ЮНЫЙ ТЕХНИК

второе дыхание популярного журнала         

Юный техник

 
 

Главное меню

Популярное

 

 

 

 

 

 

Юный техник » Номер 3 1981 год » Микроэлектроника наших дней

Номер 3 1981 год

Микроэлектроника наших дней

Приглашаем на экскурсию. Куда? Об этом вы узнаете в це­хе. Но, прежде чем пройти че­рез двойные двери, придется переодеться: снять костюм, об­лачиться в чистейшие халаты, на­деть шапочки так, чтобы спря­тать прическу, и пластиковые тапочки.

Вот теперь можно войти. И мы оказываемся в большом светлом помещении, стены которого об­лицованы мраморными плитами и стеклянными панелями. Для красоты?.. Нет. Стекло и мра­мор — материалы, к которым меньше всего прилипает пыль.

В помещении — установки, скрытые белыми и светло-серыми кожухами. Между ними — лента конвейера. Конвейер тоже упрятан в кожух. Только через смотровые окошки видна движу­щаяся лента.

В стенках кожуха сделаны от­верстия для рук. Просунем туда руку — и она оказывается в пер­чатке с присосками. Присоской можно взять «нечто», которое делают здесь, — маленькую, размерами в клеточку школьной тетрадки, блестящую пластиноч­ку, поднести к объективу микро­скопа, что находится рядом с рабочим местом. Поверхность пластинки покрыта тончайшим хитроумным узором, по сравне­нию с которым еле заметное тиснение на коже пальцев ка­жется таким же грубым, как рисунок на асфальте рядом с живописной миниатюрой искус­ного мастера!

Узор напоминает чертеж, план неведомого города с магистраля­ми, переулками, тупиками.

Вы, наверное, догадались, что мы попали в цех завода полупроводниковых приборов. А пла­стинка с узором — интегральная схема.

Почему она такая маленькая? Почему здесь такая чистота? Прежде чем ответить на эти во­просы, выйдем из сборочного цеха и отправимся туда, где ин­тегральные схемы начинают свой путь в производство.

...В конструкторском бюро об­становка обычная. У кульманов и за письменными столами идет работа. Всюду чертежи. Вот прин­ципиальная электрическая схема полупроводникового устройства, вот тщательно вычерченные графики каких-то характеристик, вот на большом листе ватмана начерчен почти такой же план неведомого города, как тот, что мы видели под микроскопом.

— Перед вами оригинал новой интегральной схемы, которую мы собираемся запустить в произ­водство, — сказал конструктор.— Когда он будет готов, мы сде­лаем с него несколько масок...

Что такое маски, легче всего пояснить на таком примере.

Художник нарисовал цветной ри­сунок (ну хотя бы такой, как те, что вы видите на страницах жур­нала) и принес его в редакцию. Из редакции рисунок попадает в типографию. Здесь его несколько раз, с разными светофильтрами, переснимают на цветную пленку и получают так называемые раз­дельные негативы, для каждого цвета свой. Зачем это нужно? Известно, что основными цвета­ми являются красный, голубой и желтый. Смешивая их, можно получить все остальные.

Маска, подобно клише, — часть схемы. На одной маске обозначены места для всех ре­зисторов, на другой — для всех конденсаторов, на третьей — для всех проводников...

Оригинал готов. С этого мо­мента начинается путешествие Гулливера в страну лилипутов. Впрочем, что там лилипуты! Каж­дый был меньше Гулливера всего лишь раз в двадцать. Здесь же метрового размера оригинал уменьшается до квадратика раз­мерами 5X5 мм. Подсчитайте-ка уменьшение...

Теперь вы понимаете, почему на заводе полупроводниковых приборов гигиена строже, чем в клинике? Любая пылинка, попав­шая в процессе изготовления на заготовку, может вывести из строя изделие: перемкнуть про­водники, изменить характеристи­ки транзистора...

Эта настольная микро-ЭВМ не только ведет расчеты, но и за­писывает все промежуточные ре­зультаты.

