Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Успешное функционирование полупроводникового производства в современных условиях возможно только при организации сбыта продукции на международном рынке. Затраты на подготовку производства сложных микросхем очень велики и оправдываются только при очень больших объемах их сбыта. Технические характеристики аппаратуры улучшаются при использовании более сложных и более специализированных микросхем. Рынок сбыта сложных специализированных микросхем сужается. В эпоху наноэлектроники проблема объемов сбыта микросхем станет ключевой.

Международным сообществом уже определены основные пути развития информационных технологий и возможности снижения неоправданных затрат.

Первое направление это – глобальная унификация технических решений, например, международная система стандартизации ( International Standard Organization, ISO) или ITRS.

Второе направление – создание глобальных альянсов, целью которых является раздел секторов рынка и обмен техническими достижениями, например, альянс STI (Sony, Toshiba, IBM).

Третье направление – разработка национальных программ развития информационных технологий, объединяющих усилия государства и частного сектора, например, программа IT 839 Strategy, действующая в Южной Корее [3].

1. Структуры «кремний-на-изоляторе».

Кремний-на-изоляторе (КНИ – Silicon on insulator, SOI) – технология изготовления полупроводниковых приборов, основанная на использовании трёхслойной подложки со структурой «кремний – диэлектрик – кремний» вместо обычно применяемых монолитных кремниевых пластин. Данная технология позволяет добиться существенного повышения быстродействия микроэлектронных схем при одновременном снижении потребляемой мощности и габаритных размеров

Рис.6. Структуры КНИ

Структуры «кремний-на-изоляторе» – одно из наиболее динамично развивающихся направлений полупроводникового материаловедения в передовых странах.

Использование структур КНИ в технологии полупроводниковых приборов позволяет решить целый ряд проблем: повысить радиационную стойкость схем, увеличить предельную рабочую температуру, повысить быстродействие приборов, а также существенно упростить технологический процесс создания интегральных схем (ИС).

Основные преимущества структур КНИ перед объемным кремнием заключены в уменьшении влияния паразитных эффектов по периметру границы прибора и надежной изоляции рабочего объема прибора от остальной схемы и подложки.

Анализ развития полупроводниковых технологий показывает, что в перспективе на структурах КНИ удастся получать приборы (микросхемы) с улучшенными характеристиками по сравнению с аналогичными приборами, изготовленными на обычных кремниевых пластинах. Технологические процессы изготовления ИС, адаптированные для таких структур, могут стать наиболее подходящей основой для производства аналоговых и цифровых ИС с наивысшими техническими характеристиками

Рис. 7. Схемы МОП-транзисторов, выполненных по технологиям:

а – классической; б – КНИ

Приборы с изоляцией р-n-переходом имеют более значительные паразитные элементы. Диэлектрическая изоляция позволяет существенно уменьшить паразитные емкости, что повышает быстродействие.

Транзистор в ИС с изоляцией р-n-переходом содержит паразитную тиристорную структуру, которая может привести к защелкиванию при воздействии переходных процессов и высоких уровнях напряжения.

Полная диэлектрическая изоляция исключает подобные нежелательные эффекты, устраняет взаимовлияние между элементами схемы и обеспечивает повышенное пробивное напряжение.

Поскольку все проблемы, связанные с паразитными элементами и генерацией зарядов в объеме полупроводника обостряются при повышении температуры или при действии ионизирующего излучения, ИС с полной диэлектрической изоляцией компонентов в общем случае отличаются от обычных схем лучшими параметрами при высоких температурах или воздействии радиации.

1. Кремний-на-сапфире.

Кремний-на-сапфире (КНС – Silicon on sapphire, SOS) – технология изготовления полупроводниковых приборов, основанная на использовании трёхслойной подложки со структурой «кремний – диэлектрик – кремний» вместо обычно применяемых монолитных кремниевых пластин. В качестве диэлектрика используется сапфир.

Во многих публикациях и выступлениях специалистов отмечается, что технология КНС – уже устаревшая и не выдерживает конкуренции с технологиями КНИ «кремний-на-изоляторе» (изолирующие подложки SiO₂, рекристаллизованный кремний и др.).

В качестве основных проблем при этом называют существенное несовпадение параметров кристаллических решеток сапфира и кремния, что приводит к образованию многочисленных дислокаций в полупроводнике и препятствует повышению степени интеграции БИС. Безусловно, КНИ − наиболее перспективная технология, но реально КНС – единственная промышленная технология производства радиационно-стойких БИС.

Несогласованность кристаллических решеток в случае КНИ менее значима, чем у КНС, что теоретически позволяет добиваться более высокой степени интеграции. Однако проблема согласования решеток существует и в КНИ.

