Осөж тақырыбы: Микроэлектроника Мамандығы
жүктеу/скачать 118 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Тақырыбы
|
Қ.Жұбанов атындағы Ақтөбе өңірлік мемлекеттік университеті Физика – математика факультеті Физика кафедрасы ОСӨЖ Тақырыбы:Микроэлектроника Мамандығы: 6B05301- Физика Пәні:Робототехника және мехатроника Орындаған: Серікбай.А.Т 4ФКО Тексерген :Таскалиев.А.К Ақтөбе қаласы 2022 жж Микроэлектроника Микроэлектроника-электронды компоненттерді зерттеуге және өндіруге байланысты электрониканың кіші саласы, геометриялық өлшемдері бірнеше микрометрге және одан кіші реттік сипаттамалық элементтері бар Мұндай құрылғылар әдетте фотолитография мен допингті қолдана отырып, жартылай өткізгіштер мен жартылай өткізгіш қосылыстардан жасалады. Кәдімгі электрониканың көптеген компоненттері: резисторлар, конденсаторлар, индукторлар, диодтар, транзисторлар, изоляторлар және өткізгіштер — микроэлектроникада да қолданылады, бірақ интегралды дизайндағы миниатюралық құрылғылар түрінде. Сандық Интегралды микросхемалар көбінесе транзисторлардан тұрады. Аналогтық интегралды схемаларда резисторлар мен конденсаторлар да бар. Индукторлар жоғары жиілікте жұмыс істейтін тізбектерде қолданылады. Техниканың дамуымен Компоненттердің мөлшері үнемі азаяды. Компоненттердің интеграциясының өте үлкен дәрежесінде, демек, әр компоненттің өте аз мөлшерінде жасушааралық өзара әрекеттесу мәселесі-паразиттік құбылыстар өте маңызды. Дизайнердің негізгі міндеттерінің бірі-паразиттік ағып кетудің әсерін өтеу немесе азайту. Микроэлектрониканың интегралды және функционалды бағыттары бар . Микротолқынды микроэлектроника ерекше маңызды, ол микротолқынды чиптерді зерттеумен және дамытумен айналысады. Әдетте, мұндай схемаларда пленкалы пассивті инфрақұрылымы бар диэлектрлік субстраттарға (конденсаторлар, резисторлар және т.б.) орнатылған гетеро-Өтпелі және кремний чиптері қолданылады электрониканың микротолқынды микротолқынды пештерінде Жібек экрандау әдісіне негізделген қалың пленка технологиялары белсенді қолданылады 1940 жылдардың аяғы мен 1950 жылдардың басында электронды жабдықты жасаушылар мен жеткізушілер өз өнімдерін жетілдірудің келесі басымдықтарын атап өтті: әр түрлі тәуелсіз элементтерді біртұтас модульдерге біріктіру, олардың өзіндік құнын төмендету, сенімділікті арттыру, жаппай өндірісті қамтамасыз ету және электронды жабдықты өндіруде Автоматты монтаждау. Басқаша айтқанда, болашақта заманауи микроэлектроникаға айналу қажеттілігі түсінілді . Ресми түрде оның тарихы 1958 жылы Джек Килбидің интегралды схеманы ойлап табуымен басталды деп есептеледі . 1960 жылдардың басында Texas Instruments және Westinghouse интегралды операциялық күшейткіштерді ұсына бастады, a 1962 жылы RCA корпорациясының зертханасында Mos құрылымдарына негізделген алғашқы чип құрылды. Чиптердің күрделілігінің үздіксіз өсуі 1965 жылы Мур Заңын тұжырымдауға әкелді, онда тізбекті құрайтын транзисторлардың саны тұрақты уақыт қадамымен екі есе артуы керек деп жазылған. Микроэлектроника дамуының алғашқы онжылдығында (1960 жылдан 1970 жылға дейін) бұл қадам шамамен бір жылға тең болды, содан кейін ол бір жарым-екі жылға дейін өсті. Экспоненциалды өсу нәтижесінде бір чиптегі