Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics

Electronics and Microelectronics

60 Микроэлектроника:
настоящее и будущее

Раздел 1. Первое занятие 61

Electronics
and Microelectronics

(I)
The intensive effort1
of
electronics to increase the reliability2
and
performance3
of
its products while reducing their size and cost has led
to the results that hardly anyone would have dared (зд.
осмелил­ся)
to
predict4.

The
evolution of electronic technology is sometimes called a
rev­olution. True, there has been a real revolution: a
quantitative5
change
in
technology has given rise to qualitative change in human
capabili­ties
6.
There appeared smaller and smaller electronic components per­forming
increasingly complex electronic functions at ever higher speeds.

It all began with the
development of the transistor.

Prior
to
7
the
invention of the transistor in 1947,
its
function in an electronic
circuit could be performed only by a vacuum tube.

The
first transistors had no striking advantage in size over the
small­est
tubes and they were more costly. The one great advantage the
tran­sistor
had over the best vacuum tubes was exceedingly8
low
power con­sumption.
Besides they promised greater reliability and longer life. However,
it took years to demonstrate other transistor advantages.

With
the invention of the transistor all essential circuit functions
could be
carried
out
9
inside
solid10
bodies.
The goal
of
creating electronic cir­cuits
with entirely solid-state components had finally been realized
12.Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics

However,
early transistors were actually enormous on the scale13
at
which electronic events

take
place. They could respond15
at
a rate16
of
a few million times a second; this was fast enough to serve in radio
and
hearing-aid (слуховой
аппарат) circuits
but far
below
17
the
speed needed
for high-speed computers or for microwave communication systems.
Besides, the early transistors were slow.

The
effort was to reduce the size of transistors so that they could
operate
at higher speeds. That gave rise to the whole technology of
microelectronics.

A
microelectronic technology has shrunk18
transistors
and other circuit
elements to dimensions19
almost
invisible to unaided eye (зд.
невооруженный
глаз).

The
point20
of
this extraordinary miniaturization is not so much to
make circuits small per
se
(лат.
сами
по себе) as
to make circuits capable of performing electronic functions at
extremely high speeds.

It
is known that the speed of response depends primarily on the size of
transistor:
the smaller the transistor, the faster it is.

The
performance benefit21
resulting
from microelectronics stems22
directly
from the reduction of distances between circuit components. If
a circuit is to operate a few billion times a second the conductors
that
tie the circuit together must be measured in fractions of an inch.
The
microelectronics technology makes close coupling23
attainable
24.

During
the past decade the performance of electronic systems in­creased
manifold25
by
the use of ever larger numbers of components and
they continue to evolve.Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics Modern scientific and business comput­ers,
electronic switching26
systems
contain more than a million com­ponents.

The
problem of handling27
many
discrete electronic devices began to
concern28
the
scientists as early as 1950.
The
overall29
reliability
of the electronic
system is related to the number of individual components.

A
more serious shortcoming30
was
that it was once the universal practice
to manufacture31
each
of the components separately and then assemble32
the
complete device by wiring33
the
components together with
metallic conductors. It was no good (зд.
это
не помогло): the
more
components and interactions, the less reliable the system.

What
ultimately34
provided
the solution was the semiconductor integrated
circuit, the concept35
of
which had begun to take shape a few
years after the invention of the transistor. Roughly
(приблизи­тельно)
between
1960
and
1963,
a
new circuit technology became a reality.
It was microelectronics development that solved the problem.

The
advent36
of
microelectronic circuits has not, for the most part, changed
the nature of the basic functional units: microelectronic de­vices
were still made up of transistors, resistors, capacitors, and
similar components.
The major difference is that all these elements and their
interconnections
are now fabricated37
on
a single substrate38
in
a sin­gle
series of operations.

(II)
Several key39
developments were required before the excit­ing40
potential
of integrated circuits could be realized.Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics

The
development of microelectronics depended on the invention of
techniques41
for
making the various functional units or on a crystal of
semiconductor materials. In
particular
42,
a growing number of func-

62

Микроэлектроника: настоящее и будущее

Раздел 1. Первое занятие

63

tions
have been given over to circuit elements that perform best:
tran­sistors.
Several kinds of microelectronic transistors have been devel­oped,
and for each of them families of associated circuit elements and
circuit
patterns43
have
evolved.

The
bipolar transistor was invented in 1948
by
John Bardeen, Walter
H. Brattain and William Shockley of the Bell Telephone
Labo­ratories.
In bipolar transistors charge carriers of both polarities are
in­volved44
in
their operation. They are also known as junction45
transis­tors.
The npn
and
pnp
transistors
make up the class of devices called junction
transistors.

A
second kind of transistor was actually conceived46
almost
25
years
before the bipolar devices, but its fabrication in quantity did not
become
practical until the early 1960’s. This is field-effect transistor.
The
one that is common in microelectronics is the
metal-oxide-semi­conductor field-effect transistor. The term
refers47
to
the three mate­rials
employed in its construction and is abbreviated MOSFET
(met­al-oxide-semiconductor
field-effect transistor).

The
two basic types of transistor, bipolar and MOSFET, divide
microelectronic
circuits into two large families. Today the greatest den­sity
of circuit elements perchip48
can
be achieved with the newer MOS­FET
technology.Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics

An
individual integrated circuit (IС)
on
a chip now can embrace (зд.
включать)
more
electronic elements than most complex pieces of electronic
equipment that could be built in 1950.

In
the first 15
years
since the inception (зд.
появление)
of
inte­grated
circuits, the number of transistors that could be placed on a single
chip
has doubled every year. The 1980
state
of art
49
is
about 70K density per
chip. Nowadays we can put millions of transistors on a single chip.

The
first generations of the commercially produced microelectronic
devices
are now referred to as small-scale integrated circuits (SSI). They
included a few gates50.
The circuitry defining51
a
logic array52
had
to be
provided by external conductors.

Devices
with more than about 10
gates
on a chip but fewer than about
200
are
medium-scale integrated circuits (MSI). The upper boundary53
of
medium-scale integrated circuits technology is marked54
by
chips that contain a complete arithmetic and logic unit (ALU). This
unit accepts as inputs two operands and can perform any one of a
doz-

en
or so operations on them. The operations include addition,
sub-straction,
comparison, logical «and» and «or» and
shifting55
one
bit to the
left or right.

A
large-scale integrated circuit (LSI) contains tens of thousands of
elements, yet each element is so small that the complete circuit is
typically
less than a quarter of an inch on a side.

Integrated
circuits are evolving from large-scale to very-large-scale (VLSI)
and wafer-scale integration (WSI).

The
change in scale can be measured by counting the number of
transistors
that can be fitted56
onto
a chip.Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics

Continued
evolution of the microcomputer will demand further increases
in packing57
density.

There
appeared a new mode58
of
integrated circuits, microwave integrated
circuits. In broadest sense59,
a microwave integrated circuit is
any combination of circuit functions which are packed together
with­out
a user accessible60
interface.

The
evolution of microwave integrated circuits must begin with the
development of planar61
transmission
lines62.

As
we moved into the 1970’s, stripline and microstrip assemblies became
commonplace and accepted as the everyday method of build­ing
microwave integrated circuits. New forms of transmission lines were
on
the horizon, however. In 1974
new
integrated-circuit components in
a transmission line called fineline appeared. Other more exotic
tech­niques,
such as dielectric waveguide63
integrated
circuits emerge64.
Ma­jor
efforts currently are directed at such areas as image guide,
co-pla­nar
waveguide, fineline and dielectric waveguide, all with emphasis on
techniques
which can be applied to monolithic integrated circuits. These
monolithic circuits encompass65
all
of the traditional microwave functions
of analog circuits as well as new digital applications.

Microelectronic
technique will continue to displace other modes. As the limit of
optical resolution66
is
now being reached, new litho­graphic
and fabrication techniques will be required. Circuit patterns will
have to be formed with radiation having wavelength shorter than
those of light, and fabrication techniques capable of greater
definition will
be needed.Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics

Electronics
has extended67
man’s
intellectual power. Microelec­tronics
extends that power still further.

Electronics and Microelectronics

The intensive effort of electronics to increase the reliability and performance of its products while reducing their size and cost has led to the results that hardly anyone would have dared to predict.

Интенсивное усилие электроники для повышения надежности и производительности своей продукции при одновременном снижении их размера и стоимости привело к результатам, которые вряд ли кто осмелился бы предсказать.

The evolution of electronic technology is sometimes called a revolution. True, there has been a real revolution: a quantitative change in technology has given rise to qualitative change in human capabilities. There appeared smaller and smaller electroni components performing increasingly complex electronic functions at ever higher speeds.

Развитие электронных технологий иногда называют революцей. Правда, произошла реальная революция: количественное изменение в технологии привело к качественному изменению человеческих возможностей. Там появились все меньшие и меньшие электронные компоненты, выполняя все более сложные электронные функции на все более высоких скоростях.

