МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

МИКРОЭЛЕКТРОНИКА,областьэлектроники,занимающаяся созданием электронных функциональных узлов, блоков и устройств в микроминиатном интегральном исполнении. Возникновение М. в нач. 60-х гг. 20 в. быловызвано непрерывным усложнением функций электронной аппаратуры, увеличением габаритов и повышением требований к её надёжности. Применение в отдельных устройствах неск. ты сяч и десятков тысяч самостоятельно изготовленных электронных ламп, транзисторов, конденсаторов, резисторов, трансформаторов и др., сборка их путем соединения выводов пайкой или сваркой, делали аппаратуру громоздкой, трудоемкой в изготовлении, недостаточно надёжной в работе, требующей значит. потребления электроэнергии и т. д. Поиски путей устранения этих недостатков привели к появлению новых конструктивно-технологич. направлений создан. электронной аппаратуры:печатного монтажа, модулейимикромодулейиинтегральных схем(на базе групповых методов изготовления).

Используя достижения в области физикитвёрдого телаи особенно физ.полупроводников,М. решает указанные проблемы не путём простого уменьшения габаритов электронных элементов, а созданием конструктивно, технологическ. и электрически связанных электронных структур-функциональных блоков и узлов. В них согласно принципиальной схеме конструктивно объединено большое число микроминиатюрных элементов и их электрич. соединений, изготавливаемых в едином технологич. процессе. Такой процесс, ставший возможным благодаря предложенному в 1959плана,процессуполучения полупроводниковых (ПП) приборов, предполагает применение исходной общей заготовки (обычно в виде пластины из ПП материала для большого числа (~100 - 2000) одинаковых электронных функциональных узлов, одновременно проходящих по следоват. ряд технологич. операций" в идентичных условиях (рис. 1). Т. о. каждый такой узел получают не в результате сборки из дискретных элементов, а в итоге поэтапной групповой интегральной обработки многих одинаковых узлов на одной пластине В процессе обработки отд. участка ПП материала придаются свойства различных элементов и их соединений. в целом образующих изготавливаемы узел. Полученный микроминиатюрный узел, отделённый от пластины и помещённый в корпус, наз. интегральной микросхемой, или интегральной схемой (ИС). В связи с этим в М. изменяется само понятие элемента. Практически элементом становится ИС как неделимое изделие, состоящее из5элементов и более. ИС характеризуется уровнем интеграции - числом простейших элементов в ней.

Рис. 1. Кремниевая пластина диаметром 60ммс изготовленными на ней ~2000 одинаковых структур интегральных схем; дефектные структуры на пластине помечены краской (точки и штрихи). Внизу показан в увеличенном виде кристалл с отдельной структурой; его размеры 1,2X1,2мм. 1 -соединительная токоведущая дорожка; 2 - диод;3- резистор;4 -контактная площадка; 5 -транзистор.

В силу специфики - исключительно высокой точности проведения технологич. процессов и большого числа операций -для изготовления микроэлектронных изделий требуются разнообразные высоко-качеств. ПП и др. материалы и прецизионное технологич. оборудование. Базовым ПП материалом служит монокристаллический кремний. Технологическое оборудование должно обеспечить изготовление элементов ИС с точностью их размеров в пределах единиц и долей микрометра.

В соответствии с используемыми кон-структивно-технологич. и физич. принципами в М. может быть выделено неск. взаимно перекрывающихся и дополняющих друг друга направлений:интегральная электроника,вакуумная микроэлектроника,оптоэлектроникаифункциональная электроника.Наибольшее развитие получила интегральная электроника. С её появлением открылись широкие возможности микроминиатюризации радиоэлектронной аппаратуры, начался процесс создания аппаратуры третьего поколения - с применением ИС (первое поколение - на электровакуумных приборах, второе - на ПП приборах). Область применения ИС простирается от вычислит, техники и кос-мич. систем до бытовой аппаратуры. Темпы роста произ-ва ИС исключительно высоки. Мировая пром-сть в 1972 выпустила более 1 млрд. ИС.

