Н.М. Изюмов, Д.П. Линде - Основы радиотехники (1083412), страница 115
Текст из файла (страница 115)
14.15 приведен пример поперечного разреза созданной таким путем микросхемы. На нем три области с проводимостью разного характера, выращенные слой над слоем, образуют в левой части триод типа л-р-и. Нанесенная сверху аленка окиси преминя образует изолятор, сквозь который про- Рпс. 14.15. Пример тонкопленочной интегральной схемы: а — схемное изображение элементов структуры; б — строение поперечного сечения, соответствуюшего элементам, изображенным выше ходят выводы. Резистор образован участком легированного полупроводника с р-типом проводимости, а кондевсатор— металлической пленкой сверху, слоем изолятора и слоем с.я-типом проводимости. Описанный процесс образования интегральных устройств является в настоящее время основным, но не единственным.
Он позволяет получить элементы размером в единицы микрон. Минимальный размер деталей яри фотолитографии определяется днфракцией света и близок к 0,5 мкм. Выше было также упомянуто о технологии изготовления толстоплеиочных интегральных микросхем с яомощью паст, наносимьпс через трафареты с последующей термической обработкой. Для увеличения плотности размещения деталей нашел пряменение электронно-лучевой метод формирования рисунка микросхемы, который на порядок позволяет уменьшить размеры отдельных элементов.
Созданные специальные установки формируют тончайший электронный луч, который как бы гравирует нужный рисунок на поверхности кристалла. Управление движением луча производится автоматически по заданной программе. Одновременное изготовление сотен микросхем позволяет получить достаточно низкую стоимость изделий прн хорошей повторяемости параметров и высокой надежности. Последнее в значительной мере определяется отсутствием соединительных проводов, паек н уменьшением числа герметизированных корпусов, дефекты ко- 371 торых являются особенно частой причиной выхода приборов из строя. Интегральные схемы различного назначения объединяются в серии, имеющие одинаковые корпуса и систему выводов (рис: 14.16).
Это позволяет зна- Рис. 14.!6. Внешний вид кительно упростить их монтаж и соединение кратчайшими проводами на стандартных печатных платах и автоматизировать данный процесс. Производство аппаратуры при этом напоминает сборку конструкций из детских кубиков. На рис.
!4.17 приведен прн- Рис. 14.17. Пример типового размещения интегральных микросхем на печатной плате мер типового размещения интегральных микросхем на печатной плате. Краткие описания процессов производства микросхем, конечно, не отражают всей сложности их реализации. Минроэлектроника породила новые научные направления, потребовала создания промышленности сверхчистых ма. териалов, удивительных по точности приборов, .прецизионных усъройств и особой культуры производства, так что с полным правом ее создание можно назвать технической революцией, потребовавшей напряженной работы специалистов саммх различных направлений и больших капиталовложений. Возникает вопрос: что же микроэлектроника дает в настоящее время и что может дать в будущем? Уже имеющиеся достижения микроэлектроники возволилн создать ЭВМ с 'огромным быстродействием и высокой 372 надежностью.
Уменьшение расстояний между отдельными элементами и узлами сократило длину соединительных проводов; уменьшило их паразитные индуктивности и емкости. Все вто привело к уменьшению времени ирохожде- интегральных микросхем ния сигналов по цепям устройства н сократило длительность переходных процессов, что и определило рост быстродействия. Резкое снижение потока отказов, уменьшение энергопотребления, выделения тепла, материалоемкости и трудоемкости производства позволили, с одной стороны, создать компактные устройства с огромными функциональными возможностями, а с другой — выпустить миниатюрные специализированные ЭВМ вЂ” микропроцессоры, которые внедряются в настоящее время во все виды научной, технической и производственной деятельности.
В этом следует видеть огромный вклад микроэлектроники в автоматизацию производства, оптимизацию всей созидательной деятельности человека, форсировании научно-технического прогресса. Большие положительные сдвиги одновременно произошлн и в технике связи и радиовещания. Без микроэлектроники были бы невозможны спутниковые линни передачи информации. В настоящее время все узлы радиоаппаратуры переводятся на интегральные микросхемы.
