एकीकृत परिपथ: Difference between revisions

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{{See|MOSFET applications#MOS integrated circuit}}
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{{See also|List of semiconductor scale examples|Mixed-signal integrated circuit|Moore's law|Three-dimensional integrated circuit|Transistor count|Very Large Scale Integration}}
{{See also|List of semiconductor scale examples|Mixed-signal integrated circuit|Moore's law|Three-dimensional integrated circuit|Transistor count|Very Large Scale Integration}}
लगभग सभी आधुनिक IC चिप्स मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर (MOS) इंटीग्रेटेड परिपथ हैं, जो MOSFETs (मेटल-ऑक्साइड-सिलिकॉन फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) से निर्मित होते हैं।<ref name="Kuo">{{cite journal |last1=Kuo |first1=Yue |title=Thin Film Transistor Technology—Past, Present, and Future |journal=The Electrochemical Society Interface |date=1 January 2013 |volume=22 |issue=1 |pages=55–61 |doi=10.1149/2.F06131if |bibcode=2013ECSIn..22a..55K |url=https://www.electrochem.org/dl/interface/spr/spr13/spr13_p055_061.pdf }}</ref> MOSFET (जिसे MOS ट्रांजिस्टर के रूप में भी जाना जाता है), जिसका आविष्कार मोहम्मद एम। अटाला और डॉन कहंग ने 1959 में बेल लैब्स में किया था।<ref>{{cite web |title=1960: Metal Oxide Semiconductor (MOS) Transistor Demonstrated |url=https://www.computerhistory.org/siliconengine/metal-oxide-semiconductor-mos-transistor-demonstrated/ |website=[[Computer History Museum]]}}</ref> बहुत बड़े पैमाने पर एकीकरण | उच्च-घनत्व एकीकृत परिपथों का निर्माण करना संभव बना दिया।<ref name="computerhistory-transistor">{{cite web |title=Who Invented the Transistor? |author=Laws, David |url=https://www.computerhistory.org/atchm/who-invented-the-transistor/ |website=[[Computer History Museum]] |date=4 December 2013 }}</ref> द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के विपरीत, जिसमें एक चिप पर ट्रांजिस्टर के पी-एन जंक्शन अलगाव के लिए कई चरणों की आवश्यकता होती है, एमओएसएफईटी को ऐसे चरणों की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन आसानी से एक दूसरे से अलग किया जा सकता है।<ref name="Bassett53">{{cite book |last1=Bassett |first1=Ross Knox |title=To the Digital Age: Research Labs, Start-up Companies, and the Rise of MOS Technology |date=2002 |publisher=[[Johns Hopkins University Press]] |isbn=978-0-8018-6809-2 |pages=53–4 |url=https://books.google.com/books?id=Qge1DUt7qDUC&pg=PA53}}</ref> 1961 में डॉन कहंग ने एकीकृत परिपथ के लिए इसके लाभ की ओर इशारा किया था।<ref name="Bassett22">{{cite book |last1=Bassett |first1=Ross Knox |title=To the Digital Age: Research Labs, Start-up Companies, and the Rise of MOS Technology |date=2007 |publisher=[[Johns Hopkins University Press]] |isbn=9780801886393 |pages=22–25 |url=https://books.google.com/books?id=UUbB3d2UnaAC&pg=PA22}}</ref> IEEE मील के पत्थर की सूची में 1958 में Kilby द्वारा पहला एकीकृत परिपथ शामिल है,<ref>{{cite web |url=http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Milestones:First_Semiconductor_Integrated_Circuit_%28IC%29,_1958 |title=Milestones:First Semiconductor Integrated Circuit (IC), 1958 |work=IEEE Global History Network |publisher=IEEE |access-date=3 August 2011}}</ref> 1959 में होर्नी की प्लानर प्रक्रिया और नॉयस का प्लानर आईसी, और 1959 में अटाला और कहंग द्वारा एमओएसएफईटी।<ref>{{Cite web|url=https://ethw.org/Milestones:List_of_IEEE_Milestones|title=Milestones:List of IEEE Milestones – Engineering and Technology History Wiki|website=ethw.org|date=9 December 2020 }}</ref>
लगभग सभी आधुनिक आईसी (IC) चिप, मॉस्फेट (धातु-ऑक्साइड-सिलिकॉन फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) से निर्मित धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक (MOS) एकीकृत परिपथ होते हैं।<ref name="Kuo">{{cite journal |last1=Kuo |first1=Yue |title=Thin Film Transistor Technology—Past, Present, and Future |journal=The Electrochemical Society Interface |date=1 January 2013 |volume=22 |issue=1 |pages=55–61 |doi=10.1149/2.F06131if |bibcode=2013ECSIn..22a..55K |url=https://www.electrochem.org/dl/interface/spr/spr13/spr13_p055_061.pdf }}</ref> मोहम्मद एम. अटाला और डॉन कहंग द्वारा वर्ष 1959 में बेल प्रयोगशाला में अविष्कृत मॉस (MOS) ट्रांजिस्टर के रूप में जाने जाने वाले मॉस्फेट (MOSFET)<ref>{{cite web |title=1960: Metal Oxide Semiconductor (MOS) Transistor Demonstrated |url=https://www.computerhistory.org/siliconengine/metal-oxide-semiconductor-mos-transistor-demonstrated/ |website=[[Computer History Museum]]}}</ref> ने उच्च-घनत्व एकीकृत परिपथों के निर्माण को संभव बना दिया।<ref name="computerhistory-transistor">{{cite web |title=Who Invented the Transistor? |author=Laws, David |url=https://www.computerhistory.org/atchm/who-invented-the-transistor/ |website=[[Computer History Museum]] |date=4 December 2013 }}</ref> एक चिप पर ट्रांजिस्टर के पी-एन संधि (p-n junction) अलगाव के लिए कई चरणों की आवश्यकता वाले द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के विपरीत, मॉस्फेट (MOSFET) को ऐसे चरणों की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन इन्हें आसानी से एक दूसरे से अलग किया जा सकता है।<ref name="Bassett53">{{cite book |last1=Bassett |first1=Ross Knox |title=To the Digital Age: Research Labs, Start-up Companies, and the Rise of MOS Technology |date=2002 |publisher=[[Johns Hopkins University Press]] |isbn=978-0-8018-6809-2 |pages=53–4 |url=https://books.google.com/books?id=Qge1DUt7qDUC&pg=PA53}}</ref> डॉन कहंग ने वर्ष 1961 में एकीकृत परिपथों के लिए इसके लाभ पर प्रकश डाला था।<ref name="Bassett22">{{cite book |last1=Bassett |first1=Ross Knox |title=To the Digital Age: Research Labs, Start-up Companies, and the Rise of MOS Technology |date=2007 |publisher=[[Johns Hopkins University Press]] |isbn=9780801886393 |pages=22–25 |url=https://books.google.com/books?id=UUbB3d2UnaAC&pg=PA22}}</ref> आईईईई (IEEE) के मील के पत्थर की सूची में वर्ष 1958 में किल्बी (Kilby) द्वारा पहला एकीकृत परिपथ,<ref>{{cite web |url=http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Milestones:First_Semiconductor_Integrated_Circuit_%28IC%29,_1958 |title=Milestones:First Semiconductor Integrated Circuit (IC), 1958 |work=IEEE Global History Network |publisher=IEEE |access-date=3 August 2011}}</ref> वर्ष 1959 में होर्नी की प्लानर प्रक्रिया और नॉयस का प्लानर आईसी (IC), और 1959 में अटाला और कहंग द्वारा मॉस्फेट (MOSFET) सम्मिलित हैं।<ref>{{Cite web|url=https://ethw.org/Milestones:List_of_IEEE_Milestones|title=Milestones:List of IEEE Milestones – Engineering and Technology History Wiki|website=ethw.org|date=9 December 2020 }}</ref>
सबसे पहले प्रायोगिक MOS IC का निर्माण किया जाने वाला 16-ट्रांजिस्टर चिप था जिसे 1962 में RCA में फ्रेड हेमैन और स्टीवन हॉफस्टीन द्वारा बनाया गया था।<ref name="computerhistory-digital">{{cite web |title=Tortoise of Transistors Wins the Race – CHM Revolution |url=https://www.computerhistory.org/revolution/digital-logic/12/279 |website=[[Computer History Museum]] |access-date=22 July 2019}}</ref> जनरल माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक ने बाद में 1964 में पहला वाणिज्यिक MOS एकीकृत परिपथ पेश किया,<ref name="computerhistory1964">{{cite web|url=http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1964-Commecial.html|title=1964 – First Commercial MOS IC Introduced|website=[[Computer History Museum]]}}</ref> रॉबर्ट नॉर्मन द्वारा विकसित एक 120-ट्रांजिस्टर शिफ्ट रजिस्टर।<ref name="computerhistory-digital"/>1964 तक, एमओएस चिप्स द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर चिप्स की तुलना में उच्च ट्रांजिस्टर घनत्व और कम विनिर्माण लागत तक पहुंच गए थे। मूर के नियम द्वारा अनुमानित दर से एमओएस चिप्स जटिलता में और बढ़ गए, जिससे 1960 के दशक के अंत तक एक एकल एमओएस चिप पर सैकड़ों ट्रांजिस्टर के साथ बड़े पैमाने पर एकीकरण (एलएसआई) हो गया।<ref name="ieee">{{cite journal |last1=Shirriff |first1=Ken |title=The Surprising Story of the First Microprocessors |journal=[[IEEE Spectrum]] |volume=53 |issue=9 |pages=48–54 |date=30 August 2016 |publisher=[[Institute of Electrical and Electronics Engineers]] |url=https://spectrum.ieee.org/tech-history/silicon-revolution/the-surprising-story-of-the-first-microprocessors|doi=10.1109/MSPEC.2016.7551353 |s2cid=32003640 }}</ref>
1967 में बेल लैब्स में रॉबर्ट केर्विन, डोनाल्ड एल. क्लेन और जॉन सरेस द्वारा स्व-संरेखित गेट (सिलिकॉन-गेट) MOSFET के विकास के बाद,<ref>{{cite web |title=1968: Silicon Gate Technology Developed for ICs |url=https://www.computerhistory.org/siliconengine/silicon-gate-technology-developed-for-ics/ |website=[[Computer History Museum]] |access-date=22 July 2019}}</ref> स्व-संरेखित गेटों के साथ पहली सिलिकॉन-गेट एमओएस आईसी तकनीक, सभी आधुनिक सीएमओएस एकीकृत परिपथों का आधार, 1968 में फेडेरिको फागिन द्वारा फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर में विकसित किया गया था।<ref>{{cite web |title=1968: Silicon Gate Technology Developed for ICs |url=https://www.computerhistory.org/siliconengine/silicon-gate-technology-developed-for-ics/ |website=The Silicon Engine |publisher=[[Computer History Museum]] |access-date=13 October 2019}}</ref> कंप्यूटिंग के लिए एमओएस एलएसआई चिप्स का आवेदन पहले माइक्रोप्रोसेसरों का आधार था, क्योंकि इंजीनियरों ने यह पहचानना शुरू कर दिया था कि एक एकल एमओएस एलएसआई चिप पर एक पूर्ण कंप्यूटर प्रोसेसर शामिल हो सकता है। इसके कारण 1970 के दशक की शुरुआत में माइक्रोप्रोसेसर और माइक्रोकंट्रोलर का आविष्कार हुआ।<ref name="ieee"/>1970 के दशक की शुरुआत में, MOS इंटीग्रेटेड परिपथ टेक्नोलॉजी ने एक चिप पर 10,000 से अधिक ट्रांजिस्टर के बहुत बड़े पैमाने पर एकीकरण (VLSI) को सक्षम किया।<ref>{{cite journal |last1=Hittinger |first1=William C. |title=Metal–Oxide–Semiconductor Technology |journal=Scientific American |date=1973 |volume=229 |issue=2 |pages=48–59 |jstor=24923169 |doi=10.1038/scientificamerican0873-48 |bibcode=1973SciAm.229b..48H }}</ref>
सबसे पहले, एमओएस-आधारित कंप्यूटर केवल तभी समझ में आते थे जब उच्च घनत्व की आवश्यकता होती थी, जैसे एयरोस्पेस और पॉकेट कैलकुलेटर। पूरी तरह से टीटीएल से निर्मित कंप्यूटर, जैसे कि 1970 डेटापॉइंट 2200, 1972 के इंटेल 8008 जैसे सिंगल-चिप एमओएस माइक्रोप्रोसेसरों की तुलना में 1980 के दशक की शुरुआत तक बहुत तेज और अधिक शक्तिशाली थे।<ref name="tmx_shirriff">केन शिरिफ। [https://www.righto.com/2015/05/the-texas-instruments-tmx-1795-first.html टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स टीएमएक्स 1795: (लगभग) पहले, भूल गए माइक्रोप्रोसेसर]। 2015.</ref>


