A Evolução dos Circuitos Integrados

Um circuito integrado é um dispositivo micro eletrônico que consiste de muitos transistores e outros componentes interligados capazes de desempenhar muitas funções. Suas dimensões são extremamente reduzidas, os componentes são formados em pastilhas de material semicondutor.
A importância da integração está no baixo custo e alto desempenho, além do tamanho reduzido dos circuitos aliado à alta confiabilidade e estabilidade de funcionamento. Uma vez que os componentes são formados ao invés de montados, a resistência mecânica destes permitiu montagens cada vez mais robustas a choques e impactos mecânicos, permitindo a concepção de portabilidade dos dispositivos eletrônicos.

História
No final da década de sessenta, foi construído o primeiro amplificador operacional integrado cuja função era o processamento de sinais analógicos. Isto nada mais era do que a montagem miniaturizada de transistores, capacitores, resistores e diodos semicondutores numa só base inicialmente em germânio. A montagem inicial era efetuada numa micro película sobre um suporte isolante, semelhante ao método de produção de circuito impresso

Os primeiros Circuitos Integrados na década de sessenta eram montagens praticamente artesanais.






Década de Setenta

No final da década de sessenta, início da década de setenta, começaram os circuitos integrados em silício, elemento de mais fácil manipulação, integração e menos sensível aos efeitos de avalanche térmica. Sua construção passou a ocupar espaço cada vez menor devido às novas técnicas de dopagem desenvolvidas pela indústria aeroespacial. O diâmetro das pastilhas começou a chegar em torno de um milímetro e sua espessura não mais que alguns centésimos.

A integração se tornou necessária para aumentar a confiabilidade dos circuitos que estavam ficando cada vez mais complexos. Com o aumento da complexidade, começaram a elevar os custos dos aparelhos eletrônicos, e isto não era compatível com a aceleração das tecnologias, pois ganhava mais dinheiro quem construísse equipamentos menores que executassem mais tarefas e fossem mais baratos.
O componente básico dos circuitos integrados é o transistor, este substituiu com vantagens as válvulas termiônicas. Já na década de cinqüenta o transistor era um componente muito utilizado para a amplificação de sinal e chaveamento de circuitos pré-lógicos. Na década de setenta, já com vinte anos de avanço tecnológico em sua miniaturização, este já estava pronto para passar a fazer parte de circuitos mais complexos.

Miniaturização
Devido ao avanço da eletrônica, na década de oitenta foram desenvolvidas exponencialmente novas tecnologias para dopagem dos semicondutores e a fabricação seriada em alta velocidade.
O grande salto se deu quando se desenvolveu a técnica de micro gravidade para purificação do semicondutor, neste caso o silício deve estar, em estado líquido, em alta temperatura.
Depois de cristalizado e purificado, o silício passa por um processo de corte e polimento, onde são removidas suas contaminações superficiais e impurezas.

Este é um diagrama esquemático hipotético de um Circuito Integrado composto de um transistor NPN, um capacitor e um resistor, em cima está representada a Mesa Epitaxial onde o circuito foi formado, embaixo o diagrama esquemático.

A melhora em se conseguir uma dopagem mais perfeita, levou para a técnica de confecção via mesa epitaxial, com maximização na exposição fotográfica para revelação do circuito eletrônico no microchip.

A dopagem se dá quando se controlam pequenas quantidades de impurezas agregadas à mesa. O boro e o fósforo são utilizados para se ligarem à estrutura cristalina do silício, de forma a sobrar ou faltar elétrons na camada de valência do elemento dopado.

A estrutura do cristal quando contém uma camada de silício em que a impureza é o boro, estando esta entre duas cuja impureza é o fósforo, forma o tripolo primordial. As projeções e revelações se dão de forma ordenada e precisa, assim a lâmina de cristal usada vai recebendo constantes dopagens e re-dopagens, formando camadas, sub-camadas e regiões condutivas e isolantes conforme a necessidade para a confecção do circuito integrado.

No circuito integrado completo ficam presentes os transistores, condutores de interligação, componentes de polarização, e as camadas e regiões isolantes ou condutoras obedecendo ao seu projeto de arquitetura.

No processo de formação do chip, é fundamental que todos os componentes sejam implantados nas regiões apropriadas da pastilha. É necessário que a isolação seja perfeita, quando for o caso. Isto é obtido por um processo chamado difusão, que se dá entre os componentes formados e as camadas com o material dopado com fósforo, e separadas por um material dopado com boro, e assim por diante.

Após sucessivas interconexões, por boro e fósforo, os componentes formados ainda são interconectados externamente por uma camada extremamente fina de alumínio, depositada sobre a superfície e isolada por uma camada de dióxido de silício.

Arquitetura interna de um microprocessador dedicado para processamento de imagens de ressonância magnética, a fotografia foi aumentada 600 vezes, sob luz ultravioleta para se enxergar os detalhes

Escala de Integração e Nanotecnologia

Com componentes de larga escala de integração, (LSI), nos anos oitenta, e, a extra larga escala de integração, (ELSI), nos anos noventa, vieram os microprocessadores de alta velocidade de tecnologia MOS, que nada mais são que muitos circuitos integrados numa só mesa epitaxial. Atualmente a Eletrônica está entrando na era da nanotecnologia. Os componentes eletrônicos se comportam de maneiras diferentes do que na eletrônica convencional e microeletrônica, nestes a passagem de corrente elétrica praticamente não altera o seu estado de funcionamento.

Nos nano componentes, a alteração de seu estado em função da passagem de corrente deve ser controlada, pois existe uma sensibilidade maior às variações de temperatura, e principalmente à variações dimensionais. Estas causam alterações nas medidas físicas do componente de tal forma, que podem vir a danificá-lo. Por isso a nanotecnologia é tão sensível sob o ponto de vista de estabilidade de temperatura e pressão.



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