Большая Советская Энциклопедия (ПО)

Большая Советская Энциклопедия

Очень жёсткие требования предъявляются к условиям производства изделий П. э. Газовая среда, в которой проходят некоторые, наиболее важные технологические процессы, должна подвергаться тщательной осушке и обеспыливанию. Содержание в ней влаги измеряется долями процента и оценивается по температуре газа, при которой наступает конденсация влаги (по точке росы). Если в цеховой атмосфере поддерживается т. н. комфортная влажность (соответствующая относительной влажности 50—60%), то в специальные боксы (скафандры), в которых осуществляется, например, сборка изделий (рис. 3 ), подаётся воздух, азот или аргон, осушенный до точки росы, равной — (50—70) °С. Один из наиболее серьёзных врагов ПП производства — пыль. Одна пылинка размером в несколько мкм, попавшая на поверхность пластины в ходе процессов фотолитографии , почти всегда приводит к неисправимому браку. В зависимости от сложности изделия и некоторых др. требований запылённость воздуха на рабочем месте возле обрабатываемой ПП пластины должна составлять

не более 4000 пылинок на м³ . Столь низкий уровень запылённости обеспечивается оборудованием внутри цехов т. н. чистых комнат, доступ в которые разрешается только ограниченному кругу лиц. Персонал, работающий в чистых комнатах, переодевается в специальную одежду и проходит к рабочему месту через герметичные шлюзы, где производится обдув одежды и удаление пыли. В чистых комнатах до 300 раз в час совершается полный обмен воздуха с пропусканием его через соответствующие фильтры. Совершенно обязательно соблюдение персоналом требований личной гигиены: регулярное и тщательное мытьё рук, ношение специальной одежды, перчаток, шапочек и косынок и т.д. Все эти меры являются совершенно необходимым условием для обеспечения высоких экономических показателей и качества выпускаемой продукции, в том числе надёжности изделий.

Совершенствование радиоэлектронной аппаратуры (на базе достижений П. э.). Считается, что аппаратура на электронных лампах — это первое поколение электронной аппаратуры, на дискретных ПП приборах — второе поколение, на интегральных микросхемах — третье поколение. Появление плоскостных диодов и транзисторов дало возможность перейти к замене электровакуумных приборов полупроводниковыми. Это позволило в десятки раз уменьшить массу и габариты аппаратуры, понизить потребляемую ею мощность, повысить надёжность её работы. Практическим пределом миниатюризации электронной аппаратуры с помощью дискретных элементов стала микромодульная конструкция (см. Микромодуль ). Дальнейшее уменьшение габаритов аппаратуры путём уменьшения размеров дискретных деталей и элементов привело бы к значительному росту трудоёмкости сборки и, что особенно опасно, к резкому снижению надёжности аппаратуры за счёт ошибок и недостаточно высокого качества соединений. Переход к интегральной микроэлектронике явился качественным скачком, открывшим возможность дальнейшего уменьшения габаритов и повышения надёжности электронного оборудования; появилась возможность включать в состав интегральной микросхемы различные электропреобразовательные приборы, приборы оптоэлектроники , акустоэлектроники и приборы др. классов.

Новые принципы изготовления электронных устройств, развившиеся, с одной стороны, из техники печатного монтажа (гибридные интегральные микросхемы) и, с др. стороны, из техники группового изготовления многих элементов на одном кристалле (монолитные или ПП интегральные микросхемы), увеличили эквивалентную плотность упаковки элементов (транзисторов, диодов, резисторов) до нескольких тысяч и десятков тысяч элементов в см² . Так началась микроминиатюризация электронной аппаратуры. Интегральная микросхема потребовала решения задач схемотехники. П. э. в своём развитии вступила в фазу микроэлектроники .

Развитие микроэлектроники характеризуется быстро нарастающим уровнем интеграции: от нескольких эквивалентных диодов и транзисторов в одном корпусе к изготовлению больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) интегральных микросхем. Число функциональных элементов в них может составлять несколько тысяч и даже несколько десятков тысяч (рис. 4 ). Т. н. многокристальные СБИС могут объединять в одном корпусе несколько кристаллов БИС и дискретных бескорпусных диодов и транзисторов, образующих, например, всю электронную часть вычислительной машины, включая и электронную память. При создании таких сложных устройств электронной техники приходится решать уже не только схемотехнические задачи, но и задачи системотехники . Увеличение степени интеграции привело к реализации тех или иных свойств, присущих дискретным приборам, например усилительных (как у транзистора), выпрямляющих (как у диода), в объёмах кристалла, имеющих размер всего лишь несколько десятков или сотен межатомных расстояний. Намечается переход к использованию свойств, распределённых по объёму кристалла, т. е. переход от интеграции электронных приборов с функциями, сосредоточенными в каком-либо объёме, к интеграции функций, распределённых по всему объёму кристалла. Так зарождается четвёртое поколение электронной аппаратуры.