आईसी प्रौद्योगिकी में प्रगति, मुख्य रूप से सेमीकंडक्टर डिवाइस फैब्रिकेशन और बड़े चिप्स, ने एक एकीकृत परिपथ में एमओएस ट्रांजिस्टर की ट्रांजिस्टर गिनती को हर दो साल में दोगुना करने की अनुमति दी है, एक प्रवृत्ति जिसे मूर के नियम के रूप में जाना जाता है। मूर ने मूल रूप से कहा था कि यह हर साल दोगुना हो जाएगा, लेकिन उन्होंने 1975 में हर दो साल में दावे को बदल दिया।
फ्रेड हेमैन और स्टीवन हॉफस्टीन द्वारा वर्ष 1962 में आरसीए (RCA) में निर्मित 16-ट्रांजिस्टर चिप सबसे पहला प्रायोगिक मॉस (MOS) एकीकृत परिपथ था।<ref name="computerhistory-digital">{{cite web |title=Tortoise of Transistors Wins the Race – CHM Revolution |url=https://www.computerhistory.org/revolution/digital-logic/12/279 |website=[[Computer History Museum]] |access-date=22 July 2019}}</ref> जनरल माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक ने बाद में वर्ष 1964 में रॉबर्ट नॉर्मन द्वारा विकसित पहला व्यावसायिक मॉस (MOS) एकीकृत परिपथ,<ref name="computerhistory1964">{{cite web|url=http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1964-Commecial.html|title=1964 – First Commercial MOS IC Introduced|website=[[Computer History Museum]]}}</ref> 120-ट्रांजिस्टर शिफ्ट रजिस्टर<ref name="computerhistory-digital" /> प्रस्तुत किया। मॉस (MOS) चिप वर्ष 1964 तक द्विध्रुवीय चिपों की तुलना में उच्च ट्रांजिस्टर घनत्व और कम विनिर्माण लागत तक पहुंच गए थे। मॉस (MOS) चिप मूर के नियम द्वारा अनुमानित दर से और अधिक जटिल हो गए, जिससे 1960 के दशक के अंत तक एक एकल मॉस (MOS) चिप पर सैकड़ों ट्रांजिस्टर के साथ बड़े पैमाने पर एकीकरण (LSI) हो गया।<ref name="ieee">{{cite journal |last1=Shirriff |first1=Ken |title=The Surprising Story of the First Microprocessors |journal=[[IEEE Spectrum]] |volume=53 |issue=9 |pages=48–54 |date=30 August 2016 |publisher=[[Institute of Electrical and Electronics Engineers]] |url=https://spectrum.ieee.org/tech-history/silicon-revolution/the-surprising-story-of-the-first-microprocessors|doi=10.1109/MSPEC.2016.7551353 |s2cid=32003640 }}</ref>
रेफरी>{{Cite web|url=https://www.cnet.com/news/moores-law-to-roll-on-for-another-decade/|title=Moore's Law to roll on for another decade|last=Kanellos|first=Michael|website=CNET|date=February 11, 2003}}</ref> इस बढ़ी हुई क्षमता का उपयोग लागत घटाने और कार्यक्षमता बढ़ाने के लिए किया गया है। सामान्य तौर पर, जैसे-जैसे सुविधा का आकार सिकुड़ता जाता है, IC के संचालन के लगभग हर पहलू में सुधार होता है। डेनार्ड स्केलिंग (MOSFET स्केलिंग) द्वारा परिभाषित संबंधों के माध्यम से, प्रति ट्रांजिस्टर की लागत और प्रति ट्रांजिस्टर कम-शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक्स कम हो जाते हैं, जबकि कंप्यूटर मेमोरी और क्लॉक रेट बढ़ जाते हैं। रेफरी>{{cite news |author=Davari, Bijan, Robert H. Dennard, and Ghavam G. Shahidi |title=CMOS scaling for high performance and low power-the next ten years |journal=Proceedings of the IEEE |volume=83 |issue=4 |year=1995 |pages=595–606 |url=http://www.cisl.columbia.edu/courses/spring-2002/ee6930/papers/high_perform_scaling.pdf}}</ref> क्योंकि गति, क्षमता और बिजली की खपत का लाभ अंतिम उपयोगकर्ता के लिए स्पष्ट है, निर्माताओं के बीच महीन ज्यामिति का उपयोग करने के लिए भयंकर प्रतिस्पर्धा है। इन वर्षों में, ट्रांजिस्टर का आकार 1970 के दशक की शुरुआत में दसियों माइक्रोन से घटकर 2017 में 10 नैनोमीटर हो गया है रेफरी>{{Cite web|url=https://news.samsung.com/global/qualcomm-and-samsung-collaborate-on-10nm-process-technology-for-the-latest-snapdragon-835-mobile-processor|title=Qualcomm and Samsung Collaborate on 10nm Process Technology for the Latest Snapdragon 835 Mobile Processor|website=news.samsung.com|access-date=2017-02-11}}</ref> प्रति यूनिट क्षेत्र में ट्रांजिस्टरों में एक लाख गुना वृद्धि के साथ। 2016 तक, विशिष्ट चिप क्षेत्र कुछ वर्ग मिलीमीटर से लेकर लगभग 600 मिमी . तक होते हैं<sup>2</sup>, प्रति मिमी . 25 मिलियन तक ट्रांजिस्टर के साथ<sup>2</सुप>.<ref name=Pascal>{{cite web |url=https://devblogs.nvidia.com/parallelforall/inside-pascal/ |title=Inside Pascal: NVIDIA's Newest Computing Platform|date=2016-04-05}}.  15,300,000,000 transistors in 610 mm<sup>2</sup>.</ref>
 
फीचर साइज में अपेक्षित सिकुड़न और संबंधित क्षेत्रों में आवश्यक प्रगति का अनुमान इंटरनेशनल टेक्नोलॉजी रोडमैप फॉर सेमीकंडक्टर्स (ITRS) द्वारा कई वर्षों से लगाया गया था। अंतिम आईटीआरएस 2016 में जारी किया गया था, और इसे उपकरणों और प्रणालियों के लिए अंतर्राष्ट्रीय रोडमैप द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है।<ref>{{cite web |title=International Roadmap for Devices and Systems |publisher=IEEE |year=2016 |url=http://rebootingcomputing.ieee.org/images/files/pdf/rc_irds.pdf}}</ref>
बेल प्रयोगशाला में रॉबर्ट केर्विन, डोनाल्ड क्लेन और जॉन सरेस द्वारा वर्ष 1967 में स्व-संरेखित गेट (सिलिकॉन-गेट) मॉस्फेट (MOSFET) के विकास के बाद,<ref>{{cite web |title=1968: Silicon Gate Technology Developed for ICs |url=https://www.computerhistory.org/siliconengine/silicon-gate-technology-developed-for-ics/ |website=[[Computer History Museum]] |access-date=22 July 2019}}</ref> सभी आधुनिक सीमॉस (CMOS) एकीकृत परिपथों का आधार पहला स्व-संरेखित गेटों के साथ सिलिकॉन-गेट मॉस (MOS) एकीकृत परिपथ, वर्ष 1968 में फेडेरिको फागिन द्वारा फेयरचाइल्ड अर्धचालक में विकसित किया गया था।<ref>{{cite web |title=1968: Silicon Gate Technology Developed for ICs |url=https://www.computerhistory.org/siliconengine/silicon-gate-technology-developed-for-ics/ |website=The Silicon Engine |publisher=[[Computer History Museum]] |access-date=13 October 2019}}</ref> गणना (computing) के लिए सीमॉस एलएसआई चिपों (MOS LSI chips) का अनुप्रयोग पहले माइक्रोप्रोसेसरों का आधार था, क्योंकि अभियंताओं ने यह पहचानना शुरू कर दिया था कि एक एकल मॉस एलएसआई चिप (MOS LSI chip) पर एक पूर्ण कंप्यूटर प्रोसेसर सम्मिलित हो सकता है। इसके कारण 1970 के दशक के प्रारंभ में माइक्रोप्रोसेसर और माइक्रोकंट्रोलर का आविष्कार हुआ।<ref name="ieee" /> मॉस (MOS) एकीकृत परिपथ तकनीक ने 1970 के दशक के प्रारंभ में एक चिप पर 10,000 से अधिक ट्रांजिस्टर के बहुत बड़े पैमाने पर एकीकरण (VLSI) को सक्षम किया।<ref>{{cite journal |last1=Hittinger |first1=William C. |title=Metal–Oxide–Semiconductor Technology |journal=Scientific American |date=1973 |volume=229 |issue=2 |pages=48–59 |jstor=24923169 |doi=10.1038/scientificamerican0873-48 |bibcode=1973SciAm.229b..48H }}</ref>
प्रारंभ में, IC सख्ती से इलेक्ट्रॉनिक उपकरण थे। छोटे आकार और कम लागत के समान लाभ प्राप्त करने के प्रयास में आईसी की सफलता ने अन्य प्रौद्योगिकियों के एकीकरण को प्रेरित किया है। इन तकनीकों में यांत्रिक उपकरण, प्रकाशिकी और सेंसर शामिल हैं।
 
* चार्ज-युग्मित डिवाइस, और निकट से संबंधित सक्रिय-पिक्सेल सेंसर, ऐसे चिप्स हैं जो प्रकाश के प्रति संवेदनशील होते हैं। उन्होंने बड़े पैमाने पर वैज्ञानिक, चिकित्सा और उपभोक्ता अनुप्रयोगों में फोटोग्राफिक फिल्म को बदल दिया है। इन उपकरणों के अरबों अब हर साल सेलफोन, टैबलेट और डिजिटल कैमरों जैसे अनुप्रयोगों के लिए उत्पादित किए जाते हैं। आईसी के इस उप-क्षेत्र ने 2009 में नोबेल पुरस्कार जीता।<ref name= CcdNobel >{{citation | title = The Nobel Prize in Physics 2009 | url = http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2009/index.html | publisher = Nobel Foundation | date = 2009-10-06 | access-date = 2009-10-06}}.</ref>
सर्वप्रथम अन्तरिक्षीय और पॉकेट कैलकुलेटर जैसे मॉस (MOS)-आधारित कंप्यूटर केवल उच्च घनत्व की आवश्यकता पर ही उचित होते थे। 1980 के दशक के प्रारंभ तक, 1970 डेटाप्वाइंट 2200 जैसे पूर्णतः टीटीएल (TTL) से निर्मित कंप्यूटर, वर्ष 1972 के इंटेल 8008 जैसे एकल-चिप मॉस माइक्रोप्रोसेसरों की तुलना में अधिक तेज और शक्तिशाली थे।<ref name="tmx_shirriff">केन शिरिफ। [https://www.righto.com/2015/05/the-texas-instruments-tmx-1795-first.html टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स टीएमएक्स 1795: (लगभग) पहले, भूल गए माइक्रोप्रोसेसर]। 2015.</ref>
* बिजली द्वारा संचालित बहुत छोटे यांत्रिक उपकरणों को चिप्स पर एकीकृत किया जा सकता है, एक तकनीक जिसे माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम के रूप में जाना जाता है। इन उपकरणों को 1980 के दशक के अंत में विकसित किया गया था<ref>{{cite conference |title=A decade of MEMS and its future |author=Fujita, H. |conference= Tenth Annual International Workshop on Micro Electro Mechanical Systems |year=1997 |doi=10.1109/MEMSYS.1997.581729 }}</ref> और विभिन्न प्रकार के वाणिज्यिक और सैन्य अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है। उदाहरणों में डीएलपी प्रोजेक्टर, इंकजेट प्रिंटर, और एक्सेलेरोमीटर और एमईएमएस गायरोस्कोप शामिल हैं जिनका उपयोग ऑटोमोबाइल एयरबैग को तैनात करने के लिए किया जाता है।
 
आईसी (IC) प्रौद्योगिकी में मुख्य रूप से छोटी विशेषताओं और बड़े चिपों की प्रगति ने एक एकीकृत परिपथ में मॉस (MOS) ट्रांजिस्टर की संख्या को हर दो साल में दोगुना करने की अनुमति दी है, जिसे मूर के नियम नामक एक प्रवृत्ति के नाम से जाना जाता है। मूर ने मूल रूप से कहा था कि यह दोगुना हो जाएगा, लेकिन उन्होंने हर साल के दावे को वर्ष 1975 में हर दो साल के दावे में बदल दिया।[[:en:Integrated_circuit#cite_note-36|<sup>[36]</sup>]] इस बढ़ी हुई क्षमता का उपयोग लागत कम करने और कार्यक्षमता बढ़ाने के लिए किया गया है। सामान्य तौर पर, जैसे-जैसे सुविधा का आकार सिकुड़ता जाता है, IC के संचालन के लगभग हर पहलू में सुधार होता है। प्रति ट्रांजिस्टर लागत और प्रति ट्रांजिस्टर स्विचिंग बिजली की खपत कम हो जाती है, जबकि मेमोरी क्षमता और गति बढ़ जाती है, डेनार्ड स्केलिंग (एमओएसएफईटी स्केलिंग) द्वारा परिभाषित संबंधों के माध्यम से।[[:en:Integrated_circuit#cite_note-37|<sup>[37]</sup>]] गति, क्षमता और बिजली की खपत का लाभ अंतिम उपयोगकर्ता तक के लिए स्पष्ट होने के कारण निर्माताओं में बारीक ज्यामिति का उपयोग करने के लिए उग्र प्रतिस्पर्धा होती है। इन वर्षों में ट्रांजिस्टर का आकार 1970 के दशक के प्रारंभ में कई दस माइक्रोन से घटकर प्रति यूनिट क्षेत्र में ट्रांजिस्टर में कई मिलियन गुना वृद्धि के साथ वर्ष 2017 में 10 नैनोमीटर हो गया है।[[:en:Integrated_circuit#cite_note-38|<sup>[38]</sup>]] वर्ष 2016 तक विशिष्ट चिप का क्षेत्रफल कुछ वर्ग मिलीमीटर से लेकर 25 मिलियन ट्रांजिस्टर प्रति वर्ग मिमी के साथ लगभग 600 वर्ग मिमी तक होते हैं<big>।<sup><ref name="Pascal">{{cite web |url=https://devblogs.nvidia.com/parallelforall/inside-pascal/ |title=Inside Pascal: NVIDIA's Newest Computing Platform|date=2016-04-05}}.  15,300,000,000 transistors in 610 mm<sup>2</sup>.</ref></big>
 
<sup><big>इंटरनेशनल टेक्नोलॉजी रोडमैप फॉर सेमीकंडक्टर्स (ITRS) द्वारा विशेषता के आकार में अपेक्षित सिकुड़न और संबंधित क्षेत्रों में आवश्यक प्रगति का अनुमान कई वर्षों में लगाया गया था। अंतिम आईटीआरएस (ITRS) वर्ष  2016 में जारी किया गया था, और इसे उपकरणों और प्रणालियों के लिए अंतर्राष्ट्रीय रोडमैप द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है।<ref>{{cite web |title=International Roadmap for Devices and Systems |publisher=IEEE |year=2016 |url=http://rebootingcomputing.ieee.org/images/files/pdf/rc_irds.pdf}}</ref></big>
 