Кроме новых функциональных возможностей, это дает большую экономию потребления энергии. Насколько это важно, следует хотя бы из того, что,один нарк телевизоров в масштабах страны поглощает мощность, равную суммарной мощности .нескольких крупных ГЭС. Использование интегральной микротехники ставит на повестку дня практическое внедрение видеотелефонной связи и создание абонентской справочной и сервисной служб.
Автоматические системы диагностики с микропроцессорами позволяют получать точную картину Различных за- болеваний у человека на ранних стадиях развития и обнаруживают неисправности сложных механизмов. Словом, нет возможности перечислить все практические приложения микроэлектронной техники. Конечно, нас интересует вопрос все ли возможности микроэлектроники. уже исчерпаны? Здесь в первую очередь представляет интерес вопрос о возможности дальнейшего повышения быстродействия, что связано с проблемой уменьшения расстояния ме. жду злементамн, а следовательно, и их размеров. Предел уменьшения их определяется минимальным числом атомов, образующих структуру с заданными функциональными свойствами.
Напомним, что атомы имеют размеры около 0,1— 0,2 нм, толщина же тонких пленок составляет единицы микрометров, что в !О' — 1О" раз больше,' так что с этой стороны существует принципиальная возможность повышения плотности упаковки. С другой стороны, минимальные рабочие напряжения, при которых могут работать полупроводниковые приборы, должно в 2 — 3 раза превышать контактную разность потенциалов в переходах, что составляет 1,2 — 2,0 В. При таких .напряжениях ширина базы транзисторов должна быть не менее 0,07 — 0,08 мкм. Отсюда легко рассчитать, что минимальная площадь транзистора может составить 1,2 — 1,6 мкм'. Это позволит разместить на 1 смз кристалла около 26 млн.
каскадов с 10а элементами. Следовательно, и с этой точки зрения имеется возможность повысить плотность элементов интегральных микросхем. Кзк показывают расчеты, предел быстродействия ЭВМ определяется прежде всего допустимым тепловым режимом микросхемы, что допускает ловы. шение тактовой частоты до 100-.160 МГц. На быстродействие оказывает ограничение также наличие неоднородностей в кристаллах кремния, которые могут быть устранены при выращивании их в условиях невесомости — в космосе.
В заключение следует отметить, что .наука не только непрерывно раздвигает горизонты практического применения микроэлектроники, но и указывает на возможность использования новых физических процессов и явлений для улучшения их- показателей.. Так, в настоящее время получила развитие новика, использующая электрическое явление переноса зарядов ионами, что позволяет получить колебания инфразвуковых частот.
Ионика открывает перспективы создвния систем, в которых осуществляется передача информации, подобно тому, как зто производят нервные клетки — нейроны. Новым направлением является криотроника — использование электронных устройств при сверхнизких температурах. Это перспективное направление способно обеспечить многократное повышение чувствительности СВЧ устройств и создания запоминающих устройств сверхбольшой памяти. Большое внимание в настоящее время уделяется развитию оптоэлектроники, которая осуществляет передачу информации модулированными световы. ми лучами с помощью световедущих волоконно-оптических световодов. Та.кие линии передачи позволяют во много раз увеличить объем передаваемой информации и быстродействие устройств. Миллионы лет эволюции биологических видов привели к выработке у них наиболее совершенных систем восприятия, передачи и хрзнения информации.
Бионика имеет своей целью моделирование процессов живой природы, что дает совершенно новые возможное. тн во многих отраслях техники. Такое моделирование возможно только при непользования средств микроэлектроники, которая со своей стороны ожидает от бионики новых плодотворных идей для своего совершенствования. Наконец, развивается и новое направление — функциональная микроэлектроника, которая ставит своей задачей отыскание новых физических явлений и эффектов, позволяющих получить те же функциональные узлы 1усилители, преобразователи и т. д.), но не в форме традиционных радиотехнических устройств из транзисторов, резисторов, конденсаторов, катушек и проводов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