На базе групповых методов изготовления, путём формирования необходимого количества электронных элементов и электрич. связей между ними в объёме одного ПП кристалла были впервые созданы (1959-61) полупроводниковые ИС. В их произ-ве наиболее распространена планарно-эпитаксиальная технология, заимствованная из произ-ва дискретных ПП приборов (см.Полупроводниковая электроника)и отличающаяся от него лишь дополнит, операциями по электрич. изоляции отд. элементов на ПП пластине и соединению всех элементов в кристалле в единый функциональный узел. Для изоляции используются методы создания вокруг элемента области ПП материала с противоположным типом проводимости (при этом образуется изолирующий р-п-переход, см.Электронно-дырочный переход)или слоя диэлектрика, напр, двуокиси кремния. Осн. технологич. операции планарно-эпитаксиальной технологии: механич. и химич. обработка ПП пластин; эпи-таксиальное наращивание на пластине слоя с необходимыми электрофизич. свойствами (типом проводимости, удельным сопротивлением и т. д.);фотолитография,легирование (напр., посредствомдиффузии или ионного внедрения);нанесение металлич. плёнок - электродов, соединит, дорожек, контактных площадок (рис. 2).

Из всех перечисленных этапов технологического процесса наиболее ответственным является фотолитография. Она обеспечивает проведение избират. обработки отд. участков ПП пластины, напр, вытравливание "окон" в окисной плёнке на пластине для проведения диффузии примесей. В этом процессе используется светочувствит. лак -фоторезист.Плёнка фоторезиста, нанесённая на ПП пластину, облучается ультрафиолетовым светом через приложенную плотно к пластине фотомаску-т. н. фотошаблон, к-рый представляет собой стеклянную пластинку с выполненным на ней повторяющимся рисунком, образованным непрозрачными и полупрозрачными участками (чаще всего слоя хрома). После облучения плёнка фоторезиста подвергается селективному травлению, в результате чего на ПП пластине воспроизводится рисунок фотошаблона. Экспонирование фоторезиста проводится также и бесконтактным способом: проецированием рисунка на пластину. Перспективен метод экспонирования заданного рисунка электронным лучом (электронолитография).

Рис. 2. Последовательность основных технологических операций одного из способов нз-" готовления полупроводниковых ИС: А - подготовка (шлифовка, полировка) пластины кремния с проводимостью р-типа; Б - окисление кремния в атмосфере сухого кислорода; В - фотолитография (фотогравировка слоя окисла кремния, вскрытие "окон" в нём); Г -диффузия сурьмы или мышьяка через "окна в окисле для получения высокопроводящей области "скрытого" слоя кремния п-типа (О под коллектором будущего транзистора и базой диода; Д - эпитаксиальное наращивание кремния-нанесение слоя кремния п-типа (2); Е - изолирующая диффузия для получения взаимной электрической изоляции будущих элементов интегральной схемы (ей предшествует окисление эпитаксиального слоя и селективное удаление окисной плёнки с помощью фотолитографии) - диффузия бора, в результате которой эпитаксиальный слой разделяется на отдельные островки кремния п-типа(3),окружённые кремнием р-типа; Ж, 3 - формирование элементов интегральной схемы в изолированных областях кремния последовательным проведением ещё двух диффузий примесей через вскрываемые с помощью фотолитографии "окна" в дополнительно нанесённой окисной плёнке кремния [вторая диффузия - диффузия бора - производится для создания базовых областей (4) транзисторов, p-n-переходов и областей резисторов, при третьей диффузии - диффузии фосфора - формируются эмит-терные области транзисторов (5)1; И - вскрытие "окон" в окисле кремния под контакты с областями коллектора, эмиттера и базы транзисторов, р- ип-областями диодов и с резисторами; К - создание внутрисхемных соединений посредством вакуумного напыления на поверхность пластины плёнки алюминия, к-рая затем селективно травится с помощью фотолитографии; сохранённые участки алюминия (6) образуют электроды элементов, соединительные дорожки и контактные площадки для подсоединения структуры интегральной схемы к выводам корпуса.

При изготовлении полупроводниковых ИС требуется неоднократное проведение фотолитография, процесса с воспроизведением на пластине совмещающихся между собой различных рисунков. Для этого обычно используется набор из 7-8 фотошаблонов. Проектирование и изготовление фотошаблонов требует особо высокой точности и соблюдения в производств, цехах условий вакуумной гигиены (не более 3-5 пылинок размером ок. 0,5мкмна 1л воздуха): для получения сотен элементов микронных размеров в сотнях идентичных ИС, изготавливаемых одновременно на одной ПП пластине, фотошаблоны должны обеспечивать воспроизводимость размеров от одного рисунка к другому и их взаимную совмещаем ость. Поэтому при проектировании и изготовлении фотошаблонов используется сложное прецизионное оборудование: координатографы с программным управлением от ЭВМ для вычерчивания оригинала рисунка с увеличением в сотни раз; различной конструкции фотоштампы для уменьшения рисунка-оригинала и его мульти-плицирования (размножения).

