Микроэлектроника

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Кремниевые пластины с готовыми микросхемами перед разрезанием на отдельные кристаллы

Микроэлектроника — подраздел электроники, связанный с изучением и производством электронных компонентов с геометрическими размерами характерных элементов порядка нескольких микрометров и меньше[1].

Общие сведения[править | править код]

Такие устройства обычно производят из полупроводников и полупроводниковых соединений, используя фотолитографию и легирование. Большинство компонентов обычной электроники: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы, изоляторы и проводник — также применяются и в микроэлектронике, но уже в виде миниатюрных устройств в интегральном исполнении.

Цифровые интегральные микросхемы по большей части состоят из транзисторов. Аналоговые интегральные схемы также содержат резисторы и конденсаторы. Катушки индуктивности используются в схемах, работающих на высоких частотах.

С развитием техники размеры компонентов постоянно уменьшаются. При очень большой степени интеграции компонентов, а следовательно, при очень малых размерах каждого компонента, очень важна проблема межэлементного взаимодействия — паразитные явления. Одна из основных задач проектировщика — компенсировать или минимизировать эффект паразитных утечек.

Различают такие направления микроэлектроники, как интегральная и функциональная[2]. Особую важность имеет СВЧ-микроэлектроника, которая занимается изучением и разработкой СВЧ-микросхем. Как правило, в таких схемах применяются как гетеропереходные, так и кремниевые чипы, которые устанавливаются на диэлектрических подложках с плёночной пассивной инфраструктурой (конденсаторами, резисторами и т. п.)[3] В силовой СВЧ электроники активно используются толстоплёночные технологии на основе метода шелкографии[4].

Историческая ремарка[править | править код]

Примерно на рубеже конца 1940-х — начала 1950-х годов создатели и поставщики радиоэлектронного оборудования выделили следующие приоритеты совершенствования своей продукции: объединение разнотипных независимых элементов в унифицированные модули, понижение их себестоимости, повышение надёжности, обеспечение массовости выпуска и автоматического монтажа при производстве радиоэлектронной аппаратуры. Иными словами, была осознана необходимость в том, что в будущем должно было стать современной микроэлектроникой[4].

Считается, что формально её история началась в 1958 году с изобретения Джеком Килби интегральной схемы[3]. В начале 1960-х компании Texas Instruments и Westinghouse начали предлагать интегральные операционные усилители, a в 1962 году в лаборатории корпорации RCA была создана первая микросхема на основе МОП-структур[5]. Постоянный рост сложности микросхем привёл в 1965 году к формулировке закона Мура, который гласил, что число транзисторов, составляющих схему, должно удваиваться с постоянным временным шагом. В первое десятилетие развития микроэлектроники (с 1960 по 1970 год) этот шаг был равен примерно одному году, затем он несколько увеличился до полутора-двух лет. В результате экспоненциального роста количество транзисторов на одной микросхеме к 2010 году достигло одного миллиарда, размер кремниевой подложки возрос с 75 мм в 1960 до 300 мм в 2001 году, быстродействие схем увеличилось на четыре порядка, а энергопотребление на одно переключение одного логического элемента снизилось более чем в миллион раз. В качестве основы для производства микросхем помимо кремния начали применяться другие элементы, например на основе соединений группы АIIIВV. Научное первенство в этом направлении принадлежит российскому физику Жоресу Алфёрову, который в 2000 году получил Нобелевскую премию по физике за «разработку полупроводниковых гетероструктур и создание быстродействующих опто- и микроэлектронных компонентов». В настоящее время исследовательской работой в области российской микроэлектроники занимается ряд научно-технических коллективов и учреждений Российской Академии наук, например Институт физики полупроводников, Физико-технологический институт, Физико-технический институт имени А. Ф. Иоффе, Институт физики микроструктур, Институт радиотехники и электроники[3].

В 2008 году в России начались инвестиции в новые производственные технологии микроэлектронных схем с минимальными размерами 180—130 нм, а в 2010 году минимальный размер снизился до 90 нм[3]. Тем, не менее 18 февраля 2019 года премьер-министр России Дмитрий Медведев отметил, что отечественная микроэлектроника серьезно отстает и зависит от зарубежных поставщиков. В связи с этим он пообещал отрасли дополнительную поддержку, подчеркнув особую важность этого вопроса в связи с тем, что он «в значительной степени связан с безопасностью страны»[6]. 10 декабря 2019 года вице-премьер правительства РФ Юрий Борисов заявил, что в России отсутствует собственная промышленная база для серийного производства микроэлектроники[7].

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Микроэлектроника // Большой энциклопедический политехнический словарь (рус.). — 2004.
  2. Ефимов И. Е., Козырь И. Я., Горбунов Ю. И. Микроэлектроника: Проектирование, виды микросхем, функциональная микроэлектроника. — 2-е изд. — М.: Высшая школа, 1987. — С. 9—10. — 60 000 экз.
  3. 1 2 3 4 Микроэлектроника / А. А. Орликовский // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М. : Большая российская энциклопедия, 2004—2017.
  4. 1 2 Ю. Носов. О рождении микроэлектроники. Величайшая научно-техническая революция и современность (рус.) // Электроника: Наука, технология, бизнес : журнал. — 2015. — Т. 144, № 4. — С. 118—128. — ISSN 1992-4178.
  5. The micro breakthrough // An Encyclopaedia of the history of technology (англ.) / Ian McNeil. — London: Routledge, 1990. — P. 705. — ISBN 0-203-19214-1.
  6. Отечественная микроэлектроника получит поддержку правительства. Экономика и Жизнь. Дата обращения: 19 февраля 2019.
  7. Правительство констатировало отсутствие в России собственного производства электроники

Литература[править | править код]

  • Щука А.А. Электроника. — СПб.: БХВ-Петербург, 2008. — 752 с. — ISBN 978-5-9775-0160-6.
  • Бузанева Е. В. Микроструктуры интегральной электроники. — М.: Радио и связь, 1990. — 304 с. — 5400 экз. — ISBN 5-256-00419-0.