Вся библиотека >>>

Содержание раздела >>>

 

Наука и технологии

 Материалы будущего


Издательство «Химия» 1985 г.

 

Материалы для народного хозяйства

Высокочистые кристаллические материалы в природе и технике

 

 

Высокочистые материалы «покоряют» микроэлектронику

 

Сейчас мы подробнее остановимся на технологии, которая очень часто встречается н микроэлектронике при производстве интегральных электронных схем. Современные микроэлектронные схемы состоят аз монокристаллических пластинок кремния, сохраняющих определенную структуру при многократно повторяемых операциях. При их производстве вначале I кристаллических пластинках создаются изолированные друг от друга области, образующие чередующиеся зоны с и- или р-проводимостью. В интегральных электронных схемах, где задуманное устройство создается путем соединения различных изолированных областей, эти отельные зоны при соответствующем подключении их с помощью металлических лолосок выполняют функции транзисторов, диодов, сопротивлений и т. д. При со-з ременном уровне техники на кристаллической пластинке с поверхностью в несколько згзадратных миллиметров и толщиной в десятые доли миллиметра может быть размещено от 10 до 104 областей, каждая из которых заменяет электронный элемент, юторый раньше изготавливали отдельно. к таких пластинок в результате возникают интегральные электронные схемы, например сложные усилители и логические элементы, из которых затем собирают гчень компактные современные ЭВМ, управляющие устройства и другие сложные электронные приборы.

В настоящее время в качестве исходного материала используется почти исключительно монокристаллический крзмний, получаемый вышеописанным способом. Вначале кристалл на шлифовально-резальном станке с помощью тонких стальных пластин с внедренными в них алмазами разрезают на множество полосок толщиной около 0,3 мм. Чтобы выделить на кристаллической пластине определенные зоны для изготавливаемой схемы, всю ее предварительно делят на ряд прямоугольных или квадратных участков со стороной около 1-3 мм. Однако окончательное разделение последует только после завершения всех технологических операций ( 44).

На одну сторону протравленной и отполированной пластинки наносят методом эпитаксии монокристаллический слой кремния толщиной 5-30 мкм. Ориентация кристаллов в нем совпадает с ориентацией в основном кристалле, который при введении небольших количеств фосфора или сурьмы становится донором электронов. Отныне кристаллическая пластина содержит первый р-н-переход между самим кристаллом и эпитаксйальным слоем. На следующей стадии пластину нагревают в кварцевой трубе при температуре свыше 1000 °С и в атмосфере кислорода, после чего она покрывается слоем оксида толщиной около 1 мкм. Этот слой обеспечивает химическую защиту (пассивацию) и электрическую изоляцию полупроводникового материала. На каждом предварительно выделенном участке должны быть теперь созданы сотни и даже тысячи изолированных друг от друга зон, каждая из которых будет выполнять функции определенного элемента электронной схемы. Для реализации такого очень тонкого, но необходимого структурирования служит специальная технология. Поверхность кристалла покрывают специальным синтетическим лаком, который при сильном освещении затвердевает, а в неосвещенных местах остается растворимым. Путем оптического уменьшения соответствующего черно-белого шаблона достаточно мощным проектором в слое лака создается картина желаемой структуры, например сеть узких полос для разграничения зон. Если после этого пластину обработать травильным составом, содержащим плавиковую кислоту, то при аккуратном проведении процесса вдоль полос будет снята пленка оксида и опять появится слой полупроводника

 

 

Следующей и основной операцией в   технологии   производства   микросхем является высокотемпературная обработка пластин в атмосфере защитного газа с добавкой паров элемента, вызывающего р-проводимость, в частности летучих соединений бора. При этом вдоль полос в полупроводник диффундируют играющие затем роль акцептора атомы бора, в то время как на защищенных лаком и покрытых оксидом участках не происходит сколько-либо заметной диффузии. Таким образом появляются узкие и глубокие акцепторные зоны, которые при достаточно длительной обработке могут соединиться с р-проводящими слоями основного материала (подложка). Таким путем возникают участки с р- и п-проводимостью.

Создание необходимого количества таких участков нужной конфигурации в сочетании с нанесением металлических и изолирующих пленок, обеспечивающих соединение или изоляцию отдельных элементов, позволяет получить необходимые для работы микросхемы структуры (диоды, транзисторы и другие элементы) и соединить их между собой в соответствии с заданной принципиальной электрической схемой. Описанная технология получила название планарно-эпитаксиальной.

Эта технология, описанная, конечно, недостаточно  полно,   является  наглядным примером использования высокочистых монокристаллических материалов. Такие приборы в большом количестве изготавливаются в СССР и в ГДР.

Преимущества микроэлектроники выражаются прежде всего в высокой надежности, компактности и малой энергоемкости. Благодаря применению повторяющихся операций, позволяющих производить одновременно большое количество схем, эта технология может принести существенный экономический эффект. Вот так микроэлектроника, возникшая прежде всего как средство освоения космоса и часто используемая в военных целях, завоевала целый ряд отраслей: от вычислительной и измерительной техники и автоматизации до производства товаров широкого потребления. Это один из самых ярких примеров необычайно интенсивного роста использования самых различных материалов.

Дальнейшее развитие микроэлектроники видится теперь не только в обеспечении все большей надежности и все более высоких экономических показателей при производстве микросхем, но и в создании принципиально новых технологий и технических решений. В этой связи стоит особенно упомянуть о нанесении тонких полупроводниковых пленок на изолирующие материалы. В монтажной схеме на твердом материале основные процессы протекают в нанесенных на него тонких слоях, и справедливо встает вопрос: не целесообразно ли заменить кристаллическую основу пластиной из изолятора? Успех в этом деле обещают решения, основанные на нанесении тонких пленок монокристалла кремния на синтетические изолирующие материалы со структурой шпинельного типа. От подобной технологии можно ожидать нового роста плотности элементов интегральной схемы, а значит, и дальнейшей миниатюризации отдельных деталей.

Большие, далеко идущие задачи ставит и развитие электронно-оптических схем и приборов. Функция распознавания и воспроизведения знаков с помощью фотоэлектрического эффекта в полупроводниках связана при этом с электронной функцией самих схем. Первыми реализациями этого являются фотодиоды и фототранзисторы, а также жидкие кристаллы, применяющиеся в последнее время для воспроизведения изображений. Можно ожидать, что спустя некоторое время даже телевизионное изображение будет воспроизводиться подобным образом.

    

 «Материалы будущего»             Следующая страница >>>

 

Смотрите также:  "Очерки истории науки и техники"  Альманах Эврика 84  Альманах Эврика 90  Тайны двадцатого века  Знак Вопроса (Знание)  Чудеса и Приключения