Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Оптоэлектроника стала развиваться с 60-х годов на основе достижений квантовой электроники, полупроводниковой электроники, электрооптики голографии, инфракрасной техники и т. д. Иа истории развития полупроводниковой и микроэлектроники точку ставить нельзя. Впереди впечатляющие достижения в наноэлектронике, одноэлектронике, молекулярной электронике. Но это уже другая песня. 1.2. Место микроэлектроники в сфере высоких технологий В ведугдих странах мира приоритетное внимание уделяется развитию электроники, В 2000 году объем продаж в этой области составил триллион долларов. Правительства динамично развивающихся стран (США, Франция, Герлзания) значительные усилия направляют на развитие конкурентоспособной электронной техники. Другая группа стран, поставивших себе цель занять лидирующие позиции в экономиче- ском росте и росте ВВП (Китай, Малайзия, Испания, Индия), предпринимают колоссаль- ные усилия по созданию собственной электронной промышленности.
С этой целью разрабатываются национальные программы развития электроники. Преду- сматривается не только прямое государственное финансирование, но также и приоритет- ная поддержка в виде налоговых льгот, льготных кредитов на закупку технологических линий, государственных гарантий инвесторам, правовой защиты внутреннего рынка от импорта и т. п. Реальная экономическая ситуация такова, что на рубеже веков роль электроники стала Решающей не только в техническом плане, но и в интеллектуальном и, главное, в макро- экономическом аспекте. Приведем несколько цифр.
Экспорт отечественной продукции состоит практически из сырья и оценивается в Зб млрд долларов в год. Из них 14,5 млрд долларов приносит экс. порт газа, 14 млрд долларов — экспорт сырои нефти, 4 млрд долларов — метш|л и 3,5 млРл — военная техника, Прибыль обычно составляет четверть объема экспорта. А вот другие цифры, Годовые обороты американских электронных фирм, выпускающих изделия микрозлеь троники, составляют порядка 200 млрд долларов.
Это в 7 раз больше российского экспор та сырьевых энергоресурсов. Суммарный объем продаж электронных приборов и систем на порядок больше. Мировое потребление электронной продукции растет и увеличивается на 15вв в год, а в странах Азии и Тихоокеанского региона иа 19% в год. В 2003 голу объем мирового производства полупроводниковой промышленности посте гает рубежа 300 млрд долларов. За три года в три Раза1 ! Гг!икроэлекгроника вчера и сегодня гоу .Ге„нологический УРовень совРеменного микРоэлектРонного пРоизводс~ва опРеделЯетсЯ несколькими основными параметрами: 13 классом чистоты технологических помещений; з диаметром обрабатываемых пластин; 13 топологическими параметрами. Мировой уровень сегодня таков, что класс чистоты технологических помещений близок „1, диаметр обрабатываемых кремниевых пластин 200 — 300 мм, а топологические нормы на уровне 0,35 мкм.
В россии такого произволства нет. И отечественное электронное машиностроение отсутствует. Можно купить готовый завод стоимостью 1,2 — 2,0 млрд долларов, позволяющий создавать интегральные схемы с топологическими параметрами 0,35 — 0,25 мкм, мощностью 20--25 тысяч 8-дюймовых пластин в месяц. Но на такой завод нет денег. Текущие заказы российских заводов не превышают 20 млн долларов в год — десятая доля экономически выгодного производства.
А развитие бытовой электроники... Все можно выголно купить за рубежом! Так считают те, кто реформирует страну. Так ли это2 Опыт нос~очных стран, ныне преуспевших в микроэлектронном производстве, показал, что выпуск на первых порах неконкурентоспособной продукции позволяе~ развить собственное произволство, отработать технологию и превзойти конкурентов. Современная микроэлектроника находится на переломном этапе технологического развития и дорог каждый лень. Речь идет о тенденции дезинтеграции интегральной электроники (микроэлектроники).
Все голы интенсивного развития микроэлектроники в мире доминировали фирмы, опирающиеся на полный цикл производства продукции: разработка„производство и продажа, Такая экономико-технологическая модель позволила корпорациям 1пге1, 1ВМ, Могого1а, Техаз 1пз!гцшепйй М!сгоп, НЕС, Тоз!з!Ьа, Яатяцпа и другими наладить массовое производство полупроводниковых приооров для товаров массового потребления.
Интегрш1ьные схемы специального применения традиционно проектировались так называемыми ГаЫезз-фирмами, а изготавливалнсь на кремниевых заводах друтих компаний. РаЫезз-фирмы способны разработать сложные интегральные схемы в интересах любого заказчика. Таким образом, возникла новая экономико-технологическая модель, разработанная интеллектуальная собственность в виде 1Р-блока, ко~орал продвигается до конечного потрео'""еля за несколько э~апов через кремниевое и приборное производство изделий и систем.
Сегодня успешно работает такая экономико-технологическая модель, как ГаЫезз-фирма-- кремниевый завод. Так 50% ИС под торговым знаком Мо!ого!а производится на та" айваньских кремниевых заводах, ирмой 1пге1, микропроцессоры которой широко используются во всем мире, создано и~~ос отделение !иге! М!сгое1есггоп1сз бегщсез.
