Микроэлектроника яримўтказгич электроникаси ривожининг давоми ҳисобланади

1mavzu
Микроэлектроника яримўтказгич электроникаси ривожининг давоми ҳисобланади.
Электроникасининг бошланиши сифатида А.С. Поповнинг 1895 йил 7 майда электромагнит тўлқинни қайд қилишда қаттиқ жисм яримўтказгич хоссасидан фойдаланиши эътироф этилади.
Яримўтказгич электроникасининг ривожи 1948 йилда америкалик олимлар Шокли, Бардин ва Браттейн тамонидан транзистор ихтиро қилиниши билан боғлиқ.
1950 йили - ясси биполяр транзистор, 1952 йили майдоний (униполяр) транзисторнинг ихтиро қилиниши яримўтказгич электроникаси соҳасини вжудга келтирди.
Яримўтказгич электроникаси учун ўта тоза яримўтказгич ва бошқа материаллар ҳамда махсус технологик ва ўлчов қурилмалари таблаб қилинарди.
Шуллар асосида 1970 йилларга келиб микроэлектроника ривожлана бошлади.
Электрониканинг микросхемалар билан шуғулланадиган соҳасига микроэлектроника дейилади.
Замонавий микросхемалар технологик тайёрлаш жараёнига ва бажариш функцияларига қараб икки турга бўлинади: яримўтказгич (яхлит) ва қатламли микросхемаларга.
Яримўтказгич интеграл схема – бу компоненталари яримўтказгич пластинкасининг сирти қисмида тайёрланадиган яхлит микросхемадан иборат.
Аксариат ҳолларда интеграл схема тайёрлашда кремний кристали ишлатилади.
Бу турдаги интеграл схема (ИС) актив (диодлар, транзисторлар) ва пассив (қаршиликлар, конденсаторлар, индуктив ғалтаклар) компоненталардан ташкил топган бўлади.
Қатламли ИС –компоненталари таглик сиртига ҳар хил қатламларни ўтқизиш орқали тайёрланадиган микросхема ҳисобланади.
Диэлектрик таглик сифатида алюминий оксиди, шиша ва керамикалар қўлланилади.
Қатламли ИС асосан пассив элементлар - қаршиликлар, конденсаторлар ва индуктив ғалтакларни ташкил қилади.
Улардан асосан RC-фильтрлар тузилади.
Одатда дискрет актив элементлар ИСларда актив элементлар деб юритилади.
Бу элементлар асосан ихчамлаштирилган қобиқсиз диод ва транзисторлардан ташкил топган бўлади.
Микроэлектроника техногиясининг асосий масалалари қуйидагилар:
- минимал ҳажмда, кам энергия талаб, юқори ишончлиликка эга ва маълумотларни барқарор қайта ишловчи ИСларнинг максимал сондаги элементларини ҳосил қилишдан иборат.
Фақатгина технологик жараённи максимал автоматлаштириш микроэлектрониканинг ривожини таъминлайди.
Ҳозирги пайтда микроэлектроника ўзининг ривожланиш босқичига эришган, эндиликда соҳани янада ривожлантириш, қўйилаётган замонавий масалаларни ҳал қилиш учун наноэлектроника соҳаси вжудга кемоқда.
Яримўтказгичли интеграл микросхеманинг асосини n-р-n турдаги биқутбий транзистор ташкил қилади.
Биқутбий транзисторлар тайёрлашда асосан диффузион технология қўлланилади.
Транзисторлар тайёрлашда энг кенг қўлланилаётгани планар технология усули ҳисобланади.
Бу усулда интеграл транзисторлар компоненталари ягона технологик жараёнда яримўтказгичли пластинканинг бир сиртига тайёрланади.
Планар технология орқали интеграл транзисторларни тайёрлаш усули қуйидагича: биринчи навбатда механик ва кимёвий ишлов берилгандан сўнг, кремний пластинаси сиртига кремний икки оксиди (SiO2) 0.1-1мкм қалинликда ҳосил қилинади.
Бунинг учун, температураси 800-10000С бўлган кислородли муҳитда Si пластинаси оксидланади.
Кремний сиртидаги ҳосил бўлган SiO2нинг керакли жойларидан оптик литография услуби билан махсус тирқичлар очилади.