Prior to the invention of the transistor in 1947, its function in an electronic circuit could be performed only by a vacuum tube.

До изобретения транзистора, эту функцию в электронных схемах могли выполнять лишь вакуумные трубки.

The first transistors had no striking advantage in size over the smallest tubes and they were more costly. The one great advantage the transistor had over the best vacuum tubes was exceedingly low power consumption. Besides they promised greater reliability and loger life. However, it took years to demonstrate other transistor advantages.

Первые транзисторы не имели поразительное преимущество в размере более маленьких трубок, и они были более дорогостоящими.Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics Одно большое преимущество транзистор имел над лучшими вакуумными лампами, он был чрезвычайно низкого энергопотребления. К тому же они обещали большую надежность и длительный срок службы. Тем не менее, потребовались годы, чтобы продемонстрировать другие преимущества транзистора.

With the invention of the transisor all essential circuit functions could be carried out inside solid bodies. The goal of creating electronic circuits with entirely solidstate components had finally been realized.

С изобретением транзистора все основные функции схемы могут быть выполнены внутри твердых тел. Цель создания электронных схем вместе с полностью твердотельными компонентоми, наконец, была реализована.

However, early transistors were actually enormous on the scale at which electronic events take place. They could respond at a rate of a few million times a second; this was fast enough to serve in radio and hearing-aid circuits but far below the speed needed for high-speed computers or for microwave communication systems. Besides, the early transistors were slow.

Тем не менее, первые транзисторы были на самом деле огромны на измерениях, в котором происходят электронные события. Они могут реагировать со скоростью несколько миллионов раз в секунду; это было достаточно быстро, чтобы служить в радиоцепях и слуховых аппаратах, но намного ниже скорости, необходимой для высокоскоростных компьютеров или для систем СВЧ-связи. К тому же, первые транзисторы были медленными.

The effort was to reduce the size of transistors so that they could operate at higher speeds. That gave rise to the whole technology of microelectronics.

Усилие должно было уменьшить размер транзисторов таким образом, чтобы они могли работать при более высоких скоростях. Это дало начало всей технологии микроэлектроники.

A microelectronic technology has shrunk transistors and other circuit elements to dimensions almost invisible to unaided eye.

Микроэлектронная технология уменьшила транзисторы и другие элементы схемы до размеров почти невидимых невооруженным глазом.Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics

The point of this extraordinary miniaturization is not so much to make circuits small per se as to make circuits capable of performing electronic functions at extremely high speeds.

Смысл этой необычной миниатюризации не в том, чтобы сделать схемы малыми сами по себе, а в том, чтобы сделать схемы, способные выполнять электронные функции при очень высоких скоростях.

It is known that the speed of response depends primarily on the size of transistor: the smaller the transistor, the faster it is.

Известно, что скорость реакции зависит прежде всего от размеров транизстора: чем меньше транзистор, тем быстрее он работает.

The performance benefit resulting from microelectronics stems directly from the reduction of distances between circuit components. If a circuit is to operate a few billion times a second the conductors that tie the circuit together must be measured in fractions of an inch. The microelectronics technology makes close coupling attainable.

Выигрыш в производительности в микроэлектронике непосредственно вытекает из сокращения расстояния между компонентами цепи. Если схема должна работать несколько миллиардов раз в секунду, проводники, которые связывают цепь вместе, должны быть измерены в долях дюйма. Микроэлектроника позволяет делать близкое

соединение.

During the past decade the performance of electronic systems increased manifold by the use of ever larger numbers of components and they continue to evolve. Modern scientific and business computers, electronic switching systems contain more than a million components.

За последнее десятилетие производительность электронных систем многократно возросла за счет использования большого количества компонентов, и они продолжают развиваться. Современные научные и бизнес-компьютеры, электронные системы коммутации содержат более миллиона компонентов.

The problem of handling many discrete electronic devices began to concern the scientists as early as 1950.Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics The overall reliability of the electronics system is related to the number of individual components.

Проблема обработки большого количества дискретных электронных устройств стала заботить ученых еще в 1950 году. Общая надежность электронной системы связана с числом отдельных компонентов.

A more serious shortcoming was that it was once the universal practice to manufacture each of the components separately and then assemble the complete device by wiring the components together with metallic conductors. It was no good: the more components and interactions, the less reliable the system.

Был серьезный недостаток: считалось универсальной практикой изготовление каждого из компонентов по отдельности, а затем сборка полного устройства с помощью проводки компонентов вместе с металлическими проводниками. Это не было хорошо: чем больше компонентов и взаимодействий, тем меньше надежность системы.

What ultimately provided the solution was the semiconductor integrated circuit, the concept of which had begun to take shape a few years after the invention of

the transistor. Roughly between 1960 and 1963, a new circuit technology became a reality. It was microelectronics development that solved the problem.

В конечном счете решением стало внедрение полупроводниковой интегральной схемы, концепция которой начала складываться несколько лет после изобретения транзистора. Примерно между 1960 и 1963 годами, технология новой схемы стала реальностью. Именно развитие микроэлектроники решало эту проблему.

The advent of microelectronic circuits has not, for the most part, changed the nature of the basic functional units: microelectronic devices were still made up of transistors, resistors, capacitors, and similar components. The major difference is that all these elements and their interconnections are now fabricated on a single substrate in a single series of operations.

Появление микроэлектронных схем не изменило, по большей части, природу основных функциональных блоков: микроэлектронные устройства по-прежнему состоят из транзисторов, резисторов, конденсаторов и других подобных компонентов.Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics Основное различие заключается в том, что все эти элементы и их взаимосвязи в настоящее время изготовлены на одной основе в одной комплексе операций.

Помогите пожалуйста!!!Переведите данный текст на русский:Microelectronics and

Микроэлектроника и микроминиатюризация
Интенсивные усилия электроники для повышения надежности и производительности своих продуктов при одновременном сокращении их размера и стоимости позволили получить результаты, которые едва ли кто-либо мог предсказать. Эволюцию электронной технологии иногда называют революцией: количественное изменение в технологии породило качественные изменения в человеческих возможностях. Появилась новая отрасль науки — микроэлектроника.Микроэлектроника охватывает электронику, связанную с реализацией электронных схем, систем и подсистем из очень маленьких электронных устройств. Микроэлектроника — это название для чрезвычайно маленьких электронных компонентов и схемных сборок, изготовленных из пленки полупроводниковых технологий. Микроэлектронная технология уменьшала транзисторы и другие элементы схемы до размеров, почти невидимых для невооруженного глаза. Суть этой необычайной миниатюризации состоит в том, чтобы сделать схемы долговечными, дешевыми и способными выполнять электронные функции с чрезвычайно высокой скоростью. Известно, что скорость реакции зависит от размера транзистора: чем меньше транзистор, тем быстрее он. Чем меньше компьютер, тем быстрее он может работать.Еще одно преимущество микроэлектроники заключается в том, что меньшие устройства потребляют меньше энергии. Это очень важный фактор для космических аппаратов и космических кораблей.Другим преимуществом микроэлектроники является уменьшение расстояний между компонентами схемы. Плотность упаковки увеличилась с появлением небольших интегральных микросхем, среднемасштабных интегральных микросхем, крупномасштабных интегральных микросхем и сверхбольших интегральных микросхем. Изменение масштаба было измерено количеством транзисторов на чипе.Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics Появился новый тип интегральных микросхем — микроволновая интегральная схема. Эволюция СВЧ-микросхемы началась с разработки плоских линий передачи. Затем появились новые компоненты ИС в линии передачи тонкой линии. Появились другие, более экзотические методы, такие как интегральные схемы с диэлектрическими волноводами.Техника микроэлектроники продолжает вытеснять другие моды. Образцы цепи формируются с излучением, длина волны которого короче, чем у света.Электроника расширила интеллектуальную мощь человека. Микроэлектроника еще больше расширяет эту мощность. Ща как читать

Microelectronics — обзор | Темы ScienceDirect

3.3.1 Микроформование

Микроэлектроника была движущей силой развития микротехники за последние несколько десятилетий. Эти новые области, такие как микромеханика, микрооптика, микрофлюидика и т. Д., Достигли стадии консолидации в исследованиях. В промышленности, особенно на рынках телекоммуникационных и медицинских устройств, появилось много новых разработок на микро- и нанометрах.

