Tài liệu: Lịch sử của Chip - vi mạch tích hợp

Ngày nay với tốc độ phát triển mạnh mẽ của điện tử và công nghệ thông tin, hàng loạt các sản phẩm công nghệ cao đã ra đời.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tài liệu: Lịch sử của Chip - vi mạch tích hợp Lịch sử của Chip - vi mạch tích hợp Ngày nay với tốc độ phát triển mạnh mẽ của điện tử và công nghệ thôngtin, hàng loạt các sản phẩm công nghệ cao đã ra đời. Những thiết bị này đãgóp phần nâng cao đời sống cho con người và chúng có một ý nghĩa lớn trongcuộc cách mạng công nghệ. Tuy nhiên một thành viên không thể khôngnhắc tới đó là Chip, mặc dù với vẻ bề ngoài có vẻ bé nhỏ nhưng những conChip lại có một sức mạnh không hề nhỏ chút nào. IC_Chip_Design Nếu coi các cỗ máy hiện đại ngày nay như một thực thể sống thì những conChip bé nhỏ chính là các tế bào góp phần nuôi dưỡng và duy trì sự sống cho các cỗmáy này.Bài viết dưới đây sẽ cho chúng ta được biết thêm về lịch sử hình thành và pháttriển của những con Chip đầu tiên của nhân loại. Năm 1947, J. Bardeen & W. Brattain (AT&T Bell Lab., USA) phát minh raPoint Contact Transistor - đây là một đột phá trong nỗ lực tìm ra thiết bị mớithay cho ống chân không. Dòng điện vào (bên trái hình tam giác) được truyền qualớp dẫn điện trên bề mặt bản Germanium và được khuyếch đại thành dòng ra (bênphải hình tam giác). Sở dĩ thiết bị khuyếch đại dòng điện này có tên làTRANSISTOR vì nó là một loại điện trở (Resistor) hay bán dẫn có khả năng truyềnđiện (TRANSfer). transistor Năm 1950, W. Shockley (AT&T Bell Lab, USA) phát minh ra transistor kiểutiếp hợp. Đây là mô hình đầu tiên của loại bipolar transitor sau này. transistor Năm 1958, J. Kilby (Texas Instruments, Mỹ) phát minh ra mạch IC đầu tiên,mở đầu cho thời kỳ hoàng kim của vi điện tử. Điểm quan trọng trong phát minhcủa Kilby là ở ý tưởng về việc tích hợp các thiết bị điện tử (điện trở, transistor,condenser) lên trên bề mặt tấm silicon. Năm 1959, J. Hoerni và R. Noyce (Fairchild, Mỹ) thành công trong việc chếtạo ra transistor trên một mặt phẳng silicon. Hình dưới là transistor với cả 3 cực(base, emitter, colector) cùng nằm trên một mặt phẳng. transistor với cả 3 cực (base, emitter, colector) Năm 1961, cũng chính J. Hoerni và R. Noyce đã tạo ra mạch flip-flop (với 4transistor và 5 điện trở) trên mặt silicon. Năm 1970, G.-E. Smith và W.-S. Boyle (AT&T Bell Lab., USA) tạo ra mạch CCD8-bit. CCD 8-bit Năm 2004, công ty Intel (Mỹ) chế tạo chip Pentium 4 với trên 42 triệu contransistor. Pentium 4 Năm 2005, ê kíp liên kết giữa IBM, Sony, Sony Computer Entertainment, vàToshiba giới thiệu chip CELL đa lõi (multi-core), hoạt động ở tốc độ 4 GHz, đạt tốcđộ xử lý lên tới 256 Gflop. Chưa đầy 50 năm kể từ ngày Kilby đề xuất ra ý tưởng vềIC, ngành công nghệ vi mạch đã đạt được những thành tựu rực rỡ. Sự tăng trưởngở tốc độ chóng mặt của ngành công nghệ vi mạch là chìa khóa quan trọng bậc nhấttrong cuộc cách mạng công nghệ thông tin hiện nay. 1. Một bước ngoặt quan trọngPhát nhiệt từ các mạch tích hợp là một vấn đề quan trọng hàng đầu của các kỹ sưthiết kế. Thoạt nghe ta tưởng như chuyện đơn thuần. Nếu có phát nhiệt thì ta giảmnhiệt. Nhưng, giảm nhiệt trong một siêu vi mạch không đơn giản và nếu việc giảmnhiệt được diễn ra thuận lợi thì có lẽ chiếc máy tính ngày nay đã tiến rất xa và tinhvi hơn chiếc máy tính chúng ta đang sử dụng. Trong mạch tích hợp dày đặc nhữngtransistor cực nhỏ sự phát nhiệt đưa đến đến những bất lợi trong việc vận hành,giảm hiệu suất hoạt động của mạch và tiêu hao nhiều năng lượng. Các chuyên giadự đoán nếu số transistor trong một chip và tốc độ xử lý gia tăng nhưng không cómột biện pháp giảm nhiệt thỏa đáng thì chip có thể dễ dàng tiêu hao 10 kW nănglượng và phát nhiệt lượng 1000 W/cm2, tương đương với 10 bóng đèn 100 W từmột khoảnh diện tích 1 cm2 [1]. Sự tăng nhiệt nếu không được kiềm chế cứ thế giatăng (thermal runaway) dễ dàng đưa đến việc cháy máy. Để đối phó, họ dùng tất cảmọi phương tiện từ công nghệ thấp như chiếc quạt gió đến công nghệ cao nhưcải thiện vật liệu transitor và cấu trúc mạch tích hợp như được đề cập ở phần sau.Giải quyết vấn đề phát nhiệt cấp bách và quan trọng đến mức việc chế tạo nhữngchiếc quạt gió, bộ phận tiêu nhiệt (heat sink) hay làm lạnh (refrigerator) bằng hiệuứng nhi ệt điện (thermoelectric effect) để phát tán nhiệt từ chip của máy vi tínhhoặc laptop trở thành một ngành quan trọng trong công nghiệp điện tử. Tuy nhiên,những công cụ này chỉ có thể làm nguội nhiều lắm một nguồn nhiệt 100 watt. Vìvậy, quạt gió và bộ tiêu nhiệt không phải là cách giải quyết triệt để.Sự phát nhiệt phần lớn xảy ra tại cổng transistor vì lớp cách điện SiO2 quá mỏnggây ra rò điện. Silicon dioxide (SiO2) là chất oxide truyền thống làm cổngtransistor. Silicon là chất bán dẫn nhưng SiO2 là chất cách điện. Bằng sự thôngminh của mình con người tận dụng sự ưu đãi của thiên nhiên một cách hoàn hảo.Thiên nhiên đã cho ta silicon, bây giờ ta cần một lớp mỏng chất cách điện thì tạisao lại không lợi dụng sự c ...