chất bán dẫn loại p, ngược lại nếu tạo ra nhiều electron chuyển động tự do hơn trong chất bán dẫn người ta gọi là chất bán dẫn loại n. Việc pha tỷ lệ chính xác các tạp chất đồng thời kết hợp các loại chất bán dẫn p-n với nhau ta có thể tạo ra các linh kiện điện tử với tỷ lệ hoạt động chính xác cực cao.
Nguyên tố silicon, germani và các hợp chất của gallium được sử dụng rộng rãi nhất làm chất bán dẫn trong các linh kiện điện tử.
Ứng dụng thực tế đầu tiên của chất bán dẫn là vào năm 1904 với máy Cat’s-whisker detector (tạm dịch là “máy dò râu mèo”) với một diode bán dẫn tinh khiết. Sau đó nhờ việc phát triển của thuyết vật lý lượng tử người ta đã tạo ra bóng bán dẫn năm 1947 và mạch tích hợp đầu tiên năm 1958.
Video về IC
Kết luận
Hy vọng bài viết đã giúp các bạn biết được IC là gì? Cấu tạo và chức năng là gì? Phân loại thế nào? Cảm ơn bạn đã theo dõi!
Đăng bởi: THPT Ngô Thì Nhậm
Chuyên mục: Tổng hợp
