Kuliah: Teknologi Integrated Circuit (IC)

1. Kuliah: Teknologi Integrated Circuit (IC)

2. 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. • 1906Tabung 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

3. 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 sampai 20 gates per chip. • 1960 Transistor Metal-Oxide-Silicon (MOS) transistor ditemukan. • 1962 Logik Transistor-transistor (TTL) dikem-bangkan • 1963 Complementary Metal Oxide Silicon (CMOS) ditemukan.

4. Teknologi Komponen Diskrit (tahun 50-an –awal 60-an) bipolar TRL DTL Teknologi IC (tahun awal 60-an - sekarang) bipolar MOS I2L ECL PMOS NMOS TTL CMOS RTL biCMOS

5. Teknologi Bipolar • TRL (Transistor Resistor Logic) • Jumlah resistor dimaksimalkan (resistor  devais termurah) • DRL (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 la ngsung 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 ukurannya devais MOS  melalui “compressing”suatu rangkaian logika yang terdiri dari dua transistor menjadisuatu satuan tunggal (a single unit).

6. ECL (emmitter-coupled logic) • Devais dikembangkan u/ aplikasi-2 yg membutuhkan kecepatan yang sangat tinggi (extremely high speed). • Mengkonsumi lebih banyak energi/power, • digunakansecara ekslusifpada komputer-2 Cray Teknologi MOS • Menawarkan reduksidalam hala 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 karenateknologinya menawarkankinerja kec. yg lebih tinggi u/ kerapatan, kompleksitasdan 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

7. Perbedaan IC menurut: • Struktur • Fungsi • Tingkat integrasi • Pembagian menurut struktur: • Semikonduktor IC  Bipolar, MOS • IC lapisan (monolitik) • IC hybrid  lapisan tipis dan lapisan tebal • Pembagian menurut Fungsi: • IC Digital  DTL (dioda-transistor logic), TTL (transistor-transistor logic), CML (cuurent mode logic), dll • IC Linier  Penguat bidang lebar, Penguat operasional (Op-Amp),dll. • Pembagian menurut tingkat integrasi: • IC SSI  mengandung < 24 gate • IC MSI  mengandung 24 –100 gate • IC LSI  mengandung > 100 gate • dst

8. 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: • Ukuran kecil • Harganya murah • Keandalan tinggi • Tepat untuk mempertinggi kinerja (performance)

9. 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 • Dalam hal transistor • planar tunggal : • sejumlah transistor mem- punyai “common collector” (kolletor yg bersama-sama) dibentuk pada keping (wafer), kemudian dipotong-potong menjadi satu persatu • Dalam hal IC monolitik: isolasi dan interkoneksi setelah dibentuk kemudian dipotong-potong dari wafer itu

10. Catatan: • IC Hybrid: komponen-2 (spt transistor) dibuat diatas substrat keramik yg terhubung satu sama lain membentuk rangkaian dgn jalur kawat logam dsb. • IC Monolitik • sangat baik u/ rangkaian yg memiliki fungsi yg sama • Interkoneksi dilakukan hanya dgn 1 atau proses  harganya lebih murah dan reabilitasnya lebih tinggi, ketimbang IC-hybrid