1.5 Сурет. Қалқаланған этажеркалы микромодульдің жалпы түрі

§ 1.2. Микроэлектрониканың жалпы сипаттамасы.

Микроэлектроника – электрониканың аймағы, зерттеудің, құрастырудың, дайындаудың және микроэлектронды бұйымды (изделие) қолдананудың мәселесін қамтиды, әрі микроэлектронды бұйыммен жоғары дәрежелі бірігудің (интеграция) электронды құрылғысын түсінеді. Микроэлектроника электронды аппаратураның сенімділігін жоғарылатуға, оның габаритін, салмағын, қолданатын энергиясын және құнын анағұрлым азайтуға мүмкіндік береді. Микроэлектроникада дискретті радиокомпонентті қолданудан бас тартады. Қатты дене физикасының жетістігін пайдаланып, сверхчистый материалдардың металлургиясы және электронды машина жасау сапалы жаңа технологияның негізінде, қатты дененің микрокөлемінде қиын электронды түйіндерді –интегралды микросхемаларды қалыптастырады.

Интегралды микросхема деп белгілі функцияны түрлендіруді және сигналды өңдеуді ( немесе ақпаратты жинауды) орындайтын және электрлі жалғасқан элементтердің (немесе элементтердің және компоненттердің) упаковкасының жоғары тығыздығына және кристаллдарға ие болатын микроэлектронды бұйымды (изделие) айтамыз. Элементтердің упаковкасының тығыздығы (бірігу деңгейі) микросхемада бір кристаллда жүз мың элементтерге жетуі мүмкін.

«Интегралды микросхема» (ИМС) терминімен бірге «микросхема терминін қолданады. Интегралды микросхема элементтерді және компоненттердіұстайды (содержит).

Интегралды микросхеманың элементі деп қандай да бір электрорадиоэлементтің (мысалға, транзистордың, диодтың, резистордың, конденсатордың) функциясын жүзеге асыратынИМС бөлігін айтамыз. Бұл бөлігін ИМС кристаллынан бөлек емес орындайды. Элемент дербес бұйым ретінде ИМС – дан бөлек болуы мүмкін емес, сондықтан оны сынауға, упаковать етуге және пайдалануға болмайды.

Интегралды микросхеманың компонентін де қандай да бір электрорадиоэлементтің функциясын жүзеге асыратынИМС бөлігін атаймыз. Бірақ бұл бөлік монтажтаудан алдын арнайы упаковкада дербес бұйым (жиынтықтаушы бұйым) болып табылады. Компонент негізінде дайындалған ИМС – дан жеке болуы мүмкін.

Микроэлектрониканың негізгі бұйымында қолданатын аппаратураны микроэлектронды деп аталады. Микроэлектронды аппаратураның сенімділігін жоғарылату арнайы технологиямен интегралды микросхемаларды дайындау кезінде қолданумен, таза материалдарды пайдаланумен түсіндіріледі. Сонымен қатар, интелралды микросхеманың ішкі қосылулары бітеу (герметичны) және берік жапқышпен қорғалған, ал олардың аз габариттер берік және компактты түйіндерді және үлкен механикалық жүктемені ұстауға қабілетті,аппаратураның блоктарын құруға мүмкіндік береді. Интегралды микросхемалардың жоғары сенімділігі аз санды қосылулармен шартталған.

Интегралды микросхемаларды қолдану габариттерді және аппаратуранын салмағын бірнеше ретке, ал микропроцессорларды - он және жүз есегеазайтуға мүмкіндік береді. Бұл интегралды микросхемалардың элементтерінің өлшемі микрометрдің бір және ондаған үлесін құрайтынымен түсіндіріледі. Интегралды микросхемалардың аз габариттері және олармен электрлі энергияның аз қолданылуы электронды аппаратураның барлық компоненттерін комплексті микроықшамдауды жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Шағын трансформаторлар, қосқыштар, ажыратқыштар, сымдар және кабелдер, индуктивті катушкалар және басқа да радиожабдықтар өңделген және қолданады.

