Основи мікроелектроніки:

• Основи технології та проектування ІМС(ГІС, н/п)

• Великі інтегральні схеми ВІС

• Квантові технології мікроелектроніки

• (корпускулярні технології мікроелектроніки)

Теорія попередніх курсів: Напівпровідники та діелектрики, принципи дії активних напівпровідникових приладів(діоди, транзистори)

Лекція №1.

Ретроспективний аналіз розвитку активної елементної бази електроніки.

Ретроспективний аналіз.

1. Етап: Встановлення елементної бази електроніки

1939р. – радіоелектронна промисловість займала 49 місце, сьогодні – 5-те місце.

Таким чином елементна база була представлена електронними лампами

Критерії порівняння:

• Функціональність

• Надійність

• Економічность

Недоліки ламп: велика потужність розсіювання і температура, втрата надійності через вакуум, емісійна здатність катодів обмежена. Наробіток на відмову обмежений.

«Тіранія кількостей»

1945р. – створена обчислювальна машина ЕНІАК, 19тис. електронних ламп.

2. етап: 1946р. – транзистор, Бардін і Братейн – 1-ша НТР.

Надійності для РЕА у транзистора не вистачало.

Вартість кремнія і арсеніда галія велика.

Створювали РЕА 2-го і 3-го покоління

3. етап. 1960 – етап інтегрованої бази РЕА, розвивався за 2-ма напрямками:

• напрямок гібридних ІС

• твердо тільних, ч напівпровідникових..

Гібридними звуться мікросхеми, всё пасивні елементи яких створені з тонких чи товстих плівок металів і діелектриків на поверхні діелектричної підкладки, яка грає роль механічного носія (інколи тепловідводу). Активні елементи - напівпровідникові діоди і транзистори, які окремо монтуються на поверхні підкладки, тобто ми маємо гібрид 2-х технологій, а саме: плівкової і напівпровідникової.

Напівпровідникові – це вироби, всі елементи яких створені у єдиному об’ємі напівпровідникової підкладки, яка грає активну роль в створенні всіх властивостей і параметрів всіх елементів ІС.

26.01.12

Основні показники мікроелектроніки

Основні показники: щільність упаковки елементів (ел/см^-3), ступень інтеграції К=logN.

На 1-му етапі розвитку радіоелектроніки щільність була 0,5 ел/см^-3

2. VT-1-1,5 ел/см^-3

3. ГИС – до 10² ел/см^-3

н/п – до 10⁴ ; К=10⁶;

Епітаксія - нарощування, прецезійна дифузія – можемо управляти тисячами елементів на кубічному сантиметрі, молекулярні методи,;

Термінологія мікроелектроніки:

Підручник: Тарабрин – Справочник по микроєлектронике.

Елемент і компонент.

Елемент – це невід’ємна частина інтегрального ланцюга.

Компонент - це додаткова частина, яка монтується у інтегральний ланцюг.

Вартість в мікроелектроніці оцінюється на один елемент(компонент).

Вартість одного грама – ще один спосіб оцінки.

Приклад: авіація – 1 грам мікроапаратури має 0.6 грн. , ракетна галуць – 45 грн/грам, побутова – від 0,012 до 1,3 грн/грам.

Мінімальні розміри елементів:

1. Пасивні – біля 3 мікрометрів

2. Активні – 10 (мкм)³\

3. Теоретична межа щільності 10⁹ел/см³

Обмеження на щільність упаковки:

• тунельний ефект

• наявність кінцевої області просторового заряду п-н переходів.

• міграція атомів(молекул, домішок) в процесі експлуатації активних елементів

Надійність в мікроелектроніці.

Мікросхеми найбільш надійний виріб серед виробів будь-якої галузі. Розглянемо причини, які збільшують надійність мікросхем:

• менша кількість контактів в гібридних інтегральних схемах це контакти під компоненти, в напівпровідникових – внутрішні контакти відсутні. Ця причина головна, яка підвищує надійність.

• невеликі розміри елементів, тому, що це спрощує захист мікросхеми від впливу зовнішніх факторів

• мала вартість – це дає можливість використовувати метод резервування ланцюгів без суттєвих витрат

Якщо мікросхема містить 10⁴ ел., 100грн, то 1 елемент – 1 копійка

Причини зменшення надійності:

• малі розміри кристалів(погіршується тепловіддача, великі паразитні зв’язки)

• труднощі тестування чи контролю параметрів і як наслідок – велика ймовірність прихованих дефектів.

Наробіток до відмови напівпровідникової схеми 10⁶год.

Показник джерела живлення. Проблема пов’язана з проблемою швидкодії ІМС. Швидкодія біля 1 наносекунди може бути забезпечена потужністю живлення біля 1 мілівата. Щоб збільшити швидкодію треба збільшити споживчу потужність на декілька порядків але при цьому буде збільшуватись вартість джерела живлення , габарити РЕА мікроелектронної РЕА.

Основні показники інтегральних мікросхем

Показники	Знач
Розділення, мкм
Швидкодія, нс	0,1-0,2
Споживча потужність,мВт	~0,1
* Фактор якості, пДж	5,10 пДж
Фактор якості, ел/мм2	1000
Площа 1 ел(комп.), мм2	0,01-0,001

Розділення – мінімальна відстань між елементами

Швидкодія – швидкість передачі, рівень затримки тау.

* Фактор якості W=tau_з*Р_спож, показує можливість виконання 1 логічної операції, W – мінімальна енергія.

W=kTln(tau_z*lam)^-1

Рівень складності ІМС оцінюється числом еквівалентних логічних вентилів; л.в. – ланцюг, здібний виконати елементарну логічну функцію, може мати до 8 елементів. Якщо використовується цей показник, то умовно всі мікросхеми можна поділити на такі групи:

МІС – 1 – 10елв.

СІС -10-100ел.

ВІС – 100-1000 елв

НВІС – більше 1000 елв

Основи технології ІМС.