Технические дисциплины - Микроэлектроника

Лекция №1

Литература.

1.   Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. - М.:Радио и связь,1980,2000.

2.   Аваев Н.А., Наумов Ю.Е., Фролкин В.Т. Основы микроэлектроники: учеб. пособие, М.: Радио и связь,1991.

3.   Коледов Л.А. Технология и конструирование микросхем, микропроцессоров и микросборок.1989.

4.   Алексеенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника.1982.

5.   Маллер Р.К., Клейминс Р. Элементы интегральных схем. - М.:Мир,1989.

6.   Полевые транзисторы на арсениде галлия. Под ред. Дж. Лоренцо. - М.: Радио исвязь,1988.

7.   Шур М. Современные приборы на основе арсенида галлия. - М.:Мир,1991.

8.   Сугано Т., Икома Т., Такэси Е. Введение в микроэлектронику.1998.

9.   Закурдаев И.В.  Физические основы производства тонких чистых пленок для квантовых систем.

10. Быстров Ю.А. Мироненко И.Г. Электронные цепи и микросхемотехника: - М,: Высш.шк. 2002.

 

 

1. Введение

1.1. Микроэлектроника - исторически обусловленный этап развития электроники

ХХ в.- век электроники, атомной энергетики.

Попов, Маркони (радио), Флеминг (патент на электронную лампу).

Интенсивное развитие техники (связь, транспорт, автоматика, измерительная техника, информатика).

Основные вехи развития полупроводниковой электроники.

В 1948 г. - был изобретен первый точечный транзистор.

1953 г. – плоскостной транзистор (Бардин, Шокли, Браттейн).

1959 г. – Килби Дж. И Нойс Р. получили патент США на производство схем на одном кристалле (микросхем).

1961 г. – первая микросхема на 4-х транзисторах (триггер).

1963 г. – первая микросхема на  МОП-транзисторах (16 транзисторов).

1970 г. – диаметр подложки составляет D=50 мм, площадь кристалла S=20,минимальная ширина линии на подложке L=() мкм, число транзисторов на одном чипе составляет  N=.

1980 г. – D=100 мм, S=40, L=3 мкм, N=.

1995 г. – D=200 мм, S=100, L=1,2 мкм (это почти предел оптической литографии),N=.

 

 

Выделяют 4 этапа развития электроники:

1- электромеханические приборы,

2- электронные лампы,

3- логические схемы,

4- интегральные схемы системного применения (с программным обеспечением).

 

 

 

1- занимаются сельским хозяйством,

2- заняты промышленностью,

3- заняты в сфере обслуживания,

4- заняты в сфере информации (это те люди, которые занимаются сбором, накоплением, обработкой, распределением информации).

ХХI в.- век цифровой обработки информации.

 

 

1.2. Причины появления и развития микроэлектроники

Определяются двумя факторами:

1.Рост сложности и быстродействия радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).

2. Развитие полупроводниковой технологии.

Рост сложности и быстродействия радиоэлектронной аппаратуры приводит:

  • росту габаритов,
  • росту веса,
  • росту потребляемой мощности,
  • росту цены,
  • снижению быстродействия,
  • снижению надёжности.

Все эти вопросы призвана решать МЭл.

Оценим влияние перечисленных факторов

В сложной схеме должно быть около элементов. В 70-х г.г. один элемент занимал объём V= 0,5, весил p= () г и потреблял мощность w=10 мВт. Приблизительные параметры схемы (МС) в этом случае:

V=-такой объём занимает схема,

P= - вес схемы,

W=–потребляемая мощность.

Аппаратура с таким количеством элементов становится нетранспортабельной.

Цена её Ц будет складываться из цены элементов (Цэл) и цены сборки (Цсб). Пусть цена одного элемента 1руб., тогда:

Цэл =.

Ц=. + Цсб

Надо учесть ещё, что цена сборки обычно больше цены элементов на порядок.

 

Быстродействие такой схемы:

а=2 м - приблизительно сторона куба, объём которого занимает МС.

 

Диэлектрическая проницаемость кремния  =4 .

С учётом того, что для обработки сложного сигнала нужно итераций, время быстродействия t будет стремиться к минутам и часам.

Надёжность – вероятность безотказной работы в течение какого-либо периода времени.

 

-интенсивность (средняя частота) отказа в ед. времени.

-зависит от надёжности одного прибора и того, как собрана МС (контакты).

МЭл позволяет повысить надёжность 3-мя способами.

1) Все элементы очень малы и близки друг к другу, поэтому все изменения температуры  распространяются на все приборы, и во всех них меняются тепловые режимы.

2) Отсутствуют элементы пайки и сварки, так как все соединения выполняются внутри кристалла.

3) Резервирование:

а) пассивное – не требует вмешательства человека во включение резервных систем;

б) активное – требует вмешательства человека.

Чтобы произвести пассивное резервирование, нужно иметь несколько параллельных систем, выполняющих одну и ту же задачу.

Вставка рис.4

Если надёжность аппаратуры низкая, то:

1- это однократное резервирование,

2- двукратное.

 

Лекции полностью!

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить