Микроэлектроника

Микроэлектроника — подраздел электроники, связанный с изучением и производством электронных компонентов с геометрическими размерами характерных элементов порядка нескольких микрометров и меньше.

Кремниевые пластины с готовыми микросхемами перед разрезанием на отдельные кристаллы

Общие сведения

Такие устройства обычно производят из полупроводников и полупроводниковых соединений, используя фотолитографию и легирование. Большинство компонентов обычной электроники: резисторы, (конденсаторы), катушки индуктивности, диоды, транзисторы, изоляторы и проводник — также применяются и в микроэлектронике, но уже в виде миниатюрных устройств в интегральном исполнении.

(Цифровые интегральные микросхемы) по большей части состоят из транзисторов. (Аналоговые интегральные схемы) также содержат резисторы и конденсаторы. Катушки индуктивности используются в схемах, работающих на высоких частотах.

С развитием техники размеры компонентов постоянно уменьшаются. При очень большой (степени интеграции) компонентов, а следовательно, при очень малых размерах каждого компонента, очень важна проблема межэлементного взаимодействия — паразитные явления. Одна из основных задач проектировщика — компенсировать или минимизировать эффект (паразитных утечек).

Различают такие направления микроэлектроники, как интегральная и (функциональная). Особую важность имеет СВЧ-микроэлектроника, которая занимается изучением и разработкой СВЧ-микросхем. Как правило, в таких схемах применяются как гетеропереходные, так и кремниевые чипы, которые устанавливаются на диэлектрических подложках с плёночной пассивной инфраструктурой (конденсаторами, резисторами и т. п.) В силовой СВЧ электроники активно используются толстоплёночные технологии на основе метода шелкографии.

Исторические ремарки

Примерно на рубеже конца 1940-х — начала 1950-х годов создатели и поставщики радиоэлектронного оборудования выделили следующие приоритеты совершенствования своей продукции: объединение разнотипных независимых элементов в унифицированные модули, понижение их себестоимости, повышение надёжности, обеспечение массовости выпуска и автоматического монтажа при производстве радиоэлектронной аппаратуры. Иными словами, была осознана необходимость в том, что в будущем должно было стать современной микроэлектроникой.

Считается, что формально её история началась в 1958 году с изобретения (Джеком Килби) интегральной схемы. В начале 1960-х компании Texas Instruments и (Westinghouse) начали предлагать интегральные (операционные усилители), a в 1962 году в лаборатории корпорации RCA была создана первая микросхема на основе (МОП-структур). Постоянный рост сложности микросхем привёл в 1965 году к формулировке закона Мура, который гласил, что число транзисторов, составляющих схему, должно удваиваться с постоянным временным шагом. В первое десятилетие развития микроэлектроники (с 1960 по 1970 год) этот шаг был равен примерно одному году, затем он несколько увеличился до полутора-двух лет. В результате экспоненциального роста количество транзисторов на одной микросхеме к 2010 году достигло одного миллиарда, размер кремниевой подложки возрос с 75 мм в 1960 до 300 мм в 2001 году, быстродействие схем увеличилось на четыре порядка, а энергопотребление на одно переключение одного логического элемента снизилось более чем в миллион раз. В качестве основы для производства микросхем помимо кремния начали применяться другие элементы, например на основе соединений группы А^IIIВ^V. Научное первенство в этом направлении принадлежит российскому физику (Жоресу Алфёрову), который, совместно с (Гербертом Крёмером) и Джеком Килби, в 2000 году получил Нобелевскую премию по физике за «разработку полупроводниковых гетероструктур и создание быстродействующих опто- и микроэлектронных компонентов». В настоящее время исследовательской работой в области российской микроэлектроники занимается ряд научно-технических коллективов и учреждений Российской Академии наук, например (Институт физики полупроводников), (Физико-технологический институт), (Физико-технический институт имени А. Ф. Иоффе), (Институт физики микроструктур), (Институт радиотехники и электроники).

