Мікроелектроніка

МІКРОЕЛЕКТРО́НІКА (від мікро... і електроніка) — напрям електроніки, що охоп­лює фізичні принципи дослідже­н­ня, роз­робле­н­ня та виготовле­н­ня електрон­них виробів у мікромініатюрному виконан­ні. Зав­да­н­ням М. є створе­н­ня високонадій., багатофункціонал., швидкодіючої, енергоощад. та економічно ефектив. електрон. апаратури з мін. роз­мірами та вагою. Мініатюризація електрон. апаратури про­йшла декілька етапів, гол. з яких повʼязані зі створе­н­ням біполяр. транзистора (1948), заміною електровакуум. ламп на напів­провід­ник. прилади та з винаходом інтеграл. схеми (1958). М. охоплює інтеграл., функціонал. та вакуумну електроніку, акусто­електроніку тощо. Основою сучас. М. є напів­провід­ник. інтеграл. мікросхеми (ІМС) — мікросхеми, всі елементи та між­елементні зʼ­єд­на­н­ня яких виконані у приповерхн. шарі та на поверх­ні напів­провід­ник. матеріалу у ви­гляді сполуче­н­ня ділянок з різним типом електро­провід­ності та плівок з різними електрофіз. властивостями. ІМС виготовляють пере­важно з надчистого монокри­сталіч. кремнію. У напів­провід­ник. ІМС використовують унікал. властивості напів­провід­ників, що дають змогу шляхом склад. фіз.-технол. при­йомів утворювати на одній монокри­сталіч. пластині як активні (діоди, біполярні транзистори, транзистори на структурах метал–ді­електрик–напів­провід­ник; МДН), так і пасивні (резистори, конденсатори) елементи, обʼ­єд­нані у функціонал. вузли та при­строї. Технологія виробництва ІМС дуже складна та потребує прецизій. обладна­н­ня. Заг. кількість технол. операцій пере­вищує 500, а тривалість технол. циклу сягає 50 діб. Осн. технол. операціями є мех. і хім. очище­н­ня кремнієвих пластин, термічне окисле­н­ня, літо­графія, легува­н­ня (дифузія, іонне бомбардува­н­ня), травле­н­ня, нанесе­н­ня метал. плівок тощо. Сучасне виробництво ІМС базується на планар. технології (роз­роблено 1959), що дає змогу в єдиному технол. процесі одночасно обробляти десятки кремнієвих пластин, кожна з яких містить по декілька тисяч чіпів. Осн. елементом біполяр. ІМС є біполяр. транзистор n–p–n типу, на виготовле­н­ня якого орієнтовано весь технол. цикл. Інші елементи виробляють за тією ж технологією одночасно з цим транзистором. Враховуючи велику кількість елементів на одному чіпі ІМС, що роз­таш. на дуже близькій від­стані, по­стає про­блема негатив. впливу одного елемента на ін. У планар. технології цю про­блему вирішують ізоляцією елементів за допомогою плівок SiO₂, а також за допомогою зворотньозміщених p–n пере­ходів. Осн. елементом МДН ІМС є МДН-транзистор з індуков. ка­налом. Інші елементи створюють також в єдиному технол. цик­лі з виготовле­н­ням транзистора. Пере­вагою МДН ІМС є те, що її елементи не потребують ізоляції, це дає можливість роз­ташовувати їх ближче один до одного та під­вищувати коефіцієнт викори­ста­н­ня площі чіпа. Показником функціонал. складності ІМС є ступінь інтеграції k = lgN (N — кількість елементів ІМС, k — порядок чисел кратних 10). За ступенем інтеграції ІМС прийнято поділяти на малі (MIMC, k = 1; 2), середні (CIMC, k = 3; 4), великі (ВІМС, k = 5; 6), надвеликі (НВІМС, k = 7; 8), ультравеликі (УВІМС, k > 8). Надвисокий ступінь інтеграції сучас. ІМС дає змогу створювати на їхній базі однокри­стал. ЕОМ, мікроконтролери, мульти­процесори. Ускладне­н­ня ІМС за рахунок зменше­н­ня роз­мірів елементів повʼязане з низкою обмежень, що важко подолати. Серед них — обмеже­н­ня за тепл. барʼєром, швидкодією, надійністю, за кількістю зовн. виводів, довжиною метал. зʼєд­нань. Тому подальше зро­ста­н­ня функціонал. можливостей інтеграл. схем повʼязують з роз­витком функціонал. електроніки та нано­­електроніки. 1995 затв. держ. стандарт України «Мікросхеми інтегровані. Терміни та ви­значе­н­ня».

Завантажити статтю