Элементная база электроники развивается непрерывно возрастающими темпа ми. Каждое из приведенных поколений, появившись в определенный момент време ни, продолжает совершенствоваться в наиболее оправданных направлениях. Развит ие изделий электроники от поколения к поколению идет в направлении их функци онального усложнения, повышения надежности и срока службы, уменьшения габа ритных размеров, массы, стоимости и потребляемой энергии, упрощения техноло гии и улучшения параметров электронной аппаратуры. Современный этап развития электроники характеризуется широким примене нием интегральных микросхем (ИМС).
Это связано со значительным усложнением требований и задач, решаемых электронной аппаратурой. Разрабатываемые сейчас сложные системы содержат десятки миллионов элементов. В этих условиях исклю чительно важное значение приобретают проблемы повышения надежности аппара туры и ее элементов, микроминиатюризация электронных компонентов и комплекс ной миниатюризации аппаратуры. Все эти проблемы успешно решает микроэлектр оника. Становление микроэлектроники как самостоятельной науки стало возможным благодаря использованию богатого опыта и базы промышленности, выпускающей дискретные полупроводниковые приборы. Поэтому микроэлектроника продолжает продвигаться быстрыми темпами во всех направлениях. В современной жизни лю бая техника, которой мы пользуемся, ежедневно наполнена микроэлектроникой. В настоящее время микроэлектроника перешла в стадию наноэлектроники. Развитие современных средств вычислительной техники, робототехники, аппа ратуры цифровых коммуникаций основано на использовании достижений микроэ лектроники в разработке и выпуске интегральных микросхем (ИМС), а также на широком применении микропроцессоров и микрокомпьютеров, создаваемых на базе больших и сверхбольших интегральных схем (БМС и СБИС).
Под электроникой понимают область науки, техники и производства, связан ную с исследованием, разработкой и производством электронных приборов и прин ципов их использования. Поскольку «микро» (от гр.micros малый) в сложных сло вах означает отношение к малым предметам, то термин «микроэлектроника» этимо логически можно рассматривать как электронику малых размеров. В действительн ости смысл термина гораздо глубже. Микроэлектроника это раздел электроники, производством и исследованием интегральных микросхем и принципов их приме нения. Более того, в процессе развития микроэлектроники было разработано немало специфических элементов, которые не только не имеют аналогов в обычной транзи сторной схемотехнике, но и не могут быть даже смоделированы на дискретных ко мпонентах. В качестве примера таких компонентов можно привести приборы с за рядовой связью (ПЗС), находящие применение при создании быстродействующих микросхем памяти современных ЭВМ. Зарождение и дальнейшее триумфальное развитие микроэлектроники было бы невозможно без гигантского прогресса в области технологии.
Этапы развития электроники
... электроники характеризуется широким применением интегральных микросхем ИМС. Это связано со значительным усложнением требований и задач, решаемых электронной аппаратурой, что привело к росту числа элементов ... почти все основные технологические операции микроэлектроники: осаждение изолятора, фотолитографию с ... основала Fairchild Semiconductor для производства полупроводниковых транзисторов.На тот момент ...
1. Теоретические основы микроэлектроники
1.1 История развития микроэлектроники
Микроэлектроника является продолжением развития полупроводниковой элек троники, начало которой было положено 7 мая 1895 года, когда полупроводнико вые свойства твердого тела были использованы А.С.Поповым для регистрации эле ктромагнитных волн. Дальнейшее развитие полупроводниковой электроники связанно с разработ кой в 1948 году точечного транзистора (американские ученые Шокли, Бардин, Браттейн), в 1950 году плоскостного биполярного транзистора, а в 1952 году поле вого (униполярного) транзистора. Наряду с транзисторами были разработаны и ста ли широко использоваться другие различные виды полупроводниковых приборов: диоды различных классов и типов, варисторы, варикапы, тиристоры, оптоэлектрон ные приборы (светоизлучающие диоды, фотодиоды, фототранзисторы, оптроны, светодиодные и фотодиодные матрицы) [3].
Создание транзистора явилось мощным стимулом для развития исследований в области физики полупроводников и технологий полупроводниковых приборов. Для практической реализации развивающейся полупроводниковой электроники потребовались сверхчистые полупроводниковые и другие материалы и специаль ное технологическое и измерительное оборудование. Именно на этой базе стала ра звиваться микроэлектроника. Следует отметить, что основные принципы микроэлектроники групповой ме тод и планарная технология были освоены при изготовлении транзисторов в конце 50 годов. Первые разработки интегральных схем (ИС) относятся к 1958 1960г.г. В 1961 1963г.г. ряд американских фирм начали выпускать простейшие ИС. В то же время были разработаны пленочные ИС. Однако некоторые неудачи с разра ботками стабильных по электрическим характеристикам пленочных активных эле ментов привели к преимущественной разработке гибридных ИС. Отечественные ИС появились в 1962 1963г.г. Первые отечественные ИС были разработаны в ЦКБ Воронежского завода полупроводниковых приборов (схемы диоднотранзисторной логики по технологии с окисной изоляцией карманов).
