Integrated Circuit (IC)

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