Integrated Circuit (IC) mohammad iqbal
[email protected]
085.626.74139
Evolusi Teknologi Elektronik (Rockett, 1991; McCanny & White, 1987)
1900-an: Tabung Vakum. • 1905 Tabung vakum dioda elektronik pertama dikembangkan (Fisikawan Inggris J. Ambrose Fleming) – Mengizinkan perubahan arus AC
arus DC.
• 1906 Tabung vakum trioda elektronik pertama dikembangkan (insiyur Amerika Lee DeForest) – Mengizinkan sinyal dapat terkontrol dan dikuatkan – Teknologi elektronik lahir.
Akhir 1940-an: Transistor. • 1947 Transistor bipolar (dwikutub) point-contact ditemukan (Tim Lab Bell Bardeen, Shockley, and Brattain Nobelprize in physics) • 1951 Junction field-effect transistor (JFET) ditemukan • 1952 Fabrikasi single-crystal silicon. • 1954 Pengembangan Oxide masking process
Evolusi Tek. Elektronik (cont’d) Akhir 1950-an: Penemuan-2 Kunci IC • 1958 IC silikon pertama dikembangkan (Texas Instrument's Jack Kirby). • 1959 Planar process u/ mendistribusi transistor pda Siilikon, dgn lapisan oksida pasif u/ memproteksi persambungan (junctions), dikembangkan (Fairchild Semiconductor's Noyce and Moore. – A modern version of this process is used today.
1960's: Small Scale Integration (SSI), termuat 3-30 gates per chip. • 1960 Transistor Metal-Oxide-Silicon (MOS) transistor ditemukan. • 1962 Logik Transistor-transistor (TTL) dikembangkan • 1963 Complementary Metal Oxide Silicon (CMOS) ditemukan.
Evolusi Tek. Elektronik (cont’d) Akhir 1960-an: Medium Scale Integration (MSI), 30-300 gates per chip. •
1968 MOS memory circuits diperkenalkan.
1970-an: Large Scale Integration (LSI), 300-3000 gates per chip. • •
1970 8-bit MOS calculator chips diperkenalkan geometries). 1971 16-bit Microprocessors diperkenalkan.
(7 micrometer chip
1980's: Very Large Scale Integration (VLSI), > 3000 gates per chip. • •
1981 Very High Speed Integration (VHSIC), tens's of thousands of gates per chip (1.5 micrometer chip geometries). 1984 0.5 micrometer chip geometries.
Teknologi Rangkaian Logika Digital Teknologi Komponen Diskrit (tahun 50-an –awal 60-an) bipolar DTL
TRL
Teknologi IC (tahun awal 60-an - sekarang) bipolar RTL
TTL
I2L
MOS ECL
PMOS biCMOS
NMOS
CMOS
Teknologi Rangkaian Logika Digital (cont’d) Teknologi Bipolar •
TRL (Transistor Resistor Logic) – Jumlah resistor dimaksimalkan (resistor
•
devais termurah)
DTL (Dioda Transistor Logic) – Kinerja ditingkatkan dgn mengganti kebanyakan resistor dgn dioda semikonduktor
•
RTL (Resistor Transistor Logic) – Teknologi mikroelektornika pertama – Menggunakan banyak transistor dan hanya sedikit resistor
•
TTL (Transistor Transistor Logic) – transistors berjumlah banyak dan terkait laungsung satu sama lain; Sampai sekarang tetap menjadi teknologi bipolar paling populer
•
I2L (Integrated-injection logic) – technology mereduksi kerapatan packing dari devais bipolar devices ke suatu ukuran mendekati ukurana devais MOS melalui “compressing” suatu rangkaian logika yang terdiri dari dua transistor menjadi suatu satuan tunggal (a single unit).