транзисторлардың саны 2010 жылға қарай миллиардқа жетті, кремний субстратының мөлшері 1960 жылы 75 мм-ден 2001 жылы 300 мм-ге дейін өсті, тізбектердің өнімділігі төрт ретке өсті және бір логикалық элементтің бір ауысуына қуат тұтыну миллион еседен астам төмендеді. Кремнийден басқа чиптерді өндірудің негізі ретінде басқа элементтер қолданыла бастады, мысалы, aiiiv тобының қосылыстары негізінде. Бұл бағыттағы ғылыми біріншілік ресейлік физик Жорес Алферовқа тиесілі, ол Герберт Кремер және Джек Килбимен бірге 2000 жылы "жартылай өткізгіш гетероқұрылымдарды дамытқаны және жылдам әрекет ететін опто - және микроэлектрондық компоненттерді жасағаны үшін"физика бойынша Нобель сыйлығын алды. Қазіргі уақытта Ресей микроэлектроникасы саласындағы ғылыми-зерттеу жұмыстарымен Ресей Ғылым академиясының бірқатар ғылыми-техникалық ұжымдары мен мекемелері айналысады, мысалы, жартылай өткізгіштер физикасы институты, физика-технологиялық институт, а.ф. Иофф атындағы физика-техникалық институт, микроқұрылымдар физикасы институты, Радиотехника және электроника институты. 2008 жылы Ресейде минималды өлшемдері 180-130 нм болатын микроэлектрондық тізбектердің жаңа өндірістік технологияларына Инвестициялар басталды, ал 2010 жылы минималды мөлшері 90 нм-ге дейін төмендеді. Алайда, 2019 жылдың 18 ақпанында Ресей премьер-Министрі Дмитрий Медведев отандық микроэлектроника айтарлықтай артта қалып, шетелдік жеткізушілерге тәуелді екенін атап өтті. Осыған байланысты ол салаға қосымша қолдау көрсетуге уәде берді, бұл мәселенің "елдің қауіпсіздігіне көп қатысы бар"екендігіне байланысты ерекше маңыздылығын атап өтті. 2019 жылғы 10 желтоқсанда Ресей Федерациясы Үкіметінің вице-Премьері Юрий Борисов Ресейде микроэлектрониканы сериялық өндіру үшін өзінің өндірістік базасы жоқ деп мәлімдеді. 2020 жылдың қаңтарында Ресей Федерациясының Үкіметі "Ресей Федерациясының 2030 жылға дейінгі кезеңге арналған электрондық өнеркәсіпті дамыту стратегиясын"бекітті. 2030 жылға қарай өндірістің жалпы көлемі кемінде 5,2 трлн. рубль, жалпы өндірістегі азаматтық электрониканың үлесі кемінде 87,9% құрайды, ішкі нарықтағы отандық электрониканың үлесі кемінде 59,1% құрайды, экспортқа құны кемінде 12020 миллион АҚШ доллары болатын электроника жеткізіледі. Мұндай құрылғылар әдетте фотолитография мен допингті қолдана отырып, жартылай өткізгіштер мен жартылай өткізгіш қосылыстардан жасалады. Кәдімгі электрониканың көптеген компоненттері: резисторлар, конденсаторлар, индукторлар, диодтар, транзисторлар, изоляторлар және өткізгіштер — микроэлектроникада да қолданылады, бірақ интегралды дизайндағы миниатюралық құрылғылар түрінде. Сандық Интегралды микросхемалар көбінесе транзисторлардан тұрады. Аналогтық интегралды схемаларда резисторлар мен конденсаторлар да бар. Индукторлар жоғары жиілікте жұмыс істейтін тізбектерде қолданылады. Техниканың дамуымен Компоненттердің мөлшері үнемі азаяды. Компоненттердің интеграциясының өте үлкен дәрежесінде, демек, әр компоненттің өте аз мөлшерінде жасушааралық өзара әрекеттесу мәселесі өте маңызды-паразиттік құбылыстар. Дизайнердің негізгі міндеттерінің бірі-паразиттік ағып кетудің әсерін өтеу немесе азайту. Микроэлектрониканың интегралды және функционалды бағыттары бар . Электронды функционалды тораптарды, блоктарды және құрылғыларды микроминиатюралық интегралды түрде жасауға арналған электроника саласының пайда болуы 60-шы жылдардың басында. 