Классификация эрм

Принципы классификации

1. По ,

2. и др.

Наиболее общая – по ширине запрещенной зоны => по электрическим свойствам.

Для проводников свободная энергетическая зона примыкает или даже перекрывается заполненной, поэтому могут свободно переходить из зоны в зону.

Ширина = 10^-22эВ < 10^-4 10^-7 эВ- тепловое движение

Классификация по запрещенной зоне

Проводники (лучший Ag = 1,6*10^-8 ом*м):

Полупроводники: 0 < < (3.5 4) эВ = 10^-6 10^-8 ом*М

Диэлектрики(лучший фторопласт4 (тефлон) = 10¹⁸ ом*м): (3.5 4) > > 8 эВ

= 10⁸ 10¹⁸ ом*М

Далее классифицируется по функциональному назначению и химическому составу

/ \

сегнетоэектрики изоляторные конденсаторные

пьезоэлектрики

пироэектрики

электреты

Деление ЭРМ по магнитным свойствам

Магнитными свойствами обладают в разной степени все материалы: пм, п/п и д/э.

По магнитной проницаемости:

*Дополнения к лекции 1

Аппаратура на электронных лампах – I поколения РЭА

Аппаратура на дискретных п/п приборах – II поколения

Аппаратура на интегральных микросхемах – III поколения

Использование свойств, распределенных по объему кристаллов, т.е. переход от интеграции электронных приборов с функциями, сосредоточенными в каком-либо объеме к интеграции функций, распределенных по всему объему кристалла - IV поколение.

*1 Функциональная электроника охватывает вопросы получения континуальных (непрерывных) комбинированных сред с наперед заданными свойствами и создание различных электронных устройств методом физической интеграции, т.е. использование таких физических принципов и явлений, реализация которых позволяет получать компоненты со сложными схемотехническими или системотехническими функциональным назначением (в отличие от технологической интеграции – конструирование ИС на основе простых элементов типа тр-ров, диодов, резисторов и т.д.).

В микроэлектронике предполагается интеграция электронных приборов (резисторов R, C, диодов, тр-ров) => синоним МЭ – понятие «интегральная электроника».

Физические процессы в развитии приборов и устройств схемотехники МЭ близки к достижению критических значений. предел значений общей интеграции. От плоских структур переход к вертикальным структурам (трехмерная ИС). Проблемы: взаимные помехи элементов, паразитная наводки между слоями, большие потребляемые P => необходимость охлаждения. Надежность уменьшается.

*2 Статическая неоднородность

Традиционная схемотехн. ячейка (логическая или ячейка памяти) состоит из большого числа статических неоднородностей.

Под статической неоднородностью понимают локальную область на поверхности или в объеме среды с отличными от ее окружения свойствами, создаваемую в результате строго определенных технологических процессов. Совокупность, состоящая из таких статических неоднородностей, позволяет генерировать, управлять или хранить информацию. Деградация статических неоднородностей немедленно приводит к потерям или сбоям в процессе обработки информации. Это и есть схемотехническая микроэлектроника или электроника статических неоднородностей.

В этом случае устройства обработки и хранения информации реализуются на определенных схемотехнических решениях.

70^е-годы XX века.

Возникла идея использовать динамические неоднородности в процессах обработки и хранения информации, а также принципы интеграции не только числа элементов, но и числа функций, выполняемых МЭ приборами.

Изучение свойства и характеристик динамических неоднородностей как носителей информационного сигнала, основных физических процессов и принципов обработки и хранения информационных массивов с помощью динамических неоднородностей, разработка приборов и устройств являются основополагающими в процессе формирования нового направления в микроэлектронике – *1 функциональной электроники (ФЭ).