В 2008 году в России начались инвестиции в новые производственные технологии микроэлектронных схем с минимальными размерами 180—130 нм, а в 2010 году минимальный размер снизился до 90 нм. Тем, не менее 18 февраля 2019 года премьер-министр России Дмитрий Медведев отметил, что отечественная микроэлектроника серьезно отстает и зависит от зарубежных поставщиков. В связи с этим он пообещал отрасли дополнительную поддержку, подчеркнув особую важность этого вопроса в связи с тем, что он «в значительной степени связан с безопасностью страны». 10 декабря 2019 года (вице-премьер правительства РФ) Юрий Борисов заявил, что в России отсутствует собственная промышленная база для серийного производства микроэлектроники.

В январе 2020 г. правительство РФ утвердило «Стратегию развития электронной промышленности Российской Федерации на период до 2030 года». Намечается, что к 2030 году общий объем производства составит не менее 5,2 трлн рублей, доля электроники гражданского назначения в общем объёме производства составит не менее 87,9 %, доля отечественной электроники на внутреннем рынке составит не менее 59,1 %, на экспорт будет поставляться электроника стоимостью не менее 12020 млн долларов США.

См. также

• Бесфабричная компания
• Полупроводник
• Полупроводниковые материалы
• Полупроводниковые приборы
• (Планарная технология)
• Технологический процесс в электронной промышленности
• (Микротехнология)

Примечания

1. Микроэлектроника // Большой энциклопедический политехнический словарь (рус.). — 2004.
2. Ефимов И. Е., Козырь И. Я., Горбунов Ю. И. Микроэлектроника: Проектирование, виды микросхем, функциональная микроэлектроника. — 2-е изд. — М.: Высшая школа, 1987. — С. 9—10. — 60 000 экз.
3. Микроэлектроника : [ 8 июля 2022] / А. А. Орликовский // Меотская археологическая культура — Монголо-татарское нашествие. — М. : Большая российская энциклопедия, 2012. — С. 285—288. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 20). — .
4. Ю. Носов. О рождении микроэлектроники. Величайшая научно-техническая революция и современность (рус.) // Электроника: Наука, технология, бизнес : журнал. — 2015. — Т. 144, № 4. — С. 118—128. — ISSN 1992-4178. 13 января 2020 года.
5. The micro breakthrough // An Encyclopaedia of the history of technology (англ.) / Ian McNeil. — London: Routledge, 1990. — P. 705. — .
6. Отечественная микроэлектроника получит поддержку правительства  (рус.). Экономика и Жизнь. Дата обращения: 19 февраля 2019. 20 февраля 2019 года.
7. Правительство констатировало отсутствие в России собственного производства электроники  (неопр.). Дата обращения: 11 декабря 2019. 11 декабря 2019 года.
8. Утверждена Стратегия развития электронной промышленности Российской Федерации на период до 2030 года  (неопр.). Дата обращения: 10 апреля 2021. 10 апреля 2021 года.
9. Правительство РФ Распоряжение от 17 января 2020 г. № 20-р  (неопр.). Дата обращения: 10 апреля 2021. 7 сентября 2021 года.
10. (Алесандр Механик) Наш путь — новая индустриализация // Эксперт, 2021, № 15. — С. 46-51

Литература

• Аваев Н. А., Наумов Ю. Е., (Фролкин В. Т.) Основы микроэлектроники. — М.: Радио и связь, 1991. — 288 с. — 70 000 экз. — .
• Бузанева Е. В. Микроструктуры интегральной электроники. — М.: Радио и связь, 1990. — 304 с. — 5400 экз. — .
• Волков В. М., Иванько А. А., Лапий В. Ю. Микроэлектроника. — К.: Техника, 1983. — 258 с. — 20 000 экз.
• (Ефимов И. Е.), Козырь И. Я., Горбунов Ю. И. Микроэлектроника: Физические и технологические основы, надежность. — М.: (Высшая школа), 1986. — 464 с.
• (Колесов Л. Н.) Введение в инженерную микроэлектронику. — М.: Советское радио, 1974. — 280 с. — 20 000 экз.
• Щука А. А. Электроника. — СПб.: БХВ-Петербург, 2008. — 752 с. — .