ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

Кафедра ПР-6 «Компьютерные технологии в оптоэлектронике»

Астахов В.П.

Основы надёжности электронно-оптических приборов

Содержание лекционного курса

Направление подготовки 200200 Оптотехника

Специальность 200204 «Оптические технологии и материалы»

Москва

2007 г.

Лекции 1, 2

Полупроводниковая оптоэлектроника, развившаяся из электроники - исключительно быстро прогрессирующая область науки и техники. Ее развитие претерпело несколько стадий от момента изобретения транзистора - что дало возможность на начальном этапе основательно потеснить вакуумные лампы - до использования цифровых (логических) интегральных микросхем, что способствовало переходу к цифровой обработке сигнала.

Внедрение оптоэлектронных приборов в электронную аппаратуру проходило в условиях преодоления существенных трудностей. Одной из основных была проблема обеспечения высокой надежности функционирования приборов в аппаратуре. Теоретически долговечность идеального полупроводникового оптоэлетронного прибора исчислялась несколькими сотнями лет. На практике столь многообещающие прогнозы не подтвердились. Реальные приборы имели сравнительно низкую долговечность.

Для преодоления создавшихся трудностей необходим был научно обоснованный подход к обеспечению высокой работоспособности различной аппаратуры и приборов, в нее входящих. Этот подход и вылился в создание нового научного направления - науки о надежности.

В своем развитии теория и практика надежности прошли несколько этапов. На первом этапе систематизировались данные по отказам аппаратуры и комплектующих изделий, исследовались и определялись законы распределения отказов во времени, разрабатывалась единая терминология в области надежности, создавались методы расчета надежности аппаратуры и ее элементов, накапливался статистический материал о количественных показателях надежности.

На следующих этапах разрабатывались требования по надежности изделий электронной техники, формировались все более объективные и информативные методы испытаний на надежность. В технологический процесс производства приборов вводился более детальный контроль промежуточных операций и выходной контроль готовых изделий перед отправкой потребителю. При производстве электронных средств все шире применялись статистические методы контроля, позволяющие своевременно корректировать технологический процесс с целью недопущения брака на заключительных операциях.

На современном этапе развития сложились и заняли прочные позиции фундаментальные направления теории надежности: это, прежде всего, математическая теория надежности; далее, методы сбора и обработки статистических данных о надежности - статистическая теория надежности; а исследования в области физико-химических процессов стали базой физической теории надежности.

Основные положения общей теории надежности являются фундаментом для разработки прикладных вопросов надежности в различных областях техники, в том числе и в оптоэлектронике.

Наиболее характерными чертами современной полупроводниковой оптоэлектроники являются постоянное повышение функциональной сложности за счет применения интегральных микросхем, что ведет к росту степени интеграции, и уменьшение геометрических размеров отдельных элементов оптоэлектронных структур. Переход к субмикронным размерам порождает новые надежностные проблемы, связанные с увеличением числа контролируемых параметров, по которым судят о качестве и правильности функционирования. В связи с этим остро возникает проблема повышения качества исходных материалов, знание их дефектности, причин возникновения дефектов в процессе изготовления полупроводниковых структур и вакуумных элементов, их эволюции на последующих этапах жизненного цикла приборов и их влияния на надежность. Все это требует совершенствования технологических процессов производства приборов, например повышения чистоты исходных материалов и технологических сред, точности соблюдения температурных, временных режимов и т.д.

Анализ развития полупроводниковой и оптоэлектроники показывает, что дальнейшая миниатюризация приборов возможна только при наличии системного подхода к обеспечению надежной работы полупроводниковых структур в аппаратуре. В основе системы лежит положение, что надежность приборов закладывается при их разработке и все дальнейшие действия по производству изделий должны быть направлены на поддержание на заданном уровне показателей надежности. Заложенный при разработке приборов уровень надежности проявляется при их эксплуатации в различной аппаратуре.

Материальной основой всей системы является подсистема сбора данных о надежности и анализ отказов приборов на всех этапах их жизненного цикла. Согласованность всех составляющих системы обеспечения надежности, постоянное их совершенствование должно соответствовать прогрессу в области электроники и оптоэлектроники.