Los circuitos integrados se comprenden fácilmente con los profesores adecuados

Ricardo Prieto
Ricardo Prieto

Durante años he estado tratando de entender cómo funcionan realmente los chips de silicio. ¿Cómo controlan los electrones la cristalería contaminada a propósito? De vez en cuando, alguien inventa un tutorial que hace que estos conceptos abstractos sean muy fáciles de entender, y este fue el caso de uno de los stands en Maker Faire Bay Area. Además de la comprensión que me ha dado (y a cientos de amantes), aquí hay un ejemplo de lo mejor de lo que representa Maker Faire. Encontrará un video de su desempeño incrustado a continuación, junto con imágenes de primer plano de los accesorios utilizados en el stand.

La Descubriendo el silicio un stand tenía una pancarta y un mantel, pero por lo demás era tan modesto que muchas personas con las que hablé se lo perdieron. Windell Oskay, Lenore Edman, Eric Schlepfer, John McMaster, y Ken Shirriff tomó un chip lógico de 50 años y lo descubrió para todos los que quisieran detenerse y preguntar qué hay en exhibición. El Fairchild μL914 es una puerta NOR doble, y su edad es importante, ya que el silicio no solo es simple, es enorme para los estándares actuales, lo que hace que sea fácil mirar adentro con herramientas disponibles para el hacker individual.

ATmega328 revelado por John McMaster también estuvo en exhibición en este stand

El primer desafío es llegar a la muerte misma. Esta es la especialidad de John McMaster, y probablemente conozcas su sitio web Silicon Pr0n. Reveló el chip (así como ATmega328, que lanzó el boceto parpadeante de Arduino con su silicio expuesto). Los visitantes del stand podían mirar a través del microscopio y ver el circuito por sí mismos. Pero buscar no significa comprender, y ahí es donde brilla esta exposición.

Para abordar cómo funciona este chip, una pila de acrílico cortado con láser muestra la base, el emisor y el colector de un transistor. El código de color y la forma de este pequeño modelo facilitan la elección de los seis transistores del 941 en un modelo de chip completo. Esto le permite comenzar a rastrear la función del circuito.

Para mí, un verdadero momento ah-ha fueron las resistencias en el diseño. Se produce una capa resistiva al dopar el semiconductor con impurezas, lo que hace que se comporte peor. Pero, ¿cómo apuntas a la resistencia deseada para cada parte? Al no cambiar el dopaje, eso sigue siendo el mismo. El truco consiste en hacer que la resistencia ocupe una pista más grande. Más espacio físico para impulsar los electrones significa menos resistencia, y en el modelo puede ver una bonita resistencia gruesa en la parte inferior derecha. La prueba de estos modelos fue la muestra final de la exhibición, ya que la obra de arte de la matriz de silicio se organizó como una placa de circuito con transistores discretos utilizados para recrear el funcionamiento del chip original.

Windell nos guía a través de la presentación de Buda en el video a continuación. Creo que te impresionará la separación de estos conceptos y lo bien que te ayudarán a comprender. Este fue un concepto brillante para una exhibición; reunió a expertos interdisciplinarios a quienes respeto y cuyo trabajo sigo, y tuvo como objetivo invitar a todos a comprender mejor los secretos que se esconden en los chips que sustentan esta era tecnológica. Ese es exactamente el tipo de cosas que me encanta ver en Maker Faire.

  • TJay dice:

    Esta es una gran ayuda educativa. Absolutamente me encanta. Buen trabajo a todos los participantes, Gracias por el tiempo dedicado.

    • Michael Rinkle dice:

      ¡Aquí lo tienes!

  • Justin dice:

    Puedo imaginar una buena colección de instrucciones sobre la construcción de ayuda instructiva de Legos, o un sistema de construcción de bloques similar, para muchas matrices diferentes.

    Agregue un informe detallado sobre cómo funciona el circuito en relación con el modelo y el tema podría ser accesible para una audiencia más amplia.

    • Peter metro dice:

      Gran ayuda educativa. Bien hecho tiempo y esfuerzo. Puede ser más atractivo agregar tiras de luces de cuero para imitar la corriente de electrones cuando se encuentra en varios estados.

  • Cierto dice:

    Se muestran 6 transistores dentro del μL914, pero solo 4 se usan en la puerta NOR doble, y al menos 5 de las 12 resistencias no se usan. Si se podrían usar tantas capas de metal diferentes para reutilizar el mismo diseño de silicio para muchos productos o si fue para agregar tolerancia a fallas para que si las resistencias / transistores están defectuosos, se podría usar otra capa de metal para vender el dispositivo de alguna manera o incluso un poco. ambos. Tan pronto como sea posible antes de que se agregue la capa de metal, si hubiera una mayor demanda, se podría usar otra capa de metal y el mismo silicio subyacente se vendió como tres puertas NE, o puertas dobles NAND, o …

    • IanS dice:

      Estaba en un título estándar de 8 pines. Había otros dispositivos en la gama con diferentes números de entradas y divisores.