20 ғасыр. электрондық аппаратура функцияларының үздіксіз күрделенуіне, өлшемдердің ұлғаюына және оның сенімділігіне қойылатын талаптардың артуына байланысты болды. Жеке құрылғыларда бірнеше мың және ондаған мың өздігінен жасалған электронды шамдарды, транзисторларды, конденсаторларды, Резисторларды, трансформаторларды және т. б. қолдану, оларды дәнекерлеу немесе дәнекерлеу арқылы сымдарды қосу арқылы құрастыру аппаратураны көлемді, өндірісті көп уақытты қажет етеді, жұмыста жеткілікті сенімді емес, электр энергиясын едәуір тұтынуды қажет етеді және т. б. Осы кемшіліктерді жою жолдарын іздеу электронды жабдықты құрудың жаңа құрылымдық және технологиялық бағыттарының пайда болуына әкелді: баспа монтажы, модульдер мен микромодульдер, содан кейін интегралды схемалар (топтық өндіріс әдістеріне негізделген). Қатты дене физикасы және әсіресе жартылай өткізгіштер физикасы саласындағы жетістіктерді қолдана отырып, М.бұл мәселелерді электронды элементтердің өлшемдерін азайту арқылы емес, құрылымдық, технологиялық және электрлік байланысқан электронды құрылымдарды — функционалды блоктар мен түйіндерді құру арқылы шешеді. Оларда схемалық схемаға сәйкес бірыңғай технологиялық процесте жасалған көптеген микро-миниатюралық элементтер мен олардың электрлік қосылыстары конструктивті түрде біріктірілген. 1959 жылы ұсынылған жартылай өткізгіш (PP) құрылғыларды алудың жоспарлы процесінің арқасында мүмкін болған мұндай процесс бірдей жағдайларда бір мезгілде бірқатар технологиялық операциялардан өтетін бірдей электронды функционалды түйіндердің үлкен саны (~100-2000) үшін бастапқы жалпы дайындаманы (әдетте PP материалынан жасалған пластина түрінде) қолдануды қамтиды (сурет. 1). Т.а., әрбір осындай түйін дискретті элементтерден құрастыру нәтижесінде емес, нәтижесінде бір тақтадағы көптеген бірдей түйіндерді кезең-кезеңімен топтық интегралды өңдеу нәтижесінде алынады. Өңдеу процесінде материалдың жеке бөлімдеріне әртүрлі элементтер мен олардың қосылыстарының қасиеттері беріледі, олар тұтастай алғанда өндірілген түйінді құрайды. Пластинадан бөлінген және корпусқа орналастырылған алынған микро-миниатюралық түйін интегралды чип немесе интегралды схема (IC) деп аталады. Осыған байланысты М. элемент ұғымы өзгереді. Іс жүзінде элемент 5 немесе одан да көп элементтерден тұратын бөлінбейтін өнім ретінде болады. IP интеграция деңгейімен сипатталады-ондағы қарапайым элементтер саны. Ерекшелігіне байланысты-технологиялық процестердің өте жоғары дәлдігі және көптеген операциялар-микроэлектрондық өнімдерді өндіру үшін әртүрлі жоғары сапалы ПП және басқа материалдар мен дәл технологиялық жабдықтар қажет. Негізгі PP материалы-монокристалды кремний. Технологиялық жабдық АЖ элементтерін олардың өлшемдері дәлдігімен бірліктер мен микрометрдің үлесі шегінде дайындауды қамтамасыз етуі тиіс. Қолданылатын құрылымдық-технологиялық және физикалық принциптерге сәйкес бірнеше өзара қабаттасатын және бірін-бірі толықтыратын бағыттарды бөлуге болады: интегралды