1   2   3   4   5   6   7   8
Ім'я файлу: Курс лекцій ОТВГНГ Ч ІІ.doc
Розширення: doc
Розмір: 2992кб.
Дата: 10.02.2023
скачати
Пов'язані файли:
Кабельні лінії.doc
249275.docx
alexi,+Локазюк+В.М..pdf
file_470433.rtf
ФККПІ_2021_122_Кулачинська_А_О.docx
7AF0915D-F3D0-4643-A803-4469A0584A5C.doc
EPA_2010_6.doc
15 Форми в Ms Access.docx
Тема 25 Основи технологій виробництва компонентів електронного устаткування

1. Поняття про електронну та мікроелектроніку

2. Інтегральні мікросхеми (ІМС)

3. Напівпровідникові матеріали для виготовлення ІМС
1. Поняття про електронну та мікроелектроніку

Виробництва компонентів електронного устаткування України призначені забезпечити всі виробничі сфери та побут людей високо­ефективними засобами комп'ютерної техніки, новими поколіннями супутникових систем зв'язку, комплексну автоматизацію всіх галузей народного господарства.

Найбільшими центрами виробництва електронної та мікроелектронної техніки є Київ, Харків, Львів, Дніпропетровськ, Сімферо­поль, Донецьк, Запоріжжя, Одеса.

У Києві почав діяти технопарк мікроелектроніки, а в Харкові технопарк монокристалів для виробництва електронних компонентів.

Виробництва компонентів електронного устаткування використо­вують напівпровідникові матеріали високої чистоти, що містять до 99,9999 % основного компонента, тобто в цих матеріалах на мільйон атомів основного компонента припадає один атом домішок.

Розрізняють прості й складні напівпровідникові матеріали. Прості – це кремній, германій, селен, телур, фосфор, сірка, арсен, стибій, йод та ін. Складні – це тверді розчини (кремнію і германію) та хімічні спо­луки (арсенід галію, оксид міді та ін.). Електропровідність цих ма­теріалів при кімнатній температурі має проміжне значення між елект­ропровідністю металів (10б – 104 Ом-1 см-1) і діелектриків (10-10 – 10-12 Ом-1 см-1).

Електронікою називають науку про електронні процеси у вакуумі, газах, рідинах і напівпровідниках, які відбуваються за різних темпера­тур під дією електричних і магнітних полів.

Технічна електроніка розроблює, виробляє та експлуатує елект­ронні прилади та пристрої найрізноманітнішого призначення. Вона відзначається великою швидкодією та точністю.

Мікроелектронікою називають частину технічної електроніки, яка розроблює, виготовляє мікросхеми та конструкційно-допоміжні при­строї.

Основною продукцією мікроелектроніки є інтегральні мікросхеми.

Інтегральною мікросхемою (ІМС) називають електричну схему, яка складається з певної кількості елементів, виготовлених і електрично пов'язаних між собою у приповерхневому шарі напівпровідникового монокристалу або на діелектричній підкладці.

Монокристали вирощують із кремнію та арсеніду галію, а підклад­ки виготовляють із скла або кераміки.

Елементи ІМС поділяють на активні і пасивні.

Активні елементи ІМС підсилюють сигнали або перетворюють їх. Це діоди, транзистори тощо.

Пасивні елементи передають сигнали. До них належать резистори, конденсатори, котушки індуктивності тощо.

Деталі (компоненти) електронного устаткування використовуються для виробництва систем обробки та передачі інформації, автоматич­них систем управління процесами виробництва і руху, устаткування для радіо, телебачення та зв'язку, комп'ютерів, ЕОМ, медичної апара­тури, пристроїв квантової електроніки, обладнання для наукових досліджень, електронних годинників та багато чого іншого.

Найважливішими компонентами сучасного електронного устатку­вання є інтегральні мікросхеми (ІМС) та мікропроцесори.

Інтегральні мікропроцесори є найбільшим і найважливішим науко­во-технічним досягненням сучасності і мають значні перспективи сво­го розвитку.

Електроніка зародилася на початку XX ст. Слідом за створенням радіо та телебачення було створено перші ЕОМ (електронно-обчислювальні ма­шини). Електронну апаратуру складали з окремих готових елементів-електронних ламп, резисторів, конденсаторів тощо, які з'єднували між собою за допомогою електричних провідників паянням і зварюван­ням. Виробництво електронної апаратури було трудомістким, а самі прилади громіздкими, ненадійними, крім того, споживали багато енергії. Так, маса ЕОМ 1940 р. виготовлення становила 30 т. Вона спо­живала таку кількість електричної енергії, як одночасно включені 180 прожекторів, а виконувала розрахунки які, виконує сучасний кишень­ковий калькулятор. Починаючи з 40-х років XX ст. усі зусилля творців електронної апаратури були спрямовані на мініатюризацію електрич­них схем та зменшення розмірів і маси апаратури.