По технолог ии изготовления эти схемы уступали 2 года западным разработкам [2].
В историческом плане можно отметить 5 этапов развития микроэлектроники. Первый этап, относящийся к первой половине 60х годов, характеризуется сте пенью интеграции ИС до 100 элементов / кристалл и минимальным размером эле ментов порядка 10 мкм. Второй этап, относящийся ко второй половине 60х годов и первой половине 70х годов, характеризуется степенью интеграции ИС от 100 до 1000 элементов/ кристалл и минимальным размером элементов до 2 мкм. Третий этап, начавшийся во второй половине 70х годов, характеризуется сте пенью интеграции более 1000 элементов/кристалл и минимальным размером элеме нтов до 1 мкм. Четвертый этап, характеризуется разработкой сверхбольших ИС со степенью интеграции более 10000 элементов/кристалл и размерами элементов 0,1 — 0,2 мкм. Пятый, современный, этап характеризуется широким использованием микро процессоров и микроЭВМ, разработанных на базе больших и сверхбольших ИС. Исторически возникновение и развитие микроэлектроники было подготовлено бур ным ходом научнотехнической революции, давшей жизнь промышленной кибер нетике, вычислительной технике, радиоэлектронике и потребовавшей тотальной микроминиатюризации всех элементов электронной техники. Создание в 1948 г. транзистора на основе монокристаллического полупроводника и разработка в 1950 1951 гг. первых пленочных пассивных элементов электронной техники подготови ли прочную базу для создания технологии микроэлектроники. Практически рожде ние микроэлектроники относят к 1957 г., когда была впервые разработана ее техно логическая основа, т. е. запатентованы методы локальной диффузии через маску окисла, профилированную фотолитографией. Таким образом, современная микро электроника берет начало от планарной технологии на твердом теле (активные эле менты полупроводниковых интегральных схем) и пленочной технологии (пассив ные элементы и гибридные интегральные схемы) [5].
Развитие технологий
... процессов. Отражение их временных тенденций позволяет осуществлять прогнозирование направлений и темпов развития технологий и производства. Это направление в науке получило название - технодинамика. В ... 40-е - 50-е годы прошлого столетия происходит выделение технологии в самостоятельную научную дисциплину, отграничение ее от практической технологии и признание термина как самостоятельного ...
Важнейшие процессы, используемые в технологии микроэлектроники нанесен ие пленок и эпитаксиальных слоев, удаление (в растворах и парогазовых средах) вещества с поверхности твердой фазы, легирование и диффузионное перераспреде ление, по существу являются физикохимическими и имеют определенную особен ность, связанную с протеканием их на поверхности или в объеме твердой фазы. Продуктом (полуфабрикатом) сложной совокупности технологических процессов (от 50 до 200 и более операций) является кусочек монокристалла объемом от сотых долей до единиц кубического миллиметра в виде микрогетерогенного, заведомо метастабильного твердого тела, обязанного работать в весьма сложных условиях и практически без ограничения срока службы. В этом отношении технолог физик химик должен обеспечить решение двух диаметрально противоположных задач:
1) создать микрогетерогенное метастабильное твердое тело с максимальной дисперсностью неравновесных объемов и 2) обеспечить длительную стабильную работу всей схемы в целом, подавляя ее стремление к гомогенизациивыравниванию состава. Размеры активных облас тей ИС постоянно уменьшаются, и в настоящее время намечается переход в суб микронную область. Основным технологическим направлением в микроэлектронике является прои зводство монолитных, тонко и толстопленочных ИС, а также микроминиатюрных функциональных дискретных приборов. В основе технологии толстых пленок ле жит трафаретная печать и вжигание в керамическую подложку элементов и провод ников, при изготовлении монолитных ИС используются процессы диффузии, эпи таксии, окисления и др., при изготовлении тонкопленочных микросхем доминирую щими являются процессы конденсации из молекулярных пучков в вакууме. Глав ные задачи технологии микроэлектроники следующие: создание в минимальном объеме (твердого тела или на его поверхности) максимального количества строго определенных областей с заданными геометрией, составом, структурой, а следова тельно, и свойствами, способных выполнять определенные функции элементов или эквивалентов элементов электронных схем при высокой стабильности преобразуе мой информации, малом расходе энергии и высокой надежности многократного повторения всех возложенных на данную ИС задач.
