Wat is de Wet van Moore met betrekking tot geïntegreerde schakelingen?

De Wet van Moore is een wet die vernoemd is naar Gordon Moore. Deze scheikundige is een van de oprichters van chipfabrikant Intel. Gordon Moore deed in 1965 een voorspelling over de technologische vooruitgang van het aantal transistors in een geïntegreerde schakeling. De Wet van Moore draait om de voorspelling dat:

“elke twee jaar het aantal transistors in een geïntegreerde schakeling wordt verdubbelt door de technologische vooruitgang”.

Houdbaarheid van de Wet van Moore
De Wet van Moore is de afgelopen jaren verandert. Toen Gordon Moore zijn voorspelling in 1965 deed ging hij nog uit van een verdubbeling van het aantal transistors per 12 maanden. Vijf jaar later, in 1970, had Gordon Moore zijn voorspelling bijgesteld. Vanaf dat moment zou het groeitempo volgens hem vertragen naar een verdubbeling van het aantal transistors in een geïntegreerde schakeling per 24 maanden. Deze voorspelling hield stand tot 2011. Aan het einde van 2006 gaf de inmiddels gepensioneerde Gordon Moore al aan dat de wet niet voor altijd van toepassing zou zijn.

Volgens deskundigen zal de ontwikkeling in het aantal transistors in een geïntegreerde schakeling de komende jaren minder snel toenemen. Het aantal transistors in een geïntegreerde schakeling is namelijk niet alleen afhankelijk van technologische vooruitgang. Ook fundamentele fysische barrières spelen een belangrijke rol bij de verwezenlijking van de voorspelling in de Wet van Moore.

Wat is een geïntegreerde schakeling of Integrated Circuit (IC)?

Geïntegreerde schakelingen worden ook wel in het Engels Integrated Circuit genoemd, dit wordt afgekort met IC. Een geïntegreerde schakeling is een samenstel waarbij diverse elektronische componenten op een enkel stuk halfgeleidermateriaal worden geplaatst. Als het een grote IC betreft wordt deze ook wel microchip of chip genoemd. IC’s worden in heel veel verschillende elektrische machines en apparaten ingebouwd. Hierbij kan gedacht worden aan mobiele telefoons, computers, wasmachines en voertuigen waarin elektronica is ingebouwd.

Geïntegreerde schakelingen zijn elektronische schakelingen die zoals de naam aangeeft geïntegreerd zijn. Deze schakelingen zijn geïntegreerd en gefabriceerd op een plakje silicium (Si). Dit plakje silicium wordt vervolgens in een keramische behuizing geluimd of in een plastic behuizing gegoten. Deze behuizing heeft metalen pootjes waarmee de schakeling bevestigd kan worden. Een geïntegreerde schakeling is dus een compact geheel. Hiermee verschilt een geïntegreerde schakeling van losse componenten die op printplaten worden aangebracht.

Chip
Als men het heeft over geïntegreerde schakelingen gebruikt men ook vaak de term ‘chip’. Het woord chip is een afgeleide van het materiaal dat voor deze schakeling wordt gebruikt. dit materiaal is, zoals eerder genoemd, een plakje silicium. Dit plakje silicium wordt gefabriceerd uit zuiver zand; SiO2. Het plakje heeft een doorsnede van bijvoorbeeld 200 of 300 mm.

Elektronische schakelingen
In veel machines en apparaten maakte men gebruik van dezelfde elektronische schakelingen. Hierdoor werden algemene printplaten ontwikkeld die een specifieke functie hadden. Deze algemene printplaten werden samengesteld uit losse componenten die op de printplaat werden aangebracht. Daarnaast werden op deze printplaten ook weerstanden direct op de print aangebracht. Door de weerstanden direct op de print aan te brengen ontstond een hybride schakeling. De hybride schakeling is een voorloper van de geïntegreerde schakeling die later werd ontwikkeld.

Ontwikkeling geïntegreerde schakeling
De geïntegreerde schakeling werd ontwikkeld omdat er in toenemende mate gebruik werd gemaakt van transistors. Deze transistors werden dikwijls in dezelfde elektronische schakeling gebruikt waardoor een geïntegreerde schakeling een gunstige oplossing werd. De transistors werden gezamenlijk met de weerstanden gefabriceerd op één halfgeleiderplaatje. In eerste instantie werden deze schakelingen geplaatst in een metalen behuizing.

Op een gegeven moment gebruikte men kunststoffen voor de behuizing van geïntegreerde schakelingen. Tegenwoordig worden nog steeds geïntegreerde schakelingen in kunststof behuizingen gegoten. Doordat geïntegreerde schakelingen een zeer compacte vorm hebben konden er nieuwe ontwikkelingen worden doorgevoerd in elektronische apparatuur. De compacte schakelingen zorgden er voor dat elektronische apparatuur veel compacter gemaakt kan worden.

De eerste geïntegreerde schakeling
Op 12 september 1958 werd de eerste werkende geïntegreerde schakeling gepresenteerd door Jack Kilby van Texas Instruments. Ongeveer vier maanden later werd een soortgelijke uitvinding gedaan door Robert Noyce van Fairchild Semiconductor. Er ontstond een patentenstrijd tussen de twee personen. Robert Noyce was weliswaar later da n Jack Kilby maar kreeg toch het patent op zijn naam in 1969.

Wat is een transistor en waar worden transistors voor gebruikt?

Een transistor wordt in de elektronica gebruikt als halfgeleidercomponent. Transistors worden voornamelijk gebruikt voor het schakelen en versterken van elektronische signalen. De naamgeving van dit component is volgens een technisch memorandum van Bell Labs uit 1948 een samentrekking van de volgende Engelse woorden:

  • Transfer (of transconductance) dit betekend overbrengen of overdracht.
  • Varistor (variabele weerstand, variable resistor).

Door de woorden transfer en varistor te combineren ontstaat de omschrijving van een apparaat dat iets kan overbrengen met een variabele weerstand.

Waarvoor wordt een transistor gebruikt?
Doormiddel van een transistor kunnen elektronische worden versterkt of geschakeld. Om die reden worden transistors in veel elektronische schakelingen ingebouwd. Hierbij kan onder andere gedacht worden aan computers. Een transistor is een fundamentele bouwsteen voor geïntegreerde schakelingen. Deze schakelingen worden ook wel in het Engels Integrated Circuit (IC) genoemd en zijn in heel veel apparaten terug te vinden. Naast computers en laptop’s zijn er bijvoorbeeld ook geïntegreerde schakelingen aanwezig in telefoons, wasmachines, drogers en voertuigen zoals auto’s.

Twee verschillende uitvoeringen van transistors
Transistors kunnen worden onderverdeeld in twee verschillende basistypen. Dit zijn de:

  • bipolaire transistor
  • veldeffecttransistor (FET)

De bipolaire transistor wordt aangestuurd doormiddel van een elektrische stroom. De veldeffecttransistor (FET) wordt aangestuurd doormiddel van spanning.