Биокерамика, например, может быть использована для восстановления и реконструкции в организме, и ее свойства в качестве биоинертных или биоактивных материалов или из-за их способности образовывать пористые структуры, подходящие для прорастания тканей, были тщательно исследованы.Потенциально эти материалы могли бы взаимодействовать с тканями гораздо меньших размеров, если бы их форма, размер и порядок строго контролировались. Микроформовка известна своей обширной возможностью микротехнологии полимерных деталей и обычно использует физический шаблон (также называемый пресс-формой, штампом или эталоном), который подвергается воздействию сжиженного полимера. После застывания полимер принимает форму, обратную форме. Эта технологическая стратегия особенно популярна из-за ее возможностей для крупномасштабного производства: первичная конструкция пресс-формы может быть дорогостоящей в производстве, но затраты на деталь резко снижаются при дублировании.Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics

Выбор материала пресс-формы и точность характеристик в пресс-форме определяют точность рисунка в процессе репликации. Изготовление пресс-форм, свойства извлечения из формы и износостойкость для производства микродеталей из полимера были тщательно изучены. Для изготовления формы можно использовать различные виды литографии. В литографии используется слой резиста, который обычно является полимерным и чувствителен к свету определенной длины волны. Рисунок переносится с маски на резист посредством этапа экспонирования, с резиста на нижележащий функциональный слой посредством травления или с резиста на дополнительный слой посредством гальваники (или другой техники) с образованием эталонной структуры.Известны многие последовательности процессов и доступно несколько книг по этой теме, например, Handbook of Microlithography, Micromachining, and Microfabrication под редакцией Рай-Чоудхури [4]. Фотолитография может применяться для изготовления формы из кремния или для переноса рисунка на металл путем электроосаждения. Доступны и другие способы изготовления пресс-форм, например, лазерная абляция, микроэлектроэрозионная обработка (Micro-EDM) или даже микро-фрезерование.

Микроформование керамики может быть выполнено либо с использованием передовых технологий газофазного осаждения для заполнения формы материалом-предшественником керамики, либо путем простого заливания керамической суспензии в форму.Это делает возможной крупномасштабную обработку керамических микрочастиц. Были исследованы как твердые, так и мягкие формы для формования керамических материалов. Возможно множество систем керамических материалов, включая гибриды и композиты, и они не будут частью этого обзора.

Нанофабрикация керамических материалов широко освещена в литературе, но здесь представлено лишь краткое описание. Это обсуждение основано на обзоре, ранее опубликованном в журнале Small Auger et al.[9]. Наряду с микрообработкой кремния микролитье керамики можно назвать настоящей технологической платформой, и как только она будет полностью внедрена, может появиться множество приложений.Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics Одним из конкретных примеров является изготовление матриц микроигл (см. Главу 8), потенциально ультра-минимально инвазивного портала в организм для доставки лекарств и диагностических целей.

В этой главе рассказывается о микролитье керамики, демонстрируя особенно продвинутые аспекты этой технологии.

ASDN — Электроника — От микроэлектроники до наноэлектроники

В эволюции электроники за последние сорок лет преобладала идея масштабирования основной составляющей интегральных схем (ИС) — полевого транзистора (FET) металл-оксид-полупроводник (МОП).Начиная с оригинального устройства, с затвором на шкале длины 10²-мкм, полевой МОП-транзистор эволюционировал до нынешнего, с длиной затвора 45 нм на переднем крае производства. При этом сложность КМОП (дополнительных МОП) ИС выросла от первоначальной маломасштабной интеграции (SSI) до нынешней гигабитной интеграции (GSI), когда на одном кристалле площадью порядка 1 см² размещается несколько гигабитных битов [1 ].

Транзисторы с гораздо меньшей длиной затвора могут быть изготовлены с помощью электронно-лучевой литографии или методом вычитания из литографических элементов.Эти демонстраторы показали, что полевой МОП-транзистор можно масштабировать до масштаба длины 10 нм, сохраняя электрические характеристики, что позволяет использовать его в КМОП-микросхемах.

Однако производство таких небольших транзисторов не предполагает наличия 10-нм технологии. Такая технология действительно подразумевала бы возможность определения и выравнивания всех уровней (активные области, источники и стоки, контакты, металлы и т. Д.) В масштабе длины 10 нм. Обозначая F минимальный размер элемента (F = P / 2, где P — минимальный шаг, разрешенный рассматриваемой литографией), наиболее плотная архитектура памяти требует площади 4F² на ячейку.В узле F = 45 нм это означает локальную плотность 1,2×10 10 см -2 , которая должна увеличиться до 5×10 10 см -2 в узле F = 22 нм.Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics

Хотя продолжение роста по шкале сложности кажется технически возможным (сначала до F = 16 нм, а затем до F = 11 нм), увеличение инвестиционных затрат, необходимое для этого, по прогнозам, станет непреодолимой стеной для большинства игроков. Хотя этот барьер является важным стратегическим преимуществом для крупнейших игроков, он может быть смертельным для мелких игроков.

Такое положение дел подогрело интерес к другим архитектурам и технологиям. Среди новых архитектур крестовина играет ключевую роль, поскольку в принципе она позволяет создавать матрицы точек пересечения, каждая из которых включает материал, способный работать сам по себе как элемент памяти [2]. В конечном итоге архитектура перекладины определяется двумя плоскими массивами перпендикулярно выровненных проводящих проводов, разделенных выпрямляющим слоем с двумя состояниями сопротивления, R ON и R OFF , с R ON << R OFF , и так разные, чтобы позволить их внешнее распознавание.

В поперечной структуре площадь на бит задается 4F², так что плотность, допускаемая этой структурой, такая же, как для стандартной CMOS-технологии флэш-памяти с архитектурой NAND. Таким образом, переход от КМОП-технологии к перекрестной технологии не будет поддерживаться какими-либо конкурентными преимуществами. Ввиду консервативного отношения отрасли, эта ситуация не смогла бы привести к каким-либо технологическим сдвигам, если бы не тот факт, что поперечная структура может быть изготовлена ​​с размером элемента f (или шагом p), значительно меньшим размера литографического элемента F ( или шаг P).

Управление сублитографическими устройствами ставит три основные проблемы [1]:
— их подготовка;
— их связь с внешним миром посредством литографически определенных контактов;
— идентификация, подготовка и нанесение функционального материала.

Сублитографическая подготовка ригеля

В последние годы были разработаны методы, не связанные с использованием современной литографии, для получения деталей нанометрового размера; они основаны на преобразовании вертикальных элементов в горизонтальные, а наиболее совершенные из них позволяют получать контролируемые линии шириной 10-20 нм.Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics Хотя эта стратегия позволяет создавать только простые геометрические формы (линейные массивы), разработка архитектуры перекладин компенсирует это внутреннее ограничение; эта структура особенно привлекательна не только потому, что ее можно просто создать путем пересечения двух перпендикулярно ориентированных проводов, но также потому, что существуют разные функциональные материалы, которые можно использовать для разделения между верхней и нижней решетками.

Перенос структуры нанопроволоки сверхрешетки

Первый метод нелитографической подготовки сверхплотных линейных массивов был первоначально предложен Natelson et al.[3]. По сути, он основан на последовательном поочередном осаждении двух пленок A и B, характеризующихся существованием преимущественного травления для одной из них (скажем, A). После резки под углом 90 ° многослойной пленки ABAB … AB, полировки и контролируемого травления A в конечном итоге получается форма, которую можно использовать в качестве маски для литографии оттиска (IL). Собственно ИЛ — это контактная (а не близость) литография; то, что не является литографическим, является уникальным способом приготовления маски. Первое практическое применение этой идеи было предоставлено Melosh et al., который подготовил контактную маску для IL с шагом 16 нм путем выращивания на подложке квантовой ямы с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии, вырезания образца перпендикулярно поверхности, полировки вновь экспонированной поверхности и выборочного травления различных слоев лунки. Если A и B являются кристаллическими и их толщина не меняется от одного осаждения к другому, многослойный ABAB … AB является сверхрешеткой, что привело к определению этой технологии как переноса структуры нанопроволок сверхрешетки (SNAP) [4].

Рисунок: 1

Техника создания многостороннего рисунка

Еще одним способом нелитографической подготовки сверхплотных линейных массивов является техника формирования многостеночного рисунка (S n PT).Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics Эта технология позволяет изготавливать массивы проводов с шагом в нанометровом масштабе, используя уже существующую технологию IC — технологию формирования рисунка на боковых стенках (SPT), которая обычно используется в микроэлектронике для самовыравнивания электрода затвора на истоке и стоке. регионы.Таким образом, S n PT можно рассматривать как консервативное расширение существующей технологии IC до наноразмерной шкалы длины [1].

Техника создания многостороннего рисунка

I. Аддитивный маршрут

В аддитивном маршруте S n PT (обозначается как S n PT + ) массив из 2n проводов непосредственно определяется на подложке посредством последовательности n конформных осаждений и анизотропных травлений без травления исходной затравки. используется для определения первой боковой стенки.Основная идея, лежащая в основе SnPT +, первоначально предложенная в [5], [6], схематически представлена ​​на рисунке 2. Хотя плотность точек пересечения 8×10 10 см -2 может быть достигнута в рамках существующей технологии, общий процесс, однако, будет требуют 20 повторений каждого цикла SPT.