Элементы толстопленочной технологии
... номиналов конденсаторов и резисторов; герметизация резисторов. Преимущества толстопленочной технологии: высокая производительность, технологическая гибкость, простота процесса; недостатки: более низкая ... малыми геометрическими размерами элементов возможно при использовании фоточувствительных паст. Другой способ повышения разрешающей способности толстопленочной технологии - использование травящихся ...
При этом обращают внимание на повышение рентабельности при снижении расхода материалов, на простоту и комплексность технологического производства, максимум выхода годных изделий при минимальном применении ручного труда. Только максимальная автоматиза ция может обеспечить дальнейшее развитие микроэлектроники. В настоящее время технология микроэлектроники прошла уже основные стадии своего развития и становления, а если учесть, что широкое производство ИС и дискретных приборов с использованием приемов и технологических процессов микроэлектроники пере шагнуло рубеж 1012 млрд. шт. в год, то становится ясным, что мы имеем дело с наиболее массовым современным производством весьма сложной продукции. При этом темпы развития микроэлектроники находятся вне конкуренции с любыми дру гими отраслями современной промышленности. Это потребует использования новых материалов и их композиций, а также новых технологических процессов и их сочетаний. Уже в настоящее время их многообразие вне конкуренции с любой другой отраслью техники, поэтому особенно важным является систематизация и классифи кация процессов с использованием различных принципов, имеющих физикохими ческую основу.
1.2 Современные проблемы и направления развития микроэлектроники
Основной тенденцией развития микроэлектроники является повышение степе ни интеграции микросхем. Согласно знаменитому прогнозу, сделанному в 1965 г. и известному с тех пор как закон Мура, условное число транзисторов в наиболее ско ростных процессорах удваивается каждые полтора года. Разумеется, эта тенденция не может сохраняться вечно, и уже с 90х годов XX в. разные специалисты перио дически высказывают мысль о том, что в своем развитии микроэлектроника вплот ную подошла как к технологическому пределу увеличения размеров кристаллов СБИС и УБИС, так и к дальнейшему повышению «плотности» размещения компо нентов на кристалле. Среди множества конструкторскотехнологических проблем, которые приходится решать при проектировании и производстве микроэлектрон ных изделий, можно выделить пять основных [4].
На первом месте стоит проблема уменьшения размеров элементов интеграль ных схем. Уже сейчас оборудование для производства процессоров Intel Pentium 4, использующее в процессе литографии излучение с длиной волны 248 нм, позво ляет получить на кристалле элементы размером 130 нм. По прогнозам компании Intel уже в ближайшее время удастся уменьшить размеры отдельного транзистора примерно до 30 нм, что составляет всего несколько десятков атомных слоев. Корпо рация Nikon сообщила о форсировании программы разработки оборудования для п роекционной литографии (Electron Projection Lithography EPL) с использованием норм 0,07микронного технологического процесса. Сегодня EPL можно рассматри вать как наиболее вероятную технологию литографии следующего поколения [4].
Дальнейшие перспективы повышения разрешающей способности литографии специалисты связывают с использованием при экспозиции мягкого рентгеновского излучения с длиной волны ~1 нм, а также различных методов электронной литог рафии. В одном из вариантов метода электронной литографии вообще не исполь зуется технология резисторных масок, а предусмотрено непосредственное дейст вие электронного пучка на слой оксида кремния. Оказывается, что экспонирован ные области в дальнейшем травятся в несколько раз быстрее, чем неэкспонирован ных.
Научно-технический прогресс — важнейший фактор рационального ...
... научно-технического прогресса. 1. Понятие НТП Научно-технический прогресс – единое, взаимообусловленное, поступательное развитие науки и техники, основа социального прогресса. Научно-технический прогресс как социально-экономическое явление общественного развития ... элементов производства, в научной организации труда и управления. Экономическим и социальным результатами научно-технического прогресса ...
Повидимому, естественный предел дальнейшему росту микроминиатюриза ции СБИС и УБИС будет положен явлениями разупорядочивания структуры мате риалов за пределами окон в фоторезистах. На более фундаментальном уровне он может быть обусловлен ограничением чистоты применяемых полупроводников и статистическим характером распределения в них дефектов и примесей. Судя по наблюдаемой тенденции, этот предел, может быть, достигнут примерно к 2016 г.
