Integrated Circuit (IC)

In der vernetzten Welt von heute spielt die Elektronik in fast allen Bereichen unseres Lebens eine wichtige Rolle. Von Haushaltsgeräten bis hin zu Kommunikationssatelliten sind elektronische Geräte zu einem festen Bestandteil unseres Alltags geworden. Sogar unser Schlaf wird von der digitalen Technologie beeinflusst, mit Funktionen wie digitalem Sound, Touch-Feedback und Datenanalyse. Trotz der unterschiedlichen Funktionen dieser elektronischen Systeme basieren sie alle auf einem gemeinsamen Grundbaustein - dem integrierten Schaltkreis.

Was genau ist also ein integrierter Schaltkreis (IC)? Ein IC wird oft als „Chip“ bezeichnet und besteht aus einem Halbleitermaterial namens Silizium. Innerhalb des Siliziums sind winzige elektronische Bauteile, so genannte Transistoren, auf komplizierte Weise geformt und durch schichtweise Verbindungen auf der Siliziumoberfläche miteinander verbunden.

Was machen ICs?

Integrierte Schaltkreise, d. h. kompakte elektronische Chips, die aus miteinander verbundenen Komponenten wie Widerständen, Transistoren und Kondensatoren bestehen, sind das Rückgrat vieler Technologien. Ohne sie wäre unsere technologieabhängige Gesellschaft aufgeschmissen.

Integrierte Schaltungen, die auf einem einzigen Stück Halbleitermaterial wie Silizium aufgebaut sind, können Hunderte bis Milliarden von Komponenten enthalten, die zusammenarbeiten, um verschiedene Geräte zu betreiben. Ihre Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig und reichen von Kinderspielzeug und Autos bis hin zu Computern und Mobiltelefonen. Im Grunde genommen ist jedes Gerät mit einem Netzschalter wahrscheinlich auf einen integrierten Schaltkreis für seine elektronische Funktionalität angewiesen, der als Mikroprozessor, Verstärker oder Speicher dient.

Diese Schaltkreise werden mit Hilfe der Photolithographie erstellt, einem Verfahren, bei dem Komponenten mit ultraviolettem Licht auf einmal auf ein einziges Substrat gedruckt werden. Diese effiziente Methode ermöglicht eine kostengünstige und zuverlässige Produktion von integrierten Schaltkreisen. Zu den Vorteilen integrierter Schaltungen gehören ihre extrem geringe Größe, die kompakte Geräte ermöglicht, sowie ihre hohe Zuverlässigkeit, ihre Hochgeschwindigkeitsleistung und ihr geringer Energiebedarf.

Verschiedene Arten von integrierten Schaltkreisen

Integrierte Schaltkreise (ICs) können aufgrund ihrer Komplexität und Funktionen in verschiedene Typen eingeteilt werden. Einige gängige Arten von ICs sind die folgenden:

- Digitale ICs: Diese werden in Geräten wie Computern und Mikroprozessoren verwendet. Sie werden für Speicher, Datenspeicherung oder logische Operationen verwendet. Digitale ICs sind kostengünstig und einfach für Niederfrequenzanwendungen zu entwickeln.

- Analoge ICs: Diese ICs sind für die Verarbeitung von kontinuierlichen Signalen ausgelegt, bei denen die Signalstärke von Null bis zur vollen Versorgungsspannung variiert. Sie werden verwendet, um analoge Signale wie Ton oder Licht zu verarbeiten. Analoge ICs bestehen im Vergleich zu digitalen ICs aus weniger Transistoren, sind aber komplizierter zu entwerfen. Sie finden Anwendung in Verstärkern, Filtern, Oszillatoren, Spannungsreglern und Stromversorgungsschaltungen und sind häufig in elektronischen Geräten wie Audiogeräten, Hochfrequenz (HF)-Transceivern, Kommunikationsgeräten, Sensoren und medizinischen Instrumenten zu finden.

- Mixed-Signal-ICs: Diese ICs kombinieren sowohl digitale als auch analoge Schaltungen und werden in Anwendungen eingesetzt, die beide Arten der Verarbeitung erfordern, wie z.B. Bildschirme, Sensoren und Kommunikationsanwendungen in Mobiltelefonen, Autos und tragbarer Elektronik.

- Speicher-ICs: Diese ICs werden verwendet, um Daten vorübergehend oder dauerhaft zu speichern. Beispiele für Speicher-ICs sind Direktzugriffsspeicher (RAM) und Festwertspeicher (ROM). Speicher-ICs gehören zu den größten ICs in Bezug auf die Anzahl der Transistoren und erfordern extrem leistungsstarke und schnelle Simulationswerkzeuge.

- Anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC): ASICs sind für die effiziente Ausführung einer bestimmten Aufgabe konzipiert. Es handelt sich dabei nicht um Allzweck-ICs, die in den meisten Anwendungen eingesetzt werden können, sondern um System-on-Chip (SoC), die auf die Ausführung einer bestimmten Funktion zugeschnitten sind.