В грудні 1947 р. американські винахідники Джон Бардін і Уолтер Браттейн створили транзистор, який спричинив переворот у електроніці.

Електронне обладнання стало меншим за розмірами, легшим, надійнішим і дешевшим, ніж аналогічне за призначенням на елект­ронних лампах. Проте з часом саме електронне обладнання та спосіб його виготовлення перестали задовольняти темпи розвитку науки і техніки.

Наступний крок електроніки пов'язаний із розвитком мікроелектроніки, який ґрунтується на використанні інтегральних мікросхем.

У 1959 р. Дж. Кілбі і Р. Нойс незалежно один від одного заявили про винаходи, які полягали у тому, що на одному кристалі кремнію побудо­вана ціла електронна схема. Такі схеми стали називати інтегральними.

Перші мікросхеми були виготовлені на кристалах площею кілька квадратних міліметрів. Настав період удосконалення технології виго­товлення ІМС: зменшення площі, яку займає мікросхема; поліпшення її якості та надійності, зменшення собівартості.

Із винаходом інтегральних мікросхем з'явилися електронні годин­ники, які зробили переворот у структурі годинникової промисловості.

Ручні годинники з продукції точного машинобудування перейшли до продукції електронної промисловості. Механічні арифмометри та ло­гарифмічні лінійки замінили на кишенькові калькулятори.

Зростає значення мікроелектроніки в промисловості: у процесі зва­рювання, виконання монотонних робіт. Мікроелектроніка відіграє важливу роль також під час складання виробів, у системах контролю, обліку та розподілу продукції тощо.

Швидкий розвиток мікроелектроніки та її використання в найрізноманітніших галузях промисловості та людської діяльності обумовлений такими факторами:

• висока надійність в експлуатації, що забезпечує безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність, захищеність від зовнішніх факто­рів впливу;

• можливість значного зменшення габаритів і маси різних виробів без втрати якості роботи.

Інтегральна електроніка на сьогоднішній день є галуззю промисло­вості, яка здатна дуже швидко впроваджувати у виробництво інно­ваційно-перспективні наукові розробки, які започатковуються схемо­технічною мікроелектронікою та іншими напрямами сучасної науки.

Формується новий комплекс наноелектронних технологій, здатних створювати надвеликі мікропроцесори – інтегральні структури з дуже великим ступенем інтеграції та функцій і надмалими габаритними розмірами та енергоспоживанням.

Мова йде про габарити, які будуть вимірюватись не мікрометрами, а нанометрами.

Нано (від грецьк. nonos–карлик) – приставка для створення назв дольних одиниць рівних одній міліардній частці вихідних одиниць. Наприклад, 1 нм = 10-9 м.

Наноелектронні технології, інтегруючись з біотехнологіями, мікро- та наномеханікою, роботобудуванням та іншими технологіями, в найближчі десятиліття будуть спроможні ще в більшій мірі поставити досягнення сучасної науки на облаштування людського життя та нав­колишнього середовища.

2. Інтегральні мікросхеми (ІМС)

Інтегральні мікросхеми поділяють на окремі класи за такими озна­ками: технологією виготовлення, ступенем інтеграції, функціональним призначенням тощо.

І. За технологією виготовлення. Усі інтегральні мікросхеми поділя­ють на напівпровідникові, плівкові та гібридні.

1. Напівпровідникові ІМС виготовляють у приповерхневому шарі монокристалів (кремнію, арсеніду галію) особливої чистоти. В окре­мих місцях монокристалу його структуру перебудовують так, що ці місця стають елементами складної системи, якою є ІМС. У напів­провідникових ІМС усі елементи та з'єднання виготовлені в об'ємі та на поверхні напівпровідникового монокристалу. Частина монокрис­талу розміром 1 мм2 перетворюється в складний електронний прилад, який замінює блок з 50—100 і більше звичайних радіотехнічних де­талей.

2. Плівкові ІМС виготовляють нанесенням різних речовин у вигляді плівок на поверхню підкладки, виготовленої із скла або кераміки.

Плівкові ІМС поділяють на тонкоплівкові (товщина плівкових еле­ментів менша 1 мкм) та товстоплівкові (товщина більша 1 мкм).

Тонкоплівкові ІМС отримують осадженням плівок із різних речовин на нагріту до певної температури поліровану підкладку. Для отриман­ня плівок найчастіше використовують алюміній, титан, титанат барію, оксид олова тощо.

