Книги:
1)Епифанов Г.И. , Мома Ю.А. «Твердотельная электроника» Москва. ВШ 1986г.
2)Епифанов Г.И. «Физика твердого тела» Москва ВШ 1977г.
3)Епифанов Г.И. «Физические основы микроэлектроники» Москва, Советское радио 1977г.
4) Степаненко И.П. «Основы микроэлектроники» Москва, Невский диалект, ФизМатЛит 2003г.
5) Зи С.М. «Физика полупроводниковых приборов» Москва Мир 1984г.
6)Новиков В.В. «Теоретические основы микроэлектроники» Москва 1972г.
7)Тареев Б.М. «Электро-радио материалы» Москва ВШ 1978г.
8)Готра З.И. «Технология микроэлектронных устройств» Москва Радио и Связь 1991г.
9)Черняев В.Н. «Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров»
Москва Радио и Связь 1987г.
10)Ормонт Б.Ф. «Введение в физическую химию и кристаллографию полупроводников» Москва ВШ 1973г.
11)Суздалев И.П. «Нанотехнология» Москва, Ком Книга 2006г.
ВВДЕНИЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКУ
Электроника – область науки, техники и производства, охватывающая исследование и разработку электронных приборов, и принципов их использования. (область науки, которая занимается исследованием и разработкой новых электронных приборов и возможностью их использования для каких-то целей)
Микроэлектроника – раздел электроники, охватывающий исследования и разработку качественно нового типа электронных приборов, так называемых интегральных схем, и принципов их применения.
Интегральная схема (интегральная микросхема) – есть совокупность нескольких (множества) взаимосвязанных компонентов, таких как транзистор, диод, конденсатор, резистор, и др. изготовленная в едином технологическом цикле, т.е. одновременно, на одной и той же несущей конструкции, называемой подложкой и выполняющая определенную функцию преобразования информации. (схема которая объединяет в себя множество компонентов, диодов, тр, кондер, резистор, индуктивность и т.д. получены в едином технологическом цикле, на одной подложке, вся конструкция может выполнять очень сложную функциональную возможность, которую нельзя достигнуть при помощи отдельных элементов).
Компоненты ,которые входят в состав интегральной схемы, и тем самым не могут быть выделены их неё, в качестве самостоятельных изделий, называются элементами интегральной микросхемы. (интегральные элементы). Они обладают некоторыми особенностями, по сравнению с обычными транзисторами, резисторами, конденсаторами и т.д., которые изготавливаются в виде конструктивно обособленных единиц (компоненты) и соединяется в схему путем пайки.
В основу интегральных схем положены, групповой метод и планарная технология.
Планарный метод – все элементы находятся на поверхности подложки. (толщена слоя на которой находятся элементы составляет 1…10 микрометров)
Групповой метод – много деталей группами делают.
При разработке электронной аппаратуры, на основе интегральных схем отпадает необходимость в многочисленных паяных соединениях, которые являются основным источником не надежности, резко сокращаются габариты и масса из-за отсутствия корпусов, внешних выводов у каждого элемента интегральной схемы, резко снижается стоимость аппаратуры в связи с исключением множества сборочных и монтажных операций.
Классификация интегральных микросхем
По способу изготовления и получения при этом различной структуры электронного прибора принципиально различают следующие типы интегральных микросхем:
1.Полупроводниковые
2.Пленочные
3.Гибридные
4.Совмещенные
Полупроводниковая интегральная микросхема (ППиМС) – микросхема элементы которой выполнены в приповерхностном слое полупроводниковой подложки. (элементы созданы в тонком слое полупроводниковой подложки)
Пленочная интегральная микросхема – микросхема элементы которой выполнены в виде разного рода пленок, нанесенных на поверхность диэлектрической подложки. (все элементы находятся на поверхности диэлектрической подложки зависимости от способов нанесения пенок, и связанной с этим их толщиной различают:
Толстопленочные ИМС (имеющие толщину пленок 10…20 микрон)
Тонкопленочные ИМС (имеющие толщину пленок 1…2 микрон)
Гибридная интегральная микросхема – микросхема, которая представляет собой комбинацию пленочных пассивных элементов и дискретных активных компонентов, расположенных на общей диэлектрической подложке. Дискретные компоненты входящие в состав гибридных микросхем. Помимо активных компонентов, диодов и транзисторов, навесными могут быть и полупроводниковые интегральные схемы, т.е. компоненты повышенной интегральной сложности.