Очилган тирқич соҳасига киритмаларни диффузия қилиш орқали транзисторнинг коллектори ясалади.
Si пластинасининг бошланғич ўтказувчанлик турига боғлиқ равишда легирловчи киритма сифатида бор, фосфор ёки сурьма ишлатилади.Таглик сифатида n-ёки p-тур ўтказувчанликка эга бўлган Si пластинкалари ёки эпикасиал қатламли Si пластинаси ишлатилади.
Кейинги ҳолда қалинлиги 250-300 мкм бўлган р-тур Si пластинасида қалинлиги 15-20 мкм, солиштирма қаршилиги 0.5-1 Ом.см бўлган юпқа n-турли эпитаксиал қатлам ҳосил қилинади. Бу эпитаксиал қатлам транзисторнинг коллектор соҳаси вазифасини бажаради.
Кейинги технологик жараёнларда пластина сиртида яна SiO2 қатлам ҳосил қилинади, унга ёруғлик резисти ётқазилиб, кейин кристаллга тирқичлар очилади ва диффузия услуби билан транзистор эмиттер ва база соҳалари ҳосил қилинади.
ИМСларда асосан затвори изоляцияланган ва канали индукцияланган МДЯ–транзисторлар қўлланилади.
Транзистор каналлари р- ва n-турли ўтказувчанликка эга бўлиши мумкин.
МДЯ–транзисторлар фақат транзисторлар сифатида эмас, балки конденсаторлар ва резисторлар сифатида ҳам қўлланилади.
МДЯ – тузилмаларни яратишда элементларни бир – биридан изоляция қилиш операцияси мавжуд эмас, чунки қўшни транзисторларнинг исток ва сток соҳалари бир–бирига йўналган томонда уланган р-n ўтишлар билан изоляцияланган.
Шу сабабли МДЯ–транзсторлар бир–бирига жуда яқин жойлашиши мумкин, демак катта зичлик таъминланади.
Биполяр транзисторли ИМСларда асосий тузилмаси сифатида транзистор танланган.
Яримўтказгичли интеграл схемаларда диод сифатида интеграл транзисторларнинг битта p-n-ўтиши ишлатилади.
Бунда диодлар транзистор структурасини диод уланиши орқали ҳосил қилинади.
Диод сифатида ишлатиладиган транзисторнинг 5 хил уланиш вариантлари мавжуд.
Агар диод ясаш учун эмиттер – база ўтишдаги р-n ўтиш қўлланилса, у ҳолда коллектор – база ўтишдаги р-n ўтиш узик бўлади.
Интеграл диодларнинг параметрлари қуйидагилардан иборат:
1. Диоднинг ишдан чиқиш кучланиши Uтўғ, В;
2.Тескари ток каттталиги Iтес, нА;
3.Диоднинг сиғими (ишлатилаётган p-n ўтишнинг тўсиқ сиғими), пФ;
4.Тескари токнинг тикланиш вақти tт, нс.
База – эмиттер ва коллектор уланишда (б – расм) транзистор базаси эмиттер билан диоднинг аноди сифатида хизмат қилади.
Катод сифатида эса транзисторнинг коллектори ишлатилади.
Интеграл микросхемалар резисторлари яримўтказгич юпқа қатлами бўлиб, кристаллнинг керакли қисмларида, диффузион p-n ўтиш ясаш орқали ҳосил қилинади.
Бундай резисторларга диффузион резисторлар дейилади.
Диффузион резисторларнинг асосий параметрлари қуйидагилар:
1. Резистор қаршилигининг номинал қиймати, Ом;
2. Резистор қаршилигининг температуравий
коэффициенти, Ом/град.;
3. Максимал қувват (Рmax), Вт;
4. Максимал ток (Imax), А;
5. Максимал кучланиш (Umax), В.
Интеграл конденсаторлар сифатида p-n ўтишнинг тўсиқ сиғими ишлатилиши мумкин. Бу сиғим p-n ўтишга тескари кучланиш берилганда ҳосил бўладиган сиғимдир.
Бундан ташқари металл-диэлектрик- яримўтказгич структуралар сиғимини ҳам ишлатиш мумкин.