<sup><big>प्रारंभ में, आईसी (IC) मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक उपकरण थे। छोटे आकार और कम लागत के समान लाभ प्राप्त करने के प्रयास में आईसी (IC) की सफलता ने अन्य प्रौद्योगिकियों के एकीकरण को प्रेरित किया है। इन तकनीकों में यांत्रिक उपकरण, प्रकाशिकी और संवेदक सम्मिलित हैं।</big>
* आवेश-युग्मित उपकरण, और निकटता से संबंधित सक्रिय-पिक्सेल संवेदक, ऐसे चिप हैं जो प्रकाश के प्रति संवेदनशील होते हैं। उन्होंने बड़े पैमाने पर वैज्ञानिक, चिकित्सा और उपभोक्ता अनुप्रयोगों में फोटोग्राफिक झिल्ली (film) को प्रतिस्थापित कर दिया है। ये उपकरण अब हर साल सेलफोन, टैबलेट और डिजिटल कैमरों जैसे अनुप्रयोगों के लिए अरबों की संख्या में उत्पादित किए जाते हैं। आईसी (IC) के इस उप-क्षेत्र ने वर्ष 2009 में नोबेल पुरस्कार जीता।<ref name="CcdNobel">{{citation | title = The Nobel Prize in Physics 2009 | url = http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2009/index.html | publisher = Nobel Foundation | date = 2009-10-06 | access-date = 2009-10-06}}.</ref>
* बिजली द्वारा संचालित बहुत छोटे यांत्रिक उपकरणों को चिपों पर एकीकृत किया जा सकता है, इस तकनीक को सूक्ष्म विद्युत् यांत्रिकी तंत्र (microelectromechanical system) के रूप में जाना जाता है। इन उपकरणों को 1980 के दशक के अंत में विकसित किया गया था<ref>{{cite conference |title=A decade of MEMS and its future |author=Fujita, H. |conference= Tenth Annual International Workshop on Micro Electro Mechanical Systems |year=1997 |doi=10.1109/MEMSYS.1997.581729 }}</ref> और इनका उपयोग विभिन्न प्रकार के वाणिज्यिक और सैन्य अनुप्रयोगों में किया जाता है। उदाहरणों में डीएलपी प्रोजेक्टर (DLP projector), इंकजेट प्रिंटर (ink-jet printer), और एक्सेलेरोमीटर (accelerometers) और एमईएमएस गायरोस्कोप (MEMS gyroscopes) सम्मिलित हैं जिनका उपयोग ऑटोमोबाइल एयरबैग (automobile airbags) को तैनात करने के लिए किया जाता है।
* 2000 के दशक की शुरुआत से, सिलिकॉन चिप्स में ऑप्टिकल कार्यक्षमता (ऑप्टिकल कंप्यूटिंग) के एकीकरण को अकादमिक अनुसंधान और उद्योग दोनों में सक्रिय रूप से आगे बढ़ाया गया है, जिसके परिणामस्वरूप ऑप्टिकल उपकरणों (मॉड्यूलेटर, डिटेक्टर, रूटिंग) के संयोजन वाले सिलिकॉन आधारित एकीकृत ऑप्टिकल ट्रांसीवर का सफल व्यावसायीकरण हुआ है। CMOS आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ।<ref>{{cite journal|author = Narasimha, A. |title = A 40-Gb/s QSFP optoelectronic transceiver in a 0.13 µm CMOS silicon-on-insulator technology|year = 2008|journal = Proceedings of the Optical Fiber Communication Conference (OFC)|page = OMK7|url=http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm?URI=OFC-2008-OMK7|display-authors=etal}}</ref> प्रकाश का उपयोग करने वाले फोटोनिक एकीकृत परिपथों को भी विकसित किया जा रहा है, जो भौतिकी के उभरते हुए क्षेत्र का उपयोग करके फोटोनिक्स के रूप में जाना जाता है।
* 2000 के दशक की शुरुआत से, सिलिकॉन चिप्स में ऑप्टिकल कार्यक्षमता (ऑप्टिकल कंप्यूटिंग) के एकीकरण को अकादमिक अनुसंधान और उद्योग दोनों में सक्रिय रूप से आगे बढ़ाया गया है, जिसके परिणामस्वरूप ऑप्टिकल उपकरणों (मॉड्यूलेटर, डिटेक्टर, रूटिंग) के संयोजन वाले सिलिकॉन आधारित एकीकृत ऑप्टिकल ट्रांसीवर का सफल व्यावसायीकरण हुआ है। CMOS आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ।<ref>{{cite journal|author = Narasimha, A. |title = A 40-Gb/s QSFP optoelectronic transceiver in a 0.13 µm CMOS silicon-on-insulator technology|year = 2008|journal = Proceedings of the Optical Fiber Communication Conference (OFC)|page = OMK7|url=http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm?URI=OFC-2008-OMK7|display-authors=etal}}</ref> प्रकाश का उपयोग करने वाले फोटोनिक एकीकृत परिपथों को भी विकसित किया जा रहा है, जो भौतिकी के उभरते हुए क्षेत्र का उपयोग करके फोटोनिक्स के रूप में जाना जाता है।
* इम्प्लांट (दवा) या अन्य बायोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में सेंसर अनुप्रयोगों के लिए एकीकृत परिपथ भी विकसित किए जा रहे हैं।<ref name= Birkholz2015>{{cite journal | url = https://www.researchgate.net/publication/282052331 | title = Technology modules from micro- and nano-electronics for the life sciences | journal = WIREs Nanomed. Nanobiotech. | volume = 8 |issue=3 | pages = 355–377 | year = 2016 | doi = 10.1002/wnan.1367 |pmid=26391194 | last1 = Birkholz | first1 = M. | last2 = Mai | first2 = A. | last3 = Wenger | first3 = C. | last4 = Meliani | first4 = C. | last5 = Scholz | first5 = R. }}</ref> ऐसे बायोजेनिक वातावरण में विशेष सीलिंग तकनीकों को लागू किया जाना चाहिए ताकि उजागर अर्धचालक पदार्थों के क्षरण या बायोडिग्रेडेशन से बचा जा सके।<ref name="Graham2011">{{cite journal | title = Commercialisation of CMOS Integrated Circuit Technology in Multi-Electrode Arrays for Neuroscience and Cell-Based Biosensors | journal = Sensors | volume = 11 |issue=5 | pages = 4943–4971 | year = 2011 | doi = 10.3390/s110504943 |pmid=22163884 |pmc=3231360 | last1 = Graham | first1 = Anthony H. D. | last2 = Robbins | first2 = Jon | last3 = Bowen | first3 = Chris R. | last4 = Taylor | first4 = John | bibcode = 2011Senso..11.4943G | doi-access = free }}</ref>
* इम्प्लांट (दवा) या अन्य बायोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में सेंसर अनुप्रयोगों के लिए एकीकृत परिपथ भी विकसित किए जा रहे हैं।<ref name="Birkholz2015">{{cite journal | url = https://www.researchgate.net/publication/282052331 | title = Technology modules from micro- and nano-electronics for the life sciences | journal = WIREs Nanomed. Nanobiotech. | volume = 8 |issue=3 | pages = 355–377 | year = 2016 | doi = 10.1002/wnan.1367 |pmid=26391194 | last1 = Birkholz | first1 = M. | last2 = Mai | first2 = A. | last3 = Wenger | first3 = C. | last4 = Meliani | first4 = C. | last5 = Scholz | first5 = R. }}</ref> ऐसे बायोजेनिक वातावरण में विशेष सीलिंग तकनीकों को लागू किया जाना चाहिए ताकि उजागर अर्धचालक पदार्थों के क्षरण या बायोडिग्रेडेशन से बचा जा सके।<ref name="Graham2011">{{cite journal | title = Commercialisation of CMOS Integrated Circuit Technology in Multi-Electrode Arrays for Neuroscience and Cell-Based Biosensors | journal = Sensors | volume = 11 |issue=5 | pages = 4943–4971 | year = 2011 | doi = 10.3390/s110504943 |pmid=22163884 |pmc=3231360 | last1 = Graham | first1 = Anthony H. D. | last2 = Robbins | first2 = Jon | last3 = Bowen | first3 = Chris R. | last4 = Taylor | first4 = John | bibcode = 2011Senso..11.4943G | doi-access = free }}</ref>
{{As of|2018}}, सभी ट्रांजिस्टर के विशाल बहुमत MOSFETs हैं जो एक फ्लैट दो-आयामी प्लानर प्रक्रिया में सिलिकॉन की एक चिप के एक तरफ एक परत में निर्मित होते हैं। शोधकर्ताओं ने कई आशाजनक विकल्पों के प्रोटोटाइप तैयार किए हैं, जैसे:
{{As of|2018}}, सभी ट्रांजिस्टर के विशाल बहुमत MOSFETs हैं जो एक फ्लैट दो-आयामी प्लानर प्रक्रिया में सिलिकॉन की एक चिप के एक तरफ एक परत में निर्मित होते हैं। शोधकर्ताओं ने कई आशाजनक विकल्पों के प्रोटोटाइप तैयार किए हैं, जैसे:
* त्रि-आयामी एकीकृत परिपथ (3DIC) बनाने के लिए ट्रांजिस्टर की कई परतों को ढेर करने के लिए विभिन्न दृष्टिकोण, जैसे कि थ्रू-सिलिकॉन थ्रू, मोनोलिथिक 3D,<ref>Or-Bach, Zvi (December 23, 2013). [http://semimd.com/blog/2013/12/23/why-soi-is-the-future-technology-of-semiconductors/ "Why SOI is the Future Technology of Semiconductors"]. semimd.com {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20141129104851/http://semimd.com/blog/2013/12/23/why-soi-is-the-future-technology-of-semiconductors/ |date=29 November 2014 }}.
* त्रि-आयामी एकीकृत परिपथ (3DIC) बनाने के लिए ट्रांजिस्टर की कई परतों को ढेर करने के लिए विभिन्न दृष्टिकोण, जैसे कि थ्रू-सिलिकॉन थ्रू, मोनोलिथिक 3D,<ref>Or-Bach, Zvi (December 23, 2013). [http://semimd.com/blog/2013/12/23/why-soi-is-the-future-technology-of-semiconductors/ "Why SOI is the Future Technology of Semiconductors"]. semimd.com {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20141129104851/http://semimd.com/blog/2013/12/23/why-soi-is-the-future-technology-of-semiconductors/ |date=29 November 2014 }}.

Revision as of 12:52, 11 September 2022

"Silicon chip" redirects here. For the electronics magazine, see Silicon Chip.
"Microchip" redirects here. For other uses, see Microchip (disambiguation).

इरेज़ेबल प्रोग्रामेबल रीड-ओनली मेमोरी (EPROM) ड्यूल इन-लाइन पैकेज में इंटीग्रेटेड परिपथ। इन सेमीकंडक्टर पैकेज में एक पारदर्शी विंडो होती है जो अंदर डाई (एकीकृत परिपथ) दिखाती है। चिप को पराबैंगनी प्रकाश में उजागर करके मेमोरी को मिटाने के लिए विंडो का उपयोग किया जाता है।
EPROM मेमोरी माइक्रोचिप से इंटीग्रेटेड परिपथ, मेमोरी ब्लॉक्स, सपोर्टिंग परिपथ्री और फाइन सिल्वर वायर्स जो इंटीग्रेटेड परिपथ को पैकेजिंग के लेग्स से जोड़ते हैं, दिखाते हैं
पॉलीसिलिकॉन (गुलाबी), कुओं (ग्रेश), और सब्सट्रेट (हरा) के नीचे प्लैनराइज्ड कॉपर इंटरकनेक्ट की चार परतों के माध्यम से एक एकीकृत परिपथ का आभासी विवरण

एक एकीकृत परिपथ या अखंड एकीकृत परिपथ (जिसे आईसी (IC), एक चिप या माइक्रोचिप (microchip) भी कहा जाता है) अर्धचालक पदार्थ (सामान्यतः सिलिकॉन) के एक छोटे समतलीय टुकड़े (या "चिप") पर विद्युतीय (electronic) परिपथों का एक सुपरिभाषित समूह होता है। एक छोटी-सी चिप में बड़ी संख्या में छोटे मॉस्फेट (धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (MOSFET)) एकीकृत होते हैं। परिणामस्वरुप ऐसे परिपथ का निर्माण होता है जो असतत इलेक्ट्रॉनिक घटकों से निर्मित परिपथों की तुलना में छोटे, तेज और कम खर्चीले होते हैं। एकीकृत परिपथ की बनावट के लिए आईसी (IC) की बड़े पैमाने पर उत्पादन क्षमता, विश्वसनीयता और बिल्डिंग-ब्लॉक दृष्टिकोण ने असतत ट्रांजिस्टर का उपयोग वाले परिपथों के स्थान पर मानकीकृत आईसी (IC) को तीव्रता के साथ अपनाना सुनिश्चित किया है। अब लगभग सभी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में आईसी (IC) उपयोग किया जाता है और इसने इलेक्ट्रॉनिक्स जगत में क्रांति ला दी है। कंप्यूटर, मोबाइल फोन और अन्य घरेलू उपकरण अब आधुनिक समाज की संरचना के अभिन्न अंग बन चुके हैं, जो आधुनिक कंप्यूटर प्रोसेसर (processor) और माइक्रोकंट्रोलर (microcontroller) जैसे छोटे आकार और कम लागत के आईसी (IC) चिपों द्वारा संभव बनाया गया है।

धातु-ऑक्साइड-सिलिकॉन (MOS) अर्धचालक उपकरणों के निर्माण में तकनीकी प्रगति द्वारा बहुत बड़े पैमाने पर एकीकरण को व्यावहारिक बनाया गया था। 1960 के दशक में इनकी उत्पत्ति के बाद से चिपों के आकार, गति और क्षमता में काफी प्रगति हुई है, जो एक ही आकार के चिपों पर अधिक से अधिक मॉस (MOS) ट्रांजिस्टर फिट करने वाले तकनीकी विकास द्वारा संचालित है - एक आधुनिक चिप मानव नाखून के आकार जितने क्षेत्रफल में कई अरब मॉस (MOS) ट्रांजिस्टर हो सकते हैं। साधारणतया मूर के नियम का पालन करते हुए इस प्रगति ने आजकल के कंप्यूटर की चिपों की क्षमता को 1970 के दशक के प्रारंभ के कंप्यूटर चिपों की क्षमता से लाखों गुना और उनकी गति से हजारों गुना अधिक कर दिया है।

लागत और प्रदर्शन, असतत परिपथ पर आईसी (IC) के दो मुख्य लाभ होते हैं। चिपों के उनके सभी घटकों के साथ एक समय में एक ट्रांजिस्टर के निर्माण के स्थान पर फोटोलिथोग्राफी (photolithography) द्वारा एक इकाई के रूप में मुद्रित होने के कारण इनकी लागत कम होती है। इसके साथ ही असतत सर्किट की तुलना में पैक किए गए आईसी (IC) बहुत कम सामग्री का उपयोग करते हैं। इनका प्रदर्शन उच्च होता है, क्योंकि आईसी (IC) के घटक शीघ्रता से स्विच करते हैं और ये छोटे आकार और सन्निनिकटता के कारण तुलनात्मक रूप से कम बिजली की खपत करते हैं। इनके चिपों के निर्माण और आवश्यक फोटोमास्क बनाने की उच्च लागत आईसी (IC) का मुख्य नुकसान है। इस उच्च प्रारंभिक लागत का अर्थ है कि केवल उच्च उत्पादन मात्रा की संभावना होने पर ही आईसी (IC) व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य है।

शब्दावली

एक एकीकृत परिपथ को इस प्रकार किया गया है:[1]

एक ऐसा परिपथ, जिसमें कुछ या सभी परिपथ तत्व अविभाजित रूप से जुड़े होते हैं और विद्युत रूप से परस्पर संयोजित होते हैं, जिससे इसे निर्माण और व्यावसायिक उद्देश्यों की दृष्टि से अविभाज्य माना जा सके।

इस परिभाषा के साथ सम्बन्ध स्थापित करने वाले परिपथों का निर्माण पतली-फिल्म ट्रांजिस्टर, मोटी-फिल्म तकनीकों और हाइब्रिड एकीकृत परिपथ जैसी विभिन्न तकनीकों का उपयोग करके किया जा सकता है। हालांकि, सामान्य उपयोग में, मूल रूप से अखंड एकीकृत परिपथ के नाम से जाने जाने वाले एकल-खंड परिपथ निर्माण को एकीकृत परिपथ से संदर्भित किया जाता है, जिसका निर्माण प्रायः सिलिकॉन के एक टुकड़े पर किया जाता है।[2][3]