На втором месте в ряду актуальных задач микроэлектроники стоит проблема внутренних соединений. Огромное число элементов микросхемы, размещенных на подложке, должно быть коммутировано между собой таким образом, чтобы обес печить надежное и правильное выполнение определенных операций над сигналами Этот вопрос решается с помощью многоуровневой разводки, когда на первом (низшем) уровне формируют логические вентили, на втором отдельные цифровые узлы типа триггеров, на третьем отдельные блоки (например, регистры) и далее по нарастающей степени функциональной сложности. На третьем месте расположена проблема теплоотвода. Повышение степени интеграции обычно связано с уменьшением, как размеров самих элементов, так и расстояний между ними, что ведет к увеличению удельной мощности рассеивания. В естественном режиме (без дополнительного теплоотвода) допустимая мощ ность рассеивания современных микросхем не превышает 0,05 Вт/ мм 2, что огра ничивает плотность размещения элементов на подложке. Для преодоления этого ограничения можно использовать несколько способов: снижение напряжения пита ния, использование микрорежима работы транзисторов, переход к более экономич ной элементной базе (например, комплементарная структура металл-диэлектрикполупроводникКМДП) и, наконец, искусственное охлаждение.
Однако у каждого из этих способов существуют свои специфические трудности. Так, например, сни жение напряжения питания неизбежно ведет к снижению помехоустойчивости. Четвертой в списке следует указать проблему дефектов подложки. Повысить степень интеграции можно простым увеличением площади кристалла, однако при этом пропорционально возрастает вероятность попадания в рабочую область дефек тов кристаллической структуры (прежде всего дислокаций), наличие которых на поверхности подложки неизбежно, хотя бы в силу термодинамических причин. Дефект подложки может привести к нарушениям технологического процесса изгот овления микросхемы и соответственно к браку. Единственным способом решения этой проблемы является совершенствование технологии изготовления подложек. Последней в списке, но, пожалуй, первой по значимости следует назвать про блему контроля параметров. Общеизвестно, что электроника проникла буквально во все области человеческой деятельности. Автоматические системы сегодня упра вляют сложнейшими (и порой потенциально опасными) технологическими процес сами, огромными транспортными потоками и т.д. Сбой в такой системе может при вести к катастрофическим последствиям. В этих условиях проблемы надежности и качества оборудования, а следовательно, и контроля параметров производимой электронной промышленностью продукции приобретают первостепенное значе ние.
Бытовые нагревательные приборы
... В некоторых приборах (например, одеялах) устанавливают еще дополнительно термоограничители, вмонтированные на разных участках. В ковриках, матрацах и одеялах в качестве нагревательного элемента применен эластичный углеграфитовый шнур, настроченный на сатиновую ткань. ...
В силу большой сложности выполняемых функций число внешних информа ционных выводов современных СБИС варьируется от нескольких десятков до двух трех сотен. Если принять для оценки число информационных выводов равным 50 и учесть, что цифровой сигнал на каждом из них может принимать два значения («0» или «1»), то для полной проверки правильности функционирования только одной СБИС и только в статическом режиме потребуется 250 измерений. При дли тельности каждого измерения в 0,1 мкс (с типичной для современного уровня тех нологии частотой опроса 10 МГц) этот процесс займет более двух лет. Приведен ные оценки показывают, что для реальной организации контроля измерения по необходимости должны быть выборочными. Поэтому тщательная проработка мето дики проверки (отбор контролируемых параметров, разработка эффективных алго ритмов испытания, а также разработка соответствующей измерительной аппарату ры и программного обеспечения) представляет собой важнейшую и очень слож ную задачу.
В настоящее время на пути решения каждой группы перечисленных проблем достигнуты определенные успехи. Решающее значение повышения степени интег рации СБИС и УБИС имеют разработка и практическая реализация конструкторс ко технологических решений, позволяющих подняться на качественно новый уро вень разработок. В качестве характерного примера таких решений можно привести применение в современных СБИС функциональноинтегрированных элементов, к оторые в одной полупроводниковой области совмещают функции нескольких прос тейших элементов (например, у транзистора можно совместить коллекторную наг рузку и сам коллектор).