Для формирования структур элементов в исходной ПП пластине проводится легирование примесями участков, подготовленных на этапе фотолитографии. Осн. методом легирования является диффузия, напр, при помещении пластины кремния на нек-рое время в пары примеси при темп-ре 1100-1200 °С. Точность поддержания темп-ры, постоянство концентрации примеси у поверхности пластины, длительность процесса определяют распределение примеси по толщине пластины и соответственно параметры формируемого элемента. Кроме диффузии, легирование может производиться ионным внедрением (бомбардировкой пластины ионизированными атомами примеси), к-рое является новым технологич. направлением, дополняющим и частично заменяющим диффузию. Полупроводниковые ИС имеют высокий уровень интеграции (до 10 000 элементов и более в одном ПП кристалле).

Совершенствование технологии изготовления активных (диодных и транзисторных) элементов на пластинах ПП материала путём перехода на групповые методы стимулировало развитие техники печатного монтажа и плёночной технологии создания пассивных (резистивных, ёмкостных) микроминиатюрных компонентов, что послужило основой для разработки плёночных ИС. Плёночные ИС, как правило, являются чисто пассивными, т. к. нанесение монокри-сталлич. ПП плёнок для формирования активных элементов не обеспечивает необходимого их качества. Основой для плёночной ИС служит диэлектрич., напр, керамическая, подложка. Различают толстоплёночную технологию изготовления ИС - нанесение слоев проводящих, резистивных и диэлектрич. паст толщиной от 1 до 25мкми тонкоплёночную технологи ю-вакуумное напыление плёнок толщиной до 1мкмчерез металлич. трафареты или вакуумное напыление в сочетании с последующей фотолитографич. обработкой.

Плёночная ИС со смонтированными на ней бескорпусными дискретными ПП приборами (диодами, транзисторами) и бескорпусными полупроводниковыми ИС называется гибридной ИС (рис. 3). Её пассивная часть может быть выполнена многослойной, в виде набора керамич. подложек со слоями плёночных элемев-тов. После спекания подложек получается монолит с многослойным расположением электрически соединённых между собой пассивных элементов. Бескорпусные активные элементы монтируются на верхней поверхности монолита.

Рис. 3. Гибридная интегральная схема со снятой крышкой корпуса (2 идентичных операционных усилителя с 33 компонентами в каждом). На основании корпуса размещена керамическая подложка размером 29X39ммс выполненными на ней тонкоплёночными резисторами (1) и соединительными токоведущими дорожками (2); к контактным площадкам(3)плёночной интегральной схемы подсоединены навесные элементы - бескорпусные транзисторы (4), конденсаторы(5);внешние контактные площадки (6) интегральной схемы соединены с выводами корпуса (7).

Кроме полупроводниковых и плёночных ИС, изготавливают т. н. совмещённые ИС. Активные элементы в них выполняются в объёме ПП подложки по планарно-эпитаксиальной технологии, а пассивные элементы и электрич. соединения наносятся в виде тонких плёнок на поверхность монолитной структуры. По уровню интеграции совмещённые ИС приближаются к полупроводниковым.

Изготавливают также многокристальные ИС с высоким уровнем интеграции, в к-рых неск. кристаллов полупроводниковых ИС объединяются на диэлектрич. подложке плёночными соединениями в сложнейшее электронное устройство. Его функциональное назначение может соответствовать отд. блоку или даже системе, напр, вычислит, машине настольного типа.

Сочетание плёночной технологии получения пассивных элементов и использование в качестве активных элементов электровакуумных приборов в микроминиатюрном исполнении привело к появлению вакуумных ИС и нового направления - вакуумной микроэлектроники. Вакуумная ИС может быть выполнена как в виде плёночной ИС с навесными микроминиатюрными электровакуумными приборами, так и в виде устройства, все компоненты к-рого помещены в вакуум. В отличие от ПП ИС вакуумные ИС имеют повышенную стойкость к воздействию космич. излучения; их плотность упаковки достигает 20-30 элементов в 1см³.

Все виды ИС по функциональному признаку делятся на 2 больших класса: цифровые (логические) ИС и линейные ИС. Цифровые ИС предназначены для работы в логич. устройствах, в частности они применяются в ЭВМ. К линейным относятся все остальные ИС, предназначенные в основном для линейного (в конечном счёте) преобразования электрич. сигналов (усиления, модуляции, детектирования и т. д.), хотя они могут включать в себя такие нелинейные элементы, как генераторы синусоидальных колебаний, преобразователи частоты и др.