Рисунок: 2

Рисунок: 3

II. Мультипликативный маршрут

Управление таким количеством циклов напыления-травления может быть трудным и дорогостоящим.Учитывая, что SPT позволяет, начиная с одного семени, приготовить два бруска, указанная выше трудность может быть устранена с помощью мультипликативного варианта (обозначаемого как S n PT x ) техники формирования рисунка с несколькими боковыми стенками. S n PT x требует, чтобы каждый вновь выросший спейсер использовался в качестве посевного материала для последующего роста, что возможно, если исходное посевное вещество вытравлено в конце любого цикла. Таким образом, в S n PT x каждый цикл S n PT x включает следующие этапы: (1) конформное нанесение пленки на заданную затравку с высоким соотношением сторон, (2) анизотропное травление пленка вплоть до внешнего вида исходного затравки и (3) избирательное травление затравки.Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics

На рисунке 3 схематично показана основная идея, лежащая в основе SPT x , и показано, что природа материала изменяется при переходе от одного набора прокладок к следующему, так что материал прокладки чередуется в нашем предпочтительном варианте между поликремний и SiO . 2 . Поскольку материал проволоки — поликремний, материал затравки зависит от четности n: если она четная, затравка должна быть из поликремния; в противном случае в SiO 2 . Первые демонстраторы S n PT x для создания решеток с сублитографическим шагом насчитывают более двух десятков лет [7]; полезность этого метода для подготовки массивов проводов, потенциально полезных для биочипов, появилась гораздо позже [8], [9].

Привязка сублитографической перекладины к внешнему миру

Даже определение нанообъекта является предметом обсуждения: общее определение (для которого устройство является наноустройством, когда хотя бы один из его размеров должен быть от 1 до 100 нм, а крошечный размер устройства должен быть существенным). своей функции) не может передать общее ощущение в электронике, для которого «нано» означает «недоступный с помощью фотолитографии». Фактически, хотя доступность методов нанопроизводства является фундаментальной для создания нанотехнологии, не менее важной является интеграция наноструктур со структурами более высокого уровня.Трудности связи между наномиром (недоступным для литографии) и макромиром представляют собой центральную проблему в развитии нанотехнологий [10].

Ввиду его фундаментальной роли в электронике, проблема может быть ограничена проблемой адресации сублитпографических проводов, определяющих перекладину, посредством литографических контактов. Для решения этой проблемы было принято несколько стратегий. Игнорируя те, которые основаны на стохастической адресации (для которой неизвестно, какая точка пересечения адресована, и сложный этап обучения, исключающий неадресированные ячейки и, возможно, использующий избыточность [11] — [13]), наноскопические провода могут быть адресованы с помощью методы, использующие горизонтальную фаску (HBT), заполненную выемку (FIT) или энергетическую фильтрацию (EFT).Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics В отличие от методов, основанных на стохастической адресации, все эти методы полностью соответствуют существующей кремниевой планарной технологии. Однако, в то время как HBT может использоваться независимо от техники подготовки поперечины (SNAP, S n PT x или S n PT + ), FCT и EFT могут использоваться для S n PT Только перекладины + .

Техника горизонтального снятия фаски

HBT напоминает технику снятия фаски, когда-то использовавшуюся вместе с микрошлифами и окрашиванием для измерения глубины перехода (и, в последнее время, профилей концентрации носителей посредством измерения сопротивления растеканию).

Для отдельного контакта каждого провода в сублитографической матрице после нанесения защитного изолирующего колпачка вырезается тонкая бороздка (шириной около f), наклоненная на угол α по отношению к матрице и до такой степени, чтобы пересекать все провода. Этот процесс приводит к экспонированию 2n ромбов с шагом p в направлении, перпендикулярном массиву, и p / tan (α) в направлении массива. Таким образом, достаточно взять α> artan (p / P), чтобы обеспечить отдельный литографический контакт с проводами.На рисунке 4 изображен получившийся узор.

Рисунок: 4

Техника заполненного вдавливания

FCT требует, чтобы маска, используемая в качестве начального числа для S n PT + , имела шаблон, отклоняющийся от прямолинейного на 2n отступов ширины w k , w k = w 0 + ( к-1) ш 1 ,
с w 1 = 2 p и k = 1, …, 2n. Что интересно в этом шаблоне, так это то, что если 2p 0 с центром в центральной области k-го отпечатка контактирует исключительно с k-м проводом [14]. Таким образом, минимальный размер сублитографического элемента fmin, с которым можно литографически контактировать с FCT, равен f min = 0,2F (что дает f min = 9 нм в узле F = 45 нм).Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics

Техника энергетической фильтрации

В то время как в SNAP и S n PT x все провода определены вместе, в S n PT + они построены последовательно.Изготовление партии сделало бы SNAP и S n PT x предпочтительнее, чем S n PT + , если бы не было возможности использовать последовательное нанесение массива для внешнего распознавания одиночных проводов.

Рисунок: 5

Осмотр правой части рисунка 5 показывает, что S n PT + приводит к получению проволоки, высота которой постепенно уменьшается в соответствии с порядком подготовки. Это пространственное различие для распознавания и разделения отдельных наноскопических проводов электрическими зондами просто путем емкостного управления состоянием проводимости каждого провода.

Эта структура в принципе позволяет значительно упростить архитектуру контактов: в то время как HBT и FIT требуют 2n контактов для адресации n 2 точек пересечения, EFT требует 2 + 2 диэлектрически изолированных электрода и 2 омических контакта. Однако эта простота оплачивается схемой декодирования, необходимой для извлечения из измеренного тока фактического состояния каждой точки пересечения [15].

Выбор, подготовка и нанесение функционального материала

Наряду с возможностью изготовления на сублитографической шкале длины, перекладина имеет еще одно большое преимущество: она позволяет создавать энергонезависимые запоминающие устройства, просто разделяя верхнюю и нижнюю матрицы с помощью резистивного материала, демонстрирующего подходящие гистерезисные свойства.Это было бы просто декларацией принципа, если бы не тот факт, что материалы с этим свойством уже существуют, например, материалы с фазовым переходом. Однако есть большой интерес к другим материалам (использующим, например, ионную проводимость [16]). Среди материалов-кандидатов, с момента открытия выпрямляющих свойств молекул [17] и сообщения о молекуле, демонстрирующей резонансную проводимость [18], электрически программируемые молекулы играют особую роль.Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics Хотя были представлены демонстраторы на основе ротаксанов [19], их интеграция с кремнием для изготовления гибридных устройств оказалась сложной.Стратегия для этого описана в работе. [20].

Благодарность

Материалы на веб-странице были представлены профессором Gianfranco Cerofolini, Департамент материаловедения, Миланский университет Бикокка, Италия.

Список литературы

[1] Для общего обзора этой темы см. G. F. Cerofolini, Nanoscale Devices (Springer-Verlag, Berlin, 2009).
[2] Хит Дж. Р., Кукес П. Дж., Снайдер Г. С., Уильямс Р. С., «Устойчивая к дефектам компьютерная архитектура: возможности для нанотехнологий», Science 280, 1716 (1998).
[3] Natelson D., Willett R. L., West K. W., Pfeiffer L. N., «Изготовление очень узкой металлической проволоки», Appl. Phys. Lett. 77, 1991 (2000).
[4] Хит Дж. Р., «Перенос структуры нанопроволоки в сверхрешетке (SNAP)», Acc. Chem. Res. 41, 1609 (2008).
[5] Cerofolini G. F., Arena G., Camalleri M., Galati C., Reina S., Renna L., Mascolo D., Nosik V., «Стратегии для наноэлектроники», Microelectr. Англ. 81, 405 (2005).
[6] Фландерс Д. К., Ефремов Н. Н., «Генерация
[7] Фландерс Д.К., Ефремов Н. Н. «Генерация
[8] Choi Y.-K., Zhu J., Grunes J., Bokor J., Somorjai G.A., «Изготовление массивов кремниевых нанопроволок размером менее 10 нм с помощью литографии с уменьшением размера», J. Phys. Chem. В 107, 3340 (2003).
[9] Чой Й.-К., Ли Дж. С., Чжу Дж., Соморджай Г. А., Ли Л. П., Бокор Дж., «Технология сублитографического нанопроизводства для нанокатализаторов и ДНК-чипов», J. Vac. Sci. Technol. В 21, 2951 (2003).
[10] Roukes M., «Действительно много места», Sci. Являюсь. Repts. 17 (№ 3) 4 (2007).
[11] Хуан Ю., Дуан Х., Цуй Й., Лаухон Л. Дж., Ким К.-Х., Либер К. М., «Логические вентили и вычисления на основе собранных строительных блоков нанопроволоки», Science 294, 1313 (2001).
[12] Чжун З., Ван Д., Цуй Ю., Бократ М. В., Либер К. М., «Матрицы нанопроволок в качестве декодеров адресов для интегрированных наносистем», Science 302, 1377 (2003).Electronics and microelectronics: Electronics and Microelectronics
[13] Струков Д. Б., Лихарев К. К., «Перспективы терабитной наноэлектронной памяти», Нанотехнологии 16, 137 (2005).
[14] Cerofolini G.F., Mascolo D., «Гибридный путь от CMOS к нано- и молекулярной электронике», в Nanotechnology for Electronic Materials and Devices, под редакцией Гусева Е., Коркин А., Лабановски Дж., Лурый С. (Springer, Нью-Йорк, 2006) стр. 1.
[15] Cerofolini G. F., «Реалистичные пределы вычислений. II. Технологическая сторона», Appl. Phys. А 86, 31 (2007).
[16] Деспотули А. Л., Андреева А. В., Рамбабу Б., «Наноионика современных суперионных проводников», Ионика 11, 306 (2005).
[17] Авирам А., Ратнер М.А., «Молекулярные выпрямители», Chem. Phys. Lett. 29, 277 (1974).
[18] Чен Дж., Рид М. А., Роулетт А. М., Тур Дж. М., «Большие отношения включения-выключения и отрицательное дифференциальное сопротивление в молекулярном электронном устройстве», Science 286, 1550 (1999).
[19] Луо Ю., Кольер С.П., Джеппесен Дж.О., Нильсен К.А., Делонно Э., Хо Г., Перкинс Дж., Ценг Х.-Р., Ямамото Т., Стоддарт Дж. Ф., Хит Дж. Р., «Двумерный схемы молекулярной электроники », Chem. Phys. Chem. 3, 519 (2002).
[20] Cerofolini G. F., Romano E., «Молекулярная электроника в кремнии», Appl. Phys. А 91, 181 (2008).

Микроэлектроника / фотоника | Электротехника и вычислительная техника

Огромные достижения в области компьютеров, персональной электроники, электронных автомобильных систем, сотовых и смартфонов, а также лазеров были вызваны разработками в области микроэлектроники и фотоники в электротехнике.Эта область занимается разработкой электронных и фотонных устройств, которые генерируют, обнаруживают, передают, распределяют, модулируют и усиливают электрическую энергию и информацию. На основе глубоких знаний физики, оптики, теории электромагнитного поля и свойств материалов были достигнуты огромные успехи в разработке транзисторов, интегральных схем, лазеров, оптических компонентов и систем. Кроме того, успехи в разработке фотонных устройств и лучшее понимание основных физических принципов (квантовая электроника и нелинейная оптика) привели к появлению надежных и все более сложных приложений в оптической связи, дисплеях, твердотельном освещении, датчиках и медицине.Эффект от таких достижений произвел революцию в электронной и фотонной промышленности и продолжает играть доминирующую роль в профессии электротехника.

Студент-электротехник, готовый работать в этой области, может быть уверен, что будет работать в увлекательной и быстро меняющейся области. Безусловно, спрос на профессиональные знания в области разработки и производства электронных и фотонных устройств продолжает расти с каждым годом, поскольку влияние новых технологий устройств ощущается на промышленном и потребительском рынках.Выпускники этой программы являются лидерами в разработке электронных и фотонных устройств и систем и интеграции таких устройств в системы. Спрос на сложные электронные продукты по-прежнему будет требовать усилий многих инженеров-электриков, готовых работать в области физической электроники.

Микроэлектроника и фотоника включает в себя множество тем, таких как перечисленные ниже:
Волоконная оптика и оптическая связь, явления газового разряда, проектирование и изготовление интегральных схем, лазеры (полупроводники, газ, молекулярное и твердотельное состояние), интегральные фотонные устройства, линейные и Нелинейная оптика, наноэлектроника, оптоэлектроника, плазма и обработка материалов, проектирование полупроводниковых устройств и разработка процессов, физика полупроводников и вычислительная электроника, сканирующая туннельная микроскопия, биоэлектроника и биофотоника.

Из-за междисциплинарного характера этих тем дополнительные курсы физики и математики всегда полезны. В области электротехники существует ряд курсов в этой области. Учебная программа имеет общий формат для первых четырех семестров, которые перечислены ниже с их расположением в учебных программах следующим образом:

Другие предлагаемые технические факультативы

  • CS 357 — Численные методы I
  • ECE398KC — Введение в фотонику
  • ECE 442 — Silicon Photonics
  • ECE 447 — Схема активной микроволновой печи
  • ECE 452 — Электромагнитные поля и электрооптика
  • ECE 457 — СВЧ-устройства и схемы
  • ECE 484 — Расширенная обработка микроэлектроники
  • ECE498LG / 446 — Принципы экспериментальных исследований
  • ECE498MF — Полупроводниковые светодиоды и солнечные элементы
  • ME 300 — Термодинамика
  • MATH 446 — Прикладные комплексные переменные 87
  • PHYS 460 — Физика конденсированного состояния
  • PHYS 486 — Квантовая физика, I
  • PHYS 487 — Квантовая физика, II

Статья о микроэлектронике по The Free Dictionary

область электроники, которая занимается разработкой функциональных микроминиатюрных интегрированных электронных сборок, узлов и устройств.Он возник в начале 1960-х годов в результате увеличения размера и сложности функций электронных устройств и ужесточения требований к надежности. Использование нескольких тысяч и даже десятков тысяч индивидуально изготовленных электронных ламп, транзисторов, конденсаторов, резисторов, трансформаторов и других элементов в определенных устройствах и соединение выводов с помощью пайки или сварки сделало устройство громоздким и трудоемким в сборке. , и недостаточно надежный; это также привело к высокому энергопотреблению.Поиск методов устранения этих недостатков привел к появлению новых тенденций в проектировании электронной аппаратуры: печатных схем, модулей, микромодулей и интегральных схем (основанных на множественных методах обработки).

За счет использования достижений физики твердого тела и, в частности, физики полупроводников, микроэлектроника решает упомянутые выше проблемы не только за счет уменьшения размеров электронных элементов, но и за счет создания электронных структур (функциональных блоков и сборок), которые конструктивно, технологически и электрически интегрированы.В таких конструкциях большое количество микроминиатюрных элементов и их электрических соединений конструктивно объединено по схеме в единый технологический процесс. Этот процесс, который стал возможным благодаря планарному процессу изготовления полупроводниковых устройств, введенному в 1959 г., включает использование исходной общей заготовки (обычно в виде пластин из полупроводникового материала) для большого количества (100–2000) идентичных функциональные электронные сборки, которые одновременно проходят ряд технологических операций в одинаковых условиях.Таким образом, каждая такая сборка создается в результате пошаговой интегрированной множественной обработки множества идентичных сборок на одной и той же пластине, а не путем сборки дискретных элементов. Во время производственного процесса свойства различных элементов схемы и их комбинаций передаются определенным частям полупроводникового материала, создавая тем самым сборку в целом. Этот микроминиатюрный узел после отделения от пластины и установки в корпусе называется интегральной микросхемой или интегральной схемой.В связи с этим в микроэлектронике изменяется само понятие схемного элемента. На практике интегральная схема как неделимая единица, состоящая из пяти или более элементов, становится элементом. Интегральная схема характеризуется уровнем интеграции, то есть количеством более простых элементов в ней.

Ввиду исключительно высокой точности выполнения технологических процессов и большого количества операций, связанных с производством изделий микроэлектроники, требуются разнообразные высококачественные полупроводники и другие материалы, а также прецизионное оборудование.Основным полупроводниковым материалом служит монокристаллический кремний. Оборудование должно обеспечивать изготовление элементов с допуском размеров микрон и долей микрона.

В микроэлектронике можно выделить несколько совпадающих и дополняющих друг друга тенденций, в зависимости от конструкции, технологии и используемых физических принципов. Среди направлений — интегрированная электроника, вакуумная микроэлектроника, оптическая электроника и функциональная электроника. Интегрированная электроника достигла высочайшего уровня развития.Его появление открыло широкие возможности для микроминиатюризации радиоэлектронных устройств и положило начало процессу создания аппаратов третьего поколения на интегральных схемах (аппараты первого поколения использовали вакуумные лампы, аппараты второго поколения — полупроводниковые приборы). Сфера использования интегральных схем простирается от компьютеров и систем для космических полетов до бытовой техники. Темпы роста производства интегральных схем очень высоки. В 1972 году во всем мире было произведено более 1 миллиарда интегральных схем.

