捷克斯洛伐克社会主义共和国重视微电子学的发展,近年来发展速度很快,现根据其《通信技术》、《自动化》、《电工技术杂志》和《弱电流评论》等刊物近年来发表的有关文章,编译本文。——编译者注

1979年捷克斯洛伐克将电工技术和电子学组成独立的部门并建立联邦电工技术工业部(FMEP)。捷共十六次代表大会在制定“1981—1985年捷克斯洛伐克社会主义共和国经济和社会发展主要方向”的会议上,对有80年历史的捷克斯洛伐克电子学的任务作了规定,最大限度地利用本国研究开发潜力和与社会主义国家的合作,加速电工与电子工业生产能力的发展;生产大约提高50%,为国民经济电子化创造条件;优先发展电子学特别是微电子学,系统地提高国民经济主要部门与领域的生产与技术的使用价值。

微电子学工艺与集成电路简况

可以从许多观点评论微电子器件基础的发展。一种观点着眼于工艺能力和能够生产的器件的具体型号。新一代的微电子器件致力于提高最终设备的性能,一方面显著减少系统生产者的困难,另一方面却将困难转移到微电子器件开发上。从经济角度来看也要求不断提高集成度。除微处理器、存贮器和通讯用电路外,其他大规模集成电路系列减少了,然而却提高了研制新电路时与用户的合作和对测试技术的要求。下面简述微电子学革新的几个方面和有关的问题,涉及到基本逻辑系列,双极性与单极性电路的发展前景与国际合作等。

在基本逻辑系列集成电路产品类型中要保留一些中小规模集成电路作为前景产品,晶体管逻辑(TTL)型的MH54,74和84系列,肖特基TTL型MH54S,74S和84S系列和互补型金属氧化物半导体(C-MOS)型的MHB4000/4500系列。捷克的TTL电路将根据专门协定从匈牙利、民主德国和波兰进口而加以补充,并从苏联进口一些TTL-LS(LS指低功耗肖特基),ALS(高级低功耗肖特基)和CMOS电路。

捷克在TTL电路方面生产二种可靠类型和三种温度类型的产品,即MH54,MH74,MH84。其中捷克产品有28个功能型号而从前述国家引进几十种功能型号。TTL-LS电路系列捷克不生产而从苏联引进。在TOL-S(S表示肖特基)系列中捷克生产12种而从苏联引进18种(K531系列;温度范围-10至-70℃)。

捷克于1982年开始生产C-MOS集成电路。C-MOS电路的功耗极低;10到30微瓦,即比TTL MH74系列小100到1000倍。另外的优点是电源电压可以是+5到+15伏而且抗噪声能力强。高级低功耗肖特基(ALS)系列是目前双极性逻辑电路发展的尖端。捷克生产其中的10种型号,而从苏联引进另外的10种型号。

发射极耦合逻辑(ECL)集成电路从苏联进口,其中500系列可提供30种型号,和Motorola公司的MC10K系列相当。门延迟约2毫微秒而电路工作温度范围由-10至75°C。

和单极性与双极性工艺的逻辑电路基本系列品种关联的有另外一些器件,其中有可编程序逻辑阵列、门阵列、微处理器和单片微型计算机等等。

微电子学工艺与集成电路的发展

开发和完善新工艺需要持续2到3年,而且同时要保证新一代的工艺设备和测试技术。经验表明,包括开始生产在内开发周期约为三年而正常工作时期为五年。采用I2L(集成注入逻辑)工艺的1000门范围的不规则结构的新大规模集成电路的正常设计时间在利用CAD系统时是3个月左右。复杂程度2万晶体管左右的微处理器或单片微型计算机的设计约要一年。此外还要计入大约半年的修改模板时间。

从硅生产到成品集成电路的大和超大规模集成电路生产线包括约200种设备或成套设备。

在双极性工艺方面捷克的现状可用STTL工艺的制造情况来表征。在5至6微米结构情况下外围微处理器电路的集成度为100/平方毫米而规则结构可达1000/平方毫米,例如1千位RAM(随机存取存储器)可作为代表。双极场化晶体管(BIFET)工艺也使用窄沟道结场效应晶体管(JFET),从而获得了高速度,低噪声,小失真和高输入阻抗。

在定制(用户)电路中使用I2L工艺取得很好的效果、它工艺简单因而可用于有限数目的设计的器件,而其门延迟为20至80毫微秒适合于中等速度的用途。而且其功耗甚低,便于使用。为用户准备功能块库:用户可用它自己设计所需的电路。方法与电路板设计相似。用户不仅可设计功能块的连接线路,而且有时还可设计功能检验测试与试验设备。现已完成复杂程度约1000门的某些用户电路功能样品的开发。并开发半用户型的所谓“门阵列”电路。

