Основные материалы полупроводниковых ИМС.
Полупроводниковые интегральные микросхемы представляют собой функциональные узлы, выполненные на одном кристалле полупроводника различными технологическими приемами обработки полупроводниковых материалов. Основными полупроводниковыми материалами, используемыми для изготовления твердых микросхем, являются кремний, германий и сапфир. Наибольшее распространение получили микросхемы, выполненные на кристалле кремния, так как его физико-химические свойства лучше, чем германия.
Так, например, использование кремния позволяет значительно (почти в 2 раза) расширить интервал рабочих температур (до 150 °С); обратный ток р-n-перехода у кремния в тысячу раз меньше, чем у германия. Кроме того, на поверхности кремния относительно легко можно получить тонкую окисную пленку, которая служит защитным покрытием при проведении ряда технологических процессов и предохраняет готовую микросхему от воздействия внешней среды. Кремний лучше обрабатывается, имеет большое объемное удельное электрическое сопротивление (до 10 000 Ом-см) и др.
Кремний получают в виде монокристаллических слитков восьми групп, каждая из которых имеет марки с буквенными обозначениями типа проводимости, например КЭФ — кремний электронной проводимости (я-типа), легированный фосфором; КДБ — кремний дырочной проводимости (р-типа), легированный бором.
Самостоятельная работа №16
Основные разработки топологии полупроводниковых ИМС.
Изготовление полупроводниковых ИМС осуществляют, используя два основных технологических процесса: диффузию примесей, создающих в полупроводнике область с типом проводимости, противоположным исходному, и эпитаксиальное наращивание слоя кремния на кремниевую подложку, имеющую противоположный тип проводимости.
Все элементы схемы формируются в так называемых островках, образованных в кристалле и изолированных между собой. Металлические полоски, необходимые для соединения элементов в электрическую схему, напыляют на поверхность пластины-кристалла. Для этого электроды всех элементов выводятся на поверхность пластины и 
размещаются в одной плоскости, в одном плане. Поэтому технология изготовления схем с помощью диффузии называется планарно-диффузионной, а с помощью эпитаксиального наращивания – эпитаксиально-планарной.
Исходным материалом для изготовления ИМС по планарно-диффузионной технологии является слабо легированная пластина кремния p-типа, на которую методом фотолитографии наносят защитный слой SiО2. Через окна в защитном слое производится диффузия примеси p-типа, в результате чего образуются островки, границы которых упираются снизу в защитный слой, что резко снижает возможность протекания токов утечки по поверхности. Между островками и подложкой образуется р-п-переход, к которому подключают напряжение таким образом, чтобы этот переход был заперт. В результате островки становятся изолированными друг от друга.
Исходным материалом при эпитаксиально-планарной технологии служит пластина кремния n-типа со слоем SiO2 (рис. а), в которой вытравливают продольные и поперечные канавки (рис. б). Полученную фигурную поверхность снова окисляют, создавая изоляционный слой диоксида кремния (рис. в). На этот слой эпитаксиально наращивают слой кремния собственной проводимости (рис. г), а верхний слой кремния n-типа сошлифовывают. Полученные таким образом островки (рис. д) надежно изолированы друг от друга фигурным слоем диэлектрика и емкость между ними существенно меньше, чем в предыдущем случае. Но такая технология ИМС сложнее и стоимость их изготовления выше.
Самостоятельная работа №17
Основные показатели качество и надежности ИМС.
Надежность интегральных микросхем: задается или рассчитывается при проектировании, обеспечивается при изготовлении и поддерживается в процессе эксплуатации. Надежность интегральных микросхем определяется в основном интенсивностью катастрофических отказов. Среди последних наибольший удельный вес имеют отказы схем из-за некачественных соединений. На надежность интегральных микросхем существенно влияет электрическая нагрузка. Под действием протекающего через схему тока вследствие локального перегрева на дефектных участках.
Другим фактором, влияющим на надежность интегральных микросхем, является температура. Правда, благодаря особенностям технологии кремниевых интегральных микросхем ее влияние на их надежность гораздо меньше, чем иа некоторые другие полупроводниковые схемы, в особенности на германиевые. Изменение параметров интегральных микросхем начинается при температуре выше 300 С.
Важным вопросом является оценка количественных пюказате-лей надежности интегральных микросхем а этапе проектирования. Такая оценка, хотя и весьма приближенная, дает возможность сопоставить результаты расчета с заданными требованиями по надежности.
Самостоятельная работа №18
Основные понятия о криоэлектронике.
Криогенная электроника — направление электроники, охватывающее исследование при криогенных температурах (ниже 120 К) специфических эффектов взаимодействия электромагнитного поля с носителями зарядов в твердом теле и создание электронных приборов и устройств, работающих на основе этих эффектов, — криоэлектронных приборов.
Криоэлектроника — одна из основных и весьма перспективных отраслей науки. Для работ в области криоэлектроники характерен большой размах лабораторных исследований. Показательными являются работы по созданию сверхпроводящих накопителей энергии большой ёмкости.
Перспективы развития Криоэлектроники связаны с поисками новых материалов, в частности относительно высокотемпературных сверхпроводников, например на основе металлооксидов, совершенствованием технологии создания элементов микронных и субмикронных размеров, развитием криогенной техники и т.д.
К основным направлениям разработок в области Криоэлектроники относятся:
1) повышение частотного диапазона криоэлектронных приёмно-усилительных систем;
2) освоение миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн на основе смесительных, сверхпроводниковых устройств с малыми шумами;
3) совершенствование и пром. выпуск ИК приёмников различного уровня охлаждения;
4) создание и выпуск сверхпроводниковых приборов для вычислительной техники и т.д.
