Создание транзистора и становление научно-технических основ микроэлектроники

1.1 Основные положения и принципы микроэлектроники

Особенностью микроэлектронных устройств является наивысшая степень сложности выполняемых ими функций. Для решения сложных задач создаются схемы, в которых число компонентов может достигать 107 … 108. Очевидно, что при таком количестве элементов невозможно обеспечить правильность связей между ними и надежность вручную. Отсюда следует ключевое требование максимальной автоматизации производства микроэлектронного оборудования.
Принципиально важным моментом является то, что при производстве чипов используется групповой метод производства. Суть его заключается в том, что большое количество интегральных схем одновременно производится на одной пластине полупроводникового материала. Кроме того, если этот процесс позволяет, в то же время работает несколько десятков таких пластин. В конце основного технологического цикла пластина разрезается на кристаллы, каждая из которых представляет собой отдельную микросхему.
…

1.2 Этапы развития микроэлектроники

Микроэлектроника является продолжением развития полупроводниковой электроники, которая началась 7 мая 1895 г., когда полупроводниковые свойства твердого тела были использованы А. С. Поповым для регистрации электромагнитных волн [11, c.201].
Дальнейшее развитие полупроводниковой электроники связано с развитием в 1948 году точечного транзистора (американские ученые Шокли, Бардин, Браттейн) в 1950 году из планарного биполярного транзистора, а в 1952 году – полевого (однополярного) транзистора. Наряду с транзисторами были разработаны и широко используются различные типы полупроводниковых приборов: диоды различных классов и типов, варисторы, варикапы, тиристоры, оптоэлектронные устройства (светоизлучающие диоды, фотодиоды, фототранзисторы, оптопары, светодиодные и фотодиодные массивы) [3,c.49].
Создание транзистора стало мощным стимулом для развития исследований в области физики полупроводников и технологии полупроводниковых приборов.
…

1.3 Современный этап развития микроэлектроники. Основные тенденции

Основной тенденцией в развитии микроэлектроники является увеличение степени интеграции микросхем. Согласно знаменитому прогнозу, сделанному в 1965 году и известному с момента закона Мура, условное число транзисторов на самых высокоскоростных процессорах удваивается каждые полтора года. Конечно, эта тенденция не может продолжаться вечно, а с 90-х годов XX века. Различные специалисты периодически выражают мысль о том, что в своем развитии микроэлектроника вплотную подошла как к технологическому пределу увеличения размеров кристаллов СБИС, так и к УБИС, а также к дальнейшему увеличению «плотности» размещения компонентов на кристалле. Среди многих проектных и технологических проблем, которые необходимо решить при разработке и производстве микроэлектронных продуктов, существует пять основных [4, с.47].
Во-первых, проблема уменьшения размера элементов интегральных схем.
…

2.1 История развития транзисторов

Рождение твердотельной электроники можно отнести к 1833 году. Именно тогда Майкл Фарадей, экспериментировавший с сульфидом серебра, обнаружил, что проводимость данного вещества увеличивается с повышением температуры, в отличие от проводимости металлов, которая в этом случай уменьшается. Это явление Фарадей не мог объяснить [6, c.69].
Следующим этапом в развитии полупроводниковой электроники был 1874 год, когда немецкий физик Фердинанд Браун опубликовал свою статью в одном из журналов, где описал наиболее важное свойство полупроводников (например, с использованием серы) – способность проводить ток только в одном направлении. Браун тщетно объясняет, вопреки закону Ома, выпрямляющее свойство контакта полупроводника с металлом, проводя все новые и новые исследования. Браун не смог объяснить это свойство полупроводников, и его современники не уделяли достаточного внимания этому явлению.
…

2.2 Транзистор структура, основные понятия и принципы работы

Транзистор представляет собой полупроводниковый электронный элемент, обычно с тремя выводами, позволяющий входному сигналу управлять током в электрической цепи.
Биполярный транзистор
Биполярный транзистор построен на основе трехслойного кристалла с двумя близко расположенными pn-переходами (рис.1).

Рисунок 1. Биполярная транзисторная структура NPN

Транзистор имеет три области: эмиттер, основание, коллектор. В соответствии с расположением pn-переходов называются эмиттер-основа-эмиттер, основание коллектора-коллектора.
В зависимости от типа проводимости слоев различают два типа транзисторов: pnp и npn. Принцип работы обоих типов транзисторов один и тот же, разница только в проводимости.
Управление токами в выходной цепи осуществляется путем изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных значений может привести к значительно большему изменению выходного напряжения и тока.
…

2.3 MOSFET транзистор

В настоящее время на рынке аналоговых технологий доминируют биполярные транзисторы (международный термин для биполярного транзистора – биполярный переходный транзистор (BJT)). В другой наиболее важной отрасли электроники – цифровая технология (логика, память, микроконтроллеры, цифровая связь и т. Д.), Биполярные транзисторы почти полностью заменены полевыми транзисторами [8, c.69].
Вся современная цифровая электроника построена в основном на полевых транзисторах MOS (оксид металла), поскольку они более экономичны, чем биполярные транзисторы. Иногда МОП-транзисторы называются МДП (металл-диэлектрик-полупроводник).
Международным термином для таких транзисторов является MOSFET (полупроводниковый полевой транзистор). Существует два типа n-канальных и p-канальных транзисторов MOSFET. На рис. 3 показана структура n-канального транзистора MOSFET, его отличие от p-канального транзистора только в полярности проводящего слоя.

Рисунок 3. Структура MOSFET транзистора.
…

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исходя из вышесказанного, следует сделать вывод, что развитие микроэлектроники в России необходимо и возможно, но возможно только с государственной финансовой и организационной поддержкой и гарантированными рынками сбыта.
Следует отметить, что в этом случае две задачи взаимосвязаны. Развитие микроэлектроники требует предоставления государственных гарантий и поддержки для разработки и производства чипов для электронных документов, информационных систем государственных органов, навигационного оборудования, промышленной электроники, военного и специального оборудования. В то же время для обеспечения информационной безопасности всех этих электронных систем необходимо использовать только отечественные чипы и, следовательно, необходимо развивать производство микроэлектроники в России.
…