इतिहास

File:Kilby solid circuit.jpg
1958 से जैक किल्बी का मूल हाइब्रिड इंटीग्रेटेड परिपथ। यह पहला इंटीग्रेटेड परिपथ था, और इसे जर्मेनियम से बनाया गया था।

लोवे 3एनएफ (Loewe 3NF) निर्वात नली, एक आधुनिक आईसी (IC) जैसे उपकरण में कई घटकों के संयोजन का एक प्रारंभिक प्रयास था। आईसी (IC) के विपरीत, इसे कर से बचने के उद्देश्य से भी बनाया गया था, क्योंकि जर्मनी में, रेडियो संग्राहकों के पास एक प्रकार का कर होता था, जो एक रेडियो संग्राहक के नली धारकों की संख्या के आधार पर लगाया जाता था। इसने रेडियो संग्राहकों को एकल नली धारक रखने की अनुमति दी।

एक एकीकृत सर्किट की प्रारंभिक अवधारणा वर्ष 1949 में वापस आई, जब जर्मन अभियंता वर्नर जैकोबी[4] (सीमेंस एजी)[5] ने एक एकीकृत-परिपथ-जैसे अर्धचालक प्रवर्धक उपकरण[6] के लिए तीन चरण वाली प्रवर्धक व्यवस्था के एक सामान्य अधःस्तर पर पांच ट्रांजिस्टरों का प्रदर्शन करते हुए एक एकाधिकार (patent) दायर किया था। जैकोबी ने अपने पेटेंट के विशिष्ट औद्योगिक अनुप्रयोगों के रूप में छोटे और सस्ते श्रवण यंत्रों का प्रदर्शन किया। उनके पेटेंट के तत्काल व्यावसायिक उपयोग की सूचना नहीं प्राप्त हुई है।

जेफ्री डमर (1909-2002) इस अवधारणा के एक अन्य प्रारंभिक प्रस्तावक थे, जो ब्रिटिश रक्षा मंत्रालय के रॉयल रडार प्रतिष्ठान के लिए काम कर रहे एक रडार वैज्ञानिक थे। डमर ने 7 मई 1952 को वाशिंगटन, डी.सी. (Washigton, D.C.) में एक संगोष्ठी में जनता के समक्ष गुणवत्तापूर्ण इलेक्ट्रॉनिक घटकों की प्रगति पर अपने विचार प्रस्तुत किये।[7] उन्होंने अपने विचारों को प्रचारित करने के लिए सार्वजनिक रूप से कई संगोष्ठियां दीं और वर्ष 1956 में इस तरह के एक परिपथ के निर्माण का प्रयास किया, जो कि असफल रहा। वर्ष 1953 और 1957 के बीच, सिडनी डार्लिंगटन (Sidney Darlington) और यासुओ तारुई (विद्युत्-तकनीकी प्रयोगशाला) ने समान चिप रचनाओं का प्रस्ताव रखा, जहाँ कई ट्रांजिस्टर एक सामान्य सक्रिय क्षेत्र साझा कर सकते थे, लेकिन उन्हें एक दूसरे से अलग करने के लिए वहां कोई विद्युत अलगाव नहीं था।[4]

अखण्ड एकीकृत परिपथ चिप को जीन होर्नी (Jean Hoerni) द्वारा प्लानर प्रक्रिया और कर्ट लेहोवेक (Kurt Lehovec) द्वारा पी-एन संधि (p-n junction) के आविष्कारों द्वारा सक्षम किया गया था। होर्नी का आविष्कार मोहम्मद एम. अटाला (Mohamed M. Atalla) के सतह निष्क्रियता पर कार्य के साथ-साथ फुलर (Fuller) और डिट्ज़ेनबर्गर (Ditzenberger) के बोरॉन और फास्फोरस की अशुद्धियों के सिलिकॉन में प्रसार के कार्य, कार्ल फ्रॉश (Carl Frosch) और लिंकन डेरिक (Lincoln Derick) के सतह संरक्षण पर कार्य और चिह-तांग साह (Chih-Tang Sah) के ऑक्साइड द्वारा मास्किंग प्रसार पर कार्य के आधार पर हुआ था।[8]

प्रथम एकीकृत परिपथ

Main article: Invention of the integrated circuit
See also: Planar process, p–n junction isolation, and Surface passivation
रॉबर्ट नॉयस ने 1959 में पहले मोनोलिथिक इंटीग्रेटेड परिपथ का आविष्कार किया था। चिप को सिलिकॉन से बनाया गया था।

आईसी (IC) के लिए एक पूर्ववर्ती विचार, छोटे मृत्तिका अधःस्तर (तथाकथित माइक्रोमॉड्यूल) बनाना था,[9] जिसमें प्रत्येक अधःस्तर में एक छोटा सा घटक होता है। तब घटकों को एकीकृत और एक द्वि-आयामी या त्रि-आयामी सघन जाल में तारित किया जा सकता था। वर्ष 1957 में अत्यधिक आशाजनक लगने वाला यह विचार जैक किल्बी[9] द्वारा अमेरिकी सेना को प्रस्तावित किया गया था और इसने वर्ष 1951 की परियोजना टिंकरटॉय के समान अल्पकालिक माइक्रोमॉड्यूल कार्यक्रम का नेतृत्व किया।।[9][10][11] हालांकि, जैसे-जैसे परियोजना गति प्राप्त कर रही थी, किल्बी एक नयी क्रांतिकारी रचना "एकीकृत परिपथ (IC)" के साथ प्रस्तुत हुए।

टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स (Texas Instruments) द्वारा नव नियुक्त किल्बी ने जुलाई 1958 में एकीकृत सर्किट से संबंधित अपने प्रारंभिक विचारों को दर्ज करते हुए, 12 सितंबर 1958 को एक एकीकृत परिपथ के पहले संचालित उदाहरण को सफलतापूर्वक प्रदर्शित किया।[12] 6 फरवरी 1959 के अपने पेटेंट आवेदन में,[13] किल्बी ने अपने नए उपकरण को "अर्धचालक सामग्री का एक निकाय ... जिसमें इलेक्ट्रॉनिक परिपथ के सभी घटक पूरी तरह से एकीकृत हैं" के रूप में वर्णित किया।[14] अमेरिकी वायु सेना नए आविष्कार के लिए पहली उपभोक्ता थी।[15] किल्बी ने एकीकृत परिपथ के आविष्कार में अपनी भूमिका के लिए भौतिकी में वर्ष 2000 का नोबेल पुरस्कार जीता।[16] हालांकि, किल्बी का आविष्कार एक अखंड एकीकृत परिपथ (मोनोलिथिक आईसी) चिप के स्थान पर एक हाइब्रिड एकीकृत परिपथ (हाइब्रिड आईसी) था।[17] किल्बी के आईसी (IC) में बाहरी तार संयोजन थे, जिससे बड़े पैमाने पर उत्पादन करना मुश्किल हो गया।[18]

फेयरचाइल्ड अर्धचालक में किल्बी और रॉबर्ट नॉयस ने 6 महीने बाद पहली सच्ची अखंड एकीकृत परिपथ का आविष्कार किया।[19][18] यह एकीकृत परिपथ की एक नई किस्म थी, जो किल्बी के कार्यान्वयन से अधिक व्यावहारिक थी। नॉयस का रचना सिलिकॉन से, जबकि किल्बी की चिप जर्मेनियम से बनी थी। नॉयस के अखंड एकीकृत परिपथ ने सभी घटकों को सिलिकॉन की एक चिप पर रखा और उन्हें तांबे की रेखाओं से जोड़ा।[18] नॉयस का अखंड एकीकृत परिपथ प्लानर प्रक्रिया का उपयोग करके अर्धचालक उपकरण का एक निर्माण था, जिसे वर्ष 1959 के प्रारंभ में उनके सहयोगी जीन होर्नी ने विकसित किया था। आधुनिक आईसी चिपें किल्बी के हाइब्रिड आईसी के स्थान पर[17] नॉयस के अखंड एकीकृत परिपथ पर आधारित हैं।[19][18]

नासा का अपोलो कार्यक्रम वर्ष 1961 और 1965 के बीच एकीकृत परिपथों का सबसे बड़ा एकल उपभोक्ता था।[20]

टीटीएल एकीकृत परिपथ (TTL Integrated circuits)

Main article: Transistor–transistor logic

ट्रांजिस्टर-ट्रांजिस्टर लॉजिक (TTL) को जेम्स एल. बुई द्वारा 1960 के दशक के प्रारंभ में टीआरडब्ल्यू आईएनसी. (TRW Inc.) में विकसित किया गया था। वर्ष 1970 से 1980 के दशक के दौरान ट्रांजिस्टर-ट्रांजिस्टर लॉजिक (TTL) प्रमुख एकीकृत परिपथ तकनीक बन गया।[21]

दर्जनों टीटीएल (TTL) एकीकृत परिपथ मिनीकंप्यूटर और मेनफ्रेम कंप्यूटर के प्रोसेसर के लिए निर्माण की एक मानक विधि थे। आईबीएम 360 मेनफ्रेम (IBM 360 mainframe), पीडीपी-11 मिनीकंप्यूटर (PDP-11 minicomputer) और डेस्कटॉप डेटापॉइंट 2200 जैसे कंप्यूटर या तो टीटीएल (TTL) या उससे भी तेज उत्सर्जक-युग्मित तर्क (ECL)जैसे द्विध्रुवी एकीकृत परिपथों से बनाए गए थे।[22]

मॉस एकीकृत परिपथ (MOS Integrated circuits)

Further information: MOSFET applications § MOS integrated circuit
See also: List of semiconductor scale examples, Mixed-signal integrated circuit, Moore's law, Three-dimensional integrated circuit, Transistor count, and Very Large Scale Integration

लगभग सभी आधुनिक आईसी (IC) चिप, मॉस्फेट (धातु-ऑक्साइड-सिलिकॉन फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) से निर्मित धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक (MOS) एकीकृत परिपथ होते हैं।[23] मोहम्मद एम. अटाला और डॉन कहंग द्वारा वर्ष 1959 में बेल प्रयोगशाला में अविष्कृत मॉस (MOS) ट्रांजिस्टर के रूप में जाने जाने वाले मॉस्फेट (MOSFET)[24] ने उच्च-घनत्व एकीकृत परिपथों के निर्माण को संभव बना दिया।[25] एक चिप पर ट्रांजिस्टर के पी-एन संधि (p-n junction) अलगाव के लिए कई चरणों की आवश्यकता वाले द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के विपरीत, मॉस्फेट (MOSFET) को ऐसे चरणों की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन इन्हें आसानी से एक दूसरे से अलग किया जा सकता है।[26] डॉन कहंग ने वर्ष 1961 में एकीकृत परिपथों के लिए इसके लाभ पर प्रकश डाला था।[27] आईईईई (IEEE) के मील के पत्थर की सूची में वर्ष 1958 में किल्बी (Kilby) द्वारा पहला एकीकृत परिपथ,[28] वर्ष 1959 में होर्नी की प्लानर प्रक्रिया और नॉयस का प्लानर आईसी (IC), और 1959 में अटाला और कहंग द्वारा मॉस्फेट (MOSFET) सम्मिलित हैं।[29]

फ्रेड हेमैन और स्टीवन हॉफस्टीन द्वारा वर्ष 1962 में आरसीए (RCA) में निर्मित 16-ट्रांजिस्टर चिप सबसे पहला प्रायोगिक मॉस (MOS) एकीकृत परिपथ था।[30] जनरल माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक ने बाद में वर्ष 1964 में रॉबर्ट नॉर्मन द्वारा विकसित पहला व्यावसायिक मॉस (MOS) एकीकृत परिपथ,[31] 120-ट्रांजिस्टर शिफ्ट रजिस्टर[30] प्रस्तुत किया। मॉस (MOS) चिप वर्ष 1964 तक द्विध्रुवीय चिपों की तुलना में उच्च ट्रांजिस्टर घनत्व और कम विनिर्माण लागत तक पहुंच गए थे। मॉस (MOS) चिप मूर के नियम द्वारा अनुमानित दर से और अधिक जटिल हो गए, जिससे 1960 के दशक के अंत तक एक एकल मॉस (MOS) चिप पर सैकड़ों ट्रांजिस्टर के साथ बड़े पैमाने पर एकीकरण (LSI) हो गया।[32]

बेल प्रयोगशाला में रॉबर्ट केर्विन, डोनाल्ड क्लेन और जॉन सरेस द्वारा वर्ष 1967 में स्व-संरेखित गेट (सिलिकॉन-गेट) मॉस्फेट (MOSFET) के विकास के बाद,[33] सभी आधुनिक सीमॉस (CMOS) एकीकृत परिपथों का आधार पहला स्व-संरेखित गेटों के साथ सिलिकॉन-गेट मॉस (MOS) एकीकृत परिपथ, वर्ष 1968 में फेडेरिको फागिन द्वारा फेयरचाइल्ड अर्धचालक में विकसित किया गया था।[34] गणना (computing) के लिए सीमॉस एलएसआई चिपों (MOS LSI chips) का अनुप्रयोग पहले माइक्रोप्रोसेसरों का आधार था, क्योंकि अभियंताओं ने यह पहचानना शुरू कर दिया था कि एक एकल मॉस एलएसआई चिप (MOS LSI chip) पर एक पूर्ण कंप्यूटर प्रोसेसर सम्मिलित हो सकता है। इसके कारण 1970 के दशक के प्रारंभ में माइक्रोप्रोसेसर और माइक्रोकंट्रोलर का आविष्कार हुआ।[32] मॉस (MOS) एकीकृत परिपथ तकनीक ने 1970 के दशक के प्रारंभ में एक चिप पर 10,000 से अधिक ट्रांजिस्टर के बहुत बड़े पैमाने पर एकीकरण (VLSI) को सक्षम किया।[35]

सर्वप्रथम अन्तरिक्षीय और पॉकेट कैलकुलेटर जैसे मॉस (MOS)-आधारित कंप्यूटर केवल उच्च घनत्व की आवश्यकता पर ही उचित होते थे। 1980 के दशक के प्रारंभ तक, 1970 डेटाप्वाइंट 2200 जैसे पूर्णतः टीटीएल (TTL) से निर्मित कंप्यूटर, वर्ष 1972 के इंटेल 8008 जैसे एकल-चिप मॉस माइक्रोप्रोसेसरों की तुलना में अधिक तेज और शक्तिशाली थे।[22]