Другой пример трехмерная интеграция, когда элементы ИС формируют в разных слоях, например двухслойная КМДПструктура, состоящ ая из двух комплементарных МДПтранзисторов (металлдиэлектрикполупровод ник), имеющих общий затвор. Определенные перспективы имеют стремительно развивающиеся в настоящее время нанотехнологии, основанные на использовании туннельной микроскопии. Рабочим органом нанотехнологической установки служит электрический зонд из твердосплавного материала, представляющий собой своеобразную иглу, острие которой методами ионного травления «заточено» до атомарных размеров. Острие зонда располагается на весьма малом (~10−10 м) расстоянии от поверх ности, отполированной проводящей подложки, и между подложкой и зондом прик ладывается некоторое напряжение. Изза малости зазора даже при весьма малых напряжениях
8 напряженность поля в зазоре может достигать огромных величин порядка10 9 … 10 В/м, что приводит к появлению туннельного тока. Измеряя этот туннельный ток, можно с помощью пьезопреобразователей поддерживать величину зазора с
11 погрешностью порядка 10 м. При этом диаметр пучка туннельных электронов имеет величину ~10−10 м. Увеличивая энергию пучка до уровня энергии межатомны х связей, можно оторвать отдельный атом от подложки и, перемещая подложку с помощью пьезоманипуляторов, перенести его вместе с зондом в новое положение. При снижении энергии пучка можно осадить атом на подложку в этом новом поло жении. Введя в активную область под зондом молекулы технологического газа, в условиях резко неоднородного электрического поля можно добиться их иониза ции и, захватив зондом нужный ион, осадить его на подложку в нужном месте. Таким образом, формируют на подложке точечные или линейные структуры с характерными размерами порядка м. Наполняя рабочую область установки газомтравителем, инициируют химические реакции, приводящие к удалению с поверхно сти отдельных цепочек атомов, что позволяет создавать канавки нанометровой глу бины. Нанотехнологии открывают практически неограниченные возможности пост роения как планарных, так и объемных структур, позволяющих создавать на подло жке электронные элементы размерами порядка атомарных. Теоретически быстроде
Вакуумная электроника и приборы вакуумной электроники
... нагрева, называют термоэлектронной эмиссией (ТЭ). Явление ТЭ широко используют в вакуумных и газонаполняемых приборах. Электростатическая или Автоэлектронная эмиссия Электростатической (автоэлектронной эмиссией) называют эмиссию ... внутри, соединёнными с контактами внешнего разъёма прибора через стеклянный или керамический вакуумно-плотный изолятор. Предварительно из них удаляют воздух Явления ...
12 13 йствие таких элементов может составлять величину порядка 10 и даже 10 с, а высочайшая степень интеграции наноэлектронных структур позволяет реализовать запоминающие устройства со сверхвысокой плотностью записи информации по рядка 10ю бит/ мм , что на три порядка превосходит возможности современных лазерных дисков. Однако повышение степени интеграции резко сужает область применения СБИС, так как они становятся слишком специализированными и поэто му изготавливаются ограниченными партиями, что экономически невыгодно.
Выходом из положения являются разработка и производство базовых матрич ных кристаллов. Такой кристалл содержит большое число одинаковых топологиче ских ячеек, образующих матрицу. Каждая ячейка содержит определенное число нескоммутированных элементов, подобранных таким образом, чтобы из них мож но было сформировать несколько функциональных элементов (триггер, группу логических вентилей и т.д.).
Выполняя металлическую разводку внутри топологи ческих ячеек и соединяя их между собой, можно получать весьма сложные по устр ойству электронные блоки, отличающиеся функциональными возможностями. На основе одного базового матричного кристалла с помощью простой замены фото шаблонов металлизации можно реализовать большое число модификаций БИС. Возможности микроэлектроники далеко не исчерпаны, а предрекаемый предел ее развития как научной и технологической дисциплины постоянно отодвигается во времени. Однако долгосрочные прогнозы в такой динамично развивающейся облас ти, как микроэлектроника, дело неблагодарное. И даже если такой предел будет, достигнут, это вовсе не означает, что прогресс в области электроники остановится. На смену полупроводниковой технике придут новые технологии, основанные на иных физических принципах. Возможно, это будет функциональная электроника, оптическая, квантовая или, наконец, биоэлектроника.
1.3 Основные положения и принципы микроэлектроники
Особенностью микроэлектронных устройств является высочайшая степень сложности выполняемых ими функций. Для решения сложных задач создаются схемы, в которых число компонентов может доходить до 107… 108. Очевидно, что при таком числе элементов обеспечить правильность связей между ними и надеж ность функционирования вручную невозможно. Отсюда следует ключевое требова ние максимальной автоматизации производства изделий микроэлектронной техни ки.
Принципиально важным моментом является то, что при изготовлении микро схем используется групповой метод производства. Суть его заключается в том, что на одной пластине полупроводникового материала одновременно изготавливается большое число интегральных схем. Кроме того, если позволяет технологический процесс, одновременно в работе находится несколько десятков таких пластин. По завершении основного технологического цикла пластина режется на кристаллы, каждый из которых представляет собой отдельную микросхему. На заключитель ной стадии осуществляют корпусирование помещение кристалла в корпус и сое динение контактных площадок с выводами (ножками) интегральной схемы.
Развитие понятий о химическом производстве в процессе изучения ...
... профессию и стать активными участниками коммунистического строительства. 1.1 Состояние вопроса в практике школ Тема «Химическое производство» в органической химии присутствует во всех разделах: Предельные углеводороды, Ароматические углеводороды, Аминокислоты, ...