Полупроводниковые интегральные схемы были впервые произведены на основе методов множественной обработки, путем формирования необходимого количества электронных элементов и электрических соединений внутри одного полупроводникового кристалла (1959–61). Они изготавливаются в основном с помощью планарно-эпитаксиальной технологии, которая была заимствована из производства дискретных полупроводниковых приборов и отличалась только дополнительными операциями, необходимыми для электрической изоляции отдельных элементов на полупроводниковой пластине и соединения всех элементов в полупроводниковой пластине. кристалл, чтобы сформировать функциональную сборку.Изоляция создается путем создания вокруг элемента области из полупроводникового материала с противоположным типом проводимости (тем самым формируя изолирующий переход p-n ) или слоя диэлектрика, такого как диоксид кремния. Основными операциями планарно-эпитаксиальной технологии являются механическая и химическая обработка полупроводниковой пластины, эпитаксиальное наращивание на пластине слоя с необходимыми электрофизическими свойствами (тип проводимости, удельное сопротивление и т. Д.), Фотолитография, легирование (путем диффузия или ионная имплантация), а также нанесение металлических пленок на электроды, соединительные пути и контактные площадки.

Фотолитография является наиболее важным этапом обработки, перечисленным выше. Он обеспечивает избирательную обработку определенных частей полупроводниковой пластины, например, травление «окна» в оксидной пленке на пластине, чтобы обеспечить диффузию примесей. В этом процессе используется светочувствительный лак, называемый фоторезистом. Пленка фоторезиста наносится на пластину, а затем подвергается воздействию ультрафиолетового света через фотографическую маску («фотошаблон»), которая представляет собой стеклянную пластину с повторяющимся рисунком, образованным непрозрачными и полупрозрачными областями (обычно слоем хрома) и плотно прижат к вафле.После облучения пленка фоторезиста подвергается селективному травлению, в результате чего на пластине воспроизводятся узоры фотошаблона. Фоторезист можно также облучать бесконтактным методом, при котором рисунок проецируется на пластину. Перспективным методом экспонирования пластины по шаблону является электронно-лучевой процесс (электронная фотолитография).

При производстве полупроводниковых интегральных схем процесс фотолитографии должен повторяться для воспроизведения различных наложенных узоров на пластине.Обычно используется набор из семи или восьми фотошаблонов. Проектирование и изготовление фотошаблонов требует особо высокой точности и поддержания условий герметичной чистоты в производственных цехах (не более трех-пяти частиц пыли размером около 0,5 мкм на литр воздуха): для производства сотен элементов с измеренными размерами в микронах для сотен идентичных интегральных схем, которые изготавливаются одновременно на одной пластине, фотошаблоны должны обеспечивать воспроизводимость размеров от одного шаблона к другому и их взаимное совпадение.Следовательно, при разработке и производстве фотошаблонов используется сложное прецизионное оборудование, такое как координатографы с компьютерным программным управлением для рисования оригинального рисунка, увеличенного в сотни раз, и фотографические штампы различного дизайна для уменьшения и дублирования исходного рисунка.

Чтобы сформировать структуру элементов в исходной полупроводниковой пластине, области, подготовленные на стадии фотолитографии, легируются примесями. Основным методом легирования является диффузионный, при котором кремниевая пластина в течение определенного времени подвергается воздействию паров примеси при температуре 1100-1200 ° C.Точность поддержания температуры, стабильность концентрации примеси у поверхности и продолжительность процесса контролируют распределение примеси по толщине пластины и, соответственно, параметры формируемого элемента. . Помимо диффузии, легирование может осуществляться посредством ионной имплантации (бомбардировки пластины ионизированными атомами примесей) — новой технологической тенденции, которая дополняет и частично заменяет диффузию. Полупроводниковые интегральные схемы имеют высокий уровень интеграции (до 10 000 элементов, а иногда и больше в одном кристалле).

Развитие технологии производства активных элементов (диодов и транзисторов) на пластинах из полупроводникового материала за счет перехода к многократной обработке стимулировало развитие печатных схем и пленочных технологий для производства пассивных микроминиатюрных компонентов (резисторов и конденсаторов), которые сформировали основа для разработки пленочных интегральных схем. Такие схемы обычно являются чисто пассивными, поскольку нанесение монокристаллических полупроводниковых пленок для формирования активных элементов не обеспечивает требуемого качества.Основой пленочной интегральной схемы является диэлектрическая подложка (например, керамика). Технология изготовления таких схем делится на толстопленочную, при которой наносятся слои проводящей, резистивной и диэлектрической паст толщиной 1–25 мкм (мкм), и тонкопленочную, при которой пленки толщиной до 1 JUL напыляются в вакууме через металлические трафареты, либо напыление используется в сочетании с последующей фотолитографической обработкой.

Пленочная интегральная схема с неинкапсулированными отдельными полупроводниковыми приборами (диодами и транзисторами) и неинкапсулированными полупроводниковыми интегральными схемами, установленными на ней, известна как гибридная интегральная схема.Его пассивная часть может быть многослойной в виде набора керамических подложек со слоями пленочных элементов схемы. Спекание подложек дает монолит с многослойным расположением электрически связанных между собой пассивных элементов. Неинкапсулированные активные элементы устанавливаются на верхней поверхности монолита.

Помимо полупроводниковых и пленочных интегральных схем выпускается комбинированный тип. Активные элементы изготовлены в теле полупроводниковой подложки по планарно-эпитаксиальной технологии, а пассивные элементы и электрические соединения нанесены на поверхность монолитной структуры в виде тонких пленок.Уровень интеграции комбинированных интегральных схем приближается к полупроводниковым схемам.

Многокристальные интегральные схемы также производятся с высоким уровнем интеграции, в которых несколько кристаллов полупроводниковых интегральных схем объединены на диэлектрической подложке с пленочными соединениями в очень сложном электронном устройстве. Его функциональное назначение может соответствовать назначению отдельного устройства или даже системы, например настольного калькулятора.

Сочетание пленочной технологии изготовления пассивных элементов с использованием микроминиатюрных электровакуумных устройств в качестве активных элементов привело к появлению вакуумных интегральных схем и нового направления — вакуумной микроэлектроники.Вакуумная интегральная схема может быть выполнена в виде пленочной интегральной схемы с установленными на ней микроминиатюрными электровакуумными устройствами или в виде аппарата, все компоненты которого находятся в вакууме. В отличие от полупроводниковых интегральных схем, вакуумные схемы обладают большей устойчивостью к воздействию космического излучения; плотность их упаковки до 20–30 элементов на см 3 .

Все типы интегральных схем делятся на две большие группы в зависимости от их функциональных атрибутов — цифровые (логические) и линейные схемы.Цифровые схемы предназначены для работы в логических устройствах, особенно в цифровых компьютерах. Все остальные интегральные схемы относятся к линейному классу и предназначены в основном для линейной обработки (усиления, модуляции, обнаружения и т. Д.) Электрических сигналов, хотя они также могут включать такие нелинейные элементы, как генераторы синусоидальных волн и преобразователи частоты.

Микроэлектроника развивается в двух основных направлениях: повышение уровня интеграции и плотности упаковки в интегральных схемах, ставшее традиционным, и поиск новых физических принципов и явлений для разработки электронных устройств, выполняющих функции цепь или даже система.Первая тенденция привела к уровням интеграции, характеризуемым многими тысячами элементов в одном корпусе схемы, с микронными и субмикронными размерами некоторых элементов. Вторая тенденция может позволить отказаться от дальнейшего повышения уровня интеграции (из-за структурной сложности), а также уменьшить рассеивание мощности и увеличить быстродействие устройства. В целом это новое направление называется функциональной микроэлектроникой, или электроникой комбинированных сред, с использованием таких явлений, как твердотельные оптические явления (оптическая электроника), взаимодействие потока электронов с акустическими волнами в твердых телах (акустическая электроника), свойства сверхпроводников, свойства магнитных материалов и полупроводников в магнитных полупроводниках (магнитоэлектроника).

ЛИТЕРАТУРА

Интегральные схемы. Москва, 1970. (Пер. С англ.)
Микроэлектроника: Сб. Ул., , вып. 1–5. Москва, 1967–72.

А.А.В АСЕНКОВ и И.Е.Е ФИМОВ

Большая советская энциклопедия, 3-е издание (1970-1979). © 2010 The Gale Group, Inc. Все права защищены.

