Công nghệ điện tử

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. Những thiết bị này đã góp phần nâng cao đời sống cho con người và chúng có một ý nghĩa lớn trong cuộc cách mạng công nghệ. Tuy nhiên một "thành viên" không thể không nhắc tới đó là Chip, mặc dù với vẻ bề ngoài có vẻ bé nhỏ nhưng những con Chip 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 con Chip bé nhỏ chính là các tế bào góp phần nuôi dưỡng và duy trì sự sống cho các cỗ máy này. Bài viết dưới đây sẽ cho chúng ta được biết thêm về lịch sử hình thành và phát triển của những con Chip đầu tiên của nhân loại. Năm 1947, J. Bardeen & W. Brattain (AT&T Bell Lab., USA) phát minh ra "Point Contact Transistor" - đây là một đột phá trong nỗ lực tìm ra thiết bị mới thay cho ống chân không. Dòng điện vào (bên trái hình tam giác) được truyền qua lớp dẫn điện trên bề mặt bản Germanium và được khuyếch đại thành dòng ra (bên phải hình tam giác). Sở dĩ thiết bị khuyếch đại dòng điện này có tên là TRANSISTOR vì nó là một loại điện trở (Resistor) hay bán dẫn có khả năng truyền điện (TRANSfer). transistor Năm 1950, W. Shockley (AT&T Bell Lab, USA) phát minh ra transistor kiểu tiếp 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 minh của 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 chế tạo 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 4 transistor và 5 điện trở) trên mặt silicon. Năm 1970, G.-E. Smith và W.-S. Boyle (AT&T Bell Lab., USA) tạo ra mạch CCD 8-bit. CCD 8-bit Năm 2004, công ty Intel (Mỹ) chế tạo chip Pentium 4 với trên 42 triệu con transistor. Pentium 4 Năm 2005, ê kíp liên kết giữa IBM, Sony, Sony Computer Entertainment, và Toshiba giới thiệu chip CELL đa lõi (multi-core), hoạt động ở tốc độ 4 GHz, đạt tốc độ xử lý lên tới 256 Gflop. Chưa đầy 50 năm kể từ ngày Kilby đề xuất ra ý tưởng về IC, ngành công nghệ vi mạch đã đạt được những thành tựu rực rỡ. Sự tăng trưởng ở tốc độ chóng mặt của ngành công nghệ vi mạch là chìa khóa quan trọng bậc nhất trong cuộc cách mạng công nghệ thông tin hiện nay. Lịch sử vi mạch 20/06/2007 Trong lĩnh vực công nghệ thế kỷ 20, có thể nói Điện tử là ngành có ảnh hưởng lớn nhất đối với đời sống của con người. Điện tử là tivi, là tủ lạnh, là ô tô, là máy tính, là điện thoại di động, là tất cả những gì liên quan mật thiết tới cuộc sống hiện đại. Sự ra đời của bóng bán dẫn (transistor) đánh dấu cho một kỷ nguyên công nghệ rực rỡ bậc nhất trong lịch sử loài người. Những tiến bộ vượt bậc về kỹ thuật thiết kế và sản xuất transistor đã tạo ra cuộc cách mạng trong việc tạo ra các sản phẩm điện tử nhỏ gọn hơn, mạnh mẽ hơn. Tiếc thay, kỹ thuật sản xuất transistor đã và đang vượt xa tầm với của ngành Điện tử nước nhà. Phải làm gì để theo kịp công nghệ điện tử của các nước Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, .? Đó là một câu hỏi lớn cần được chính phủ giải đáp. Trong khi chờ đợi câu trả lời ở tầm vĩ mô, tác giả mong muốn góp chút gì đó để giới thiệu, mở đường cho những người quan tâm và yêu thích ngành công nghệ quan trọng bậc nhất này. Năm 1947, J. Bardeen & W. Brattain (AT&T Bell Lab., USA) phát minh ra "Point Contact Transistor." - đây là một đột phá trong nỗ lực tìm ra thiết bị mới thay cho ống chân không. Dòng điện vào (bên trái hình tam giác) được truyền qua lớp dẫn điện (conversion layer) trên bề mặt bản Germanium và được khuyếch đại thành dòng ra (bên phải hình tam giác.) Sở dĩ thiết bị khuyếch đại dòng điện này có tên là TRANSISTOR vì nó là một loại điện trở (resistor) hay bán dẫn (semiconductor) có khả năng truyền điện (Ttransfer). Năm 1950, W.Shockley (AT&T Bell Lab., USA) phát minh ra transistor kiểu tiếp hợp. Đây là mô hình đầu tiên của loại bipolar transitor sau này. Năm 