Chip điện tử (IC) là linh kiện được dùng phổ biến trong các hệ thống mạch điện tử hiện nay. Chúng được chia thành nhiều loại với nhiều chức năng khác nhau. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết chip điện tử là gì? Cách phân loại và tầm quan trọng của chip điện tử trong lịch sử và tương lai. Hãy cùng tìm hiểu nhé.
Chip điện tử là gì?
Chip điện tử (Electronics Chip) có các tên gọi khác là vi mạch tích hợp, mạch tích hợp, IC (Integrated Circuit) là tập các mạch điện được kết hợp bởi các linh kiện bán dẫn (như transistor) và linh kiện điện tử thụ động (như điện trở) để thực hiện được một chức năng xác định. (Nguồn: wikipedia)
Ngày nay, chip điện tử xuất hiện ở khắp nơi trong các thiết bị điện tử: điện thoại, viễn thông, xe hơi,… Vi mạch trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống. Thiếu chip, hầu hết các thiết bị điện tử sẽ không thể hoạt động, các chức năng sẽ không còn phong phú. Theo thời gian, chip điện tử cũng không còn là thuật ngữ quá xa lạ với người tiêu dùng.
Chip điện tử giúp giảm kích thước của mạch điện đi rất nhiều. Cùng với đó là độ chính xác của các chức năng mạch điện tăng lên.
Có hai loại IC chính đó là loại có thể lập trình được và có chức năng cố định không lập trình được. Mỗi vi mạch có các thông số riêng về nhiệt độ, nguồn điện giới hạn, công suất làm việc, được ghi trong bảng thông tin của chip (datasheet) nhà sản xuất cung cấp.
Hiện nay, công nghệ silicon để sản xuất chip điện tử đang tiến tới những giới hạn của vi mạch tích hợp. Bởi vậy, các nhà nghiên cứu đang nỗ lực tìm ra một loại vật liệu mới có thể thay thế công nghệ silicon này.
Lịch sử phát triển của chip điện tử, vi mạch
Trước khi có chip điện tử, để thực hiện một chức năng nào đó thì người ta phải nối rất nhiều linh kiện bán dẫn với nhau. Điều này đã tạo ra một bộ máy vô cùng “cồng kềnh”, đòi hỏi sự tỉ mỉ trong từng tiểu tiết. Điều này thôi thúc toàn bộ các công ty điện tử đương thời lao nghiên cứu để tìm ra một linh kiện mới hấp dẫn hơn.
Lịch sử phát triển của chip điện tử bắt đầu từ năm 1949, khi kỹ sư Werner Jacobi (Siemens AG) người Đức nộp bằng sáng chế cho một thiết bị khuếch đại bán dẫn giống như mạch tích hợp. Mạch này có 5 transistor trên một bề mặt chung cho bộ khuếch đại 3 tầng với chức năng làm dụng cụ trợ thính.
Ngày 12/9/1958, kỹ sư người Mỹ Jack Kilby ở Texas Instruments đã trình bày vi mạch đầu tiên. Sau đó, Kilby đã giành được giải thưởng Nobel Vật lý năm 2000.
Nửa năm sau, Robert Noyce ở Fairchild Semiconductor phát triển một mạch tích hợp giải quyết được nhiều vấn đề thực tế mà Kilby đã không làm được. Noyce sử dụng mạch được làm bằng silicon, trong khi chip Kilby sử dụng germanium. Noyce thông tin cho Kurt Lehovec ở Sprague Electric về các nguyên tắc của tiếp giáp p-n cô lập gây ra bởi tác động của một tiếp giáp p-n có thiên áp (diode), là một khái niệm quan trọng về IC.
Fairchild Semiconductor cũng được coi là quê hương của công nghệ sản xuất vi mạch silicon-gate với cổng tự liên kết (self-aligned gate), đây là cơ sở của tất cả các chip CMOS của máy tính hiện đại. Công nghệ này được phát triển bởi nhà vật lý Federico Faggin người Italy vào năm 1968. Ông đã gia nhập Intel và phát triển các đơn chip Central Processing Unit (CPU) (Intel 4004) đầu tiên và đã nhận Huy chương Quốc gia về Công nghệ và Đổi mới năm 2010.
Phân loại chip điện tử
Các vi mạch IC được phân loại theo nhiều phương án khác nhau, cụ thể là:
Phân loại chip điện tử theo xử lý tín hiệu
- IC digital xử lý, lưu trữ các tín hiệu digital.
