I CIRCUITI INTEGRATI

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Il transistor è alla base di tutti i circuiti elettronici attuali; infatti i chip presentano al loro interno migliaia di transistor miniaturizzati. I computer dalla terza generazione in poi sono caratterizzati da una continua implementazione della miniaturizzazione dei circuiti, in modo da aumentare la velocità di esecuzione delle istruzioni e in modo da diminuire il peso e l’ingombro.

La prima fase di questo processo di miniaturizzazione è stata quella dell’invenzione del circuito integrato (IC). La sua invenzione risale al 1958 ad opera di un ingegnere americano appena assunto dalla Texas Instruements, Clair Kilby. Egli riuscì per la prima volta a combinare su una sola piastrina di materiale semiconduttore (silicio cristallino) le funzioni delle bobine, dei transistor, dei diodi, dei condensatori e dei resistori con i relativi collegamenti elettrici. Alla realizzazione dei vari componenti elettronici su una singola piastrina si arriva dopo numerosi passaggi:

  1. Innanzitutto viene realizzato un cilindro di silicio cristallino che poi viene tagliato in fette da 500 micron di spessore
  2. Il disco di silicio ( wafer ) viene ossidato tramite la vaporizzazione di ossigeno e silicio allo stato gassoso alla temperatura di 1100 °C
  3. Sul disco ossidato così ottenuto viene spalmata una resina fotosensibile
  4. Sul wafer viene posta una maschera con riprodotto il circuito elettrico e il tutto viene esposto a raggi ultravioletti. In tal modo, seguendo una tecnica simile a quella fotografica, viene impresso sul wafer lo schema del circuito
  5. La fotoresina e la patina ossidata viene poi lavata via con acquaforte, lasciando così scoperto, in corrispondenza dei circuiti, il silicio del wafer.
  6. A questo punto avviene il drogaggio del silicio, con atomi di boro per il silicio di tipo p o di arsenico per il silicio di tipo n. Gli atomi di questi gas penetrano solo nel silicio puro.
  7. In seguito vengono creati gli elettrodi vaporizzando alluminio ( attualmente comincia ad essere utilizzato il rame ) con elettroni.
  8. Infine i vari chip ( da un wafer si ottengono ca. 200 chip ) vengono tagliati con una punta di diamante e controllati. Quelli funzionanti andranno assemblati nel definitivo circuito integrato.

                           Fase 1:                               Fase 2:                                                      

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                    Fase 3 - 4 :                                              Fase 5:

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                      Fase 6:                                                       Fase 7 - 8 :

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Storia dell'invenzione

Il circuito integrato fu invece ideato da dall'ingegnere americano
Jack St.Clair Kilby (nato 1923) della Texas Instruments di Dallas nell'estate del 1958. L'invenzione fu ufficialmente annunciata il 12/09/1958. Per un certo tempo la paternità dell'invenzione fu però incerta tra Kilby e il fisico Robert Noyce (1927-1990) della FairChild Semiconductor e fondatore della Intel che nel gennaio del 1959 giungerà indipendentemente da Kilby alle stesse conclusioni e brevetterà l'idea nel 1961. Il progetto di Noyce sarà un perfezionamento di quello di Kilby e consisterà in un processo di diffusione planare a partire dal silicio monocristallino mediante processi fotografici.
Una curiosità: se la comunità scientifica è unanime nell'attribuire ad
entrambi i ricercatori l'invenzione del transistor, solo Kilby sarà ammesso nella Sala d'onore degli inventori nazionali insieme a Edison, Ford, Shockley, i fratelli Wright e pochi altri.

Proprietà Chimiche del Silicio

Proprietà Silicio cristallino Silicio Amorfo
DEg 1,1 eV 1,7 ~ 1,8 eV
Resistività Intrinseca ~ 104 Wcm ~ 109  ÷ 1010 Wcm
Resistività drogato(p,n) Fino a 10-3 Wcm Fino a 102 Wcm
Distanza di Legame Distanza cristallina ~ distanza cristallina
Angoli di Legame ~ 109° (tetraedrico) variaz. <10% ang. tetraedr.

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