Р-n ўтишнинг тўсиқли сиғимини фойдаланиш интеграл конденсаторлар, интеграл микросхема таркибига кирувчи транзисторнинг ҳар қандай p-n ўтишдан тайёрланади.
Бу база-эмиттер ёки база-коллектор ўтишлари асосида амалга оширилади.
Интеграл конденсаторларнинг асосий параметрлари қуйидагилар:
1. Солиштирма сиғим, яъни бирлик юзага тўғри келувчи
сиғим қиймати, Ф/м2;
2. Мумкин бўлган максимал кучланиш, В;
3. Сиғимнинг температуравий коэффициенти, Ф / град;
4. Асллик
Функционал электроника —микроэлектрониканинг замонавий долзарб йўналишларидан бири ҳисобланади.
Функционал электроника асбобни битта яхлит ишловчи қурилма сифатида қарайди.
Функционал электроника йўналишлари:
Функционал акустоэлектроника,
Функционал магнитоэлектроника,
Функционал оптоэлектроника,
Функционал диэлектрик электроника,
Молекуляр электроника ва ҳ.к.
Акустоэлектроника — қаттиқ жисмларда юқорои частотали (20 кГц дан юқори частотали) аккустик тўлқинларнинг элект майдони ва электронлар билан ўзаротаъсирлашишларини ўрганувчи ва амалиётда қўлловчи фан ва техника соҳаси.
Аакустоэлектрониканинг учта асосий эффекти мавжуд: акустик тўлқинларни электрон ютиши, акустик тўлқинларнинг тезлигининг ўзгариши ва акустоэлектрик эффект.
Акустоэлектрон асбоблар маълумотларни ишлаш ва узатиш радиоэлектрон тизимларида, ҳажмдор акустик тўлқинлар тўсувчи линияларда ва кварц резонаторларида частотани барқарорлаш мақсадида ишлатилади.
Сирт акустик тўлқинларида ишловчи қуйидаги асбоблар ишлаб чиқилган ва кенг қўлланилмоқда:
- полосали фильтрлар, тўсувчи линиялар, частота синтезаторлари, сирт акустик тўлқинларини кучайтиргичлар, акусто-инжекцион транзистор, акустик тўлқин орқали заряд ташишга асосланган қурилма, тасвир санаш қурилмаси ва хотира қурилмаси.
Магнитоэлектроника соҳаси ишлаши электромагнетизм ва магнит индукцияси ҳодисаларига асосланган асбоблар грухини ўз ичига олади.
Гистерезис хоссасига асосланган магнит элементлари ЭҲМ қаттиқ дискларини тайёрлашда кенг қўлланилади, улар маълумотларни хотиралаш қурилмалари ҳисобланади.
Цилиндрик магнит доменлари (ЦМД) изолияцияланган, биржинсли магнитланган қўзғаллувчи ферро- ёки ферримагнетиклардан ташкил топган бўлади.
ЦМД олдиндан магнитланган, кучли бирўқли перпендикуляр анизотропияга эга монокристал феррит қатламларида кузатилади.
Феррит формуласи: MeO·Fe2O3 , бунда Ме – иккивалентли металл, Масалан: Mg, Ni, Ca, Cu, Zn. ЦМД ўлчамлари 1 – 5 мкм ни ташкил қилади.
Маълумот сигналини тарқатувчи ЦМД қуйидаги ғаройиб хоссаларга эга:
Ўзаро таъсирлашгунга қадар, таъсирлашиш пайтида ва таъсирлашишдан кейин тизимда исталганча узоқ вақт сақланади;
Икки ўлчамда эркин силжийди;
Манба ўчирилганидан кейин сақланади;
Ҳосил қилиш ёки бузиш бошқарилади;
Кузатиш орқали ва электр қайд қилинади;
Бошқа ЦМДлар билан диполли ўзаротаъсирлашади.
ЦМД асосида юқори маълумотлар зичлигига эга, кам қувват талаб, юқори тезликли (~10-7с) ва арзон хотира қурилмалари ясалади.
Бундай қурилмалардаги маълумот ёзиш зичлиги 104 – 105 бит/мм, ёзиш тезлиги – 106 бит/с.