Известно большое количество динамических неоднородностей различной физической природы:

• ансамбли заряженных частиц и квази частиц (зарядовые пакеты, флуксоны)

• Домены (электрические домены, домены Ганна, цилиндрические магнитные домены)

• Динамические неоднородности волновой природы (поверхностные акустические волны, магнитные статические волны)

Идея использования динамических неоднородностей (ДН) в приборах обработки информации является основополагающей. Её развитие привело к становлению функциональной электроники.

В зависимости от типа используемой ДН, континуальной (непрерывной) среды, комбинации физич. полей или явлений различают направления в ФЭ.

• Функциональная акустоэлектроника

• Функциональная магнитоэлектроника

• Функциональная оптоэлектроника

• Функциональная диэлектрическая электроника

(Малинкис Б.М., Щука А.А. ИНФОРМОСТ «Радиоэлектроника и телекоммуникация»)

*3 Твердотельная электроника, тверд. приборы. Подчеркивается отличие этих приборов от электровакуумных газоразрядных, жидкоэлектролитных. В них движение эл. зарядов, обуславливающих электрический ток, происходит в объеме твердого тела.

*4 Фотолитография – метод получения рисунка на тонкой пленке материала. Для получения рисунка используется свет определенной длины волны. Минимальный размер деталей рисунка – ½ .

Фоторезист – специальный материал, который изменяет свои физико-химические свойства при облучении светом.

Фотошаблон – пластина с рисунком, который сформирует необходимое изображение на фоторезисте (обычно прозрачный шаблон с непрозрачным рисунком).

Процесс фотолитографии происходит так:

1. На толстую подложку ( в МЭ – обычно Si) наносят тонкий слой материала, из которого надо сформировать рисунок. На этот слой наносят фоторезист.

2. Производится экспонирование через фотошаблон

3. Облучаемые участки фоторезиста изменяют свою растворимость и их необходимо удалить химическим способом (травление). Освобожденные от фоторезиста участки тоже удаляются

4. Заключительная стадия – удаление остатков фоторезиста.

*5 Электронная литография

Остросфокусированный энергетический пучок, отклоненный магнитной системой, прорисовывает нужные конфигурации на поверхности чувствительного к электронному облучению резисте, нанесенного на подложку. Засвеченные участки резиста полимеризуются, становясь нерастворимыми. Далее незасвеченные участки смываются растворителем. Далее полученные окна заполняются подходящим наполнителем (например нитридом титана) методом воздушного напыления. Полимеризованный резист смывается др. растворителем. После удаления подложки окончательно формируется маска для последующей фотолитографии.

*6 Зонная плавка (зонная перекристаллизация) – метод очистки твердых веществ, основанный на различной растворимости примесей в твердой и жидкой фазах (движение расплавленной зоны по образцу) (см. германий)

Ангстрем 1А⁰=10^-10м: это примерно диаметр орбиты электрона в невозбуждённом атоме водорода. Тот же порядок имеет шаг атомной решетки в большинстве кристаллов.

*7 Квантовые числа

1. Главное квантовое число и определяет общую энергию и степень его удаления от ядра. Оно принимает целочисленные значения от 1,…, n

2. Орбитальное (побочное или азимутальное) квантовое число определяет форму атомной отбитали. Оно может принимать целочисленные значения от 0 до n-1 ( =0,1,2,…,n-1). Каждому значению соответствует орбиталь особой формы.

Орбитали Ac =0 называются s-орбиталями. =1 – p орбиталями (3 типа, отличающихся магнитным квантовым числом m). =2 – d орбиталь (5 типов). =3 – f орбиталь (7 типов).

3. Магнитное квантовое число m определяет ориентацию орбитали в пространстве относительно внешнего магнитного или электрического поля. Его значение находятся от + до – , включая 0.

4. Спиновое кантовое число S может принимать лишь 2 возможных значения +1/2 и -1/2. Они соответствуют 2-м возможным и противоположным друг другу направлениям собственного магнитного момента эл-на, называемого спином (англ. веретено). Для обозначения электронов с разными спинами используются символы .