v., de technologie van elektronische schakelingen, aangebracht in het oppervlak van kleine schijfjes halfgeleidermateriaal (de zgn. chips).
(e) Chips kunnen in drie groepen worden ingedeeld:
1. microcircuits;
2. microprocessors;
3. geheugencircuits.
Microcircuits zijn doorgaans kleine geïntegreerde schakelingen die in een groter verband een deelfunctie vervullen, b.v. als onderdeel van de centrale verwerkingseenheid van een groot computersysteem. Microprocessorchips zijn zeer ingewikkelde schakelingen die als zelfstandige eenheid kunnen functioneren. Op een microprocessorchip is een compleet elektronisch systeem geplaatst, b.v. de centrale verwerkingseenheid van een microcomputer. Geheugenchips doen dienst als tijdelijke of permanente opslag van gedigitaliseerde gegevens. Zij zijn minder complex van structuur en architectuur dan microprocessorchips. Geheugenchips zijn opgebouwd uit regelmatige structuren van naast en boven elkaar geplaatste transistors, die elk een ‘bit’ (afk. van: binary digit) kunnen bevatten. De capaciteit van geheugenchips wordt uitgedrukt in aantallen tekens of bytes (1 byte is een groep van 8 bits).
Sedert de eerste chips omstreeks 1965 werden toegepast, zijn de aantallen componenten die op het halfgeleiderschijfje kunnen worden aangebracht, enorm toegenomen. Aanvankelijk sprak men van small scale integration (SSI) waarbij hooguit enkele honderden componenten per chip werden geïntegreerd. Na 1970 werd het mogelijk om voldoende componenten op een chip aan te brengen om een microprocessor te construeren. In dit stadium sprak men van large scale integration (LSI). Tegenwoordig heeft men het over very large scale integration (VLSI) en is men in staat vele duizenden componenten op een chip aan te brengen en te integreren tot b.v. een microprocessor met de verwerkingscapaciteit van de centrale verwerkingseenheid van een minicomputer. Geïntegreerde schakelingen van het LSI- en VLSI-type zijn dermate complex van architectuur dat de integratie van zo veel componenten onmogelijk tot stand gebracht kan worden zonder de hulp van een groot computersysteem (zie computer aided design).
Niet alleen moet worden gewoekerd met de ruimte, maar de vele duizenden te combineren componenten moeten een strikt logische samenhang krijgen. Deelontwerpen worden voortdurend door de computer doorgerekend en hun eigenschappen gesimuleerd om na te gaan of het model tot dan toe nog functioneert en om na te gaan of er geen verborgen gebreken zijn opgetreden. Het simulatieproces is daarbij van groot belang om te voorkomen dat later, wanneer tot de definitieve massafabricage is overgegaan, grote hoeveelheden chips worden geproduceerd die niet aan de verwachtingen voldoen, of waarin pas veel later fouten aan het licht komen.
Het resultaat van de ontwerpfase kan bestaan uit zeer grote tekeningen die door de computer op een plotter of tekenmachine zijn gemaakt. Deze tekeningen bevatten de lay-out van de chipstructuren, zoals die achtereenvolgens in en op het halfgeleidermateriaal moeten worden aangebracht. Bij zeer vergaande miniaturiseringen worden de grote hoeveelheden gegevens die de computer tijdens de ontwerpfase heeft verzameld, gebruikt bij het numeriek besturen van elektronenof ionenbundels. Daarmee worden zeer fijne structuren, van minder dan één micrometer breed, aangebracht in de contactmaskers of zelfs direct in het voorbewerkte halfgeleidermateriaal. Zuiver kristallijn silicium (Si) is nog steeds de meest gebruikte halfgeleider voor de fabricage van chips. Na vele jaren van intensief fundamenteel onderzoek zijn de fysische eigenschappen van dit materiaal nu goed bekend. Daardoor kunnen in het materiaal allerlei gewenste veranderingen worden aangebracht, zoals het inbrengen van bepaalde verontreinigingen ten einde de gewenste elektronische eigenschappen te verkrijgen.
In de moderne chips waarin vele tienduizenden componenten zijn verwerkt, zijn de circuitcontouren kleiner dan 1 micrometer. Dat houdt in dat de golflengte van ultraviolet licht te grof wordt om er dit soort extreem fijne contourlijntjes mee aan te brengen. (Het is nl. principieel onmogelijk, met behulp van licht contouren te etsen die smaller zijn dan één golflengte.) Energierijke straling van een veel kortere golflengte is nodig voor deze graad van miniaturisering. Men gebruikt al elektronen- en ionenbundels en er wordt zelfs gestudeerd op de mogelijkheid deeltjes uit deeltjesversnellers voor dit doel te gebruiken. Door de grotere precisie die daarmee mogelijk wordt, is het percentage afvalchips na de testfase belangrijk kleiner dan bij de conventionele belichtings- en etstechnieken.
Miniaturisering van de geïntegreerde circuits is nodig om de opslagcapaciteit van de geheugenchips te vergroten, hun toegangstijd te verkleinen en om de verwerkingsprestatie van microprocessors op te voeren. Men verwacht nog in de jaren tachtig de gehele rekeneenheid van een mainframe op één chip te kunnen aanbrengen.
De research concentreert zich op een andere halfgeleider dart silicium, nl. galliumarsenide (GaAs). Deze halfgeleider is veel moeilijker te doorgronden, maar stelt veel aantrekkelijker eigenschappen in het voortuitzicht, m.n. de schakelsnelheid is vele malen groter. De High Electron Mobility Transistor (HEMT) in galliumarsenide heeft enkele honderden picoseconden nodig om van toestand te veranderen. De snelste siliciumtransistors scha-
kelen in de orde van enkele nanoseconden.
micro-elektronika. De snelle vorderingen van de miniaturiseringstechnieken geïllustreerd aan de capaciteit van geheugenchips
jaar capaciteit aantal geheugencellen
1965 kbits
1 1 024
1970 4 4 096
1976 16 16 384
1979 32 32 768
1982 128 131 071
1983 288 294 912
1984 1024 1 048 576