Совмещенные интегральные микросхемы – схемы в которых сочетаются полупроводниковые и пленочные интегральные элементы . Совмещенная интегральная микросхема – это микросхема в которой активные элементы выполнены в приповерхностном слое полупроводникового кристалла, а пассивные нанесены в виде пленок на предварительно изолированную поверхность того же кристалла, аналогично как у пленочной интегральной микросхемы.
Полупроводниковые интегральные микросхемы
В настоящее время различают 2 класса Полупроводниковых интеграл микросхем:
1. Биполярные и полярные интегральные микросхемы
2. МДП-ИМС (Метал диэлектрик полупроводник)
Сочетание биполярных и МДП транзисторов на одном кристалле является особым случаем.
Технология полупроводниковых ИМС обоих классов основана на легировании (внедрении) полупроводниковой пластины в качестве полупроводника чаще всего притемняется кремний, поочередно донорными и акцепторными примесями, в результате чего под поверхностью образуются тонкие слои с разным типом проводимости и p-n переходы на границах этих слоев. Отдельные слои используются в качестве резисторов, а p-n переходы в диодным и транзисторных структурах. Легирование пластины приходится осуществлять локально. Локальное легирование осуществляется с помощью спец масок с отверстиями, через которые атомы примеси проникают в пластину на нужную глубину.
Рои изготовлении ПП ИМС роль маски играет пленка двуокиси кремния (SO2) которая покрывает поверхность кремниевой пластины. В этой пленнике спец методами гравируется(создается) необходимый рисунок. Отверстия в маске, в частности в оксидной пленке называются окнами.
Охарактеризуем составные части элементов двух основных классов ПП ИМС. Основным элементом биполярных ИМС является n-p-n транзистор. Все другие элементы этой ИМС должны изготавливаться (диоды резисторы кондеры) одновременно с этим транзистором без дополнительных операций. Так резисторы изготавливаются одновременно с базовым слоем n-p-n транзистора и поэтому имеют туже глубину что и базовый слой. В качестве конденсаторов, этой ИМС используются обратносмещенные p-n переходы, в которых слои(обкладки) соответствуют коллекторному слою n-p-n транзистора и базовому слою транзистора.
Основным элементом в МДП ИМС является МДП транзистор с индуцированным каналом. Роль резисторов выполняют транзисторы включенные по схеме двухполюсника а роль конденсаторов НДП структуры в которых слой диэлектрика получается одновременно с подзатворным слоем транзистора, а полупроводниковая обкладка одновременно со слоями истока и стока. Элементы интегральной схемы необходимо тем или иным способом изолировать друг от друга, чтоб они не взаимодействовали через кристалл. Характерная особенность ПП ИМС состоит в том что среди их элементов отсутствуют катушки индуктивности и тем более трансформаторы. При разработке ИМС стараются реализовать необходимую функцию без использования индуктивности.
Функциональную сложность принято характеризовать степенью интеграции. Для количественной характеристики степень интеграции выражают формулой:
К = log N, где N- количество элементов на кристалле. Если К = 2 или меньше 2, интегральную схему называют – ИМС со средней интеграцией и обозначают – СИС. Если К= меньше 2 или больше, или равно 3, ИМС называют схемой большой интеграции и обозначают – БИС, Если К больше 3 то ИМС называют – сверхбольшой МИС. Кроме степени интеграции используют показатель – плотность упаковке в ИМС- Это количество элементов на единицу площади кристалла. (10 000 элементов/мм квадратный).