59. Основы микроэлектронной техники. Основные понятия и определения. Классификация микроэлектронных устройств

- область электроники, охватывающая проблемы создания электронных устройств в микроминиатюрном интегральном исполнении. Осн. практич. продукция M. - интегральные схемы (ИС), к-рые служат элементами ЭВМ (и техн. средств искусств, интеллекта), автоматизации, систем управления и связи.В ИС нелинейные твердотельные приборы, детали структуры к-рых имеют микронные размеры (микроприборы), и линии связи между ними формируются в едином технол. процессе на общей пластине - подложке (интегральная технология). Важнейшие приборы, входящие в состав PIC: транзисторы (биполярные, полевые), их комплементарные пары ( п-р-п- - р-п-р; n -канальные и р -канальные); энергозависимые транзисторы (напр., с плавающим затвором); диоды твердотельные (на p- n- переходах, диоды Шоттки); приборы с зарядовой связью (передача заряда в цепях из тысяч МДП-элементов, см. МДП-структура), на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД), на доменных стенках и линиях. Разрабатываются новые типы транзисторов: с баллистич. пролётом электронов (без рассеяния на дефектах и фононах), с двумерным электронным газом, с проницаемой базой (внутри базы расположена металлич. решётка, играющая роль сетки) и др.Внутр. линии связи ИС (электрич., оптич., в т. ч. волоконные, магн., акустические) обеспечивают обмен сигналами и согласованное протекание множества процессов, локализованных в объёме кристалла. T. о., наряду с интеграцией элементов в M. достигается интеграция нелинейных физ. явлений. Системы микроприборов и связей между ними образуют единое устройство - информац. автомат, к-рый выполняет функции хранения, обработки и обмена данными с внеш. миром (человеком, др. автоматами, техн. объектами, включая роботов и исполнит, механизмы), моделирование физ. и др. процессов, вывод сигналов, управляющих разл. устройствами.Степень интеграции N- число транзисторов или их функциональных групп (т. н. логич. "вентилей", ячеек памяти и др.) в одной ИС - показатель её сложности. С возникновением M. (50-60-е гг. 20 в.) N непрерывно растёт: (для крупносерийных логич. ИС) и (для лучших образцов схем памяти), где - "возраст" M. (с 1960). Тридцатидвухразрядные микропроцессоры, т. н. транспьютеры, и др. суперкристаллы имеют и реализуют центр, часть ЭВМ с производительностью ~10⁷ операций в 1 с, устройства самодиагностики и даже "саморемонта". Ультрабольшие ИС памяти имеют ёмкость до 2²⁴ бит (16 мегабит).Уровень миниатюризации. Мин. размер l₀ "деталей" внутр. геометрии ИС (ширина проводников, длина канала полевого транзистора и т. п.) - осн. показатель уровня миниатюризации. Уменьшение l₀, связанное с возможностями микролитографии, на к-рой основано формирование внутр. геометрии ИС, происходит со CD. скоростью, определяемой соотношением l₀ = (50- . В пром. ИС l₀ = 1,5-2,5 мкм, в лучших ИС мкм (1987). С уменьшением l₀ увеличивается быстродействие и снижается энергопотребление элементов, но усложняются физ. процессы, их тео-ретич. анализ, проектирование и оптимизация. В нач. период развития M. (при мкм) нелинейные электронные процессы локализовались в активных областях отд. транзисторов (напр., в базе биполярных транзисторов). Оптимизация при этом была основана на одномерных моделях (приближение бесконечных плоских r- n -переходов), и проектирование И С "наследовало" осн. принципы проектирования электронных схем на дискретных приборах. При мкм нелинейные явления внутри транзисторов и активные связи между ними ("паразитные" транзисторы) осложнили применение этой модели, а при мкм "лавинное" нарастание этих явлений, влияние сильного электрич. поля и горячих электронов потребовали перехода к нелинейным двумерным, а затем трёхмерным моделям, аналитически не разрешимым и требующим расчёта на ЭВМ. Нелинейным становится и поведение внутр. связей. Абс. величина тока снижается , а сечений линий плотность тока возрастает, и разогрев проводников в сочетании с сильным электрич. полем и высокой плотностью тока вызывает перенос ионов и атомов прямым дрейфом или электронным ветром. При мкм достигается оптимум, ниже к-рого быстродействие перестаёт возрастать, а энергопотребление транзисторов перестаёт снижаться. Их др. характеристики также ухудшаются. Кроме того, начинают развиваться нежелательные коллективные электронные процессы. T. о., мкм - нижний физ. предел M., основанный на классич. принципах синтеза схем. Теоретич. предел быстродействия ~10^-12 с (системные ограничения обусловлены процессами внутрисхемной передачи сигналов, задержки сигналов, согласованием линии связи и их помехозащищённостью и др.).