Для изготовления транзисторов и интегральных схем необходимы германиевые и кремниевые кристаллы очень высокой чистоты. «Если очистка материалов до со­тых долей процента считалась раньше пределом, то теперь речь идет о миллионных долях, а ино­гда и миллиардных долях про­цента», — говорил по этому по­воду основоположник полупроводниковой техники в нашей стране академик А. В. Иоффе. То есть один атом примеси дол­жен приходиться на сто милли­ардов атомов кремния! Вот в чем еще одна причина поддержания особой чистоты производства.

Выращенные сверхчистые крис­таллы режут алмазными пилами на тоненькие, в доли миллимет­ра, пластинки, полируют до зер­кального блеска, наращивают слой окиси, которая служит за­щитной пленкой, и наконец нано­сят слой фоторезиста — свето­чувствительной эмульсии, которая в принципе мало чем отличается от той, что покрывает фото­бумагу.

Теперь все готово к началу главного технологического про­цесса фотолитографии. Сквозь маску на заготовку направляется пучок света, и на поверхности фик­сируется рисунок. После этого производится фотообработка. За­тем с засвеченных участков удаляют защитную пленку. Те­перь в тех местах образуются «окошки», сквозь которые внутрь вводят примеси п-типа (см. «По­дробности для любознательных»). Потом берут вторую маску и все операции повторяют снова. Сюда вводят примеси р-типа. Так обра­зуются микротранзисторы. С по­мощью третьей маски напыляют микронную пленку золота или серебра — эти металлы хорошо проводят электрический ток, их используют в качестве проводни­ков. Четвертая маска укажет место для островков тончайшей угольной пыли — будущих рези­сторов... И в конце технологиче­ской линии мы получаем гото­вую интегральную схему.

Первые интегральные микро­схемы насчитывали всего десятки элементов. Потом научились делать БИСы — большие интеграль­ные схемы — по размеру такие же, но в каждой из них уже 10—20 тыс. элементов.

Так выглядят заготовки БИСов и сами интегральные схемы в футляре

И это еще не все. Сегодня спе­циалисты работают над пробле­мами создания СБИСов — сверх­больших интегральных схем. Каждая будет иметь миллионы элементов! При этом размер каждого элемента составляет всего 0,3—0,5 мкм. Чтобы добить­ся такой плотности размещения, технологам придется даже отка­заться от... видимого света, по­тому что свет — электромагнит­ные волны длиной 0,4—0,8 мкм — оказывается слишком грубым для прорисовки будущих элемен­тов, и засветку трудно будет про­изводить ультрафиолетовыми лу­чами.

Нашли инженеры еще один способ увеличения числа элемен­тов в единице объема. Свою идею они позаимствовали у... архитекторов. Помните, мы гово­рили, что интегральная схема похожа на план города. Но ведь почти все горожане сегоДня жи­вут в многоэтажных домах. Так почему бы и «жильцов» микро­электронной схемы не разместить на нескольких этажах? Заполнена вся площадь на первом этаже? Перекрываем его микронной пленкой из диэлектрика, а сверху наращиваем еще один этаж

Все это в конце концов приве­ло к тому, что сейчас технологи научились изготавливать не толь­ко БИСы, но и микропроцессоры. Микропроцессор — это, по суще­ству, целая ЭВМ, заключенная в одном кристаллике.

А специалисты ищут (и находят) все новые пути создания микро­электронных приборов с еще бо­лее совершенными характеристи­ками. В некоторых случаях, как пишут в научных журналах, из электроники можно вообще из­гнать... электроны! Новое направ­ление полупроводниковой техни­ки получило название интеграль­ной оптики...

На этом пора остановиться. Мы ведь еще не ответили на вопро­сы: «Почему интегральную схему делают такой маленькой? Зачем конструкторам понадобились БИСы и микропроцессоры с возможно большим количеством элементов?»

Первые вычислительные маши­ны состояли из реле, радиоламп конденсаторов... Для размеще­ния компьютера порою требова­лись машинные залы, а для питания строились специальные энергетические подстанции. Кап­ризны в работе были такие ма­шины. Чуть ли не каждую мину­ту выходила из строя какая-нибудь из десятков тысяч радиоламп. А попробуй-ка быстро оты­щи в такой махине, какая именно лампа испортилась.