आईसी (IC) प्रौद्योगिकी में मुख्य रूप से छोटी विशेषताओं और बड़े चिपों की प्रगति ने एक एकीकृत परिपथ में मॉस (MOS) ट्रांजिस्टर की संख्या को हर दो साल में दोगुना करने की अनुमति दी है, जिसे मूर के नियम नामक एक प्रवृत्ति के नाम से जाना जाता है। मूर ने मूल रूप से कहा था कि यह दोगुना हो जाएगा, लेकिन उन्होंने हर साल के दावे को वर्ष 1975 में हर दो साल के दावे में बदल दिया।[36] इस बढ़ी हुई क्षमता का उपयोग लागत कम करने और कार्यक्षमता बढ़ाने के लिए किया गया है। सामान्य तौर पर, जैसे-जैसे सुविधा का आकार सिकुड़ता जाता है, IC के संचालन के लगभग हर पहलू में सुधार होता है। प्रति ट्रांजिस्टर लागत और प्रति ट्रांजिस्टर स्विचिंग बिजली की खपत कम हो जाती है, जबकि मेमोरी क्षमता और गति बढ़ जाती है, डेनार्ड स्केलिंग (एमओएसएफईटी स्केलिंग) द्वारा परिभाषित संबंधों के माध्यम से।[37] गति, क्षमता और बिजली की खपत का लाभ अंतिम उपयोगकर्ता तक के लिए स्पष्ट होने के कारण निर्माताओं में बारीक ज्यामिति का उपयोग करने के लिए उग्र प्रतिस्पर्धा होती है। इन वर्षों में ट्रांजिस्टर का आकार 1970 के दशक के प्रारंभ में कई दस माइक्रोन से घटकर प्रति यूनिट क्षेत्र में ट्रांजिस्टर में कई मिलियन गुना वृद्धि के साथ वर्ष 2017 में 10 नैनोमीटर हो गया है।[38] वर्ष 2016 तक विशिष्ट चिप का क्षेत्रफल कुछ वर्ग मिलीमीटर से लेकर 25 मिलियन ट्रांजिस्टर प्रति वर्ग मिमी के साथ लगभग 600 वर्ग मिमी तक होते हैं।[36]

इंटरनेशनल टेक्नोलॉजी रोडमैप फॉर सेमीकंडक्टर्स (ITRS) द्वारा विशेषता के आकार में अपेक्षित सिकुड़न और संबंधित क्षेत्रों में आवश्यक प्रगति का अनुमान कई वर्षों में लगाया गया था। अंतिम आईटीआरएस (ITRS) वर्ष 2016 में जारी किया गया था, और इसे उपकरणों और प्रणालियों के लिए अंतर्राष्ट्रीय रोडमैप द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है।[37]

प्रारंभ में, आईसी (IC) मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक उपकरण थे। छोटे आकार और कम लागत के समान लाभ प्राप्त करने के प्रयास में आईसी (IC) की सफलता ने अन्य प्रौद्योगिकियों के एकीकरण को प्रेरित किया है। इन तकनीकों में यांत्रिक उपकरण, प्रकाशिकी और संवेदक सम्मिलित हैं।

  • आवेश-युग्मित उपकरण, और निकटता से संबंधित सक्रिय-पिक्सेल संवेदक, ऐसे चिप हैं जो प्रकाश के प्रति संवेदनशील होते हैं। उन्होंने बड़े पैमाने पर वैज्ञानिक, चिकित्सा और उपभोक्ता अनुप्रयोगों में फोटोग्राफिक झिल्ली (film) को प्रतिस्थापित कर दिया है। ये उपकरण अब हर साल सेलफोन, टैबलेट और डिजिटल कैमरों जैसे अनुप्रयोगों के लिए अरबों की संख्या में उत्पादित किए जाते हैं। आईसी (IC) के इस उप-क्षेत्र ने वर्ष 2009 में नोबेल पुरस्कार जीता।[38]
  • बिजली द्वारा संचालित बहुत छोटे यांत्रिक उपकरणों को चिपों पर एकीकृत किया जा सकता है, इस तकनीक को सूक्ष्म विद्युत् यांत्रिकी तंत्र (microelectromechanical system) के रूप में जाना जाता है। इन उपकरणों को 1980 के दशक के अंत में विकसित किया गया था[39] और इनका उपयोग विभिन्न प्रकार के वाणिज्यिक और सैन्य अनुप्रयोगों में किया जाता है। उदाहरणों में डीएलपी प्रोजेक्टर (DLP projector), इंकजेट प्रिंटर (ink-jet printer), और एक्सेलेरोमीटर (accelerometers) और एमईएमएस गायरोस्कोप (MEMS gyroscopes) सम्मिलित हैं जिनका उपयोग ऑटोमोबाइल एयरबैग (automobile airbags) को तैनात करने के लिए किया जाता है।
  • 2000 के दशक की शुरुआत से, सिलिकॉन चिप्स में ऑप्टिकल कार्यक्षमता (ऑप्टिकल कंप्यूटिंग) के एकीकरण को अकादमिक अनुसंधान और उद्योग दोनों में सक्रिय रूप से आगे बढ़ाया गया है, जिसके परिणामस्वरूप ऑप्टिकल उपकरणों (मॉड्यूलेटर, डिटेक्टर, रूटिंग) के संयोजन वाले सिलिकॉन आधारित एकीकृत ऑप्टिकल ट्रांसीवर का सफल व्यावसायीकरण हुआ है। CMOS आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ।[40] प्रकाश का उपयोग करने वाले फोटोनिक एकीकृत परिपथों को भी विकसित किया जा रहा है, जो भौतिकी के उभरते हुए क्षेत्र का उपयोग करके फोटोनिक्स के रूप में जाना जाता है।
  • इम्प्लांट (दवा) या अन्य बायोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में सेंसर अनुप्रयोगों के लिए एकीकृत परिपथ भी विकसित किए जा रहे हैं।[41] ऐसे बायोजेनिक वातावरण में विशेष सीलिंग तकनीकों को लागू किया जाना चाहिए ताकि उजागर अर्धचालक पदार्थों के क्षरण या बायोडिग्रेडेशन से बचा जा सके।[42]

As of 2018, सभी ट्रांजिस्टर के विशाल बहुमत MOSFETs हैं जो एक फ्लैट दो-आयामी प्लानर प्रक्रिया में सिलिकॉन की एक चिप के एक तरफ एक परत में निर्मित होते हैं। शोधकर्ताओं ने कई आशाजनक विकल्पों के प्रोटोटाइप तैयार किए हैं, जैसे:

  • त्रि-आयामी एकीकृत परिपथ (3DIC) बनाने के लिए ट्रांजिस्टर की कई परतों को ढेर करने के लिए विभिन्न दृष्टिकोण, जैसे कि थ्रू-सिलिकॉन थ्रू, मोनोलिथिक 3D,[43] स्टैक्ड वायर बॉन्डिंग,[44] और अन्य तरीके।
  • अन्य सामग्रियों से निर्मित ट्रांजिस्टर: ग्रेफीन ट्रांजिस्टर, मोलिब्डेनाइट#सेमीकंडक्टर, कार्बन नैनोट्यूब फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर, गैलियम नाइट्राइड ट्रांजिस्टर, ट्रांजिस्टर जैसे नैनोवायर#इलेक्ट्रॉनिक उपकरण, ऑर्गेनिक फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर, आदि।
  • सिलिकॉन के एक छोटे से गोले की पूरी सतह पर ट्रांजिस्टर बनाना।[45][46]
  • सब्सट्रेट में संशोधन, आमतौर पर ट्रांजिस्टर बनाने के लिए#लचीले प्रदर्शन या अन्य लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए लचीले ट्रांजिस्टर, संभवतः एक रोल-अवे कंप्यूटर की ओर ले जाते हैं।

जैसा कि कभी छोटे ट्रांजिस्टर का निर्माण करना अधिक कठिन हो जाता है, कंपनियां मल्टी-चिप मॉड्यूल, त्रि-आयामी एकीकृत परिपथ, पैकेज पर पैकेज, उच्च बैंडविड्थ मेमोरी और थ्रू-सिलिकॉन विअस का उपयोग प्रदर्शन को बढ़ाने और आकार को कम करने के लिए कर रही हैं। ट्रांजिस्टर के आकार को कम करें। ऐसी तकनीकों को सामूहिक रूप से उन्नत पैकेजिंग के रूप में जाना जाता है।[47] उन्नत पैकेजिंग को मुख्य रूप से 2.5D और 3D पैकेजिंग में विभाजित किया गया है। 2.5D मल्टी-चिप मॉड्यूल जैसे दृष्टिकोणों का वर्णन करता है जबकि 3D उन दृष्टिकोणों का वर्णन करता है जहां एक तरह से या किसी अन्य तरीके से ढेर हो जाते हैं, जैसे पैकेज पर पैकेज और उच्च बैंडविड्थ मेमोरी। सभी दृष्टिकोणों में एक पैकेज में 2 या अधिक मर जाते हैं।[48][49][50][51][52] वैकल्पिक रूप से, 3D NAND जैसे दृष्टिकोण एक ही डाई पर कई परतों को ढेर कर देते हैं।

बनावट

Main articles: Electronic design automation, Hardware description language, and Integrated circuit design

एक जटिल एकीकृत परिपथ को बनाने और विकसित करने की लागत काफी अधिक होती है, जो कई दस मिलियन डॉलर में होती है।[53][54] अतः, एकीकृत परिपथ उत्पादों का केवल उच्च उत्पादन मात्रा के साथ उत्पादन ही आर्थिक दृष्टि से लाभकारी होता है, इसलिए उत्पादित इकाइयों की गैर-आवर्ती अभियांत्रिकी (NRE) लागत सामान्यतः लाखों में फैली हुई है।

आधुनिक अर्धचालक चिपों में अरबों की संख्या में घटक होते हैं, और हाथ से बनाये जाने के लिए बहुत जटिल होते हैं। सॉफ़्टवेयर उपकरण डिज़ाइनर की सहायता के लिए आवश्यक होते हैं। इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटर एडेड डिज़ाइन (ECAD) के नाम से प्रचलित इलेक्ट्रॉनिक डिज़ाइन ऑटोमेशन (EDA)[55] एकीकृत परिपथ सहित इलेक्ट्रॉनिक तंत्र को बनाने के लिए सॉफ़्टवेयर टूल की एक श्रेणी है। ये उपकरण अभियंताओं द्वारा संपूर्ण अर्धचालक चिपों को डिजाइन और विश्लेषण करने के लिए उपयोग की जाने वाली एक निर्माण प्रक्रिया में एक साथ काम करते हैं।

प्रकार

दोहरी इन-लाइन पैकेज में ए-टू-डी कनवर्टर आईसी

एकीकृत परिपथ को सामान्यतः सादृश्य परिपथ (analog circuit)[56], अंकीय परिपथ (digital circuit)[57] और एक ही आईसी (IC) पर सादृश्य (analog) और अंकीय (digital) संकेतों से मिलकर बने मिश्रित-संकेत एकीकृत परिपथों[58] में वर्गीकृत किया जा सकता है, ।

अंकीय (digital) एकीकृत परिपथ में कुछ वर्ग मिलीमीटर में अरबों[36] तर्कद्वार (logic gates), फ्लिप-फ्लॉप (flip-flop), बहुसंकेतक (multiplexers) और अन्य परिपथ हो सकते हैं। इन परिपथों का छोटा आकार बोर्ड-स्तरीय एकीकरण की तुलना में उच्च गति, कम बिजली अपव्यय और कम विनिर्माण लागत की सुविधा प्रदान करता है। ये अंकीय आईसी (digital IC), सामान्यतः माइक्रोप्रोसेसर (microprocessor), डीएसपी (DSP) और माइक्रोकंट्रोलर (microcontroller), "एक" और "शून्य" संकेतों को संसाधित करने के लिए बूलियन बीजगणित (boolean algebra) का उपयोग करते हैं।

I/O शामिल हैं। एक ही चिप

माइक्रोप्रोसेसर या "कोर (cores)" सबसे उन्नत एकीकृत परिपथ हैं, जिनका उपयोग निजी कंप्यूटर, सेल-फोन, माइक्रोवेव ओवन (microwave oven) आदि में किया जाता है। एक आईसी (IC) या चिप में कई कोर को एक साथ एकीकृत किया जा सकता है। अंकीय (digital) मेमोरी चिपों औरअनुप्रयोग-विशिष्ट एकीकृत सर्किट (ASIC) एकीकृत परिपथ के अन्य वर्गों के उदाहरण हैं।

प्रोग्राम करने योग्य तार्किक उपकरणों को 1980 के दशक में विकसित किया गया था। इन उपकरणों में ऐसे परिपथ होते हैं जिनके तार्किक कार्य और संयोजन को एकीकृत परिपथ निर्माता द्वारा तय किए जाने के स्थान पर उपयोगकर्ता द्वारा प्रोग्राम किया जा सकता है। यह एक चिप को तर्क द्वारों, योजकों (adders) और पंजीकरण (registers) जैसे विभिन्न एलएसआई-प्रकार (LSI-types) के कार्यों को करने के लिए प्रोग्राम करने की सुविधा प्रदान करता है। प्रोग्राम-योग्यता विभिन्न प्रकार की होती है - ऐसे उपकरण जिन्हें केवल एक बार प्रोग्राम किया जा सकता है, ऐसे उपकरण जिन्हें मिटाकर पुनः यूवी प्रकाश (UV rays) का उपयोग करके से प्रोग्राम किया जा सकता है, ऐसे उपकरण जिन्हें फ्लैश मेमोरी का उपयोग करके (पुनः) प्रोग्राम किया जा सकता है, और फील्ड-प्रोग्रामेबल गेट एरेज़ (field-programmable gate arrays (FPGAs)) जो संचालन के दौरान सहित किसी भी समय पर प्रोग्राम किया जा सकता है। 2016 तक के एफजीपीए (FPGA) कई दस लाख के समकक्ष गेट प्रयुक्त कर सकते हैं और 1 गीगाहर्ट्ज़ (GHz) तक की आवृत्ति पर काम कर सकते हैं।[59]

साद्रश्य आईसी (analog IC), संवेदक, सामर्थ्य प्रबंधक परिपथ, और परिचालन प्रवर्धक (op-amps), जैसे निरंतर संकेतों को संसाधित करते हैं, और प्रवर्धन, सक्रिय निस्पंदन (active filtering), विमॉडुलन और मिश्रण जैसे प्रक्रमों का संचालन करते हैं।

आईसी (IC), साद्रश्य-से-अंकीय परिवर्तक (analog-to-digital converters) और अंकीय-से-साद्रश्य परिवर्तक जैसे संचालनों को बनाने के लिए एक चिप पर साद्रश्य और अंकीय परिपथों को जोड़ सकते हैं। ऐसे मिश्रित संकेत परिपथ छोटे आकार और कम लागत की पेशकश करते हैं, लेकिन इन्हें संकेत हस्तक्षेप के लिए आवश्यक रूप से उत्तरदायी होना चाहिए। 1990 के दशक के उत्तरार्ध से पहले तक, माइक्रोप्रोसेसरों के समान ही कम लागत वाली सीमॉस (CMOS) प्रक्रियाओं में रेडियो का निर्माण नहीं किया जा सकता था। लेकिन वर्ष 1998 से आरएफ सीमॉस (RF CMOS) प्रक्रियाओं का उपयोग करके रेडियो चिपों को विकसित किया गया है। एथेरोस (Atheros) और अन्य कंपनियों द्वारा निर्मित 802.11 (वाई-फाई) चिप और इंटेल का डीईसीटी कॉर्डलेस फोन (DECT cordless phone) इसके उदाहरणों में सम्मिलित हैं ।[60]

आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक घटक वितरक प्रायः एकीकृत परिपथों को उप-वर्गीकृत करते हैं:

  • अंकीय एकीकृत परिपथ (Digital ICs) को तार्किक एकीकृत परिपथ (जैसे माइक्रोप्रोसेसर और माइक्रोकंट्रोलर), मेमोरी चिप (जैसे मॉस (MOS) मेमोरी और फ्लोटिंग-गेट मेमोरी), अंतर्प्रष्ठ एकीकृत परिपथ (स्तर परिवर्तक, अनुक्रमक / अनअनुक्रमक, आदि), सामर्थ्य प्रबंधक एकीकृत परिपथ और पप्रोग्रामयोग्य तार्किक उपकरणों के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।
  • साद्रश्य एकीकृत परिपथ (analog ICs) को रैखिक एकीकृत परिपथ और रेडियो आवृत्ति परिपथ (आरएफ परिपथ (RF circuit)) के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।
  • मिश्रित-संकेत एकीकृत परिपथ (mixed signals ICs) को डेटा अधिग्रहण एकीकृत परिपथ (ए/डी परिवर्तक, डी/ए परिवर्तक, अंकीय विभवमापी सहित), घडी या समय एकीकृत परिपथ, पारस्परिक परिवर्तित संधारित्र (switched capacitor) परिपथ और आरएफ सीमॉस (RF CMOS) परिपथ के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।
  • त्रि-आयामी एकीकृत परिपथ (3D ICs) को थ्रू-सिलिकॉन वाया (TSV) एकीकृत परिपथ और Cu-Cu संयोजन एकीकृत परिपथ के माध्यम से वर्गीकृत किया गया है।

निर्माण

निर्माण

Main article: Semiconductor fabrication
तीन धातु परतों के साथ एक छोटे मानक सेल का प्रतिपादन (ढांकता हुआ हटा दिया गया है)। रेत के रंग की संरचनाएं धातु इंटरकनेक्ट (एकीकृत परिपथ) हैं, जिसमें ऊर्ध्वाधर खंभे संपर्क होते हैं, आमतौर पर टंगस्टन के प्लग होते हैं। लाल रंग की संरचनाएं पॉलीसिलिकॉन गेट हैं, और तल पर ठोस मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन बल्क है।
सीएमओएस चिप की योजनाबद्ध संरचना, जैसा कि 2000 के दशक की शुरुआत में बनाया गया था। ग्राफिक एलडीडी-एमआईएसएफईटी को एसओआई सब्सट्रेट पर पांच धातुकरण परतों और फ्लिप-चिप बॉन्डिंग के लिए सोल्डर बंप के साथ दिखाता है। यह FEOL (लाइन का फ्रंट-एंड), BEOL (लाइन का बैक-एंड) और बैक-एंड प्रक्रिया के पहले भाग के लिए अनुभाग भी दिखाता है।

रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी के अर्धचालकों को एक ठोस-अवस्था वाली निर्वात नली के लिए सबसे संभावित सामग्री के रूप में पहचाना गया। 1940 और 1950 के दशक में कॉपर ऑक्साइड से शुरू होकर जर्मेनियम, फिर सिलिकॉन तक, सामग्री का व्यवस्थित रूप से अध्ययन किया गया था। आज, मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन एकीकृत परिपथ के लिए उपयोग किया जाने वाला मुख्य अधः स्तर है, हालांकि आवर्त सारणी के कुछ III-V यौगिकों जैसे गैलियम आर्सेनाइड का उपयोग एलईडी (LED), लेजर, सौर कोशिकाओं और उच्चतम गति वाले एकीकृत परिपथ जैसे विशेष अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। अर्धचालक सामग्री की क्रिस्टल संरचना में न्यूनतम दोषों के साथ क्रिस्टल बनाने के सही तरीकों में दशकों का समय लग गया।

अर्धचालक एकीकृत परिपथ एक समतलीय प्रक्रिया में गढ़े जाते हैं जिसमें तीन प्रमुख प्रक्रिया चरण सम्मिलित होते हैं - फोटोलिथोग्राफी, निक्षेप (जैसे रासायनिक वाष्प जमाव), और निक्षारण। प्रक्रिया के मुख्य चरण डोपिंग और सफाई द्वारा पूरक हैं। हाल ही के या उच्च-प्रदर्शन वाले एकीकृत परिपथ समतलीय वाले के स्थान पर बहु-द्वार फिनफेट (multi-gate FinFET) या जीएएएफईटी (GAAFET) ट्रांजिस्टर का उपयोग कर सकते हैं, जो 22 एनएम नोड (इंटेल) या 16/14 एनएम नोड से शुरू होते हैं।[61]

अधिकांश अनुप्रयोगों में मोनो-क्रिस्टल सिलिकॉन वेफरों का या विशेष अनुप्रयोगों के लिए, गैलियम आर्सेनाइड जैसे अन्य अर्धचालकों का उपयोग किया जाता है। वेफर पूरी तरह से सिलिकॉन नहीं होना चाहिए। फोटोलिथोग्राफी (Photolithography) का उपयोग अधःस्तर के विभिन्न क्षेत्रों को डोप किए जाने के लिए या उन पर जमा पॉलीसिलिकॉन, विसंवाहक (insulator) या धातु (सामान्यतः एल्यूमीनियम या तांबा) ट्रैक प्राप्त करने के लिए किया जाता है। डोपेंट (dopant) एक अर्धचालक को जानबूझकर उसके इलेक्ट्रॉनिक गुणों को संशोधित करने के लिए प्रस्तुत की गई अशुद्धियाँ हैं। डोपिंग एक अर्धचालक पदार्थ में डोपेंट जोड़ने की प्रक्रिया है।

  • एकीकृत परिपथ कई अतिव्यापी परतों से बने होते हैं, जिनमें से प्रत्येक को फोटोलिथोग्राफी द्वारा परिभाषित किया जाता है, और सामान्य रूप से विभिन्न रंगों में दिखाया जाता है। विसरण परतें उस स्थान को चिह्नित करती हैं जहां विभिन्न डोपेंट अधःस्तर में विसरित होते हैं;प्रत्यारोपण परतें यह परिभाषित करती हैं कि अतिरिक्त आयन कहाँ लगाए गए हैं; डोप्ड पॉलीसिलिकॉन या धात्विक परतें चालक को परिभाषित करती हैं, और वाया या संपर्क परतें संवाहक परतों के बीच संयोजन को परिभाषित करती हैं। इन परतों के एक विशिष्ट संयोजन से सभी घटकों का निर्माण किया जाता है।
  • एक स्व-संरेखित सीमॉस (CMOS) प्रक्रिया में एक ट्रांजिस्टर का निर्माण होता है जहां द्वार परत (पॉलीसिलिकॉन या धातु) एक विसरण परत को पार करती है।[62]: p.1 (see Fig. 1.1) 
  • संधारित संरचनाएँ, एक पारंपरिक विद्युत संधारित्र के समानांतर संवाहक प्लेटों की तरह, प्लेटों के बीच इन्सुलेट सामग्री के साथ, "प्लेटों" के क्षेत्र के अनुसार बनाई जाती हैं। एकीकृत परिपथ पर आकार की एक विस्तृत श्रृंखला वाले संधारित्र सामान्य होते हैं।
  • अलग-अलग लंबाई की घुमावदार वाली धारियों का उपयोग कभी-कभी ऑन-चिप प्रतिरोधक बनाने के लिए किया जाता है, हालांकि अधिकांश तार्किक परिपथ को किसी भी प्रतिरोधक की आवश्यकता नहीं होती है। प्रतिरोधक संरचना की लंबाई और चौड़ाई का अनुपात, इसकी तल प्रतिरोधकता के साथ मिलकर प्रतिरोध को निर्धारित करता है।
  • शायद ही कभी, आगमनात्मक संरचनाओं को छोटे ऑन-चिप कुंडल के रूप में बनाया जा सकता है, या परिभ्रमित्र (gyrators) द्वारा साइम्युलेट किया जा सकता है।

चूँकि सीमॉस (CMOS) उपकरण केवल तार्किक अवस्थाओं के बीच संक्रमण पर धारा खींचता है, सीमॉस (CMOS) उपकरण द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर उपकरण की तुलना में बहुत कम धारा की खपत करते हैं।

रैंडम-एक्सेस मेमोरी (RAM) एकीकृत परिपथ का सबसे नियमित प्रकार है; इस प्रकार उच्चतम घनत्व वाले उपकरण मेमोरी हैं; लेकिन एक माइक्रोप्रोसेसर में भी चिप पर मेमोरी होती है। (पहली छवि के नीचे नियमित सरणी संरचना देखें।[which?]) हालांकि दशकों से सिकुड़ती चौड़ाई के साथ संरचनाएं जटिल हैं। ये परतें उपकरण की चौड़ाई की तुलना में बहुत पतली रहती हैं। सामग्री की परतें एक फोटोग्राफिक प्रक्रिया की तरह गढ़ी जाती हैं, हालांकि दृश्य स्पेक्ट्रम में प्रकाश तरंगों का उपयोग सामग्री की एक परत को "प्रकट" करने के लिए नहीं किया जा सकता है, क्योंकि वे सुविधाओं के लिए बहुत बड़े होते हैं। इस प्रकार प्रत्येक परत के लिए पैटर्न बनाने के लिए उच्च आवृत्तियों (सामान्यतः पराबैंगनी) के फोटॉन का उपयोग किया जाता है। प्रत्येक विशेषता के अत्यंत सूक्ष्म होने के कारण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी, एक प्रक्रिया अभियंता के लिए आवश्यक उपकरण हैं जो एक निर्माण प्रक्रिया को दोषमार्जित कर सकते हैं।

वेफर परीक्षण या वेफर जांच के रूप में जानी जाने वाली प्रक्रिया में स्वचालित परीक्षण उपकरण (ATE) का उपयोग करके पैकेजिंग से पहले प्रत्येक उपकरण का परीक्षण किया जाता है। फिर वेफर को आयताकार खण्डों में काटा जाता है, जिनमें से प्रत्येक को डाई (die) कहा जाता है। फिर प्रत्येक अच्छी डाई को एल्यूमीनियम (या सोना) तार बंधन का उपयोग करके एक पैकेज में जोड़ा जाता है जो पैड के साथ थर्मोसोनिक रूप से बंधित होते हैं[63] , जो सामान्यतः डाई के किनारे के आसपास पाया जाता है। थर्मोसोनिक बंधन की शुरुआत सबसे पहले ए. कौकुलस ने की थी, जिन्होंने बाहरी दुनिया को ऐसे महत्वपूर्ण विद्युत संयोजनों को बनाने का एक विश्वसनीय साधन प्रदान किया। पैकेजिंग के बाद, वेफर जांच के दौरान उपयोग किए जाने वाले समान या समान ATE पर उपकरणों का अंतिम परीक्षण किया जाता है। इसमें औद्योगिक सीटी स्कैनिंग (industrial CT scanning) का भी उपयोग किया जा सकता है। इनकी परीक्षण लागत, कम लागत वाले उत्पादों पर निर्माण की लागत के 25% से अधिक हो सकती है, लेकिन कम उपज, बड़े या उच्च लागत वाले उपकरणों पर नगण्य भी हो सकती है।

एक निर्माण सुविधा (जिसे आमतौर पर सेमीकंडक्टर फैब के रूप में जाना जाता है) के निर्माण में वर्ष 2016 तक 8 बिलियन अमेरिकी डॉलर से अधिक की लागत आ सकती थी।[64] नए उत्पादों की बढ़ती जटिलता के कारण एक निर्माण सुविधा की लागत समय के साथ बढ़ती जाती है; इसे रॉक के नियम के रूप में जाना जाता है। ऐसी विशेषताएं निम्न हैं:

  • वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स) 300 मिमी व्यास तक (एक सामान्य डिशवेयर प्लेट से अधिक चौड़ा)।
  • Template:वर्ष 2016 तक, 14 एनएम ट्रांजिस्टर.[65][needs update]
  • कॉपर अंतर्संयोजित करता है जहां कॉपर वायरिंग अंतर्संयोजन के लिए एल्युमीनियम की जगह लेती है।
  • Low-κ परावैद्युत विसंवाहक।
  • विसंवाहक पर सिलिकॉन (SOI)।
  • आईबीएम द्वारा उपयोग की जाने वाली प्रक्रिया में तनावपूर्ण सिलिकॉन, स्ट्रेंड सिलिकॉन डाइरेक्टली ऑन इन्सुलेटर (Strained silicon directly on insulator (SSDOI) के रूप में जाना जाता है।
  • बहु-द्वारता उपकरण जैसे त्रि-द्वार ट्रांजिस्टर।

एकीकृत परिपथ का निर्माण या तो एकीकृत उपकरण निर्माताओं (IDM) का उपयोग करके घर में या फाउंड्री मॉडल का उपयोग करके किया जा सकता है। आईडीएम (IDM) ऊर्ध्वाधर रूप से एकीकृत ऐसी कंपनियाँ (जैसे Intel और Samsung) हैं जो अपने स्वयं के एकीकृत परिपथ की रचना, निर्माण और बिक्री करती हैं, और प्रायः कल्पित कंपनियों को रचना या निर्माण सेवाएँ प्रदान कर सकती हैं। फाउंड्री मॉडल में, एनवीडिया जैसी कल्पित कंपनियां केवल आईसी (IC) को डिजाइन करती और बेचती हैं और सभी विनिर्माणों को टीएसएमसी (TSMC) जैसे शुद्ध प्ले फाउंड्री को आउटसोर्स करती हैं। ये फाउंड्री, आईसी डिजाइन सेवाएं (IC design services) प्रदान कर सकती हैं।

संवेष्टन (Packaging)

Main article: Integrated circuit packaging
1977 में बनी सोवियत एमएसआई एनएमओएस लॉजिक चिप, 1970 में डिज़ाइन किए गए चार-चिप कैलकुलेटर सेट का हिस्सा है[66]