Продукция П. э . Номенклатура ПП приборов исключительно широка, она насчитывает десятки тыс. типов приборов, в основном кремниевых. Мировая промышленность выпускает (1974) свыше 10 млрд. дискретных ПП приборов и более 1 млрд. интегральных микросхем в год. Развитие микроэлектроники не отразилось существенным образом на темпах роста выпуска дискретных ПП приборов; потребность в них, по-видимому, будет сохраняться ещё длительное время. Появление разнообразнейших ПП приборов позволило осуществить сложные, зачастую принципиально новые электронные устройства и создать самостоятельную отрасль электронной промышленности — промышленность, производящую дискретные ПП приборы и интегральные микросхемы.

Выпускаемые промышленностью изделия П. э. характеризуются высокими эксплуатационными свойствами: они могут работать в диапазоне температур от —60 до +200 °С, выдерживать значительные механические и климатические нагрузки (вибрации, удары, постоянные ускорения, циклические изменения температуры, воздействие влаги и т.д.); они характеризуются интенсивностью отказов ~10^{– 6} —10^{– 9} отказа в час в реальных условиях эксплуатации.

Перспективы развития . Развитие П. э. происходит в направлении быстрого возрастания степени интеграции, которая часто достигает 10—20 тыс. ПП приборов на одном кристалле (1975), а также в направлении повышения мощности и частоты электромагнитных колебаний, преобразуемых в одном ПП приборе (до сотен вт и десятков Ггц ), в том числе создания ПП генераторов и усилителей миллиметрового диапазона. Наряду с интеграцией большого числа сходных приборов развивается также интеграция в одной микросхеме приборов, использующих различные физические принципы. При этом, помимо физических процессов в полупроводниках, используют процессы в диэлектриках, сверхпроводниках (например, Джозефсона эффект ), магнитных плёнках и т.д. ПП элементы, например холодные катоды с полупроводниковыми гетеропереходами , ПП аноды с p—n– переходом, в котором происходит умножение тока, матричные мишени видиконов , содержащие 0,5—1 млн. фотодиодов, проникают также в вакуумную электронику, позволяя существенно усовершенствовать некоторые типы электровакуумных приборов.

Лит.: Иоффе А. Ф., физика полупроводников, [2 изд.], М. — Л., 1957; Федотов Я. А., Основы физики полупроводниковых приборов, М., 1970; Интегральные схемы, пер. с англ., М., 1970; Пасынков В. В., Чиркин Л. К., Шинков А. Д., Полупроводниковые приборы, М., 1973; Кремниевые планарные транзисторы, под ред. Я. А. Федотова, М., 1973.

А. И. Шокин.

Рис. 4. Большая интегральная микросхема для электронных часов. В кристалле кремния с активной площадью около 3 мм² создано 1438 n- и р-канальных полевых транзисторов, образующих посредством двухслойной системы связей микро-ЭВМ, которая ведёт отсчёт текущего времени суток (секунд, минут, часов), дней недели, дат; расходуемая мощность не более 10 мквт .

 Рис. 1. Универсальная ионнолучевая установка «Везувий-1» (СССР) с энергией ионов до 200 кэв , позволяющая осуществлять ионное легирование полупроводниковых материалов практически любыми примесями: 1 — пульт управления; 2 — источник и ускоритель ионов; 3 — магнитный сепаратор ионов; 4 — камера легирования.

Рис. 3. Участок цеха, в котором производится чистая сборка полупроводниковых приборов.

Рис. 2. Структура мощного СВЧ кремниевого транзистора, позволяющего получить мощность 5 вт на частоте 2 Ггц (фотография; увеличено). Транзистор содержит 234 эмиттера с размерами 1,5'30 мкм и 18 стабилизирующих резисторов; 18 алюминиевых проволочек соединяют кристалл прибора с выводами.

Полупроводниковые материалы

Полупроводнико'вые материа'лы , полупроводники , применяемые для изготовления электронных приборов и устройств. В полупроводниковой электронике используют главным образом кристаллические П. м. Большинство из них имеет кристаллическую структуру с тетраэдрической координацией атомов, характерной для структуры алмаза .

Значительную роль в развитии полупроводниковой техники сыграл селен : селеновые выпрямители долгое время оставались основными полупроводниковыми приборами, получившими массовое применение.

В начале 70-х гг. 20 в. наиболее распространённые П. м. — кремний и германий . Обычно их изготовляют в виде массивных монокристаллов , легированных различными примесями. Легированные монокристаллы Si с удельным сопротивлением 10^{– 3} —10⁴ом xсм получают преимущественно методом вытягивания из расплава (по Чохральскому), а легированные монокристаллы Ge с удельным сопротивлением 0,1—45 ом xсм получают, кроме того, зонной плавкой . Как правило, примесные атомы V группы периодической системы (Р, As и Sb) сообщают кремнию и германию электронную проводимость, а примесные атомы III группы (В, Al, Ga, In) — дырочную. Si и Ge обычно используют для изготовления полупроводниковых диодов , транзисторов , интегральных микросхем и т.д.