Лекция 1 Введение
Материаловедение – наука о физико-химических, механических и других свойствах материалов в приложении к использованию этих свойств для решения тех или иных научных и хозяйственных задач. Уровень технического развития любой страны опред-ся состоянием теории и практики получения и применения материалов, т. е. уровнем развития материаловедения.
Электрорадиоматериалы (ЭРМ)–раздел материаловедения в котором изучаются м-лы, используемые в технических устр-вах получения, передачи и преобразования эл. энергии, а также преобразования и хранения информации. Сейчас это самостоятельная научная отрасль, основная часть которой связана с изучением свойств электротехнических материалов и связью этих свойств с составом и структурой материала и созданием на основе полученных знаний новых типов материалов с необходимыми свойствами.
Изначально родилась как эмпирическая наука, в последние десятилетия – бурный рост (появление новых материалов). В настоящий момент – точная научная дисциплина, смыкающаяся со многими областями знаний: физика, физическая химия, квантовая механика и т.д. Изучает м-лы, используемые в техн. устр-вах получения, передачи и преобразования эл. энергии, а также преобразования и хранения информации.
С помощью ЭРМ создаются устр-ва электро-, радио-, роботот, ики, систем АУ и ВТ.
Пути развития радиоэлектронной аппаратуры (рэа) и связанные с ними задачи, стоящие перед эрм
Специальные задачи:
Создание материалов и технологий, позволяющих реализовывать функционально новые устройства и узлы электротехники и РЭА.
Общие задачи:
РЭА: 1. Повышение надежности, расширение частотного рабочего диапазона
быстродействие
2. Снижение габаритов, веса, мощности (Р) рассеивания, Р потребления
ЭРМ: 1. Снижение расхода и стоимости материалов
2. Их доступность
3. Уменьшение энергии и затрат в технологическом цикле изготовления
I.
а) *2 Аппаратура на электронных лампах – 1 поколение РЭА
б) Аппаратура на дискретных п/п приборах – 2 поколение РЭА
а и б – макроэлектронные*3 ламповые и твердотельные п/п приборы
в) Микроэлектроника – 3 поколение РЭА
г) Функциональная электроника.- 4 поколение РЭА
Изготовление в одном кристалле необходимых приборов, элементов и соединений между ними. Повысилась степень интеграции: ИС, БИС, СБИС – сверхбольшие интегральные схемы.
В СБИС уровень интеграции более 106 элементов на кристалл, линейный р-р транзистора – 2 мкм. Ширина линий зазоров – до 0,2 мкм, при этом плотность тока – свыше 106 А/см2.
Переход от фотолитографии*4 к рентгено- и электронной литографии*5.
В связи с этим резкий рост требований к чистоте кристалла (размер элементов соизмерим с размером пылинки)*6, что обеспечивает зонная плавка: чистота до 1 атома примеси на 108 …109 атомов вещества (0,1 г на 100т – это 1 песчинка на 2 вагона песка).
Следствие наличия примесей: в соединяющих проводниках - резкий нагрев; наличие пор в диэлектриках (д/э)– короткое замыкание.
2) Дальнейшее уменьшение элементов – наноэлектроника.
Размеры элементов измеряются в нанометрах: 1нм = 10-9м.
200…500нм – число их в микросхеме достигает десятков миллионов.
Требуется ещё более высокая чистота используемых ЭРМ, совершенство кристаллов, однородность д/э пленок.
Переход от кремния (Si) к арсениду галлия (GaAs) и фосфиду индия (InP).
При повышенных плотностях тока – переход к проводникам из тугоплавких металлов: особо чистые: вольфрам (W), молибден (Mo) и их соединения с кремнием (Si).
Беспредельно увеличивать уровень интеграции нельзя – тупик схемотехнического пути. Отсюда переход к II.
II.
Электроника динамических неоднородностей.
Функции схемотехники выполняют непосредственно те или иные физические процессы. Отсюда название: функциональная электроника (акусто- и магнитоэлектроника, квантовая микроэлектроника).
Характерная черта – наличие и использование для обработки и хранения информации динамических неоднородностей в однородном объеме твердого тела.
Примерами динамических неоднородностей являются ганновские электрические домены, цилиндрические магнитные домены (ЦМД), «карманы» и пакеты зарядов в (ПЗС – приборы с зарядовой связью), поверхностные и объемные волны и др.
Проблемы: поиск новых сред и новых физических процессов, взаимодействие различных материалов с различными функциональными возможностями.