प्रारंभिक एकीकृत परिपथ मृत्तिका समतलीय संकुलों (ceramic flat packs) में पैक किए गए थे, जो कि कई वर्षों तक सेना द्वारा उनकी विश्वसनीयता और छोटे आकार के लिए उपयोग किया जाता रहा। वाणिज्यिक परिपथ संवेष्टन (packaging) तीव्र गति से दोहरी इन-लाइन पैकेज (DIP) में प्रतिस्थापित हो गया, जिसमें पहले मृत्तिका (ceramic) में और बाद में प्लास्टिक में पैक किया जाने लगा, जिसे सामान्यतः क्रेसोल-फॉर्मेल्डिहाइड-नोवोलैक (cresol-formaldehyde-novolac) कहते हैं। 1980 के दशक में वीएलएसआई (VLSI) परिपथ की पिन संख्या डीआईपी संवेष्टन (DIP packaging) के लिए व्यावहारिक सीमा से अधिक हो गए, जिससे पिन ग्रिड एरे (pin grid array) और लीडलेस चिप संवाहक (LCC) पैकेज का उपयोग होने लगा। 1980 के दशक प्रारंभ में सतह आरूढ़ संवेष्टन (surface mount packaging) का प्रदर्शन हुआ और जो कि 1980 के दशक के अंत में लोकप्रिय हो गई, जिसमें गल-विंग (gull-wing) या जे-लीड (J-lead) के रूप में बनाई गई लीड के साथ बारीक लीड पिच का उपयोग किया गया, जैसा कि छोटे-आउटलाइन एकीकृत परिपथ (SOIC) पैकेज द्वारा उदाहरण दिया गया था - एक वाहक जो एक समकक्ष डीआईपी (DIP) की तुलना में लगभग 30-50% कम क्षेत्र का अधिग्रहण करता है औरसामान्यतः 70% तक पतला होता है। इस पैकेज में "गल विंग (gull-wing)" होते हैं, जो दो लंबी तरफ से फैला हुआ होता है और 0.050 इंच की लीड स्पेसिंग (lead spacing) होती है।

1990 के दशक के उत्तरार्ध में, प्लास्टिक क्वाड फ्लैट पैक (PQFP) और पतले छोटे-आउटलाइन पैकेज (TSOP) उच्च पिन संख्या उपकरणों के लिए सबसे ज्यादा प्रचलित हो गए, हालांकि पीजीए (PGA) पैकेज अभी भी उच्च-सिरे माइक्रोप्रोसेसरों के लिए उपयोग किए जाते हैं।

बॉल ग्रिड ऐरे (BGA) पैकेज 1970 के दशक से उपयोग के लिए उपस्थित है। अन्य प्रकार के पैकेजों की तुलना में बहुत अधिक पिन संख्या की सुविधा देने वाले फ्लिप-चिप बॉल ग्रिड ऐरे पैकेज (Flip-chip Ball Grid Array packages) 1990 के दशक में विकसित किए गए थे। एक एफसीबीजीए (FCBGA) पैकेज में डाई को उल्टा (फ़्लिप) लगाया जाता है और पैकेज बॉल्स को एक पैकेज अधःस्तर के माध्यम से जोड़ता है जो तारों के स्थान पर एक मुद्रित-परिपथ बोर्ड के समान होता है। एफसीबीजीए (FCBGA) पैकेज डाई परिधि तक सीमित होने के स्थान पर इनपुट-आउटपुट संकेत (I/O क्षेत्र कहा जाता है) की एक सरणी को संपूर्ण डाई पर वितरित करने की अनुमति देता है। बीजीए (BGA) उपकरणों को एक समर्पित परिपथ की आवश्यकता नहीं होने का लाभ होता है, लेकिन उपकरण की विफलता के सम्बन्ध में इसे बदलना बहुत मुश्किल होता है।

इंटेल ने मोबाइल प्लेटफॉर्म के लिए वर्ष 2014 में जारी आखिरी पीजीए (PGA) परिपथ के साथ वर्ष 2004 के प्रारंभ में पीजीए (PGA) से लैंड ग्रिड ऐरे (LGA) और बीजीए (BGA) में प्रतिस्थापन किया । एएमडी (AMD) वर्ष 2018 तक मुख्यधारा के डेस्कटॉप प्रोसेसर पर पीजीए पैकेज[67] और मोबाइल प्रोसेसर पर बीजीए (BGA) पैकेज,[68] उपयोग करता है, और उच्च-सिरे डेस्कटॉप (high-end desktop) और सर्वर माइक्रोप्रोसेसर एलजीए (LGA) पैकेज का उपयोग करते हैं।[69]

डाई से निकलने वाले विद्युत संकेतों को डाई को पैकेज से विद्युत् रूप से जोड़ने वाले पदार्थ, पैकेज में प्रवाहकीय निशान (पथ) और मुद्रित परिपथ बोर्ड पर प्रवाहकीय निशान से पैकेज को जोड़ने वाली लीडों से होकर अवश्य ही गुजरना चाहिए। इन विद्युत संकेतों के मार्ग में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों और संरचनाओं में एक ही डाई के विभिन्न हिस्सों की यात्रा करने वाले तत्वों की तुलना में बहुत भिन्न विद्युतीय गुण होते हैं। फलस्वरूप, उन्हें संकेतों के भ्रष्ट न होने के सुनिश्चितीकरण करने के लिए विशेष रचना तकनीकों और डाई तक ही सीमित संकेतों की तुलना में बहुत अधिक विद्युत शक्ति की आवश्यकता होती है।

जब एक पैकेज में कई डाई रखे जाते हैं, तो परिणामस्वरुप पैकेज में एक तंत्र प्राप्त होता है, जिसे संक्षिप्त रूप से एसआईपी (SiP) कहा जाता है। प्रायः मृत्तिका (ceramic) से बने एक छोटे अधःस्तर पर कई डाई को मिलाकर एक बहु-चिप मॉड्यूल (MCM) बनाया जाता है। एक बड़े बहु-चिप मॉड्यूल (MCM) और एक छोटे मुद्रित परिपथ बोर्ड के बीच का अंतर कभी-कभी अस्पष्ट होता है।

पैकेज्ड एकीकृत परिपथ सामान्यतः काफी बड़े होते हैं, जिनमें पहचान की सूचना सम्मिलित होती है। यह पहचानने के लिए कि चिप का निर्माण कब किया गया था, इसमें चार सामान्य खंड होते हैं - निर्माता का नाम या प्रतीक चिन्ह, भाग संख्या, एक भाग उत्पादन बैच संख्या और क्रम संख्या, और चार अंकों का दिनांक-कोड। अत्यधिक छोटे सतह-आरूढ़ प्रौद्योगिकी भागों में प्रायः एकीकृत परिपथ की विशेषताओं को खोजने के लिए निर्माता की खोज तालिका (lookup) में उपयोग की जाने वाली संख्या ही होती है।

इसमें निर्माण की तारीख को सामान्यतः दो अंकों के वर्ष के रूप में दर्शाया जाता है, जिसके बाद दो अंकों का सप्ताह कोड होता है, जैसे कि कोड 8341 वाला एक भाग का निर्माण वर्ष 1983 के 41वें सप्ताह में या लगभग अक्टूबर, 1983 में किया गया था।

बौद्धिक संपदा

Main article: Integrated circuit layout design protection

एक एकीकृत परिपथ की प्रत्येक परत की तस्वीर खींचकर और प्राप्त तस्वीरों के आधार पर इसके उत्पादन के लिए फोटोमास्क तैयार करने की संभावना रचना विन्यासों (layout designs) की सुरक्षा के लिए कानून बनाने का एक कारण है। वर्ष 1984 के संयुक्त राज्य अर्धचालक सुरक्षा कानून (US semiconductor chip protection act) ने एकीकृत परिपथ का उत्पादन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले फोटोमास्क के लिए बौद्धिक संपदा संरक्षण की स्थापना की।[70]

वर्ष 1989 में वाशिंगटन, डीसी (Washington, D.C.) में आयोजित एक राजनयिक सम्मेलन ने एकीकृत परिपथ के संबंध में बौद्धिक संपदा पर एक संधि को अपनाया,[71] जिसे वाशिंगटन संधि या आईपीआईसी संधि (IPIC Treaty) भी कहा जाता है। यह संधि वर्तमान में लागू नहीं है, परन्तु इसे आंशिक रूप से ट्रिप्स समझौते (TRIPS agreement) में एकीकृत किया गया था।[72]

एकीकृत परिपथ से जुड़े कई संयुक्त राज्य पेटेंट हैं, जिनमें जे.एस. किल्बी US3,138,743, US3,261,081, US3,434,015 और आर.एफ. स्टीवर्ट US3,138,747. द्वारा पेटेंट शामिल हैं |

आईसी (IC) रचना विन्यासों की रक्षा करने वाले राष्ट्रीय कानूनों को जापान,[73] यूरोपीय आर्थिक समुदाय (EC),[74] यूके, ऑस्ट्रेलिया और कोरिया सहित कई देशों में अपनाया गया है। यूके ने कॉपीराइट, डिजाइन और पेटेंट अधिनियम, 1988, c. 48, § 213 अधिनियमित किया, जिसका कॉपीराइट कानून प्रारंभ में स्थापित होने के बाद पूरी तरह से चिप स्थलाकृतियों की रक्षा करता है। ब्रिटिश लीलैंड मोटर कार्पोरेशन बनाम आर्मस्ट्रांग पेटेंट कंपनी (British Leyland Motor Corp. v. Armstrong Patents Co.) देखें।

यूके के कॉपीराइट दृष्टिकोण की यूएस चिप उद्योग द्वारा अपर्याप्तता की आलोचना को इसके बाद के चिप अधिकारों के विकास में संक्षेपित किया गया है।[75]

ऑस्ट्रेलिया ने परिपथ रचना विन्यास अधिनियम 1989 को चिप संरक्षण के एक स्वजातिक रूप (sui generis form) में पारित किया।[citation needed] कोरिया ने अर्धचालक एकीकृत परिपथ के रचना विन्यास के संबंध में अधिनियम पारित किया।[citation needed]

पीढ़ियाँ

See also: List of semiconductor scale examples, MOS integrated circuit, and Transistor count

प्रौद्योगिकी के बड़े पैमाने ने सरल एकीकृत परिपथों के प्रारम्भिक दिनों में प्रत्येक चिप को केवल कुछ ट्रांजिस्टर तक सीमित कर दिया था, और एकीकरण की निम्न कोटि का अर्थ था कि रचना प्रक्रिया अपेक्षाकृत सरल थी। इसका उत्पादन भी आज के मानकों से काफी निम्न था। जैसे-जैसे धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक (MOS) तकनीक का विकास हुआ, तो लाखों और फिर अरबों मॉस(MOS) ट्रांजिस्टरों को एक चिप पर रखा जा सकता था,[76] और इलेक्ट्रॉनिक रचना स्वचालन (EDA) के क्षेत्र को जन्म देते हुए अच्छी रचनाओं के लिए गहन योजना की आवश्यकता थी। असतत ट्रांजिस्टर जैसे कुछ एसएसआई (SSI) और एमएसआई (MSI) चिपों का उत्पादन आज भी बड़े पैमाने पर होता है, जो पुराने उपकरणों को बनाए रखने और केवल कुछ द्वारों की आवश्यकता वाले नए उपकरणों का निर्माण करने का कार्य करता है। उदाहरण के लिए, टीटीएल चिप(TTL chips) की 7400 श्रृंखला एक वास्तविक मानक बनने के साथ उत्पादन में बनी हुई है।

संक्षिप्त रूप नाम वर्ष ट्रांजिस्टरों की संख्या [77] तर्क द्वारों की संख्या[78]
एसएसआई (SSI) छोटे पैमाने पर एकीकरण (small-scale-integration) 1964 1 to 10 1 to 12
एमएसआई (MSI) मध्यम पैमाने पर एकीकरण (medium-scale integration) 1968 10 to 500 13 to 99
एलएसआई (LSI) बड़े पैमाने पर एकीकरण (large-scale integration) 1971 500 to 20 000 100 to 9999
वीएलएसआई (VLSI) अधिक बड़े पैमाने पर एकीकरण (very large-scale integration 1980 20 000 to 1 000 000 10 000 to 99 999
यूएलएसआई (ULSI) अत्यधिक बड़े पैमाने पर एकीकरण (ultra-large-scale integration) 1984 1 000 000 and more 100 000 and more

छोटे पैमाने पर एकीकरण (small-scale-integration)

पहले एकीकृत परिपथों में केवल कुछ ट्रांजिस्टर होते थे। कई दस ट्रांजिस्टर वाले प्रारंभिक अंकीय परिपथ में कुछ तर्क द्वार होते थे, और प्लेसी एसएल201 (Plessy SL201) या फिलिप्स टीएए320 (Philips TAA320) जैसे प्रारम्भिक रैखिक एकीकृत परिपथों में दो ट्रांजिस्टर थे। तब से एक एकीकृत परिपथ में ट्रांजिस्टर की संख्या में नाटकीय रूप से वृद्धि हुई है। सैद्धांतिक अवधारणा का वर्णन करते समय बड़े पैमाने पर एकीकरण (LSI) शब्द का प्रयोग पहली बार IBM वैज्ञानिक रॉल्फ लैंडौअर (Rolf Landauer) द्वारा किया गया था;[79] उस शब्द ने छोटे पैमाने के एकीकरण (SSI), मध्यम पैमाने के एकीकरण (MSI), बहुत बड़े पैमाने पर एकीकरण (VLSI) और अत्यधिक बड़े पैमाने पर एकीकरण (ULSI) को जन्म दिया। प्रारंभिक एकीकृत परिपथ छोटे पैमाने के एकीकरण (SSI) थे।

प्रारंभिक अन्तरिक्षीय परियोजनाओं के लिए एसएसआई (SSI) परिपथ महत्वपूर्ण थे, और इन परियोजनाओं ने प्रौद्योगिकी के विकास को प्रेरित करने में सहायता प्रदान की। एलजीएम-30 मिनटमैन (LGM-30 Minuteman) और अपोलो (Apollओ) दोनों कार्यक्रमों को अपने जड़त्वीय मार्गदर्शन प्रणालियों के लिए हल्के अंकीय कंप्यूटरों की आवश्यकता थी। हालांकि अपोलो मार्गदर्शन कंप्यूटर ने एकीकृत-परिपथ प्रौद्योगिकी का नेतृत्व और प्रेरण किया,[80] जबकि मिनटमैन मिसाइल ने इसे बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए मजबूर किया। मिनटमैन मिसाइल कार्यक्रम और विभिन्न अन्य संयुक्त राज्य नौसेना कार्यक्रमों ने वर्ष 1962 में कुल $4 मिलियन एकीकृत परिपथ बाजार के लिए उत्तरदायी था, और नासा (NASA) के बजट और संयुक्त राज्य अमेरिका के सैन्य बजट पर वर्ष 1968 तक संयुक्त राज्य सरकार का खर्च अभी भी $312 मिलियन के कुल उत्पादन के 37% था।

