Em eletrônica, um circuito integrado (CI), também chamado chipe, microchipe ou nanochipe (do inglês chip, microchip e nanochip, respectivamente), é um circuito eletrônico miniaturizado (composto principalmente por dispositivos semicondutores) sobre um substrato fino de material semicondutor.
Os circuitos integrados são usados em quase todos os equipamentos eletrônicos usados hoje e revolucionaram o mundo da eletrônica.
Um circuito integrado híbrido é um circuito eletrônico miniaturizado constituído de dispositivos semicondutores individuais, bem como componentes passivos, ligados a um substrato ou placa de circuito.
Os circuitos integrados foram possíveis por descobertas experimentais que mostraram que os dispositivos semicondutores poderiam desempenhar as funções de tubos de vácuo, e desde meados do século XX, pelos avanços da tecnologia na fabricação de dispositivos semicondutores. A integração de um grande número de pequenos transístores em um chip pequeno foi uma enorme melhoria sobre o manual de montagem de circuitos com componentes eletrônicos discretos. A capacidade do circuito integrado de produção em massa, a confiabilidade e a construção de bloco de abordagem para projeto de circuito assegurou a rápida adaptação de circuitos integrados padronizados no lugar de desenhos utilizando transístores pequenos.
Há duas principais vantagens de circuitos integrados sobre circuitos discretos: custo e desempenho. O custo é baixo porque os chips, com todos os seus componentes, são impressos como uma unidade por fotolitografia: um puro cristal de silício, chamada de substrato, que são colocados em uma câmara. Uma fina camada de dióxido de silício é depositada sobre o substrato, seguida por outra camada química, chamada de fotorresiste. Além disso, muito menos material é usado para construir um circuito como um circuitos integrados do que como um circuito discreto. O desempenho é alto, visto que os componentes alternam rapidamente e consomem pouca energia (em comparação com os seus homólogos discretos) porque os componentes são pequenos e estão próximos. A partir de 2006, as áreas de chips variam de poucos milímetros quadrados para cerca de 350 mm², com até 1 milhão de transístores por mm². Chips feitos de nanotubos de carbono, em vez de silício, podem dar origem a uma nova geração de dispositivos eletrônicos mais rápidos e com maior eficiência energética.
A ideia de um circuito integrado foi levantada por Geoffrey Dummer (1909-2002), um cientista que trabalhava para o Royal Radar Establishment (do Ministério da Defesa britânico). Dummer publicou a ideia em 7 de maio de 1952 no Symposium on Progress in Quality Electronic Components em Washington, D.C.. Ele deu muitas palestras públicas para propagar suas ideias.
O circuito integrado pode ser considerado como sendo inventado por Jack Kilby de Texas Instruments e Robert Noyce, da Fairchild Semiconductor, trabalhando independentemente um do outro. Kilby registrou suas ideias iniciais sobre o circuito integrado em julho de 1958 e demonstrou com sucesso o primeiro circuito integrado em função em 12 de setembro de 1958 Em seu pedido de patente de 6 de fevereiro de 1959, Kilby descreveu o seu novo dispositivo como "a body of semiconductor material ... wherein all the components of the electronic circuit are completely integrated."
Kilby ganhou em 2000 o Prêmio Nobel de Física por sua parte na invenção do circuito integrado. Robert Noyce também veio com sua própria ideia de circuito integrado, meio ano depois de Kilby. O chip de Noyce tinha resolvido muitos problemas práticos que o microchip, desenvolvido por Kilby, não tinha. O chip de Noyce, feito em Fairchild, era feito de silício, enquanto o chip de Kilby era feito de germânio.
Marcante evolução do circuito integrado remonta a 1949, quando o engenheiro alemão Werner Jacobi (Siemens AG) entregou uma patente que mostrou o arranjo de cinco transístores em um semicondutor. A utilização comercial de sua patente não foi relatado.
A ideia de precursor da IC foi a criação de pequenos quadrados de cerâmica (pastilhas), cada um contendo um único componente miniaturizado. Esta ideia, que parecia muito promissora em 1957, foi proposta para o Exército dos Estados Unidos por Jack Kilby. No entanto, quando o projeto foi ganhando força, Kilby veio em 1958 com um design novo e revolucionário: o circuito integrado.
Escala de integração e nanotecnologia
Com os componentes de larga escala de integração, (do inglês: Large Scale Integration, LSI), nos anos oitenta, e a integração em muito larga escala, (Very-large-scale integration, VLSI), nos anos noventa, vieram os microprocessadores de alta velocidade de tecnologia MOS, que nada mais são que muitos circuitos integrados numa só mesa epitaxial.
Atualmente a eletrônica está entrando na era da nanotecnologia. Os componentes eletrônicos se comportam de maneiras diferentes do que na eletrônica convencional e microeletrônica, nestes a passagem de corrente elétrica praticamente não altera o seu estado de funcionamento. Nos nanocomponentes, a alteração de seu estado em função da passagem de corrente deve ser controlada, pois existe uma sensibilidade maior às variações de temperatura, e principalmente à variações dimensionais. Estas causam alterações nas medidas físicas do componente de tal forma, que podem vir a danificá-la. Por isso a nanotecnologia é tão sensível sob o ponto de vista de estabilidade de temperatura e pressão.
Uma tecnologia Nanochipe é um circuito integrado eletrônico tão pequeno que pode ser medido com precisão apenas na escala nanométrica. É um dispositivo semicondutor que aumenta a gama de chips de armazenamento removíveis. Nanochipes também são usados em produtos eletrônicos de consumo, como câmeras digitais, telefones celulares, PDAs, computadores e laptops, entre outros. Nanochipe é um pequeno sistema eletrônico que possui alto poder de processamento e também pode caber em um volume físico assumido com menos necessidade de energia. A tecnologia de nanochipe é benéfica, pois seus chips de armazenamento não dependem dos limites da litografia.
A importância da integração está no baixo custo e alto desempenho, além do tamanho reduzido dos circuitos aliado à alta confiabilidade e estabilidade de funcionamento. Uma vez que os componentes são formados ao invés de montados, a resistência mecânica destes permitiu montagens cada vez mais robustas a choques e impactos mecânicos, permitindo a concepção de portabilidade dos dispositivos eletrônicos.
No circuito integrado completo ficam presentes os transístores, condutores de interligação, componentes de polarização, e as camadas e regiões isolantes ou condutoras obedecendo ao seu projeto de arquitetura.
No processo de formação do chip, é fundamental que todos os componentes sejam implantados nas regiões apropriadas da pastilha. É necessário que a isolação seja perfeita, quando for o caso. Isto é obtido por um processo chamado difusão, que se dá entre os componentes formados e as camadas com o material dopado com fósforo, e separadas por um material dopado com boro, e assim por diante.
Após sucessivas interconexões, por boro e fósforo, os componentes formados ainda são interconectados externamente por uma camada extremamente fina de alumínio, depositada sobre a superfície e isolada por uma camada de dióxido de silício.