Принципы микроэлектроники
Микроэлектроника – это подраздел электроники, который связан с изучением и производством электронных составляющих размерами в несколько микрометров.
Особенность микроэлектронных устройств заключается в высокой степени сложности выполняемых ими функций. Число их составляющих может достигать 100 000, а иногда и больше, в зависимости от выполняемых функций. Обеспечить правильную работу такого количества элементов невозможно. Таким образом, ключевой принцип микроэлектроники заключается в максимальной автоматизации технологических процессов, направленных на изготовление микроэлектронной техники. При изготовлении микросхем применяют групповой метод производства. Данный метод предполагает, что на одной пластине полупроводникового материала может производиться несколько микросхем. После окончания технологического процесса эта пластина разрезается на кристаллы, представляющие собой отдельные микросхемы. На последнем этапе происходит корпусирование, то есть помещение кристалла в корпус и соединение ножек интегральной схемы.
Основой развития микроэлектроники является повышение степени сложности функций, которые может выполнять электронная аппаратура, а также расширение круга выполняемых ей задач. Это становится причиной того, что решение новых задач, на основе использования существующей элементной базы, становится невозможным. это в свою очередь становится причиной новых исследований в области обновления и совершенствования элементной базы. Факторы, служащие основой для смены элементной базы являются:
- Надежность.
- Стоимость.
- Масса.
- Габаритные размеры.
- Мощность.
Существует два основных типа микроэлектронных изделий: интегральные схемы и функциональные компоненты, которые могут быть подвергнуты дальнейшей интеграции. В основе таких компонентов находятся следующие свойства: эффект Ганна, оптические явления, магнитные свойства твердых тел, электролиз в жидких электролитах, эффект Холла, распространение тепла, механические колебания, а также электрические явления в диэлектриках.
Эффект Холла – это появление поперечной разности потенциалов при помещении проводника с постоянным током в электромагнитное поле.
Виды микроэлектронных изделий
Микроэлектронные изделия классифицируются по следующим критериям:
- По степени интеграции.
- По характеру выполняемых функций.
- По физическому принципу работы активных составляющих.
- По выполняемым функциям.
- Потребляемой мощности.
- По применимости в аппаратуре.
Самой распространенной классификацией является классификация по конструктивно-технологическим признакам, потому что в названии содержится о технологии производства и конструкции изделия. В полупроводниковой интегральной микросхеме все соединения между элементами и сами элементы выполнены на поверхности или в объеме полупроводника. Данная микросхема представляет собой кристалл кремния, в поверхностном слое которого образованы области (посредством полупроводниковой технологии), эквивалентные соединениями электрической цепи и ее элементам. В пленочной интегральной микросхеме элементы и элементные соединения выполняются в виде пленок. У таких микросхем имеется плата, изготовленная из диэлектрика и представляющая собой отполированные и отшлифованные пластинки толщиной до миллиметра. У гибридной интегральной микросхемы активные элементы - дискретные, а пассивные пленочные. Дискретные элементы, представляют собой миниатюрные составляющие (обычно транзисторы или бескорпусные диоды) и являются самостоятельными элементами, которые присоединяются к подложке и соединяются с дискретными элементами при помощи тонких проводников. Гибридные микросхемы в основном используются, как части высокочастотных усилительных каскадов.
Количество элементов в больших интегральных микросхемах может составлять более 1000. В таких микросхемах используются многослойные структуры, в таких микросхемах используются многослойные структуры с подкладками, располагающиеся параллельно друг другу в несколько этажей. Данный способ соединения называется многоуровневым. В сверхбольшой интегральной микросхеме количество элементов может достигать 100 000. Они являются сложными, в них реализуются целые системы и блоки. Основной их недостаток заключается в отсутствии универсальности, поэтому они применяются в конкретных видах аппаратуры. Гибридная большая интегральная микросхема представляет собой устройство высокой степени интегрированности. Для ее производства используются пленочная многослойная коммутационная плата и бескорпусные дискретные элементы. В такой микросхеме сочетаются преимущества полупроводниковой и пленочной технологий.
