Александр Иванович Шокин. Портрет на фоне эпохи
Шрифт:
Это приборы, которые позволяют одновременно и независимо отображать на экране в разных цветах информацию в виде букв, цифр, условных символов и в виде радиолокационного и телевизионного изображений, совмещенных с картой местности; это и осциллографические приборы, позволяющие длительное время наблюдать осциллограммы однократно прошедших и исчезнувших сигналов; это и электронно-оптические приборы, дающие возможность видеть при отсутствии видимости.
В качестве примера рассмотрим суперортикон, «видящий» при освещенности, в 100 раз меньшей освещенности в условиях самой темной южной ночи. 500 000 сверхчувствительных элементов его фотокатода являются
Одним из элементов этого суперортикона является, например, мелкоструктурная сетка, содержащая на площади 7 см2 630 тыс. отверстий.
Полупроводниковая электроника
Полупроводниковые приборы, пришедшие на смену многим электровакуумным приборам, выполняют в аппаратуре функции преобразования электрических токов, обеспечивая превращение переменного тока в постоянный (выпрямление), постоянного тока – в переменный (инвертирование), усиления слабых электрических сигналов, генерирования мощности высокой и сверхвысокой частоты, преобразования в электрическую энергию других видов энергии (световой, тепловой, механической и т. п.).
Принцип действия полупроводниковых приборов основан на управлении потоком электронов в монокристаллическом полупроводнике – кремнии, германии, арсениде галлия и др.
Современные радиоэлектронные полупроводниковые приборы могут работать на частотах до 10 000 МГц с уровнем мощности в единицы и десятки ватт и давать усиление электрического сигнала на один каскад в сотни и тысячи раз. Мощность современного транзистора достигает двух киловатт.
Представление о размерах активных областей полупроводниковых приборов можно получить на примере мощного генераторного СВЧ-транзистора, в котором толщина активной области укладывается в несколько длин волн видимого света, а ее площадь умещается на срезе волоса (рис. 8).
Другой тип СВЧ-транзистора состоит 180 единичных транзисторов, многослойно размещенных на одном кристалле.
Технологический процесс изготовления полупроводникового прибора основан на ряде прецизионных обработок исходного монокристаллического материала – механической, электрохимической, фотохимической, термохимической, электронно-ионно-лучевой и др. Всего в технологическом процессе насчитывается до 275 операций, из них порядка 50 – контрольные. Полный технологический цикл изготовления прибора занимает 1,5–2,5 месяца.
Рис. 8. Мощный СВЧ транзистор
Важно подчеркнуть, что в течение всего технологического цикла обрабатывается один и тот же кристалл и брак на любой из 275 операций делает бесполезными все предшествующие операции; исправление брака полностью исключается.
В технологическом процессе применяется более ста вспомогательных материалов, таких как сверхчистые редкие металлы, сверхчистые кислоты, щелочи, органические растворители, спектрально чистые газы – водород, аргон, азот, кислород, сложные газовые смеси, сверхчистая вода и т. д.
Для получения приемлемого процента выхода годных приборов технологический выход на любой операции обработки кристалла должен быть не ниже 0,999. Этим и объясняется особое внимание, которое обращено в полупроводниковом производстве на контрольные операции. На рис. 9 показан завод, выпускающий полупроводниковые приборы.
Технологический участок по выпуску приборов производительностью в 1 млн шт. в год содержит от 140 до 230 единиц технологического
Вследствие исключительно малых (микронных и субмикронных) размеров активных структур приборов, применения сверхчистых веществ и ряда фотомеханических процессов предъявляются особые требования к чистоте атмосферы сборочных цехов, температуре и влажности воздушной среды.
Надежность полупроводниковых приборов очень высока, интенсивность отказов в эксплуатации составляет для лучших приборов менее 10– 9 отказов в час, что соответствует одному отказу из 1 млрд приборов, работающих в течение часа, или одному из 1 млн приборов, работающих 1000 часов.
Рис. 9. Завод, выпускающий полупроводниковые приборы
Рис. 10. Цех по производству полупроводниковых приборов
Пятилетний план развития электронной промышленности на 1971–1975 гг. предусматривает дальнейший значительный рост выпуска полупроводниковых приборов.
Микроэлектроника
Усложнение электронных систем управления, жесткие требования ракетной, авиационной и космической техники поставили перед электроникой задачу: повысить надежность приборов и резко снизить их габариты, вес и потребляемую мощность. Решение этой задачи оказалось возможным только на базе микроэлектронной техники, на базе интегральных схем. Интегральные схемы – это функционально законченные электронные устройства, состоящие из многих электронных компонентов. В больших интегральных схемах число компонентов доходит до 2000 на одной подложке, а в обычных – от 10 до 50. Ряд таких схем представлен на рис. 11.
На рис. 12 показана интегральная схема и эквивалентное ей количество дискретных компонентов.
Полупроводниковые микроэлектронные схемы формируются на кремниевых пластинах, диаметр которых составляет 25 или 40 мм (в настоящее время ведется работа по освоению пластин диаметром 80 мм). На такой пластине создается от 2500 до 60 000 отдельных электронных приборов; это сотни и тысячи интегральных схем.
Основным фактором повышения производительности труда при организации массового выпуска интегральных схем является широкое использование групповых технологических процессов, позволяющих, несмотря на сложность оборудования, выпускать схемы, доступные по цене для любого потребителя.
Рис. 11. Интегральные схемы различных типов
Рис. 12. Интегральная схема и эквивалентное ей количество дискретных компонентов
Считается, что около 70 % функциональных схем во всех типах электронной аппаратуры может быть заменено интегральными схемами. Так, например, современный радиовещательный приемник может быть собран на пяти интегральных схемах. В дальнейшем дискретные приборы не исчезнут, но по мере совершенствования и снижения стоимости интегральных схем последние будут все больше применяться в крупносерийной аппаратуре.