электроника, вакуумдық микроэлектроника, оптоэлектроника және функционалды электроника. Интегралды электроника ең үлкен дамуға ие болды. Оның пайда болуымен радиоэлектрондық аппаратураны микроминиатюризациялаудың кең мүмкіндіктері ашылды, АЖ қолдану арқылы үшінші буын аппаратурасын құру процесі басталды (бірінші буын — электровакуумдық аспаптарда, екіншісі — ПП аспаптарында). АЖ қолдану саласы есептеу техникасы мен ғарыш жүйелерінен тұрмыстық техникаға дейін созылады. АЖ өндірісінің өсу қарқыны өте жоғары. Әлемдік өнеркәсіп 1972 жылы 1 миллиардтан астам IP шығарды. Топтық өндіріс әдістерінің негізінде электронды элементтердің қажетті санын және олардың арасындағы электрлік байланыстарды қалыптастыру арқылы бір PP кристалының көлемінде алғаш рет (1959-61) жартылай өткізгіш АЖ құрылды. Оларды өндіруде дискретті PP құрылғыларын өндіруден алынған жазықтық-эпитаксиалды технология кең таралған (қараңыз) жартылай өткізгіш электроника) және одан тек PP тақтасындағы жеке элементтерді электрлік оқшаулау және кристалдағы барлық элементтерді бір функционалды түйінге қосу үшін қосымша операциялармен ерекшеленеді. Оқшаулау үшін пп аймағының элементінің айналасында өткізгіштіктің қарама-қарсы түрі бар материал жасау әдістері қолданылады (оқшаулағыш р-n түйісуі пайда болады, электронды тесік түйісуін қараңыз) немесе кремний диоксиді сияқты диэлектрик қабаты. Жазықтық-эпитаксиалды технологияның негізгі технологиялық операциялары: пп пластиналарын механикалық және химиялық өңдеу; қажетті электрофизикалық қасиеттері бар қабат пластинасында эпитаксиалды жинақтау (өткізгіштік түрі, меншікті қарсылық және т. б.); фотолитография; допинг (мысалы, диффузия немесе иондық енгізу арқылы); металл пленкаларды — электродтарды, жалғау жолдарын, байланыс алаңдарын жағу (сурет. 2). Технологиялық процестің барлық аталған кезеңдерінің ішінде фотолитография ең жауапты болып табылады. Ол ПП пластинасының жекелеген учаскелерін іріктеп өңдеуді қамтамасыз етеді, мысалы, қоспалардың диффузиясын жүргізу үшін пластинадағы оксидті пленкадағы "терезелерді" ойып алу. Бұл процесте жарыққа сезімтал лак-фоторезист қолданылады. PP тақтасына қолданылатын фоторезист пленкасы ультракүлгін сәулемен пластинаға тығыз бекітілген фотомаскамен сәулеленеді-деп аталады. Фото шаблон, бұл мөлдір емес және мөлдір аймақтардан (көбінесе хром қабатынан) пайда болған қайталанатын өрнегі бар шыны табақ. Сәулеленуден кейін фоторезист пленкасы таңдамалы түрде өңделеді, нәтижесінде ФОТОШАБЛЬ үлгісі PP тақтасында шығарылады. Фоторезист экспозициясы контактісіз әдіспен де жүзеге асырылады: суретті пластинаға проекциялау. Берілген суретті электронды сәулемен экспозициялау әдісі перспективалы (электронолитография). Жартылай өткізгіш АЖ өндірісінде пластинада бір-бірімен үйлесетін әр түрлі суреттерді қайталай отырып, фотолитографиялық процесті бірнеше рет жүргізу қажет. Ол үшін әдетте 7-8 Фото шаблондар жиынтығы қолданылады. Фотошаблондарды жобалау және дайындау әсіресе жоғары дәлдікті және өндірістік цехтарда вакуумдық гигиена шарттарын сақтауды талап етеді (1 литр ауаға шамамен 0,5 мкм болатын 3-5 шаң түйіршіктерінен аспайды): бір ПП пластинада бір мезгілде өндірілетін жүздеген бірдей