      He construido varios circuitos a través de RTL y todos son terriblemente poco fiables ya que casi no hay inmunidad al ruido.

  • Marcelk dice:

    Las antiguas bases de datos de Intel explican bastante bien el proceso de fabricación, antes de todas las mejoras necesarias para seguir la Ley de Moore. Éstos oscurecen los cimientos. Siempre he encontrado que los videos realmente antiguos de Fairchild son algunos de los mejores.

    Pero incluso aquellos ya están hablando de difusión (o implantación en este momento) para empujar el cristal, y eso es “solo” un refinamiento en sí mismo (pero muy bienvenido). Los primeros transistores no tenían eso.

  • Hirudinea dice:

    ¿Está bien, entonces, como magia?

  • prpplague dice:

    nota al margen: Lenore y Windell son el equipo de Evil Mad Scientist (https://www.evilmadscientist.com/)

  • RW versión 0.0.1 dice:

    Es más simple que eso, los transistores son solo pequeñas válvulas de aleta para el humo mágico.

  • William Simonito dice:

    El silicio no es vidrio. El dióxido de silicio es vidrio.

  • Ene. dice:

    Muy buena explicación y un dispositivo bien elegido para empezar. Gracias por publicar

  • IanS dice:

    Trae recuerdos.

    El primer circuito integrado que vi, manejé y tuve fue una puerta NOR de dos entradas doble uL914 en un paquete de cerámica recubierta de epoxi alrededor de 1964. Lo llevé a la escuela y lo mostré diciéndole a todos los que escuchaban que tenía 4 transistores y 6 resistencias . . Todos estaban terriblemente impresionados. Más tarde se convirtió en un marcador de frecuencia de cristal de 100 kHz usando los transistores en un multibibrador de un proyecto en la columna de Temas Técnicos del Boletín RSGB.

    ¡Días felices!

  • Sam dice:

    Espero que mi esposa, mis amigos y mi familia no vean esto. Podrían preguntar: “¿Eso es todo lo que hiciste cuando fuiste a trabajar todos estos años?” Y permití vivir en Silicon Valley, en una colina en Cupertino CA, donde la casa promedio cuesta $ 2 millones. ¡tener sentido!

  • Seto dice:

    Me recuerda a mi tiempo en la universidad hace 5 años cuando mi profesor pensó que la mejor manera de enseñarnos cómo semiconductores era pasar 2 semanas explicando reglas de cálculo.
    Todavía no entiendo bien los transistores.

    • Evert Van de Waal dice:

      En la universidad, una vez tuve la sensación de que entendía completamente los transistores. No duró …

  • Tim Knecht dice:

    El esquema de color me recuerda eso 🙂

    http://www.zachtronics.com/kohctpyktop-engineer-of-the-people/

  • Paul Campbell dice:

    Para ser justos, la mayoría de los chips se construyen actualmente con FET en lugar de transistores bipolares: los FET son mucho más fáciles de explicar (y descifrar) que los bipolares.

  • Experimentador experimentado dice:

    Al estar de acuerdo en que los clásicos son a veces el mejor material para aprender tecnología, generalmente explican todo en profundidad, incluso si los detalles son solo aproximados. Las obras modernas a menudo reflejan detalles importantes, solo enseñan resultados en lugar de enseñar procesos que han llevado a la investigación de esos resultados, o presentan demasiadas ecuaciones complejas sin relacionarlas con la realidad o dar una comprensión útil de los números. Demasiados detalles al principio son abrumadores, la mecánica newtoniana es adecuada para muchos problemas cuando no se necesita la mecánica cuántica.

    Por lo tanto, los clásicos como Electrons and Holes in Schockley Semiconductors son insustituibles y, a menudo, revelan el conocimiento de los experimentos que llevaron a las fórmulas y el conocimiento que condujeron a los descubrimientos. ¿Sabías que el descubrimiento del efecto Hall llevó a la intuición de que era posible crear un amplificador de estado sólido con ese efecto, lo que finalmente llevó a la invención del transistor?

  • Andrea dice:

    Simplemente no llamaría al área transparente entre el colector y la base un “espacio”, porque está ligeramente dopado pero dopado. Por la misma razón, probablemente no debería ser transparente al principio …

  • inckka dice:

    Gracias por señalarme esto. Esto aclaró el dilema de cómo funcionan los conceptos básicos de IC.

  • Todd Kroeger dice:

    Para aumentar la resistencia, puede hacer que el camino sea más estrecho o más largo. El ancho mínimo está determinado por el flujo que debe fluir a través de él o por las limitaciones del proceso en las dimensiones de la capa. R = L / W * {omo por cuadrado determinado por el nivel de dopaje).

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