Микроэлектроника Истоки нанотехнологий на JSTOR

Abstract

Задолго до нанотехнологий полупроводниковая промышленность миниатюризировала микроэлектронные компоненты.С конца 1950-х годов основным материалом в этой отрасли был кремний. Однако у кремния всегда были конкуренты, которые, как надеются сторонники, перевернут полупроводниковую промышленность. Невозможно понять эту отрасль без более полного представления об этих альтернативах — как они возникают, как получают организационную поддержку, почему они терпят неудачу. Точно так же невозможно понять нанотехнологию, не сосредоточив внимание на этих альтернативах, поскольку исследовательские сообщества, посвятившие себя их совершенствованию, сегодня составляют основу области нанотехнологий.Мы прослеживаем историю самой долгоживущей альтернативы кремнию — молекулярной электроники. Молекулярная электроника возникла в конце 1950-х как дальновидная программа, проводимая Вестингаузом от имени ВВС. Мы связываем его неудачу с трудностями, связанными с сопоставлением футуристического видения с бюрократически подотчетной, поэтапной программой, которая могла бы конкурировать с кремнием. Молекулярная электроника снова появилась в IBM в 1970-х и в Военно-морской исследовательской лаборатории в 1980-х. В каждом из этих воплощений харизматическим сторонникам молекулярной электроники не удавалось получить организационную поддержку, чтобы сделать ее основной технологией.Только на рубеже веков, с появлением новых институтов нанотехнологий и новых моделей сотрудничества между промышленностью и университетом, некоторые формы молекулярной электроники приблизились к принятию полупроводниковой промышленностью.

Информация о журнале

Social Studies of Science — ведущий международный журнал, посвященный важнейшим вопросам взаимоотношений между наукой и обществом.

Информация для издателя

Сара Миллер МакКьюн основала SAGE Publishing в 1965 году для поддержки распространения полезных знаний и просвещения мирового сообщества.SAGE — ведущий международный поставщик инновационного высококачественного контента, ежегодно публикующий более 900 журналов и более 800 новых книг по широкому кругу предметных областей. Растущий выбор библиотечных продуктов включает архивы, данные, тематические исследования и видео. Контрольный пакет акций SAGE по-прежнему принадлежит нашему основателю, и после ее жизни она перейдет в собственность благотворительного фонда, который обеспечит дальнейшую независимость компании. Основные офисы расположены в Лос-Анджелесе, Лондоне, Нью-Дели, Сингапуре, Вашингтоне и Мельбурне.www.sagepublishing.com

Кафедра электротехники и микроэлектроники | Инженерный колледж Кейт Глисон

Кафедра электротехники и микроэлектроники предлагает степени бакалавра и магистра, сочетающие строгость теории с гибкостью инженерной практики. От разработки технологий до их применения инновации инженеров в области электротехники и микроэлектроники формируют наше будущее.

Электротехника специализируется на разработке и внедрении инновационных технологий в области электричества, электроники, схем и встроенных систем проектирования.Они работают с широким спектром электронных компонентов, устройств и систем, используемых в компьютерах, робототехнике, телекоммуникациях, энергосистемах и многом другом. Микроэлектроника — это область в рамках более широкой электротехнической дисциплины. Его основное внимание уделяется проектированию и разработке микрочипов, а также изготовлению и производству очень маленьких электрических конструкций, схем и интегрированной электроники, используемых в медицинских устройствах, спутниках, автомобилях, бытовой технике и многом другом. Как следует из названия, микроэлектроника относится к изучению и производству очень маленьких электронных устройств и компонентов схем.Микроэлектронная инженерия, также известная как нанотехнология или нанообработка, имеет дело исключительно с электрическими системами, схемами и устройствами меньшего размера или в наномасштабе.

Подробнее …

Электротехника

Инженеры-электрики объединяют науку, математику, технологии и прикладные разработки в потребительские товары мирового класса, современные микропроцессоры, современные компьютеры, передовые электронные компоненты и многое другое. От передовых технологических революций до реальных приложений — инновации инженеров-электриков продолжают вести будущее и повышать стандарты на рынке.

В связи с нехваткой талантов в области электротехники на рынке труда спрос на выпускников RIT остается на рекордно высоком уровне. Высоко оцененная программа RIT по электротехнике уникальным образом сочетает в себе строгость теории с практическими приложениями и лабораторными экспериментами, чтобы обеспечить глубокое знание предмета. С этой целью учащиеся овладевают математикой и научными принципами в первые два года обучения, изучая при этом методы проектирования мирового уровня в наших современных лабораториях, оснащенных самым современным оборудованием и программными приложениями, соответствующими отраслевым стандартам.Основные предметы по электротехнике изучаются в течение следующих двух лет, чтобы обеспечить прочную основу для множества продвинутых тем, концентраций и специализаций. На пятом курсе студенты, как правило, специализируются в области профессиональных интересов, выполняя значительный междисциплинарный проект по дизайну для старших сотрудников, который использует их всесторонние знания в области искусства, обеспечивая при этом плодородную почву для взаимодействия с коллегами из других дисциплин. Кроме того, последние три года обучения включают попеременные семестры совместного обучения в промышленных условиях.Это дает студентам возможность наладить партнерские отношения с лидерами отрасли, приобретая при этом соответствующий годовой практический опыт.

Цели и миссия

Цель отдела проектирования электрических и микросистем — сделать программу RIT по электротехнике одной из лучших программ такого рода в стране. Для достижения этой цели учебные планы предназначены для применения основ математики и естественных наук к различным дисциплинам электротехники и микроэлектроники.Учащиеся разовьют соответствующий набор навыков, чтобы оказать немедленное влияние на рабочую силу, продолжить обучение в аспирантуре, освоить обучение на протяжении всей жизни и испытать карьерный рост. Программы также готовят студентов к тому, чтобы стать инженерами, которые могут адаптироваться к технологическим изменениям и практиковать профессию с социальной совестью.

Микроэлектронная техника

Как бы вы хотели работать в области, в которой ваше естественнонаучное и инженерное образование влияет практически на все аспекты человеческой жизни; развлечения, здоровье, образование, транспорт, связь и даже чистая (зеленая) энергия? Интегрированные микроэлектронные или наноэлектронные схемы и датчики управляют нашей глобальной экономикой, повышают нашу производительность и улучшают качество жизни.Стремление к скорости и расширенной функциональности способствует внедрению инноваций. Эти удивительные «фишки» лежат в основе практически каждого продукта, который мы покупаем, и спрос на увеличивающийся электронный контент продолжает расти. Инженеры-микроэлектроники находятся в авангарде этих усилий.

Программа

RIT по микроэлектронной инженерии является единственной аккредитованной программой бакалавриата такого типа в Соединенных Штатах и ​​считается мировым лидером в области обучения инженеров-технологов полупроводников.Студенты получают практический опыт проектирования, изготовления и тестирования интегральных схем на нашем выдающемся предприятии по производству ИС, управляемом студентами. Студенты хорошо подготовлены к широкому учебному плану, который включает математику, физику и гуманитарные науки, а также хорошо разбирается в электронике, схемах и методах производства чистых помещений. Студенты изучают такие предметы, как производство ИС, планирование экспериментов, фотолитография, нанотехнологии, датчики и фотогальваника. Программа RIT по микроэлектронной инженерии обеспечивает «умственные способности для технологий завтрашнего дня» за счет того, что высококвалифицированные выпускники начинают работать в полупроводниковой промышленности или поступают в аспирантуру RIT или многие другие прекрасные программы на национальном и международном уровнях.

Миссия

Учебная программа по микроэлектронной инженерии предназначена для подготовки инженеров, прошедших подготовку в области проектирования устройств, микро- или нанопроизводства, литографии и определения электрических характеристик для разнообразной индустрии производства полупроводников.

Миссия программы — подготовить выпускников, которые будут применять основы математики и естественных наук к различным дисциплинам микроэлектроники и электротехники. Учащиеся разовьют соответствующий набор навыков, чтобы оказать немедленное влияние на рабочую силу, продолжить обучение в аспирантуре, освоить обучение на протяжении всей жизни и испытать карьерный рост.Программа также готовит студентов к тому, чтобы стать инженерами, которые могут адаптироваться к технологическим изменениям и практиковать профессию с социальной совестью.

Первая в мире программа бакалавриата по микроэлектронной инженерии

Исследование 1980 года в RIT, спонсируемое Texas Instruments, выявило критическую потребность страны в инженерах, обладающих соответствующей квалификацией, для работы в растущей полупроводниковой промышленности. В то время компания Texas Instruments нанимала выпускников программы RIT по визуализации для работы инженерами по фотолитографии, но они поняли, что, хотя эти студенты обладали знаниями в области оптики и химии, им не хватало глубоких знаний в области полупроводниковых устройств, схем или технологий обработки.Чтобы удовлетворить эту потребность, осенью 1982 года RIT представила степень бакалавра наук в области микроэлектронной инженерии. Программа была создана специально для удовлетворения потребностей в инженерах, прошедших подготовку в области микропроизводства, проектирования устройств и определения характеристик. Эта программа была первой в мире в своем роде для студентов бакалавриата, а также первой, полностью аккредитованной ABET. RIT создал учебную программу по микроэлектронной инженерии, чтобы объединить дисциплины визуализации и электротехники.Важно отметить сильную основную электротехническую составляющую программы. Это основа расположения программы в отделе электротехники и микроэлектроники.

Аккредитация

Степень бакалавра в области электротехники и микроэлектроники аккредитована Комиссией по технической аккредитации ABET, www.abet.org. Для получения информации о зачислении и выпуске, образовательных целях программы и результатах учащихся посетите страницу аккредитации колледжа.