Teknologi Rangkaian Logika Digital (cont’d) • ECL (emmitter-coupled logic) – Devais dikembangkan u/ aplikasi-2 yg membutuhkan kecepatan yang sangat tinggi (extremely high speed). – Mengkonsumi lebih banyak energi/power, – digunakan secara ekslusif pada komputer-komputer Cray
Teknologi MOS • • •
•
Menawarkan reduksi dalam hal persyaratan ruang yang besar dan konsumsi daya/energi yang tinggi dari devais-2 bipolar. Rangkaian elektronik MOS pertama devais MOS p-channel (PMOS) karena paling mudah dibuat. Tek. MOS lebih maju, devais MOS n-channel (NMOS) menggantikan devais PMOS karena teknologinya menawarkan kinerja kec. yg lebih tinggi u/ kerapatan, kompleksitas dan biaya yg sama. Kebutuhan akan konsumsi daya yg lebih rendah pengembangan devais-2 complementary MOS (CMOS) devices yg lebih besar tapi konsumsi dayanya lebih efisien
Teknologi Rangkaian Logika Digital (cont’d)
•
Meskipun keuntungan kerapatan dan efisiensi daya dari teknologi MOS, namun teknologi high-speed bipolar masih tetap dikembangakn teknologi biCMOS : kombinasi keuntungan kecepatan dari tek. Bipolar modern dgn keuntungan ruang dan daya dari tek. MOS. (Oldham, 1991).
Rangkaian Terintegrasi (IC) Monolitik Definisi Rangkaian Terintegrasi (IC): •
Realisasi secara fisik dari elemen-elemen rangkaian yang secara terpisah tetapi merupakan kesatuan yang berada di atas atau di dalam sebuah badan yang kontinyu ( a continuous body) untuk membentuk satu rangkaian –
Misalkan, dalam sebuah potongan kristal tunggal Si, diatasnya terbentuk rangkaian yang memiliki fungsi tertentu dengan transistor, dioda, kapasitor, dll, disebut rangkaian terintegrasi (IC)
Karakteristik IC: 1. 2. 3. 4.
Ukuran kecil Harganya murah Keandalan tinggi Tepat untuk mempertinggi kinerja (performance)
Rangkaian Terintegrasi (IC) Monolitik (cont’d) Pembagian IC menurut: 1. 2. 3. 4.
•
Pembagian menurut struktur: – –
•
IC monolitik IC hybrid
Pembagian menurut Fungsi: – –
•
Struktur Fungsi Tingkat integrasi Penggunaan/Aplikasi
IC Digital IC Linier
DTL (dioda-transistor logic), TTL (transistor-transistor logic), dll Penguat, Penguat operasional (Op-Amp),dll.
Pembagian menurut tingkat integrasi: – – – –
IC SSI mengandung 3 – 30 gate IC MSI mengandung 30 –300 gate IC LSI mengandung 300 – 3000 gate IC VLSI mengandung > 3000 gate
Rangkaian Terintegrasi (IC) Monolitik (cont’d) Definisi Monolitik: • •
•
Mono: tunggal; lithos: batu batu tunggal Pada IC monolitik sejumlah komponen aktif (mis transistor) dan komponen pasif (mis. resistor, kapasitor, dll) berada dalam sekerat Si (biasa disebut CHIP, DIE, atau PELLET) Dalam fabrikasi: – Basis-basis dan emitor-emitor dari transistor-2 dan komponen-2 lain dibentuk bersamaan
Rangkaian Terintegrasi (IC) Monolitik (cont’d) Catatan: • IC Hybrid: komponen-2 (spt transistor) dibuat diatas substrat keramik masing-masing, kemudian dihubungkan satu sama lain membentuk rangkaian dgn jalur kawat. • IC monolitik – sangat baik u/ rangkain yg memiliki fungsi yg sama – Interkoneksi dilakukan hanya dgn 1 atau 2 proses harganya lebih murah dan reabilitasnya lebih tinggi, ketimbang IC-hybrid
Tek-IC
Tugas Kelompok
END