Групповой метод производства и необходимость выполнения большого числа электрических соединений делают оптимальной и безальтернативной планарную (от англ. plane плоскость) технологию изготовления микросхем. При этом все элементы и их составляющие, а также необходимые соединения формируются в интегральной схеме через плоскость.
В основе развития микроэлектроники лежит непрерывное усложнение функ ций, выполняемых электронной аппаратурой, и расширение круга решаемых с помощью этой аппаратуры задач. Это приводит к тому, что на определенном этапе становится невозможным решение новых задач на основе старой элементной базы. В результате труда ученых, инженеров и технологов «появляются на свет» все новые и новые электронные приборы, обладающие более высокими характеристи ками по отношению к своим предшественникам. При этом факторами, лежащими в основе смены элементной базы электронных узлов и устройств, являются надеж ность, стоимость и мощность, а также габаритные размеры и масса.
Факторы, определяющие развитие микроэлектроники, можно разделить на три равнозначных аспекта: физический, технологический и схемотехнический. Оста новка в развитии любого из этих аспектов неминуемо тормозит прогресс в области микроэлектроники в целом.
2. Основные направления развития электроники
Электроника это наука, изучающая явления взаимодействия электронов и других заряженных частиц с электрическими, магнитными и электромагнитными полями, что является физической основой работы электронных приборов и уст ройств (вакуумных, газозарядных полупроводниковых и других), используемых для передачи, обработки и хранения информации. Охватывая широкий круг научнотехнических и производственных проблем, электроника опирается на достижения в различных областях знаний. При этом, с одной стороны, электроника ставит перед другими науками и производством но вые задачи, стимулируя их дальнейшее развитие, и с другойснабжает их качествен но новыми техническими средствами и методами исследований. Основными направлениями развития электроники являются: вакуумная, твер дотельная и квантовая электроника. Вакуумная электроникаэто раздел электроники, включающий исследования в заимодействия потоков свободных электронов с электрическими и магнитными полями в вакууме, а также методы создания электронных приборов и устройств, в которых это взаимодействие используется. К важнейшим направлениям исследова ния в области вакуумной электроники относятся: электронная эмиссия (в частност и, термо и фотоэлектронная эмиссия); формирование потока электронов и / или ионов и управления этими потоками; формирование электромагнитных полей с помощью устройств ввода и вывода энергии; физика и техника высокого вакуума и др. Основные направления развития вакуумной электроники связаны с созданием электровакуумных приборов следующих видов: электронных ламп (диодов, триодо в, тетродов и т.д.); электровакуумных приборов сверхвысокой частоты (например, магнетронов, клистронов, ламп бегущей и обратной волны); электроннолучевых и фотоэлектронных приборов (например, кинескопов, видиконов, электроннооптических преобразователей, фотоэлектронных умножителей); газоразрядных приборов (например, тиратронов, газозарядных индикаторов).
Твердотельная электроника решает задачи, связанные с изучением свойств твердотельных материалов (полупроводниковых, диэлектрических, магнитных и др.), влиянием на эти свойства примесей и особенностей структуры материала; изучением свойств поверхностей и границ раздела между слоями различных мате риалов; созданием в кристалле различными методами областей с различными типа ми проводимости; созданием гетеропереходов и монокристаллических структур; созданием функциональных устройств микронных и субмикронных размеров, а также способов измерения их параметров [5].
Развитие систем автономной навигации для беспилотных летательных аппаратов
... космических летательных аппаратов из одной точки пространства в другую. Эта задача решается методами и приборами мореходной, воздушной и космической навигации, которые ... сочетания «воздушная навигация», «наземная навигация», «космическая навигация», «инерциальная навигация». Создание автономной навигационной аппаратуры стало одним из важнейших направлений в развитии авиационной техники, космической ...
Основными направлениями твердотельной электроники являются: полупрово дниковая электроника, связанная с разработкой различных видов полупроводников ых приборов, и микроэлектроника, связанная с разработкой интегральных схем. Квантовая электроника охватывает широкий круг вопросов, связанных с разра боткой методов и средств усиления и генерации электромагнитных колебаний на основе эффекта вынужденного излучения атомов и молекул. Основные направлени я квантовой электроники: создание оптических квантовых генераторов (лазеров), квантовых усилителей, молекулярных генераторов и др. Особенности приборов квантовой электроники следующие: высокая стабильность частоты колебаний, низ кий уровень собственных шумов, большая мощность в импульсе излучения кото рые позволяют использовать их для создания высокоточных дальномеров, кванто вых стандартов частоты, квантовых гироскопов, систем оптической многоканаль ной связи, дальней космической связи, медицинской аппаратуры, лазерной звукоза писи и воспроизведения и др. Созданы даже миниатюрные лазерные указки для минимального сопровождения.
