1.

Einleitung

Integrierter Schaltkreis (IC, englisch integrated circuit; im Deutschen auch IS), Sammelbezeichnung für die Zusammenfassung von Schaltelementen, z. B. miniaturisierten Transistoren und Widerständen, auf einem einzelnen Chip. Die Begriffe „Integrierter Schaltkreis” und „Chip” werden häufig synonym verwendet.

2.

Aufbau

Herkömmliche Chips sind aus einem Silicium-Einkristall als Halbleitermaterial gefertigt. Zur Erzeugung der eigentlichen Leiterbahnen trägt man mit unterschiedlichen Techniken Fremdstoffe wie z. B. Aluminium auf die Siliciumoberfläche auf. Beispielsweise lässt sich das Aluminium direkt als Leiterbahn auf die Chipoberfläche bringen. Bei anderen Verfahren zeichnet man sozusagen mit einem Elektronen- oder Laserstrahl die Leiterbahnen auf der vorbehandelten Oberfläche nach. Auf diese Weise gelingt es, viele Hundert identische ICs auf einem Mikroplättchen von einigen Zentimetern Durchmesser zu fabrizieren.

Dieses Plättchen wird anschließend in einzelne ICs – so genannte Chips – zerteilt. Ein so genannter LSI-Chip (Large-Scale Integration: hohe Integrationsdichte) kann beispielsweise die Informationen von rund 5 000 Transistoren auf einem Siliciumquadrat mit etwa 1,3 Zentimeter Seitenlänge enthalten. Hunderte von diesen integrierten Schaltkreisen lassen sich auf einem Silicium-Mikroplättchen mit 8 bis 15 Zentimeter Durchmesser unterbringen. Bei höherer Informationsdichte können Siliciumchips mit Millionen von Elementen erzeugt werden. Einzelne Schaltelemente sind auf dem Chip durch dünne Metall- oder Halbleiterfilme verbunden, die von dem Rest der Schaltung durch dünne Dielektrikum-Schichten isoliert sind. Die Chips werden in kleine Gehäuse mit externen Anschlüssen verpackt, so dass sie in Platinen eingesetzt und mit anderen Schaltungen und Bauteilen verbunden werden können.

3.

Anwendungen

In den letzten Jahren hat die Leistungsfähigkeit von ICs immer weiter zugenommen, während deren Herstellungskosten stetig gesunken sind. Dies hat revolutionäre Neuerungen beim Bau elektronischer Anlagen mit sich gebracht: Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit nahmen erheblich zu, gleichzeitig wurden die räumlichen Dimensionen, die physikalische Komplexität und der Energiebedarf erheblich reduziert. Besonders die Computertechnologie profitierte von dieser Entwicklung. Die logischen und arithmetischen Funktionen eines Kleincomputers können nun durch einen VLSI-Chip (Very Large-Scale Integration: sehr hohe Integrationsdichte), den so genannten Mikroprozessor, durchgeführt werden. Sämtliche logischen und arithmetischen Funktionen sowie alle Speicherfunktionen eines Kleincomputers können mit seinen gesamten Bauteilen auf einer einzigen Platine oder sogar auf einem einzigen Chip untergebracht werden. Ein solches Gerät wird als Mikrocomputer bezeichnet.

ICs haben die Entwicklung vieler neuer Produkte ermöglicht, wie Taschenrechner und Personal Computer, Digitaluhren und Videospiele. Außerdem haben sie zur Kostensenkung oder Verbesserung vieler bestehender Produkte beigetragen, etwa bei Haushaltsgeräten, Fernsehern, Radios und Stereoanlagen. Sie werden in Industrie, Medizin, Verkehrsregelung (auf dem Boden und in der Luft), Umweltüberwachung und Kommunikationstechnik in großem Maßstab eingesetzt.

4.

Jüngste und künftige Entwicklungen

Um möglichst viele Schaltkreise auf einem Chip zu platzieren, kommen bei der Chipherstellung z. B. die Elektronenstrahl-, Röntgenstrahl- und die Laserlithographie zum Einsatz. Von besonderem Interesse ist hierbei die EUV-Laserlithographie. Dahinter verbirgt sich Laserlicht im extrem kurzwelligen UV-Bereich (Wellenlängen zwischen 11 und 14 Nanometern). Mit dieser Technik lassen sich Schaltkreise in der Größenordnung von 0,07 Mikrometern erzeugen.

Viel versprechend erscheint auch der Einsatz von so genanntem strained silicon (gedehntes Silicium), einer Entdeckung von IBM-Forschern. Wenn Silicium auf einem Trägermaterial liegt, dehnen sich die Siliciumatome aus, um sich der Anordnung der unter ihnen liegenden Atome anzugleichen. Im „gedehnten Silicium” stoßen die Elektronen auf weniger Widerstand. Dadurch lässt sich die Durchflussgeschwindigkeit und letztendlich auch die Geschwindigkeit des Chips steigern (um schätzungsweise 35 Prozent). Chips dieses Typs sollen ab 2003 in Serienreife gehen.

In künftigen ICs wird nicht mehr Aluminium, sondern Kupfer als Leiterbahn fungieren. Mit Hilfe einer neuen Technik gelang es Chipherstellern, Kupfer anstelle von Aluminium auf die Siliciumoberfläche aufzubringen. Dadurch soll sich die Leistung von Mikroprozessoren um 40 Prozent und damit auch die Arbeitsgeschwindigkeit sowie Speicherkapazität des Rechners steigern lassen.

Ebenfalls interessant sind kürzlich entwickelte Chips, die vollständig aus Kunststoff bestehen. Allerdings ist hier die Leistungsfähigkeit herkömmlicher Chips bei weitem noch nicht erreicht.