Дальнейшее развитие М. идёт гл. обр. в двух направлениях: повышение уровня интеграции и плотности упаковки в ИС, ставших традиционными; изыскание новых физич. принципов и явлений для создания электронных устройств со схемотехнич. или даже системотехнич. функциональным назначением. Первое направление привело к уровням интеграции, характеризующимся многими тысячами элементов в одном корпусе ИС с микронными и субмикронными размерами отд. элементов. Второе направление может позволить отказаться от дальнейшего повышения уровня интеграции ИС (из-за конструктивной сложности), снизить рассеиваемую мощность, увеличить быстродействие аппаратуры и др. Это новое направление в целом приобретает название функциональной микроэлектроники - электроники комбинированных сред с использованием таких явлений, как оптич. явления в твёрдом теле (оптоэлектрони-ка) и взаимодействие потока электронов с акустич. волнами в твёрдом теле (акустоэлектроника), а также с использованием свойств сверхпроводников,свойств магнетиков и полупроводников в магнитных полупроводниках (магнетоэлектро-ника) и др.

Лит.:Интегральные схемы, пер. с англ., М., 1970; Микроэлектроника. Сб. ст., в. 1 - 5, М., 1967 - 72.

А. А. Васенков, И. Е. Ефимов.

микроэлектроника—область электроники См. Электроникаem занимающаяся созданием электронных функциональных узлов блоков и устройств в микроминиатюрном интегральном исполнении. Возникновение...Большая Советская энциклопедия II
микроэлектроника—ж. microelettronica Итальянорусский словарь. Синонимы электроника...Большой итальяно-русский и русско-итальянский словарь
микроэлектроника—ж.microelectrnica f...Большой русско-испанский словарь
микроэлектроника—сущ. жен. рода только ед. ч....Большой русско-украинский словарь
микроэлектроника—от микро.i и электроника i направление электроники связанное с созданием приборов и устройств в микроминиатюрном исполнении и с использованием групповой интегральной техн...Большой энциклопедический политехнический словарь
микроэлектроника—интегральная электроника область электроникисвязанная с созданием и применением в радиоэлектронной аппаратуре узлов иблоков выполненных на интегральных схемах и микромин...Большой энциклопедический словарь II
микроэлектроника—МИКРОЭЛЕКТРОНИКА интегральная электроника область электроники связанная с созданием и применением в радиоэлектронной аппаратуре узлов и блоков выполненных на интегральны...Большой Энциклопедический словарь V
микроэлектроника—область электроники связанная с созданием и применением электрон. устройств в микроминиатюрном исполнении. Позволяет повысить наджность аппаратуры снизить е массогабарит....Военный энциклопедический словарь
микроэлектроника—отмикро.i и электроникаi направление электроники связанное с созданием приборов и устройств в микроминиатюрном исполнении и с использованием групповой интегральной технол...Естествознание. Энциклопедический словарь
микроэлектроника—направление электроники связанное с созданием приборов и устройств в микроминиатюрном исполнении с использованием групповой интегральной технологии их изготовления. Основ...Иллюстрированный энциклопедический словарь
микроэлектроника—и ж.em Область электроники занимающаяся созданием миниатюрных радиоэлектронных устройств и их использованием.Синонимы электроника...Малый академический словарь
микроэлектроника—приставка МИКРО корень ЭЛЕКТР суффикс ОН суффикс ИК окончание А Основа слова МИКРОЭЛЕКТРОНИКВычисленный способ образования слова Приставочносуффиксальный или префикс...Морфемный разбор слова по составу
микроэлектроника—Начальная форма Микроэлектроника слово обычно не имеет множественного числа единственное число женский род именительный падеж неодушевленное...Морфологический разбор существительных
микроэлектроника—МИКРОЭЛЕКТРОНИКАstrong электронные системы в конструкции которых отсуствует проводка и другие громоздкие составляющие. Они позволяют достигнуть высокой плотности размещен...Научно-технический энциклопедический словарь
микроэлектроника—микроэлектроника ж. Область связанная с разработкой и изготовлением приборов и устройств в миниатюрном исполнении в том числе в виде интегральных схем в электронике....Новый толково-словообразовательный словарь русского языка
микроэлектроника—микроэлектроника микроэлектроника и...Орфографический словарь
микроэлектроника—u ж электроника...Орфографический словарь русского языка
микроэлектроника—microlectronique lectronique fu microminituarise...Политехнический русско-французский словарь