Ее основной задачей является разрабо~ка стандартных специализированных ИС с топологическнми нормами 0,25 и 0,13 мкм. виду того, что собственное производство !иге! загружено микропроцессорами и пру~ни" стандартнымн изделиями, производство продукции ГаЫезз-фирмы 1п!с! будет проводиться на другом кремниевом заводе. Это либо завод с незагруженными мощностями ВРВ Часть I/. Микроэлектроника крупной фирмы, либо "чистый" завод, построенный специально для реализации интел лектуальной собственности фирм-разработчиков интегральных схем.
Наметилась тенденция увеличения как числа "чистых" кремниевых заводов, так и увели чения числа ГаЫеяя-фирм. для России это шанс встать в ряд технологически и интеллектуально развитых стран, созда~ь национальный банк интеллектуальной собственности !Р-блоков, получить значи тельный зкономический эффект от реализации изделий микроэлектроники и электронной компонентной базы и, наконец, достигнуть зсхнологической независимости от иностранных государств.
Без интенсивных усилий но созданию сооственного электронного производства Россия ~3 не сможет увеличить потребление изделий электроники, в том числе средств вычислительной техники; !Э не сможет рассчитывать на увеличение экспорта дорагостояшей высокотехнологичной продукции вместо сырья; Ы не сделает экономику страны эффективной: П не решит проблемы информатизации страны. В основах политики РФ в области развития электронной компонентной базы ГЭКБ) в электронных системах, имеющих стратегическое значение для национальной безопас. ности, предусмотрено использовать только те, ко~орые спроектированы в России и изготовлены на зарубежных технологических линиях только по отечественным фотошаблонам. В соответствии с программой "Электронная Россия" к 2010 году предусмотрен переход к сквозному техночогическому циклу отечественной разработки и производства отечественной ЭКБ на технологическом уровне не хуже 0,1 мкм.
Вот тогда и понадобятся молодые специалисты в области микроэлектроники. 2. Физика полупроводниковых структур 2.1. Полупроводники и их структура цотунроваднвкя предо~валяют собой широкий класс материалов с электронным механизмом проводимости, в которых концентрация подвижных носителей заряда ниже концентрации атомов, но может меняться под действием температуры, освещения, небольшого количества примесей. По удельному значению электропроводности полупроводники занимают промежуточное ь -1 — ~2 положение между металлами(10 <о<10 Ом см ) и диэлектриками (а> 1О Ом см ) 3 -а и лежат в диапазоне 10' < и < 10" Ом .см Одной из главных отличительных свойств полупроводниковых материалов является возрастание электропроводности с ростом температуры.
В широком диапазоне температур электропроводность экспоненциально рас~е~ с температурой Т по закону ( — ь 1 о = оь ехр! — ' 1, ~ ~т,' где и, — начальное значение электРопРоводности, еэ -- энергих активации пРоводимосги, которая соответствует энергии связи электронов с атомами; ): — постоянная Больцмана. Полупроводники можно классифицировать по различным признакам, например: по а~рега~ному состоянию: твердые и жидкие; (-) по структуре: кристаллические и некристаллические; ы по физическим свойствам: магнитные и сегнетоэлектрические; 1-1 по химическому составу: элементарные, соединения, органические. В микроэлектронике в основном используются твердотельные кристаллические структуРы, состоящие из элементарных полупроводников (Се, Я) нли полупроводниковых соединений типа Се-я, АзВз (СаАз,!пэЬ), А В' (Сов) и др.
Основным требованием к полупроводниковым материалам, используемым в мнкроэлект(эонике, является их бездефектносгь или малое количества дефектов. Поэтому основным материалом цчя применений являются монокристаллические полупроводники — твердые тела с регулярной кристаллической структурой.
('Рисгаллическая структура состоит из множества повторяющихся и примыкающих друт к другу элементарных ячеек определенного размера. В элементарной ячейке частицы занимают строго фиксированные позиции, находясь на определенном расстоянии друг от 'друга. В результате взаимодействия электронов внешних ооолочек атомов в кристалле в"вникает химическая связь. о типу химических связей различают четыре основные группы кристаллических струк"ур. В ионвык или аевыдопгмлриь~т кристаллах преобладает ионный (электростатический) Часть //, Микроэлектроника г/О характер связи между атомами, возникающий нелепо~вне перехода алек~ранов от одного атома к другому В кавапенпшых или гоивопалярвых кристаллических структурах валентиые электроны соседних атомов обобществляготся, образуя двойные или тройные связи между атомами К такому типу кристаллов относятся алмаз, кремний.
карборунд. В металлических кристаллических структурах, относящихся к третьему типу химических связей, своболные электроны распрелеляются по всей кристаллической решетке, образуя электронный газ. В иолекулярпых кристаллах а~омы в молекуле прочно связаны, в то время как сами моле«улы межлу собой связаны слаоо, Такая связь характерна для органических соединений. Кремний, например, имеет кубическую гранецентрированную структуру типа алмаза с постоянной решетки а = 0,54307 нм (рис. 2.1, а), а) б) Рис. 2Л. Структура гранецентрироваиных кристаллических Решеток типа алмаза (в) и типа цинковой обманки(б) Для арсепида галлия характерна классическая структура типа цинковой обманки — минерала сфалерита типа Епб (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