АЖ-да микрондық өлшемдердің жүздеген элементтерін алу үшін фотошаблондар өлшемдердің бір суреттен екіншісіне қайталануын қамтамасыз етуі керек және олардың өзара үйлесімділігі. Сондықтан, Фото шаблондарды жобалау және жасау кезінде күрделі дәл жабдық қолданылады: компьютерден бағдарламалық басқарылатын координатографтар, суреттің түпнұсқасын жүздеген есе көбейту үшін; суретті азайту үшін әр түрлі фото штамптар-түпнұсқа және оны көбейту (көбейту). Бастапқы ПП пластинадағы элементтердің құрылымын қалыптастыру үшін фотолитография кезеңінде дайындалған учаскелерді қоспалармен допинг жүргізіледі. Допингтің негізгі әдісі диффузия болып табылады, мысалы, кремний пластинасын 1100-1200 °C температурада қоспаның буларына біраз уақыт орналастырған кезде.температураны ұстап тұру дәлдігі, пластинаның бетіне жақын қоспаның концентрациясының тұрақтылығы, процестің ұзақтығы қоспаның пластинаның қалыңдығына таралуын және сәйкесінше қалыптасқан элементтің параметрлерін анықтайды. Диффузиядан басқа, допинг диффузияны толықтыратын және ішінара алмастыратын жаңа технологиялық бағыт болып табылатын иондық енгізу (пластинаны иондалған қоспа атомдарымен бомбалау) арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Жартылай өткізгіш АЖ интеграцияның жоғары деңгейіне ие (бір PP кристалында 10 000 элементке дейін және одан да көп). Топтық әдістерге көшу арқылы ПП материалының пластиналарында белсенді (диодты және транзисторлық) элементтерді өндіру технологиясын жетілдіру баспа монтаждау техникасын және пассивті (резистивті, сыйымды) микроминиатюралық компоненттерді құрудың пленкалық технологиясын дамытуды ынталандырды, бұл пленкалық АЖ-ны дамытуға негіз болды. Пленка АЖ, әдетте, таза пассивті болып табылады, өйткені белсенді элементтерді қалыптастыру үшін монокристалды ПП пленкаларын қолдану олардың қажетті сапасын қамтамасыз етпейді. Пленка АЖ үшін негіз-диэлектрлік, мысалы, керамикалық, субстрат. IC өндірісінің қалың қабықшалы технологиясы — қалыңдығы 1 — ден 25 мкм-ге дейінгі өткізгіш, резистивті және диэлектрлік пасталардың қабаттарын қолдану және жұқа қабықшалы технология-металл трафареттер арқылы қалыңдығы 1 мкм-ге дейінгі пленкаларды вакуумдық бүрку немесе кейіннен фотолитографиялық өңдеумен бірге вакуумдық бүрку. Корпуссыз дискретті пп аспаптары (диодтар, транзисторлар) және корпуссыз жартылай өткізгіш АЖ бар пленка АЖ гибридті АЖ деп аталады (сурет. 3). Оның пассивті бөлігін пленка элементтерінің қабаттары бар керамикалық субстраттар жиынтығы түрінде көп қабатты етіп жасауға болады. Субстраттар агломерацияланғаннан кейін, электрлік байланысқан пассивті элементтердің көп қабатты орналасуы бар монолит алынады. Корпуссыз белсенді элементтер монолиттің жоғарғы бетіне орнатылады. Жартылай өткізгіш және пленкалы АЖ-дан басқа, деп аталатындар жасалады.біріктірілген АЖ. Олардағы белсенді элементтер жазықтық-эпитаксиалды технология бойынша субстраттың PP көлемінде орындалады, ал пассивті элементтер мен электрлік қосылыстар монолитті құрылымның бетіне жұқа қабықшалар түрінде қолданылады. Интеграция деңгейі бойынша біріктірілген АЖ жартылай өткізгіштікке жақындайды. жүктеу/скачать 118 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|