2.1 Перспективы развития микроэлектроники
Основные усилия разработчиков ИМС направлены на усовершенствование уже сложившихся принципов создания ИМС, на улучшение их электрических и эксплуатационных характеристик. Работы ведутся, главным образом, в направлени и повышения быстродействия схем (уменьшения энергии, расходуемой внешним источником на одно переключение логического устройства) и их степени интегра ции. Решение этих проблем связывают с усовершенствованием технологии получе ния микроэлектронных структур минимально возможных размеров [6].
Дальнейшее развития микроэлектроники связано с принципиально новым под ходом, позволяющим реализовать определенную функцию аппаратуры без приме нения стандартных базовых элементов, используя различные физические эффекты в твердом теле. Такое направление получило название «функциональная микроэлек троника». Используются оптические явления (оптоэлектроника), взаимодействие электронов с акустическими волнами в твердом теле (акустоэлектроника), эффек ты в новых магнитных материалах (магнетоэлектроника), электрические неодноро дности в однородных полупроводниках, явление холодной эмиссии в пленочных структурах, явления живой природы на молекулярном уровне (бионика, биоэлектр оника, нейристорная электроника) [6].
Микроэлектроника стремительно меняет нашу повседневную жизнь. Еще 1015 лет назад было сложно представить появление многих современных цифровых устройств. Среди неспециалистов мало кто понимал перспективы и скорость разви тия технологических новинок. Сегодня цифровые камеры заменили пленочные, IPтелефонияпроводную связь, навигаторы дорожные карты, а на смену бумажным письмам и книгам пришли электронные. Все это стало возможным благодаря разви тию микроэлектроники и падению цен на чипы. Прогресс, достигнутый сегодня в полупроводниковой промышленности, позво ляет осваивать все новые и новые области применения. Вообще, с точки зрения техпроцессов, микроэлектроника это вершина высо ких технологий. Микроэлектронные предприятия устроены крайне сложно, и сегод ня ни одна фирма в одиночку не способна поднять и решить весь пласт проблем, который встает перед современной микроэлектроникой. Поэтому вокруг произ водства формируется целый кластер научно-производственных компаний, цент ров, лабораторий. В него входят компании, занимающиеся разработкой, синтезом и производством новых материалов, производители высокотехнологичного обору дования, компанииспециалисты в области дизайна чипов и высококвалифицирова нные аналитики, специалисты по исследованию состава и структуры вещества. То есть микроэлектронный кластер это сотни высокотехнологичных компа ний самого разного профиля. В последние годы микроэлектроника в России развивается довольно успешно. Наше направление включено в программу исследований в проекте «Сколково», информатика названа одной из приоритетных областей высоких технологий в России Сейчас формирование микроэлектронного кластера ведется в Зеленограде фактически заново. Зеленоградколыбель высоких технологий. Но в трудный пере ходный этап после распада страны многое здесь было упущено. Сейчас то, что мы по привычке называем микроэлектроникой, по сути, является уже наноэлектрони кой. Лишь благодаря крупным инвестициям с использованием инструментов част ногосударственного партнерства и целенаправленной работе по модернизации за последние 5 лет «Микрону» удалось сократить технологическое отставание от переднего края мировой микроэлектроники до 23 технологических поколений, сейчас реализовывается проект по запуску производства уровня 90 нанометров. В мире есть микросхемы и меньших размеров до 32 нанометров, они исполь зуются для производства мощных микропроцессоров и ячеек памяти. Но именно топологический уровень в 90 нм наиболее востребован в автомобильной и промыш ленной электронике, электронных документах, банковских и смарткартах. Наряду с топологией 65 нм это — самая используемая технологическая норма в мире. С переносом технологии производства чипов с топологическими нормами 180 90 нм в Зеленограде началось формирование экосистемы современного микроэлек тронного кластера. Сейчас ведутся работы над тем, чтобы привлечь к сотрудничест ву по разным направлениям как можно больше партнеров здесь, в России. По стати стике, создание одного рабочего места на микроэлектронной фабрике ведет к появ лению 1012 новых рабочих мест для квалифицированных специалистов в смежны х отраслях. Например, аналитические пробы, которые делались в Германии, перене сены в лабораторию МИЭТ, французский производитель AirLiquide строит газоге нерирующую станцию в Зеленограде. Развиваются связи с дизайнерскими центрами в России и за рубежом, в перспе ктиве планируется заказывать в России фотошаблоны для литографии (это ключев ой этап микроэлектронного производства).