У товстоплівкових ІМС елементи формують протискуванням спеціальних паст через трафарети із подальшим спіканням за високих температур. У таких структурах один із шарів містить резистори, дру­гий – конденсатори, інші шари виконують роль провідників струму та інших елементів. Усі елементи з'єднані між собою й утворюють конкретний електронний пристрій.

3. Гібридні ІМС складаються із плівкових і напівпровідникових еле­ментів. Такі мікросхеми монтують на скляній або керамічній під­кладці: пасивні елементи виготовляють у вигляді металевих і діелект­ричних плівок, активні «навішують» на плівкову схему. Таким чином отримують гібридні ІМС (ГІМС). Гібридні ІМС більшої складності називають великими, їх використовують в регуляторах електричних двигунів.

На сьогодні найширше використовують напівпровідникові та гіб­ридні ІМС. Складність інтегральної мікросхеми характеризується показником, який називають ступенем інтеграції.

II. За ступенем інтеграції інтегральні мікросхеми (ІМС) поділяють на малі (МІМС), середні (СІМС), великі (В1МС) і надвеликі (НВ1МС) (табл. 25.1).

Таблиця 25.1 – Ступені інтеграції ІМС

Кількість елементів у мікросхемі
Назва та позначення мікросхем
Час створення мікросхем

10-100
малі (МІМС)
початок 60-х років

102-103
середні (СІМС)
кінець 60-х — 70-ті роки

103-104
великі (БІМС)
кінець 70-х років

104-105
надвеликі (НВІМС)
початок 80-х років

105-106
надвеликі (мікропроцесори)
90-ті роки


III. За функціональним призначенням. Усі мікросхеми поділяються на аналогові та цифрові.

Аналогові мікросхеми служать для перетворення і оброблення сиг­налів, які змінюються за законом неперервної функції.

Цифрові інтегральні мікросхеми призначені для перетворення і оброблення сигналів, які змінюються за законом дискретної функції.

3. Напівпровідникові матеріали для виготовлення ІМС

Напівпровідникову інтегральну мікросхему виготовляють у приповерхневому шарі напівпровідникового монокристала, створюючи в ньому зони, які виконують роль елементів (резисторів, провідників, транзисторів,діодів, конденсаторів тощо).

Для прикладу розглянемо технологію виготовлення напівпровідникових ІМС у приповерхневому шарі кремнієвої пластини (рис. 25.1).



Рисунок 25.1 – Технологічна схема виробництва напівпровідникових ІМС

Напівпровідникові ІМС виготовляють у приповерхневому шарі тонкої пластини, вирізаної з монокристала кремнію. Вибір кремнію зумовлений його властивостями.

Кремній порівняно з іншими напівпровідниками має більш високу температуру плавлення (1415 °С), стійкий до хімічних впливів, його ба­гато в природі (27,6 % маси земної кори), має високу механічну міц­ність, твердість, не піддається корозії, відносно легко очищується від домішок, має стабільний оксид (SiO2), можна отримати монокристали кремнію з однорідною структурою без внутрішніх напружень та оптич­них дефектів, з правильною кристалічною решіткою та дуже чистою (малошорсткою) поверхнею. Всі ці властивості дуже важливі для виробництва якісних ІМС.

Для виробництва ІМС використовують монокристали кремнію у вигляді круглих пластин діаметром 100 – 120 мм і товщиною 200 – 400 мкм.

Отримання кремнію. У природі вільного кремнію немає. Сирови­ною для отримання кремнію є кварцовий пісок, який містить кремній у вигляді діоксиду (SіО2). Попередньо очищений пісок відновлюють за допомогою вуглецю:

SiO2 +С→Si + СО2.

Отриманий кремній містить до 2 % домішок (інших хімічних елементів), які змінюють його властивості, а відповідно негативно впливають на якість роботи мікросхем.

Очищення кремнію. Очищують кремній від домішок соляною кис­лотою, воднем та іншими речовинами. Проте очищений хімічним спо­собом кремній не задовольняє вимог, які ставляться до матеріалів, що використовуються в мікроелектроніці. Кінцевим очищенням кремнію є безтигельне зонне переплавлення, яке ще називають зонним очи­щенням.

З очищеного кремнію вирощують монокристали. Кремній плавлять (Тпл = 1420 °С). Отримані монокристали ріжуть на пластини, одну з поверхонь яких шліфують, полірують, промивають, висушують, і готові (чорні, блис­кучі) пластини відправляють для виготовлення ІМС.




1   2   3   4   5   6   7   8

скачати

© Усі права захищені
написати до нас