Қазіргі кезеңде микроэлектрониканың дамуында интегралды микросхеманы құрудың екі негізгі әдісін қолданады:

1) жартылай өткізгішті криссталдың (қатты дене) микроаймағында локальді әсер және микроэлементтің функциясына және олардың қосылуларына(жартылай өткізгішті интегралды микросхемалар) сәйкес, оларға құрамын беру әдісі;

2)жұқа пленкалы әртүрлі материалдарды қабатты жағу (послойного нанесение) арқылы олардан микроэлементтердің жалпы негізде біруақытта қалыптастыру және олардың қосылулары (пленкалы интегралды микросхемалар)қатты денеде микросхеманы құру әдісі.

Бұл екі әр түрлі технологиялық әдіс, бақталас емес, бір бірін толықтырушы болып табылады. Олардықиыстыру (комбинировать) схеманы өңдеудің жаңа түріне- микроықшамды дискретті активті элементтер (транзисторлар, диодтар және олардың жиынтықтары) қолданылатын, гибридті интегралды микросхемаға әкелді.Дискретті активті элементтерді қолдану қазіргі уақытта эксплуатационды тұрақты пленкалы транзисторлардың және диодтардың жоқтығымен түсіндіріледі. Мұндай активті элементтерді өңдеу жұқа пленкалы интегралды микросхемаларды құруға мүмкіндік береді.

Микроэлектроника интегралды микросхемалардан басқа функционалды электроника облысын қамтиды.Функционалдықұрылғылардыжасаукезінде, механикалық, жылулық, сәулеленумен, магниттіэффектіменбайланысқан, соныменқатарсұйықденедегіқұбылыспен, электрохимиялықпроцесстерменбайланысқан, микросхемаларды, түйіндердіжәнеэлектрондыаппаратураныңблоктарынқаттыденедегіқұбылыстықолданады. Соныменбіргесәйкескелетінматериалғаберілгенфункцияныорындауүшінқажеттіқасиетін (свойства) береді, ал аралықтағыкезеңқалағанфункцияныэквиваленттіэлектрондысхемалартүріндетүсіреді. Функционалдықұрылғылар, блоктар, микросхемаларжәнеэлементтержартылайөткізгіштердіңнегізіндеғанаемес, соныменбірге аса өткізгіштермен (сверхпроводников), сегнетоэлектроникалармен, фото өткізгішқасиеті бар материалдарменжәнет.б. дайындауғаболады.

Интегралдыэлектрониканың тез дамуы 50 – ші жылдардың соңында және 60 – шы жылдардың басында жеткенжартылайөткізгіштіжәнепленкалытехнологияныңжетістіктеріментүсіндіріледі. Мезатранзистордыңорнынакремниліпланарлы транзистор келді, ал кәдімгідискреттікомпоненттер, біруақыттабірмонолиттікремниліпластинададайындалатын, диффузиондынемесежұқапленкалыэлементтермен, , ауыстырылды.

Соңғысы тек қана радиожабдықтардың және электронды компоненттердің өнеркәсіп өндірісне ғана үлкен ықпал еткен жоқ, сонымен бірге схемотехникада жаңа әдістің пайда болуын қамтамасыз етті. Схеманың әр түрлі компоненттерінің арасындағы кәдімгі өткізгішті қосылу аралық қосылу (межсоединений) жүйесімен ауыстырылды.

Жартылай өткізгішті интегралды микросхема әдетте кристалл кремнийді, жоғарғы қабаттағы жартылай өткізгішті технология әдісінің көмегімен электрлі схеманың эквивалентті элементтері және олардың арасындағы жалғау аймағы құрылған, көрсетеді (представляет собой). Себебі кремний шала өткізгіш болып табылады, элементтерді бір бірінен ажырату үшін арнайы шаралар қолданылады.

Шалаөткізгішті интегралды микросхемаларды дайындау кезінде технологиялық процесстер топты сипатқа ие болады, яғни біруақытта көп санды микросхемалар дайындалады. Мысалы, кремнилі монокристаллды пластинада 76 мм диаметрмен 5000 электронды схемаға дейін орналастырылады, әр қайсысында 10- нан 20000 - ға дейін электронды құрылғылары бар.Көп технологиялық операциялар 1 млн.- нан электронды құрылғыларды дайындауға және 10 - 200 пластинаны өңдеуге мүмкіндік береді.