在单极性工艺方面有基本N-MOS,Al(铝)栅P-MOS,Si(硅)栅N-MOS,铝栅CMOS和硅栅CMOS. 有前途的工艺,中有H-MOSI等。硅栅N-MOS工艺的代表性产品例如有存储器16千位RAM MHB4116(4万晶体管),微处理器MHB8080A和其它电路MHB8251与MHB8255A。上述工艺的变型也用于EPROM(可擦除可编程序只读存储器)式存贮器MHB2716。铝栅C-MOS工艺用于中小规模集成电路系列的生产,包括容量1千位的RAM存贮器MHB1902。掌握H-MOS工艺可以扩大大规模集成电路单片微型计算机8048的成套电路。上述工艺的典型代表是容量64千位和芯片上15万器件的RAM存储器。微处理器8086也用同一工艺。

对于使用超大规模集成电路的概念,目前尚无精确的定义,但可以这样理解:具有3.5微米结构的20至25平方毫米芯片面积的电路(H-MOSI)为典型尺寸。根据这一定义,16千位RAM不包括在内,而微处理器8086或64千位的RAM则包括在内。

微处理器和微型计算机的发展

微处理器技术近十年来在世界上发展非常快,1983年已有250多种不同的微处理器系列,并在各种最终设备中得到应用。捷克重视微处理器的发展,具有以下几个特点:(1)与经互会国家密切合作,在开发和生产的品种上有分工。(2)有计划地发展:选定Intel公司的微处理器兼容的品种,如MHB8080 A和MH3000分别与Intel公司的8080 A和3000兼容。(3)重视单片微型计算机电路的开发与生产。

为什么选择与Intel公司的微处理器兼容呢?主要因为:(1)该公司的双极性微处理器3000系列和8位微处理器8080系列产量居世界首位。(2)8080电路具有最广泛的和便于使用的软件品种。(3)8080电路当时在捷克应用最广泛。(4)为了开发8080的软件,捷克已引进Intel公司的全套开发系统且电工技术部已准备生产类似的开发系统。(5)苏联的一些微处理器生产厂已确定面向Intel的产品。

捷克微处理器研制与生产的主要单位是布拉克的通信技术研究所和国营企业TESLA Roznov厂和TESLA Piestany厂,在单极性工艺方面,1980年开始了N-MOS工艺的大规模集成电路的研制,也用C-MOS工艺开发了几种大规模集成电路。

1980年开始以肖特基TTL为基础的位片式微处理器系统MH3000的开发和逐步投入生产。该系统由八个型号的数字电路组成,它们构成微程序设计的中央处理器和控制器。这种处理器和控制器由微程序控制存贮器的内容确定其功能,而这种存储器可采用标准的ROM和PROM。MH3000系列最重要的电路型号是MH3001(微程序控制单元)和MH3002(中央处理单元)。前者用来制备微指令和执行进程与控制数据到后者的传送/位移。后者是二位宽的处理部件位片。若干中央处理单元并行排列可构成任意字长的处理器。

为了给采用微处理器和微型机的设备设计人员创造条件,从1980年起举办培训课程。培训基地不仅配备了合格的教师和文献资料,也装备了教学用微型计算机。TESLAIMA厂还为生产的微处理器和单片微型机的运用提供咨询服务。

近年来,捷克斯洛伐克的微型计算机生产发展得很快。首先,制造了教学用微型计算机系统SMSⅠ和SMSⅡ,它们是以8080微处理器为基础的微型计算机。SMSⅠ实际上是一台单板机,有存贮器KAM1 ~ 2千字节和EPROM1 ~ 4千字节,25个键的键盘和8个七段显示器,还可连接盒式磁带录音机与字母数字显示器。SMSⅡ是SMSⅠ的扩展型,扩展组件放在另一块板上。可连接电视机作为32×32字符的半图形显示器。有8个可屏蔽中断源和1个不可屏蔽的中断源的6向量中断系统;三个16位可编程序计时器;二个8位数模变换器;一个8位模数变换器并带有8通道多路输入转换器;一个电流回路和电传打字机接口;32千字节RAM,带备用电池的1千字节C-MOS RAM和4千字节EPROM。

随后,又生产了个人计算机和个人专业计算机PPO1,PPO2,PPO3,PPO4,PPO5和PPO6 。后两种和IBMPC相当。

捷克斯洛伐克政府对微电子工业的发展极为重视,既有计划地安排本国的开发与生产,又加强与经互会国家的合作;而且在微电子器件品种的选择上有一定的目标——与Intel公司产品兼容。

捷克斯洛伐克就是这样推动微电子工业发展的。