Начальная страница Практики моделирования для электроники и микроэлектроники …

Контекст 1

… все еще кажется низкой по сравнению с традиционными книгами. Требуются интенсивные информационные кампании для ознакомления пользователей с преимуществами и преимуществами этой новой компьютерной технологии обучения. Также сообщается об онлайн-исследовании осведомленности о электронных книгах и уровня их использования в британской академической библиотеке (Abdullah and Gibb, 2006). В этой работе показано, что осведомленность о электронных книгах и их использование были низкими; более 50% студентов не знали об их наличии и вообще не использовали их.Непользователи упомянули об отсутствии рекламы или продвижения этих новых технологий обучения. Кроме того, сообщалось об опросе около 16 000 академиков, который показал, что самым большим преимуществом электронных книг является их онлайн-доступ и возможности поиска (Jamali et al., 2009). Кроме того, на факультете компьютерных наук и информационных технологий Университета Малайи было проведено исследование по выявлению модели использования электронных книг (Roesnita and Zainab, 2005). Их результаты показывают, что студенты положительно относятся к сервису электронных книг, однако уровень их использования все еще остается низким (39%).Было описано интересное исследование таксономии для читателей электронных книг с категоризацией их поведения (Chou et al., 2010), а также сообщалось об исследовании отношения и проблем для лекторов в Великобритании, чтобы обеспечить платформу улучшения для разработки читателей электронных книг. для их будущего применения в образовании (Wilson, 2003). В выпуске «Хроники высшего образования» от 28 января 2013 г. Дж. Р. Янг (Young, 2013) рассматривает потребность в новой категории цифровых продуктов издателей, таких как электронные книги.Наконец, опрос, проведенный среди более чем 5500 студентов Tecnológico de Monterrey, показал, что 34% из них покупают по крайней мере одну электронную книгу в семестр для выполнения своей курсовой работы (Innov @ te, 2012). В этом документе описывается опыт использования следующих электронных книг в Школе инженерных и информационных технологий (EITI) в Tecnológico de Monterrey, кампус Монтеррей: 1. Практики моделирования для инженерии электроники и микроэлектроники, Том I: Сети, электроника и приборы (Dieck and Васкес, 2012).2. Практика моделирования в электронике и микроэлектронике, Том II: Цифровые микроэлектронные схемы и аналоговая микроэлектроника КМОП (Dieck and Vázquez, 2013). Такие работы публикуются редакцией Digital del Tecnológico de Monterrey в Монтеррее, Мексика. Значение термина «электронная книга», полностью, электронная книга, также известная как электронная книга, цифровая книга, электронное издание или электронный текст, постоянно менялось с момента его первого печально известного использования в 1971 году (Hart, 1992). В целом современные электронные книги определяются как непериодические цифровые публикации с уникальными идентификаторами для записей метаданных, которые, в свою очередь, могут содержать текст, графику, изображения, звук и даже видео (Enciclopædia Britannica Online Academic Edition, 2013; Gardiner and Musto, 2010; Онлайн-словарь Merriam-Webster, 2013).Электронные книги по своей цифровой природе предназначены для просмотра в электронном виде и, следовательно, являются технологическим инструментом. В зависимости от того, как они читаются, электронные книги можно классифицировать как: • Веб-книги: эти электронные книги можно читать или загружать из Интернета, и для них требуется только персональный компьютер и соответствующее программное обеспечение для чтения. • PalmBooks: эти электронные книги можно загрузить из Интернета и прочитать на портативном устройстве с помощью соответствующего программного обеспечения для чтения. Более того, недавние достижения в технологиях отображения, такие как электронная бумага (a.к.а. электронные чернила) (Paulson, 2008; Lu and Wey, 2011a; Lu and Wey, 2011b), повышают легкость и функциональность доступа к информации для читателей. Эти технологические ресурсы также связаны с различными этическими, экономическими, правовыми и социальными аспектами; которые в основном связаны с защитой интеллектуальной собственности и управлением цифровыми правами (DRM) (Закон об авторском праве в цифровую эпоху). Аналогичным образом, из-за большого количества компаний, которые в настоящее время разрабатывают устройства для чтения электронных книг, на рынке доступно множество форматов файлов.В таблице I приведены наиболее распространенные форматы электронных книг и показаны некоторые их сходства и различия в отношении DRM, технологий и расширений файлов. Электронные книги настоящего исследования (Dieck and Vázquez, 2012; Dieck and Vázquez, 2013), а также другие опубликованные работы, опубликованные в Цифровой редакции Tecnológico de Monterrey, были написаны профессорами этого учреждения и изначально доступны в виде веб-книг. и при переходе на Palmbooks (в форматах PDF и ePub). Кроме того, эти электронные книги были разработаны с явным намерением содержать: • Качественный контент, основанный на учебной программе учебного заведения.• Привлекательный учебный дизайн с доступом к обновлениям содержания. Инновационное использование технологий по доступной цене. Электронная книга «Практики моделирования для электроники и микроэлектроники» представляет собой руководство для сеансов моделирования на основе SPICE. Начальная страница этой электронной книги показана на рисунке 1. Она начинается с очень элементарных тем, рассматриваемых в курсах по электрическим схемам или электрическим сетям, таких как моделирование пассивных сетей, включая RC, RL и RLC сети, где полный процесс моделирования объясняется по порядку. чтобы провести читателя через процедуру захвата, настройки и запуска.Он продолжается более промежуточными темами, охватываемыми прикладной электроникой и приборостроением. На этом основании электронная книга закрывается расширенными темами в области микроэлектроники (как аналоговой, так и цифровой). Чертежи интегральных схем (ИС) могут быть получены студентами и практикующими инженерами. Основная цель этой электронной книги — создать прочную учебную платформу по процедурам и методам моделирования, которые стандартизированы для программы SPICE. Электронная книга — это дополнительный инструмент для изучения электроники и дизайна микроэлектроники в колледже.Он охватывает большинство важных областей в электротехнике: от схемных сетей, базовой электроники и электронных приборов, и заканчивается разделом микроэлектроники, который включает в себя создание макета и создание файла проекта. Доступны общая концептуальная карта и указатель, позволяющие пользователю использовать нелинейную схему чтения, как показано на рисунке 2 и рисунке 3. Электронная книга также включает разделы поддержки, которые позволяют читателю изучить или просмотреть: аннотированные концепции, формулы и модели, аннотированная специализированная библиография, основные процедуры моделирования SPICE, основные методы компоновки печатных плат (PCB) и некоторые файлы моделей MOSFET процесса CMOS.Электронная книга поддерживает методы моделирования, относящиеся к следующим курсам: 1. Лаборатория электрических цепей, электрических сетей и электрических цепей 2. Лаборатория электроники, прикладной электроники и электроники 3. Приборы и биоинструменты 4. Микроэлектроника и КМОП-аналоговая микроэлектроника 5. Проектирование цифровых интегральных схем и цифровые интегральные схемы. 6. Интеграционные проекты в области электроники и микроэлектроники. Том I Практики моделирования для электроники и микроэлектроники (Dieck and Vázquez, 2012) успешно использовался в выпускном курсе по приборостроению в Tecnológico de Monterrey, кампус Монтеррей.Результаты его реализации показаны следующим образом: Первая часть курса «Приборостроение» включает в себя интеграцию методов анализа и проектирования для разработки специализированных электронных схем для систем сбора данных КИП, которые инициируют поток сигналов от клемм преобразователя к входному порту. системы преобразования сигналов. Электронная книга использовалась в качестве основы для деятельности по электронному оборудованию, которая состояла из следующего: 1. Задание 3-1, Введение в платформу моделирования путем анализа простой схемы инвертора CMOS.2. Задание 3-2, Анализ и проектирование основных конфигураций операционных усилителей. 3. Задание 3-3, Анализ и проектирование измерительной цепи нуля и диапазона с использованием операционных усилителей. 4. Задание 3-4, Анализ и проектирование инструментального усилителя для измерительных каналов. 5. Задание 3-5, Анализ и проектирование токовой петли V в I и цепи преобразования / передачи I в V. 6. Задание 3-6, Анализ образца и удерживающего усилителя для восстановления сигналов дискретизированных данных с использованием аналогового переключателя CMOS. Эти шесть практических занятий проводились параллельно со следующими еженедельными мероприятиями: 1-часовая лекция, 20-минутная индивидуальная викторина, онлайн-викторина для самостоятельного изучения (внеклассная деятельность) и групповое консультирование по проекту.Таблица II иллюстрирует изменение времени, посвященного студенту курсу до и после выпуска электронной книги осенью 2012 года. Таблица показывает, что до осени 2012 года среднее время, уделяемое студентами курсу, составляло около 8,8 часа / неделю.