Так выглядит микропроцессор. Для сравнения размеров рядом с ним положена обычная канцеляр­ская скрепка.

 

ЭВМ второго поколения — тран­зисторные — были намного удоб­нее в работе. Мне, например, доводилось работать на «Про­мине» — компьютере размером с письменный стол.

В работающих ныне ЭВМ треть­его и четвертого поколений ши­роко используются интегральные схемы. И размеры, и энергетиче­ские аппетиты таких ЭВМ сокра­тились чрезвычайно. Как вы зна­ете, самые маленькие из них вполне умещаются в кармане, и питаются от крошечной батарей­ки. Зато надежность их намного выше, чем у предшественников. Интегральная схема в 4 тыс. раз надежнее радиолампы!

Еще одним важным качеством таких ЭВМ является их быстро­действие. И здесь микроэлектро­ника сослужила технике хорошую службу. Помните, вначале говорилось, что интегральная схема похожа на план города? В прин­ципе это и есть «город», в кото­ром размещаются и по которому путешествуют электроны.

Промышленный   микроскоп.

С его помощью специалисты про­сматривают поверхность ин­тегральных схем.

Именно благодаря их перемещению по схеме совершаются все логиче­ские и математические действия. Так вот, все увеличивая и увели­чивая быстродействие ЭВМ, кон­структоры в конце концов столк­нулись с таким фактом: дальше наращивать число операций в се­кунду мешает... ограниченная скорость электронов! И если мы хотим еще увеличить быстродей­ствие ЭВМ, нужно сокращать дли­ну путей, по которым движутся электрические заряды. Самый радикальный способ — умень­шить величину самих ЭВМ

И наконец, — и это, пожалуй, главное — микроэлектроника по­зволила автоматизировать, а зна­чит, весьма удешевила производ­ство ЭВМ. Значит, сегодня мы имеем возможность все шире ис­пользовать вычислительную тех­нику.

Встроенными калькуляторами оснащают станки, автомобили, фото и киноаппаратуру, бытовые плиты и швейные машины...

Всем хорошо известная техника вдруг приобретает новые, ранее неизвестные свойства и качества. Швейная машина самостоятельно пришивает пуговицы, фотоаппа­рат сам определяет выдержку и расстояние до объекта съемки, станок без помощи рабочего справляется с обработкой слож­нейших деталей...

Готовый микропроцессор поме­щают в футляр. Скоро он станет составной частью вычислительно­го устройства, станка с программ­ным управлением или промыш­ленного робота.

 

Идет подготовка оригинала мас­ки для будущей микросхемы. Потом изображение уменьшат в сотнн раз и будут делать БИСы.

Повышению самостоятельности машин в немалой степени спо­собствует и то, что микроэлектро­ника дала возможность создать ЭВМ с большим количеством элементов, а значит, и с больши­ми возможностями. Некоторые из наших электронных помощни­ков уже сегодня умеют разгова­ривать, читать и слышать. Ком­пьютеры играют в шахматы, пи­шут музыку и сочиняют стихи...

В одиннадцатой пятилетке по­явилась реальная возможность широко использовать интеграль­ные схемы и микропроцессоры в производственных целях. Поче­му человек должен сам управ­лять механизмом, достающим из раскаленной печи тяжелые бол­ванки? Промышленный робот сде­лает это гораздо быстрее и не устанет. Почему большую часть рабочего времени конструктор должен тратить на черчение? Такая техническая работа по силам и электронному чертежнику. Почему исследователь должен ночи напролет просиживать у кон­трольного пульта установки, соб­ственноручно фиксируя все мело­чи эксперимента? Пусть этим де­лом займется автоматика под ру­ководством мини-ЭВМ...

С. ЗИГУНЕНКО, инженер 13

 


Теги: схема, такой, интегральный, который

Популярное Случайное Нас нашли
   

©2009  Адрес в интернете: http://unteh.ru