जब तक एकीकृत परिपथ कंपनियों को औद्योगिक बाजार और अंततः उपभोक्ता बाजार में प्रवेश करने की अनुमति देने के लिए लागत कम नहीं हुई, तब तक संयुक्त राज्य सरकार की मांग ने नवविकसित एकीकृत परिपथ बाजार का समर्थन किया। प्रति एकीकृत परिपथ का औसत मूल्य वर्ष 1962 में $50 से गिरकर वर्ष 1968 में $2.33 हो गया।[81] 1970 के दशक के अंत तक उपभोक्ता उत्पादों में एकीकृत परिपथ की पहुँच हो गई। फ़्रीक्वेंसी मॉड्यूलेशन इंटर-कैरियर साउंड प्रोसेसिंग (FM inter-carrier sound processing) दूरदर्शन अवशोषकों में एक विशिष्ट अनुप्रयोग था।

छोटे पैमाने पर एकीकरण (SSI) चिप, मॉस (MOS) चिप का पहला अनुप्रयोग था।[82] वर्ष 1960 में मोहम्मद एम. अटाला के मॉस (MOS) एकीकृत परिपथ चिप के प्रस्ताव के बाद,[83] बनाई जाने वाली सबसे पहली प्रायोगिक मॉस (MOS) चिप 16-ट्रांजिस्टर चिप थी, जिसे वर्ष 1962 में आरसीए (RCA) में फ्रेड हेमैन और स्टीवन हॉफस्टीन द्वारा बनाया गया था।[30] मॉस एसएसआई चिपों (MOS SSI chips) का पहला व्यावहारिक अनुप्रयोग नासा के उपग्रहों के लिए था।[82]

मध्यम पैमाने पर एकीकरण (medium-scale integration)

एकीकृत परिपथों के विकास के अगले चरण में ऐसे उपकरण प्रस्तुत किए गए जिनमें प्रत्येक चिप पर सैकड़ों ट्रांजिस्टर होते हैं, जिन्हें मध्यम पैमाने पर एकीकरण (MSI) कहा जाता है।

मॉस्फेट (MOSFET) स्केलिंग तकनीक ने उच्च-घनत्व वाले चिपों के निर्माण को संभव बना दिया है।[25] मॉस चिप (MOS chip) वर्ष 1964 तक द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर चिपों की तुलना में उच्च ट्रांजिस्टर घनत्व और कम विनिर्माण लागत तक पहुंच गए थे।[32]

फ्रैंक वानलास ने वर्ष 1964 में स्वयं द्वारा रचित एक एकल-चिप 16-बिट शिफ्ट रजिस्टर को प्रस्तुत किया, जिसमें एक चिप पर तत्कालीन-अविश्वसनीय 120 मॉस (MOS) ट्रांजिस्टर थे।[82][84] उसी वर्ष जनरल माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक ने पहला वाणिज्यिक मॉस एकीकृत परिपथ चिप प्रस्तुत किया, जिसमें 120 पी-चैनल मॉस ट्रांजिस्टर (MOS p-channel MOS transistors) सम्मिलित था।[31] यह एक 20-बिट शिफ्ट रजिस्टर था, जिसे रॉबर्ट नॉर्मन[30] और फ्रैंक वानलास[85] द्वारा विकसित किया गया था। मूर के नियम द्वारा भविष्यवाणी की गई दर से MOS चिप और अधिक जटिल हो गए, जिससे 1960 के दशक के अंत तक एक चिप पर सैकड़ों मॉस्फेट (MOSFET) के साथ चिपों का निर्माण होने लगा।[32]

बड़े पैमाने पर एकीकरण (large-scale integration)

समान मॉस्फेट स्केलिंग तकनीक और आर्थिक कारकों द्वारा संचालित अग्रिम विकास ने 1970 के दशक के मध्य तक "बड़े पैमाने पर एकीकरण" (LSI) का नेतृत्व किया, जिसमें एक चिप पर हजारों ट्रांजिस्टर होते थे।[86]

एसएसआई (SSI), एमएसआई (MSI) और शुरुआती एलएसआई (LSI) और वीएलएसआई (VLSI) उपकरणों (जैसे कि 1970 के दशक के शुरुआती माइक्रोप्रोसेसरों) को संसाधित और निर्मित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले मुखौटे (masks) प्रायः रूबीलिथ-टेप या इसी तरह का उपयोग मुख्यतः हाथ से बनाए जाते थे।[87] यह मेमोरी या प्रोसेसर जैसे बड़े या जटिल एकीकृत परिपथ के लिए प्रायः परिपथ विन्यास के प्रभारी विशेष रूप से किराए के पेशेवरों द्वारा किया जाता था, जिन्हें अभियंताओं की एक टीम की देखरेख में रखा जाता था, जो परिपथ रचनाकारों के साथ प्रत्येक मुखौटे की शुद्धता और पूर्णता का निरीक्षण और सत्यापन भी करते थे।

1K-बिट RAM, कैलकुलेटर चिप्स, और पहला माइक्रोप्रोसेसर जैसे एकीकृत परिपथों में 4,000 ट्रांजिस्टर होते थे , जो 1970 के दशक के प्रारंभ में मध्यम मात्रा में निर्मित होना प्रारंभ हुए थे। कंप्यूटर की मुख्य मेमोरी और दूसरी पीढ़ी के माइक्रोप्रोसेसरों के लिए लगभग 10,000 ट्रांजिस्टर वाले ट्रू एलएसआई परिपथ (True LSI circuit) का निर्माण वर्ष 1974 के आसपास प्रारंभ हो गया था।

बहुत बड़े पैमाने पर एकीकरण (very-large-scale integration)

Main article: Very-large-scale integration
Intel 80486DX2 माइक्रोप्रोसेसर पर ऊपरी इंटरकनेक्ट परतें मर जाती हैं

"बहुत बड़े पैमाने पर एकीकरण (VLSI)" 1980 के दशक की शुरुआत में सैकड़ो-हजारों ट्रांजिस्टरों के साथ प्रारंभ हुआ एक विकास है, जिसमें वर्ष 2016 तक एक चिप में ट्रांजिस्टरों की संख्या दस बिलियन से अधिक पहुँच गई थी।

इस बढ़े हुए घनत्व को प्राप्त करने के लिए कई विकासों की आवश्यकता थी। निर्माता छोटे मॉस्फेट रचना विन्यास (MOSFET design) नियमों और स्वच्छ निर्माण सुविधाओं की ओर प्रतिस्थापित होते चले गए। इस प्रक्रिया में सुधार के मार्ग को अंतर्राष्ट्रीय प्रौद्योगिकी रोडमैप द्वारा अर्धचालकों (ITRS) के लिए संक्षेपित किया गया था, जो बाद में उपकरणों और प्रणालियों के लिए अंतर्राष्ट्रीय रोडमैप (IRDS) द्वारा विस्थापित किया गया था। इलेक्ट्रॉनिक रचना उपकरण में सुधार के कारण रचनाओं को उचित समय में समाप्त करना व्यावहारिक हो गया। अधिक ऊर्जा कुशल सीमॉस(CMOS) ने बिजली की खपत में निषेधात्मक वृद्धि से बचाने के लिए एनमॉस (NMOS) और पीमॉस (PMOS) का स्थान ले लिया। आधुनिक वीएलएसआई (VLSI) उपकरणों की जटिलता और घनत्व ने मुखौटे की जांच या हाथ से मूल रचना को असंभव बना दिया। अभियंता इसके स्थान पर सबसे कार्यात्मक सत्यापन कार्य करने के लिए ईडीए (EDA) उपकरण का उपयोग करते हैं।[88]

वर्ष 1986 में एक-मेगाबिट रैंडम-एक्सेस मेमोरी (RAM) चिप प्रस्तुत किए गए, जिसमें एक मिलियन से अधिक ट्रांजिस्टर थे। माइक्रोप्रोसेसर चिपों ने वर्ष 1989 में मिलियन-ट्रांजिस्टर का और वर्ष 2005 में बिलियन-ट्रांजिस्टर का लक्ष्य प्राप्त किया।[89] यह प्रवृत्ति काफी हद तक 2007 में प्रस्तुत चिपों में दसियों अरबों मेमोरी ट्रांजिस्टर के साथ बिना अवरोध के जारी है।[90]

यूएलएसआई (ULSI), (WSI), एसओसी (SoC) और 3डी-आईसी (3D-IC)

Further information: Wafer-scale integration, System on a chip, and Three-dimensional integrated circuit

यूएलएसआई (ULSI) शब्द, जिसका पूर्ण रूप "अत्यधिक बड़े पैमाने पर एकीकरण (ultra-large-scale integration)" है, को जटिलता के अग्रिम विकास को प्रतिबिंबित करने के लिए 1 मिलियन से अधिक ट्रांजिस्टर के चिपों के लिए प्रस्तावित किया गया था।[91]

वेफर-स्तर एकीकरण (WSI) बहुत बड़े एकीकृत परिपथों के निर्माण का एक साधन है जो एक एकल "सुपर-चिप" का उत्पादन करने के लिए पूरे सिलिकॉन वेफर का उपयोग करता है। डब्ल्यूएसआई (WSI), बड़े आकार और कम पैकेजिंग के संयोजन के माध्यम से कुछ प्रणालियों, विशेष रूप से बड़े पैमाने पर समानांतर सुपर कंप्यूटर, के लिए नाटकीय रूप से कम लागत का कारण बन सकता है। यह नाम "बड़े पैमाने पर एकीकरण" शब्द से लिया गया है, जो तब कला की वर्तमान स्थिति को प्रदर्शित करता था, जब डब्ल्यूएसआई (WSI) को विकसित किया जा रहा था।[92]

एक सिस्टम-ऑन-ए-चिप (system-on-a-chip, Soc or SOC) एक एकीकृत परिपथ होता है, जिसमें कंप्यूटर या अन्य सिस्टम के लिए आवश्यक सभी घटकों को एक चिप पर सम्मिलित किया जाता है। इस तरह के एक उपकरण का रचना जटिल और महंगी हो सकती है, और जबकि प्रदर्शन लाभ एक ही बार में सभी आवश्यक घटकों को एकीकृत करने से हो सकते हैं, लाइसेंस की लागत और एक-डाई मशीन विकसित करने की लागत अभी भी अलग-अलग उपकरणों से अधिक है। इन कमियों को कम विनिर्माण और एकत्रण लागत और बहुत कम बिजली बजट द्वारा उपयुक्त लाइसेंस के साथ ऑफसेट किया जाता है, क्योंकि घटकों के बीच सिग्नल ऑन-डाई रखे जाते हैं, जिसमें बहुत कम बिजली की आवश्यकता होती है (पैकेजिंग देखें)।[93] इसके अलावा, संकेत स्रोत और गंतव्य भौतिक रूप से डाई के करीब होते हैं, जो तारों की लंबाई, और इसलिए विलंबता, हस्तांतरण सामर्थ्य लागत और एक ही चिप पर मॉड्यूलों के बीच संचार से अपशिष्ट ऊष्मा को कम करते हैं। इसने तथाकथित नेटवर्क-ऑन-चिप (NOC) उपकरणों की खोज का नेतृत्व किया है, जो पारंपरिक बस निर्माणकला के विपरीत अंकीय संचार नेटवर्क के लिए सिस्टम-ऑन-चिप रचना पद्धति को प्रयुक्त करते हैं।

एक त्रि-आयामी एकीकृत परिपथ (3D-IC) में सक्रिय इलेक्ट्रॉनिक घटकों की दो या दो से अधिक परतें होती हैं जो एक एकल परिपथ में लंबवत और क्षैतिज रूप से एकीकृत होती हैं। परतों के बीच संचार ऑन-डाई संकेतन का उपयोग करता है, इसलिए बिजली की खपत समकक्ष अन्य परिपथों की तुलना में बहुत कम होती है। छोटे ऊर्ध्वाधर तारों का विवेकपूर्ण उपयोग तेजी से संचालन के लिए समग्र तार की लंबाई को काफी हद तक कम कर सकता है।[94]

सिलिकॉन लेबलिंग और भित्तिचित्र

अधिकांश सिलिकॉन चिपों के एक कोने में एक क्रम संख्या होती है, जो उत्पादन के दौरान उनकी पहचान करने के काम आती है। कुछ निर्माता इसमें अपना प्रतीक चिन्ह (logo) लगा देते हैं। जब से आईसी (IC) का निर्माण हुआ है, कुछ चिप निर्माताओं ने गुप्त, गैर-कार्यात्मक छवियों (images) या शब्दों के लिए सिलिकॉन सतह वाले क्षेत्र का उपयोग किया है। इन्हें कभी-कभी चिप कला, सिलिकॉन कला, सिलिकॉन भित्तिचित्र (graffiti) या सिलिकॉन डूडलिंग (doodling) के रूप में जाना जाता है।[citation needed]

आईसी और आईसी परिवार (ICs and IC families)

  • 555 टाइमर आईसी (555 timer IC)
  • परिचालन प्रवर्धक (Operational amplifier)
  • 7400-श्रृंखला एकीकृत परिपथ
  • 4000-श्रृंखला एकीकृत परिपथ, 7400 श्रृंखला के लिए CMOS समकक्ष (यह भी देखें: HCMOS)
  • इंटेल 4004, जिसे सामान्यतः व्यावसायिक रूप से उपलब्ध पहला माइक्रोप्रोसेसर माना जाता है, जिसके कारण प्रसिद्ध 8080 सीपीयू (CPU) और फिर आईबीएम (IBM) के व्यक्तिगत कंप्यूटर 8088, 80286 और 486 आदिका विकास हुआ।
  • मॉस तकनीक 6502 (MOS Technology 6502) और ज़ीलॉग Z80 (Zilog Z80) माइक्रोप्रोसेसर, जिनका उपयोग 1980 के दशक की शुरुआत में कई घरेलू कंप्यूटरों में किया गया था
  • कंप्यूटर से संबंधित चिपों की मोटोरोला 6800 श्रृंखला (Motorola 6800 series), और इसके विकास के साथ 68000 और 88000 श्रृंखला (कुछ एप्पल कंप्यूटरों में और 1980 के दशक में कमोडोर अमीगा (Amiga) श्रृंखला में प्रयुक्त)
  • सादृश्य एकीकृत परिपथों (analog integrated circuits) की एलएम-श्रृंखला (LM-Series) |

यह भी देखें

  • चिपसेट
  • चिप्स और विज्ञान अधिनियम
  • एकीकृत इंजेक्शन तर्क
  • आयन आरोपण
  • माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स
  • मोनोलिथिक माइक्रोवेव इंटीग्रेटेड परिपथ
  • बहु-दहलीज CMOS
  • सिलिकॉन-जर्मेनियम*
  • साउंड चिप
  • मसाला
  • चिप वाहक
  • डार्क सिलिकॉन
  • एकीकृत निष्क्रिय उपकरण
  • उच्च तापमान परिचालन जीवन
  • एकीकृत परिपथ के लिए थर्मल सिमुलेशन
  • एकीकृत परिपथों में ऊष्मा उत्पन्न करना

संदर्भ

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