Mạch điện; Mạch tích hợp; IC cỡ nhỏ; IC cỡ vừa; IC cỡ lớn

Trước khi mạch tích hợp xuất hiện, các mạch điện đều dùng từng linh kiện như điện trở, tụ điện, đèn hai cực, đèn ba cực v.v. riêng lẻ, hàn chúng vào một tấm mạch in sẵn hoặc dùng dây điện rời hàn các linh kiện với nhau. Rõ ràng là, khi số lượng các linh kiện quá lớn, ví dụ như mạch điện có 100 nghìn tranzito cấu thành, thể tích của nó sẽ vô cùng đồ sộ, mức tiêu thụ điện năng cũng rất lớn. Hơn thế nữa, mạch điện rất dễ xảy ra hỏng hóc. Bất cứ một mối hàn nào rời ra hoặc một linh kiện nào hỏng đi đều có thể ảnh hưởng tới cả một mạch điện. Về sau, người ta lợi dụng biện pháp khoa học kĩ thuật tiên tiến, chế tác các linh kiện cần thiết trong mạch điện thành một miếng bán dẫn nhỏ, mọi khó khăn kể trên đều được giải quyết xong xuôi. Đó tức là mạch điện điện tử tích hợp, gọi tắt là mạch tích hợp. Cố nhiên những linh kiện này phải vô cùng vô cùng nhỏ, còn phải dùng dây dẫn rất rất mảnh nối những linh kiện rất rất nhỏ ấy lại với nhau.

Làm thế nào để tập hợp rất nhiều linh kiện điện tử lên một tấm silic bán dẫn nhỏ được nhỉ? Qua mấy chục năm nghiên cứu và phát triển, hiện nay đã có một quy trình kĩ thuật tương đối hoàn chỉnh, tức là đã có công nghệ gia công mạch tích hợp. Quy trình đó bao gồm các công đoạn oxi hoá, khắc bằng ánh sáng (quang khắc), pha tạp chất, kim loại hoá v.v. Quá trình đó phải lặp đi lặp lại rất nhiều lần. Chế tạo một mảnh mạch tích hợp thông thường cần tới vài chục, thậm chí trên vài trăm trình tự công đoạn.

Để phân loại các mạch tích hợp có mức độ dồn chứa khác nhau, nói chung người ta gọi mạch bao gồm 10 đến 100 tranzito (bóng bán dẫn) là mạch tích hợp cỡ nhỏ (SSI); gọi mạch bao gồm 100 đến 1000 tranzito là mạch tích hợp cỡ vừa (MSI); gọi mạch bao gồm 1000 đến 10000 tranzito là mạch tích hợp cỡ lớn (LSI), mạch bao gồm 1000000 tranzito trở lên là mạch tích hợp siêu lớn (VLSI). Qua đó có thể biết, cái gọi là cỡ tức là chỉ mức độ nhiều ít của con số tranzito chứa đựng trong một mảnh mạch tích hợp. Song, thể tích của mạch tích hợp không hề tăng lên theo tỉ lệ kích thước của “cỡ” của bản thân nó, mà ngược lại có xu hướng ngày càng nhỏ đi. Cố nhiên, điều đó cũng có nghĩa là mật độ dồn chứa của linh kiện ngày càng lớn.

Từ khi ra đời vào những năm 60 của thế kỉ XX cho đến nay, mạch tích hợp (IC) đã có sự phát triển rất lớn và được ứng dụng rộng rãi. Trong máy tính, đồng hồ thạch anh, đồng hồ điện tử, máy giặt, máy trò chơi, cái điều khiển tivi từ xa và trong rất nhiều đồ điện gia dụng đều có một mảnh hoặc vài mảnh mạch tích hợp. Trong máy tính thì khỏi phải nói rồi. Tính năng của máy tính sở dĩ được nhanh chóng nâng cao chính là do sự phát triển không ngừng của mạch tích hợp mang lại.

Khả năng dẫn điện của kim loại như đồng, bạc, nhôm, sắt v.v. rất mạnh, nên gọi là chất dẫn điện. Còn chất dẻo, thuỷ tinh, cao su, gốm sứ v.v. hầu như không dẫn điện, nên gọi là chất cách điện. Còn có một loại vật chất mà khả năng dẫn điện nằm ở giữa chất dẫn điện và chất cách điện, đó tức là chất bán dẫn. Khả năng dẫn điện của chất bán dẫn có thể biến đổi theo sự biến đổi của các nhân tố vật lí: ở nhiệt độ cực thấp, chất bán dẫn tinh khiết không thể dẫn điện, giống như chất cách điện. Tuy nhiên, ở nhiệt độ tương đối cao, hoặc khi có ánh sáng chiếu tới, hoặc sau khi có tạp chất lẫn vào, khả năng dẫn điện của chất bán dẫn liền tăng lên rất nhiều, có thể gần với tính năng dẫn điện của kim loại. Người ta liền lợi dụng tính chất đó của chất bán dẫn để làm ra các loại linh kiện chủ chốt bán dẫn và mạch điện tích hợp (IC), vận dụng vào các nơi trong kĩ thuật điện tử. Silic và gecmani là hai loại nguyên tố bán dẫn được dùng rộng rãi nhất hiện nay.

Từ khoá: Mạch điện; Mạch tích hợp; IC cỡ nhỏ; IC cỡ vừa; IC cỡ lớn; IC