Восстанавливаются связи и с наукой академические институты берут на себя те или иные исследования, работы по но вым материалам и моделям. В частности, мы работаем с Физикотехнологическим институтом Российской академии наук, с Институтом физики полупроводников Сибирского отделения РАН , сейчас подключаем другие институты, так как сфера большая, широкая. Развитие микроэлектроники позволяет с оптимизмом смотреть в будущее российских высоких технологий. Глобальная проблема сегодня отсут ствие внутреннего спроса на продукцию отрасли. Бизнес есть бизнес, и без окупае мости проектов требующая постоянных крупных финансовых вливаний полупрово дниковая отрасль не может развиваться. Пример других стран, история развития микроэлектроники в таких регионах, как Китай, Южная Корея, Германия, Франция а сегодня это ведущие мировые производители полупроводников,показывает, что в первую очередь спрос на про дукцию микроэлектроники формирует само государство. В том числе и с помощью введения различных стандартов. Например, государство может обязать производи телей размещать гарантирующие защиту от подделок чипы на всех фармацевтичес ких препаратах, алкогольной продукции, почтовых отправлениях. Сейчас на госуд арственном уровне идет процесс перехода к электронным паспортновизовым доку ментам, информатизации, вводятся универсальная электронная карта, электронное правительство. Все эти новшества основаны на чипах, которые хранят зашифрован ную информацию и обеспечивают национальную безопасность. Ведь чип, произве денный зарубежным партнером и включающий компоненты от массы разных поставщиков, в конечном счете не может гарантировать полную защиту от несанк ционированного доступа и полную безопасность ключей. Поэтому в силах правите льства регламентировать использование отечественных микросхем при реализации инновационных проектов. Истории успеха микроэлектронной отрасли в ЮгоВосточной Азии и Европе основаны на значительной глобальной поддержке со стороны национальных прави тельств, связанной с таможенным, тарифным регулированием, гарантийным обслу живанием. Микроэлектроника формирует активы, которые остаются в стране и являются ее интеллектуальным богатством.
Заключение
Исходя из изложенного, следует сделать вывод, что развитие микроэлектрони ки в России необходимо и возможно, но возможно только при государственной финансовой и организационной поддержке и гарантированным объемам рынков сбыта. Необходимо отметить, что при этом оказываются взаимосвязанными две зада чи. Развитие микроэлектроники требует обеспечения государственных гарантий и поддержки для разработки и выпуска микросхемы для электронных документов, информационных систем органов государственной власти, навигационной аппара туры, промышленной электроники, военной и специальной техники. В то же время для обеспечения информационной безопасности всех указанных электронных сист ем следует использовать только отечественные микросхемы и, следовательно, необ ходимо развивать микроэлектронное производство в России. Вот почему обеспечение решения этих сложных государственных задач тре бует создания и развития прочного технологического и производственного базиса выпуска отечественной современной электронной компонентной базы, техничес кий уровень которой определяет возможности государства решать задачи техноло гической, информационной и экономической безопасности. Главные задачи технологии микроэлектроники следующие: создание в мини мальном объеме (твердого тела или на его поверхности) максимального количест ва строго определенных областей с заданными геометрией, составом, структурой, а следовательно, и свойствами, способных выполнять определенные функции элементов или эквивалентов элементов электронных схем при высокой стабиль ности преобразуемой информации, малом расходе энергии и высокой надежности многократного повторения всех возложенных на данную ИС задач. При этом обра щают внимание на повышение рентабельности при снижении расхода материалов, на простоту и комплексность технологического производства, максимум выхода го дных изделий при минимальном применении ручного труда. Только максимальная автоматизация может обеспечить дальнейшее развитие микроэлектроники. В настоящее время технология микроэлектроники прошла уже основные ста дии своего развития и становления, а если учесть, что широкое производство ИС и дискретных приборов с использованием приемов и технологических процессов микроэлектроники перешагнуло рубеж 1012 млрд. шт. в год, то становится ясным, что мы имеем дело с наиболее массовым современным производством весьма сложной продукции. При этом темпы развития микроэлектроники находятся вне конкуренции с любыми другими отраслями современной промышленности. Это потребует использования новых материалов и их композиций, а также новых техно логических процессов и их сочетаний. Уже в настоящее время их многообразие вне конкуренции с любой другой отраслью техники, поэтому особенно важным является систематизация и классификация процессов с использованием различных принципов, имеющих физико-химическую основу. Все это позволяет сделать вывод о том, что микроэлектроника как очередной исторический этап развития электроники характеризуется органическим един ством физических, конструктивно технологических схемотехнических аспектов.
Список используемой литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/tverdotelnaya-elektronika/