1958, J.Kilby (công ty Texas Instruments, Mỹ) phát minh ra mạch IC (Integrated Circuit) đầu tiên, mở đầu cho thời kỳ hoàng kim của vi điện tử. Điểm quan trọng trong phát minh của 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 (công ty Fairchild, Mỹ) thành công trong việc chế tạo ra transistor trên một mặt phẳng silicon. Hình dưới là transistor với cả 3 cực (base, emitter, colector) cùng nằm trên một mặt phẳng. Năm 1961, cũng chính J.Hoerni và R.Noyce đã tạo ra mạch flip-flop (với 4 transistor và 5 điện trở) trên mặt silicon. Năm 1970, G.E.Smith và W.S.Boyle (AT&T Bell Lab., USA) tạo ra mạch CCD 8-bit. Cuối năm 1970, J.Karp và B.Regitz (công ty Intel, Mỹ) tạo ra mạch DRAM 1103 với trên 1000 memory cells. Năm 1971, M.E.Hoff, S.Mazer, 嶋 正利, F.Faggin (công ty Intel, Mỹ) tạo ra bộ vi xử lý 4004 với trên 2,200 con transistor. Năm 2004, công ty Intel (Mỹ) chế tạo chip Pentium 4 với trên 42 triệu con transistor. Cùng năm 2004, Intel tung ra chip Itanium 2 (9MB cache) phục vụ máy chủ, với số transistor lên tới 592 triệu con. Năm 2005, ê kíp liên kết giữa IBM, SONY, SONY Computer Entertainment, và Toshiba giới thiệu chip CELL đa lõi (multicore), hoạt động ở tốc độ 4GHz, đạt tốc độ xử lý lên tới 256 GFLOPS. Chưa đầy 50 năm kể từ ngày Kilby đề xuất ra ý tưởng về IC, ngành công nghệ vi mạch đã đạt được những thành tựu rực rỡ. Sự tăng trưởng ở tốc độ chóng mặt của ngành công nghệ vi mạch là chìa khóa quan trọng bậc nhất trong cuộc cách mạng công nghệ thông tin hiện nay. 50 năm mạch tích hợp: nhanh, nhỏ, rẻ hơn Notebook, điện thoại thông minh, đầu đĩa Blu-ray - những sản phẩm được nhiều người mong muốn sở hữu hiện nay - có thể sẽ không tồn tại nếu mạch điện tử IC (integrated circuit) không xuất hiện. IC không chỉ mở ra ngành điện tử tiêu dùng hiện đại mà còn thúc đẩy lĩnh vực này phát triển với hàng loạt chip hiệu suất cao, nhỏ và giá rẻ được sản xuất mỗi năm. Vi mạch điện tử được kỹ sư Jack Kilby thuộc công ty Texas Instruments (Mỹ) trình diễn cách đây 5 thập kỷ - phát minh giúp ông giành giải Nobel Vật lý năm 2000. Sản phẩm lúc đó (ảnh) chỉ có một transistor cùng vài bộ phận khác trên một miếng germani mỏng, trong khi "hậu duệ" của nó ngày nay chứa hành trăm bóng bán dẫn trên một diện tích chỉ bằng kích thước tế bào máu. Thực ra, thiết kế IC là ý tưởng của nhiều kỹ sư vào những năm 50 của thế kỷ trước. Một trong số đó là Robert Noyce, đồng sáng lập công ty Fairchild. Một năm sau khi Kilby xây dựng mạch IC, Noyce đăng ký bản quyền cho cấu trúc bán dẫn tương tự và đến 1960, công ty ông sản xuất mạch tích hợp đầu tiên trên một miếng silicon (thay vì germanium). Kilby và Noyce về sau đều được trao Huân chương khoa học quốc gia (Mỹ) và cả hai được coi là đồng phát minh IC. Dù mạch tích hợp có những ưu điểm đáng ghi nhận (giá rẻ, cải thiện khả năng hoạt động của thiết bị), phải khá lâu sau IC mới được đưa vào trong các ứng dụng thực. Năm 1961, Texas Instruments xây dựng hệ thống có tên "Molecular Electronic Computer" (máy tính điện tử phân tử) cho Lực lượng không quân Mỹ và chứng minh 587 IC có thể thay thế 8.500 transistor. [...]... hành đào tạo sinh viên chuyên ngành những công nghệ mới nhất về vi mạch khả trình (programmble chip)" Các tổ chức nghiên cứu trên địa bàn TP HCM cũng đánh giá cao việc ra đời của trung tâm công nghệ mới này Theo Phó giáo sư - tiến sĩ Vũ Đình Thành, Trưởng khoa Điện - Điện tử, Đại học Bách Khoa TP HCM, điều đó sẽ là một bước phát triển mới cho thị trường công nghệ ở địa phương Phó giáo sư - tiến sĩ Nguyễn... data đặc biệt Mask data sẽ được gửi tới các nhà sản xuất mask để nhận về một bộ mask kim loại phục vụ cho công việc sản xuất tiếp theo 6 Sản xuất mask Có thể xem mask là cái khuôn để đúc vi mạch lên tấm