Один из аспектов перспективности технологии КНС связан с тем, что на сапфировой подложке можно выращивать не только эпитаксиальные пленки кремния, но и пленки других полупроводников. В частности, нитридов галлия и алюминия. Эти широкозонные полупроводники все чаще используются при создании приборов оптоэлектроники (светодиодов и лазеров с длиной волны излучения от 240 до 620 нм), акустоэлектроники, силовой и высокотемпературной транзисторной электроники, твердотельной СВЧ-электроники.

В сфере оптоэлектроники существенные возможности связаны с про-зрачностью сапфира. Это позволяет осуществлять обратную засветку фото матриц, что повышает эффективность использования световой энергии. Кроме того, прозрачность подложки можно использовать для вывода излучения. Наконец, через прозрачную сапфировую подложку можно организовывать оптические связи внутри микросхемы, а сочетание на одной подложке кремниевых и нитридных пленок расширит функциональные возможности направления КНС еще значительнее.

1. Перспективы и преимущества карбидкремниевой электроники.

Карбид кремния является перспективным полупроводниковым материалом для высокотемпературной и высокочастотной электроники. За последние пять лет была показана принципиальная возможность создания почти всех классических приборов на основе карбида кремния: диодов Шоттки, мощных биполярных диодов, тиристоров, биполярных и полевых транзисторов.

Карбидокремниевая электроника выделяется рядом преимуществ: высокая термическая, химическая и радиационная стойкость, теплопроводность, износостойкость, стабильность свойств в широком интервале температур, что позволяет ее применять в таких неблагоприятных условиях, как нагревательные элементы, авиационные турбины, элементы конструкций и защитных экранов аэрокосмических аппаратов.

Вследствие своих уникальных физических и электронных свойств карбид кремния используют для создания высокоэффективных, высокотемпературных, радиационно-стойких, а также высокочастотных электронных приборов.

В табл. Приводится сравнение основных электронных свойств политипов SiC (4H-SiC и 6H-SiC) с кремнием (Si) и арсенидом галлия (GaAs).

Рассмотрим основные преимущества полупроводниковых материалов SiC в сравнении с Si и GaAs.

Напряженность электрического поля 4Н-SiC при возникновении лавинного пробоя более чем на порядок превышает соответствующие показатели у Si и GaAs. Это приводит к значительному снижению удельного сопротивления в открытом состоянии.

Малое удельное сопротивление в открытом состоянии, в сочетании с высокой плотностью тока и теплопроводностью, позволяет использовать очень маленькие по размерам кристаллы для силовых приборов.

Высокая теплопроводность SiC снижает тепловое сопротивление кристалла.

Электронные свойства приборов на основе SiC очень стабильны во времени и слабо зависят от температуры, что обеспечивает высокую надежность изделий.

Карбид кремния чрезвычайно устойчив к жесткой радиации, воздейст- вие которой не приводит к деградации электронных свойств кристалла.

Высокая предельная рабочая температура кристалла (более 600 °С) позволяет создавать высоконадежные приборы для жестких условий эксплуатации и специальных применений.

Применение диодов Шоттки SiC позволяет снизить потери в источниках электропитания до 30–40 %, в корректорах коэффициента мощности – до 60 %, а также увеличить рабочие частоты преобразователей, снизив габариты и массу готовых изделий.

Заключение.

Развитие всех отраслей техники и технологии все стремительнее, а потребности в быстрых и эффективных приборах, стойких к целому ряду сложных условий работы, все выше.

Наноэлектроника – это направление электроники, которое поможет в разработке и построении целого ряда принципиально новых приборов и микросхем. Так, как действующие на нано-уровне принципы и законы физики отличаются от таковых, применимых к классической электронике за счет квантовых эффектов, исследования в этой области могут помочь устранить целый ряд существующих ныне недостатков электроники. Увеличение эффективности пи уменьшении размера – одна из целей многих корпораций сейчас. При этом упрощение технологий диктуется потребностью сократить затраты на производство. Создание многослойных структур делает возможным расширение диапазона свойств и замену нескольких элементов микросхем одним.

Список литературы:

[1] Нанотехнологии в электронике / Под редакцией Чаплыгина Ю.А. М.: Техносфера, 2005.

[2] International Technology Roadmap Semiconductors, 2005 EDITION,

www.itrs.net/LINKS/2011ITRS/

[3] Chin D. Nanoelectronics for an Ubiquitous – Information Society // IEEE International Solid – State Circuits Conference. 2005. P. 22-26.

Характеристики

Список файлов реферата