микроэлектроника—Орфографическая запись слова микроэлектроника Ударение в слове микроэлектроника Деление слова на слоги перенос слова микроэлектроника Фонетическая транскрипция слова микр...Полный фонетический разбор слов
микроэлектроника—микроэлектроника иСинонимы электроника...Русский орфографический словарь
микроэлектроника—microelectronics...Русско-английский машиностроительный словарь
микроэлектроника—integrated electronics microminiature electronics microelectronics микроэлектроника ж.umicroelectronics microminiature [microsystem] electronicsгибридная микроэлектроник...Русско-английский политехнический словарь
микроэлектроника—microelectronics...Русско-английский словарь по авиации
микроэлектроника—microelectronics электроника...Русско-английский словарь по машиностроению
микроэлектроника—ж. полупроводниковая микроэлектроника твердотельная микроэлектроника...Русско-английский словарь по физике
микроэлектроника—microminiature electronics microsystem electronics microelectronics...Русско-английский словарь по электронике
микроэлектроника—integrated electronics...Русско-английский строительный словарь
микроэлектроника—microelectronics гибридная микроэлектроника полупроводниковая микроэлектроника тонкопленочная микроэлектроникаСинонимы электроника...Русско-английский технический словарь
микроэлектроника—microelectronics...Русско-английский толковый словарь терминов по информатике
микроэлектроника—Мкраэлектронка...Русско-белорусский словарь
микроэлектроника—мкраэлектронка жен.i...Русско-белорусский словарь II
микроэлектроника—мiкраэлектроuнiка кi...Русско-белорусский словарь математических, физических и технических терминов
микроэлектроника—мiкраэлектронiка кi...Русско-белорусский физико-математический словарь
микроэлектроника—ж. microelettronica f...Русско-итальянский политехнический словарь
микроэлектроника—Синонимы электроника...Русско-китайский словарь
микроэлектроника—ж электроника...Русско-турецкий словарь
микроэлектроника—вчт физ. мроелектронка Синонимы электроника...Русско-украинский политехнический словарь
микроэлектроника—integrovan elektronika mikroelektronika...Русско-чешский словарь
микроэлектроника—микроэлектроникаСинонимы электроника...Русское словесное ударение
микроэлектроника—микроэлектроника электроника...Слитно или раздельно? Орфографический словарь-справочник
микроэлектроника—микроэлектроника и Синонимы электроника...Слитно. Раздельно. Через дефис. Словарь-справочник
микроэлектроника—микроэлектроника см.em микро. направление в электронике занимающееся изучением разработкой и изготовлением приборов и устройств в микроминиатюрном см.em микроминиатюризац...Словарь иностранных слов русского языка
микроэлектроника—микроэлектроника сущ. колво синонимов электроника Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин. . Синонимы электроника...Словарь синонимов II
микроэлектроника—МИКРОЭЛЕКТРОНИКА интегральная электроника область электроники связанная с созданием и применением в радиоэлектронной аппаратуре узлов и блоков выполненных на интегральных...Современный энциклопедический словарь
микроэлектроника—микроэлектроника см. микро.] направление в электронике занимающееся изучением разработкой и изготовлением приборов и устройств в микроминиатюрном см. микроминиатюризация...Толковый словарь иностранных слов
микроэлектроника—МИКРОЭЛЕКТРОНИКА ж. Область связанная с разработкой и изготовлением приборов и устройств в миниатюрном исполнении в том числе в виде интегральных схем в электронике....Толковый словарь русского языка
микроэлектроника—Ударение в слове микроэлектроникаУдарение падает на букву оБезударные гласные в слове микроэлектроника...Ударение и правописание
микроэлектроника—Rzeczownik микроэлектроника f mikroelektronika f...Универсальный русско-польский словарь
микроэлектроника—область электроники охватывающая проблемы создания электронных устройств в микроминиатюрном интегральном исполнении. В М. используются различные свва тв. тела особенно по...Физическая энциклопедия
микроэлектроника—Кантимир Кантик Кантемир Кант Каноэ Кан Камлот Камин Каметон Камертон Камерон Камерно Каменол Калот Калориметр Калит Калин Кали Каленик Кале Кал Како Каки Каир Каинит Каи...Электронный словарь анаграмм русского языка
микроэлектроника—Микроэлектроника интегральная электроника область электроники связанная с созданием и применением в радиоэлектронной аппаратуре узлов и блоков выполненных на интегральных...Энциклопедия «Техника»
микроэлектроника—микроэлектроника интегральная электроника область электроники связанная с созданием и применением в радиоэлектронной аппаратуре узлов и блоков выполненных на интегральных...Энциклопедия техники