- IC analog hay IC tuyến tính xử lý tín hiệu analog.
- IC hỗn hợp xử lý được cả tín hiệu analog và digital.
Phân loại IC theo mức độ tích hợp
- IC (Integrated Circuit), tên chung. Từng còn chia ra SSI (small-scale integration) và MSI (medium-scale integration)
- LSI (Large Scale Integrated)
- ULSI (ultra-large-scale integration) dự đặt cho mạch trên 1 triệu transistor.
- VLSI (Very Large Scale Integrated) Các CPU, GPU, ROM, RAM, PLA, chipset, microcontroller,…
Phân loại chip theo công nghệ
- Mạch màng mỏng hay mạch phim: Được tạo bằng lắng đọng hơi trên nền thủy tinh. Nó thường là các mạng điện trở. Chúng có thể được chế tạo bằng cách cân bằng điện tử với độ chính xác cao, và được phủ nhúng bảo vệ. Trong nhóm này bao gồm cả các mạch của transistor màng mỏng (TFT), ví dụ trong ứng dụng màn hình phẳng.
- Công nghệ Monolithic: Các phần tử đặt trên một miếng nền vật liệu bán dẫn đơn tinh thể. Các linh kiện bán dẫn được tạo bằng pha tạp chất và theo thứ tự lớp thực hiện lai ghép điện trở, đường mạch dẫn, tụ điện, lớp cách điện, cực gate của MOSFET. Ví dụ công nghệ CMOS, TTL, CCD, DMOS, BiCMOS, BiFET-, transistor lưỡng cực.
- Lai mạch màng dày kết hợp một số chip, vết mạch in đường dây dẫn, linh kiện điện tử thụ động (gần như chỉ có điện trở). Nền thường là gốm và thường được nhúng tráng.
Phân loại vi mạch theo công dụng
- IC logic tiêu chuẩn thuộc họ logic khác nhau
- CPU, bộ vi xử lý trong máy tính.
- Memory, bộ nhớ lưu trữ dữ liệu digital
- Vi điều khiển (microcontroller) chứa tất cả các bộ phận của một máy tính nhỏ (bộ nhớ chương trình, ALU, bộ nhớ và thanh ghi)
- Thu nhỏ chip trong công nghệ RFID để giám sát (Identification) không tiếp xúc của các đối tượng hay các sinh vật sống
- ASIC để phát triển ứng dụng cụ thể, ví dụ cho điều khiển lò xe hơi, máy giặt, đồ gia dụng,…
- ASSP là sản phẩm tiêu chuẩn cho ứng dụng cụ thể, tương tự như ASIC, nhưng có sẵn từ các nhà sản xuất và không được xây dựng theo yêu cầu của khách hàng
- IC cảm biến quá trình vật lý, hoá, sinh hoá,… ví dụ ánh sáng, gia tốc, nhiệt độ, từ trường,…
- DSP (Digital signal processing) xử lý tín hiệu digital.
- ADC và DAC để chuyển đổi tín hiệu analog và digital
- FPGA (Field-programmable gate array) được cấu hình bởi các IC digital của khách hàng, trong đó bao gồm một số lượng lớn các đơn vị chức năng kết nối được (interconnect cable)
- IC công suất có thể xử lý các dòng hay điện áp lớn (ví dụ khuếch đại công suất lớn, kiểm soát mạng điện lưới)
- System-on-a-chip (SoC) là hệ thống trong một chip.
Tương lai của vi mạch điện tử
Ngày nay, Chip điện tử trở nên phổ biến rộng rãi toàn cầu bởi các ứng dụng không thể thay thế của chúng. Và theo quy luật tự nhiên, sự phát triển này sẽ chững lại và có khả năng bị thay thế bới những linh kiện mới khác trong tương lai.
Tuy nhiên, không thể phủ nhận vị trí quan trọng của chip điện tử trong toàn bộ nền công nghiệp điện tử ngày nay. Và để thay thế được linh kiện này, chắc chắn chúng ta sẽ cần mất rất nhiều thời gian. Bởi vậy, trong tương lai gần, chip điện tử vẫn là sự lựa chọn hàng đầu của các hàng sản xuất trong bất kỳ một ngành nghề nào.
Trên đây là những thông tin cơ bản về chip điện tử (vi mạch). Chúng được coi là bộ não của các thiết bị hiện nay với việc thực hiện rất nhiều chức năng khác nhau. Mong rằng bài viết sẽ giúp bạn có thêm được nhiều kiến thức thú vị về ngành điện tử.