silicon Công nghệ sản xuất mask hiện đại chủ yếu dùng tia điện tử (EB - Electron Beam) Các điện tử với năng lượng lớn (vài chục keV) sẽ được vuốt thành chùm và được chiếu vào lớp film Crom đổ trên bề... là bội số của 90nm Đây gọi là Process rule 90nm là kích thước bề ngang dây dẫn điện bên trong chip Để thu nhỏ hơn nữa kích cỡ của chip, Intel đã cho ra công nghệ 45nm Nhà máy sản xuất chip theo công nghệ 45nm đang được xây dựng tại thung lũng Silicon 2007 là năm Intel tuyên bố sẽ cho ra đời sản phẩm mẫu (sample) của công nghệ 45nm Đến năm 2010 Intel dự định sản xuất đại trà 1.6 Mask pattern design Phần... kim chỉ nam của ngành điện toán suốt 4 thập niên qua Trong những năm 60 của thế kỷ 20, máy tính cơ (calculator) cồng kềnh như hệ thống desktop ngày nay và cũng phải cắm vào nguồn điện Năm 1969, công ty Nippon đề nghị Intel thiết kế 12 chip tùy biến để xây dựng một hệ thống calculator hoàn toàn mới: Busicom 141-PF (ảnh) Và chip 4004 ra đời Từ máy tính bỏ túi đến đồng hồ điện tử, IC lần lượt xuất hiện... toàn bộ hệ thống, các đặc điểm về công nghệ, tốc độ xử lý, mức tiêu thụ năng lượng, cách bố trí các pins, các lược đồ khối, các điều kiện vật lý như kích thước, nhiệt độ, điện áp Tất cả các bước thiết kế trong system design đều được diễn ra mà không có sự hỗ trợ đặc biệt nào từ các công cụ chuyên dụng Sau khi có bản thiết kế (yêu cầu) hệ thống, trưởng dự án sẽ chia nhỏ công việc ra cho từng đội thiết... transistor năm 1968 Vi mạch, thiết bị được tìm thấy ở hầu hết các thiết bị điện tử từ dụng cụ nấu nướng cho đến máy tính, thẻ tín dụng, đèn tín hiệu giao thông, xe hơi, ĐTDĐ kỷ niệm tuổi 50 Vi mạch đầu tiên, hay còn được gọi là mạch tích hợp, lần đầu được chế tạo tại công ty Texas Instruments (Mỹ) bởi một nhân viên mới của công ty này là Jack Kilby, vào ngày 12 tháng 9 năm 1958 Nó bao gồm một mảnh... sản phẩm nào đó bộ phận R&D (nghiên cứu và khai thác) đã sản xuất sản phẩm mẫu trước 2.1 Sản xuất mask Có thể xem mask là cái khuôn để đúc vi mạch lên tấm silicon Công nghệ sản xuất mask hiện đại chủ yếu dùng EB (Electron Beam) Các điện tử với năng lượng lớn (vài chục keV) sẽ được vuốt thành chùm và được chiếu vào lớp film Cr đổ trên bề mặt tấm thủy tinh Phần Cr không bị che bởi mask (artwork) sẽ bị... một bản thủy tinh Câu chuyện bắt đầu từ tháng 7 năm đó, khi Kilby vì là thành viên mới được tuyển dụng của công ty nên không được phép đi nghỉ như các thành viên khác Kilby đã sử dụng thời gian nhàn rỗi đó để suy nghĩ cách giải quyết vấn đề làm thế nào để kết nối số lượng lớn các thiết bị điện tử với nhau trong các mạch phức tạp theo cách vừa đạt được hiệu suất cao, lại không tốn nhiều chi phí Anh ta... "hạ lưu", thường được đảm nhiệm bởi chuyên gia trong các hãng sản xuất bán dẫn Họ sử dụng các công cụ CAD để chuyển net-list sang kiểu data cho layout Netlist sẽ trở thành bản vẽ cách bố trí các transistor, capacitor, resistor, Ở đây phải tuân thủ nghiêm ngặt một thứ gọi là Design Rule Ví dụ chip dùng công nghệ 65nm thì phải dùng các kích thước là bội số của 65nm Keyword: DRC (design rule check),... tính điện tử cầm tay đầu tiên Ông vinh dự nhận giải thưởng Nô-ben Vật lý năm 2000 - Intel có 15 nhà máy sản xuất silicon lỏng trên toàn thế giới Để xây dựng mỗi nhà máy phải tốn 3 tỷ USD và các nhà máy này được cho là những nơi sạch nhất trên trái đất Thiết bị đầu tiên mà Kilby chế tạo có kích thước dài 7/16 inch (11,5 mm) và rộng 1/16 inch (1,5 mm), đã thực sự tạo ra một cuộc cách mạng cho ngành điện . 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. Những thiết bị này đã góp. trong cuộc cách mạng công nghệ thông tin hiện nay. Lịch sử vi mạch 20/06/2007 Trong lĩnh vực công nghệ thế kỷ 20, có thể nói Điện tử là ngành có ảnh hưởng