Слайд 2
Микроэлектроника в современном мире
Микроэлектроника - это современная квинтэссенция
электроники, в которой ее информационные свойства достигают максимума, то
есть плотность потоков информации на единицу веса намного превосходят таковую в остальной электронике, а тем более в электротехнике. Задача микроэлектроники - сугубо обработка информации.
Также, как в свое время электроника выделилась из электротехники своими информационными функциями, - сначала лишь передачей информации (телеграфия XIX века, телефония на рубеже XIX - XX веков, радиотехника в первой половине XX века), а затем управлением (релейная техника, управление электрическими сетями и электроприводом), сбором и обработкой информации, так же и микроэлектроника выделилась из электроники, как ее передовая часть, с еще большим превалированием информационных потоков над энергетическими и вещественными. Микроэлектроника родилась не сразу, а эволюционно, в течение многих десятилетий.
Слайд 3
Исторические этапы микроэлектроники
На первом этапе технология электроники опиралась
на навесной радиотехнический монтаж: навесные детали, паяные соединения монтажным
проводом, клеммники, разъемы. Этот этап длился около столетия - с середины XIX века по середину XX века.
В 1940-х годах появилась новая технология - печатные платы. Их изготовляли методом фотолитографии с последующим травлением фольгированных диэлектрических листов, печатных плат. Новая технология позволила сократить затраты ручного труда на пайку и монтаж. Электронные устройства стали более миниатюрными, модульными, легкими, устойчивыми к механическим воздействиям, более надежными благодаря замене навесных проводов печатными проводниками, плотно приклеенными к основанию платы.
Слайд 4
В связи с изобретением точечного германиевого транзистора в 1948
году в лаборатории Bell Telephone Laboratories и созданием плоскостных
кремниевых транзисторов в 1953 году на фирме Texas Instrument Incorporation и налаживанием их группового производства.
В 1960-х годах появились первые микросхемы - гибридные интегральные схемы на основе тонкопленочной технологии, когда проводники изготавливались напылением металла на тонкие диэлектрические (обычно стеклянные) пластинки - подложки. На них пайкой монтировались бескорпусные электронные компоненты: транзисторы, диоды, емкости и резисторы. Последние часто изготавливались напылением резистивного слоя на стеклянную подложку.
Слайд 5
После создания первой интегральной схемы на основе монокристаллической
полупроводниковой технологии в 1961 году на фирме Fairchild Semiconductor,
представляющей собой триггер, состоящий из четырех биполярных транзисторов и двух резисторов, началось развитие настоящих полупроводниковых микросхем, которые вначале часто использовались как электронные компоненты гибридных микросхем. Таким образом, в 1970-х годах произошел поворот электронной промышленности к разработке всё более сложных микросхем, использующих лишь единственный кристалл кремния ("чип").
Слайд 6
Современные этапы развития
Современный этап развития электроники характеризуется широким
применением интегральных микросхем (ИМС). Это связано со значительным усложнением требований и
задач, решаемых электронной аппаратурой, что привело к росту числа элементов в ней. Число элементов постоянно увеличивается. Разрабатываемые сейчас сложные системы содержат десятки миллионов элементов. В этих условиях исключительно важное значение приобретают проблемы повышения надежности аппаратуры и ее элементов, микроминиатюризация электронных компонентов и комплексной миниатюризации аппаратуры. Все эти проблемы успешно решает микроэлектроника.
Слайд 7
Разработка любых ИМС представляет собой довольно сложный процесс,
требующий решения разнообразных научно-технических проблем. Вопросы выбора конкретного технологического
воплощения ИМС решаются с учетом особенностей разрабатываемой схемы, возможностей и ограничений, присущих различным способам изготовления, а также технико-экономического обоснования целесообразности массового производства.
Эти вопросы находят решение путем использования двух основных классов микросхем − полупроводниковых и гибридных. Оба эти класса могут иметь различные варианты структур, каждый из которых с точки зрения проектирования и изготовления обладает определенными преимуществами и недостатками. По своим конструктивным и электрическим характеристикам полупроводниковые и гибридные интегральные схемы дополняют друг друга и могут одновременно применяться в одних и тех же радиоэлектронных комплексах.
Слайд 8
Интеграция дискретных элементов электронной техники – то, на
чём базируется современная микроэлектроника. Принцип состоит в том, что
каждый элемент схемы формируется отдельно в полупроводниковом кристалле. В ИМС можно выделить области, представляющие собой активные (диоды, транзисторы) и пассивные (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности) элементы. В интегральной микроэлектронике сохраняется главный принцип дискретной электроники, основанной на разработке электрической схемы по законам теории цепей. Этот принцип неизбежно связан с ростом числа элементов микросхемы и межэлементных соединений по мере усложнения выполняемых ею функций.
Слайд 9
Проблемы производства ИМС
Повышение степени интеграции микросхем и связанное
с этим уменьшение размеров элементов имеет определенные пределы. Интеграция
свыше нескольких сотен тысяч элементов (в отдельных случаях и миллионов) на одном кристалле оказывается экономически нецелесообразной и технологически трудно выполнимой.
Слайд 10
Функциональная микроэлектроника
Слайд 11
Функциональная микроэлектроника предполагает принципиально новый подход, позволяющий реализовать определенную
функцию аппаратуры без применения стандартных базовых элементов, основываясь непосредственно
на физических явлениях в твердом теле. В этом случае локальному объекту твердого тела придаются такие свойства, которые требуются для выполнения данной функции, и промежуточный этап представления желаемой функции в виде эквивалентной электрической схемы не требуется. Функциональные микросхемы могут выполняться не только на основе полупроводников, но и на основе таких материалов, как сверхпроводники, сегнетоэлектрики, материалы с фотопроводящими свойствами и др. Для переработки информации можно использовать явления, не связанные с электропроводностью (например, оптические и магнитные явления в диэлектриках, закономерности распространения ультразвука и т.д.).
Слайд 12
Таким образом, функциональная микроэлектроника охватывает вопросы получения специальных
сред с наперед заданными свойствами и создания различных электронных
устройств методом физической интеграции, т.е. использования таких физических принципов и явлений, реализация которых позволяет получить приборы со сложным схемотехническим или системотехническим функциональным назначением.
Слайд 13
Наиболее востребованные направления микроэлектроники
1) Операционные усилители . Такие
усилители используются для аналоговых приборов и являются, своего рода
мини-калькулятором (выполняют различные математические действия и операции).
2) Преобразователи аналогового сигнала устройства в цифровой режим.
Слайд 14
3) Логические микросхемы. Микросхемы различных типов логических задач
позволяют расширить операционные возможности различных систем.
4) Различные виды и
типы микроконтроллеров, которые применимы во многих мобильных и компьютерных устройствах.
5) Беспроводные коммуникаторы, приемники и передатчики.
6) Модули с необходимыми протоколами нашли свое применения во всех видах производства и эксплуатации различных электронных механизмов.
Слайд 15
Применение всех видов микроэлектронных устройств в производственных мощностях
и вспомогательных устройствах различных направлений в комплексе дает возможность
решить самые сложные и изощренные операционные задачи.
