Микроэлектроника - область электроники, охватывающая проблемы создания электронных устройств в микроминиатюрном интегральном
исполнении. Осн. практич. продукция M. - интегральные схемы (ИС), к-рые
служат элементами ЭВМ (и техн. средств искусств, интеллекта), автоматизации,
систем управления и связи.
В ИС нелинейные твердотельные приборы, детали
структуры к-рых имеют микронные размеры (микроприборы), и линии связи между
ними формируются в едином технол. процессе на общей пластине - подложке (интегральная
технология). Важнейшие приборы, входящие в состав PIC: транзисторы (биполярные,
полевые), их комплементарные пары (п-р-п - - р-п-р; n-канальные
и р-канальные); энергозависимые транзисторы (напр., с плавающим затвором);
диоды твердотельные (на p - n - переходах, диоды Шоттки);
приборы с зарядовой связью (передача заряда в цепях из тысяч МДП-элементов,
см. МДП-структура ),на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД),
на доменных стенках и линиях. Разрабатываются новые типы
транзисторов: с баллистич. пролётом электронов (без рассеяния на дефектах и
фононах), с двумерным электронным газом, с проницаемой базой (внутри базы расположена
металлич. решётка, играющая роль сетки) и др.
Внутр. линии связи ИС (электрич., оптич., в т.
ч. волоконные, магн., акустические) обеспечивают обмен сигналами и согласованное
протекание множества процессов, локализованных в объёме кристалла. T. о., наряду
с интеграцией элементов в M. достигается интеграция нелинейных физ. явлений.
Системы микроприборов и связей между ними образуют единое устройство - информац.
автомат, к-рый выполняет функции хранения, обработки и обмена данными с внеш.
миром (человеком, др. автоматами, техн. объектами, включая роботов и исполнит,
механизмы), моделирование физ. и др. процессов, вывод сигналов, управляющих
разл. устройствами.
Степень интеграции N - число транзисторов
или их функциональных групп (т. н. логич. "вентилей", ячеек памяти
и др.) в одной ИС - показатель её сложности. С возникновением M. (50-60-е гг.
20 в.) N непрерывно растёт: 
(для крупносерийных логич. ИС) и 
(для лучших образцов схем памяти), где
-
"возраст" M. (с 1960). Тридцатидвухразрядные микропроцессоры, т.
н. транспьютеры, и др. суперкристаллы имеют
и
реализуют центр, часть ЭВМ с производительностью
~107 операций в 1 с, устройства самодиагностики и даже "саморемонта".
Ультрабольшие ИС памяти имеют ёмкость до 224 бит (16 мегабит).
Уровень миниатюризации. Мин. размер l0
"деталей" внутр. геометрии ИС (ширина проводников, длина канала
полевого транзистора и т. п.) - осн. показатель уровня миниатюризации. Уменьшение
l0, связанное с возможностями микролитографии, на к-рой
основано формирование внутр. геометрии ИС, происходит со CD. скоростью, определяемой
соотношением l0 = (50- 
. В пром. ИС l0 = 1,5-2,5 мкм, в лучших ИС
мкм
(1987). С уменьшением l0 увеличивается
быстродействие и снижается энергопотребление элементов, но усложняются физ.
процессы, их тео-ретич. анализ, проектирование и оптимизация. В нач. период
развития M. (при 
мкм) нелинейные электронные процессы локализовались
в активных областях отд. транзисторов (напр., в базе биполярных транзисторов).
Оптимизация при этом была основана на одномерных моделях (приближение бесконечных
плоских r - n-переходов), и проектирование И С "наследовало"
осн. принципы проектирования электронных схем на дискретных приборах. При 
мкм нелинейные явления внутри транзисторов
и активные связи между ними ("паразитные" транзисторы) осложнили
применение этой модели, а при
мкм "лавинное" нарастание этих явлений, влияние сильного электрич.
поля и горячих электронов потребовали перехода к нелинейным двумерным,
а затем трёхмерным моделям, аналитически не разрешимым и требующим расчёта на
ЭВМ. Нелинейным становится и поведение внутр. связей. Абс. величина тока снижается
,
а сечений линий
плотность тока возрастает, и разогрев проводников в сочетании с сильным электрич.
полем и высокой плотностью тока вызывает перенос ионов и атомов прямым дрейфом
или электронным ветром. При 
мкм достигается оптимум, ниже к-рого быстродействие перестаёт возрастать, а
энергопотребление транзисторов перестаёт снижаться. Их др. характеристики также
ухудшаются. Кроме того, начинают развиваться нежелательные коллективные электронные
процессы. T. о.,
мкм
- нижний физ. предел M., основанный на классич. принципах синтеза схем. Теоретич.
предел быстродействия ~10-12 с (системные ограничения обусловлены
процессами внутрисхемной передачи сигналов, задержки сигналов, согласованием
линии связи и их помехозащищённостью и др.).
Технология микроэлектроники и системы автоматизированного
проектирования (САПР). Технол. ограничения в M. определяются возможностями планарной
технологии - послойного синтеза структуры твердотельного устройства с помощью
многократно повторяющихся (до 10-16 раз; с развитием M. это число возрастает)
групп операций, причём каждая группа формирует на поверхности подложки двумерный
рисунок и преобразует его в объёмную внутр. геометрию ИС, а погрешность совмещения
каждого последующего рисунка с предыдущими
При проектировании конечная структура представляется в виде совокупности плоских
картин (напр., в виде шаблонов). Это осуществляется с помощью САПР. Спец. компьютерные
программы САПР основаны на функциональном и электрич. моделировании ИС и содержат
"библиотеки стандартных элементов", из к-рых формируется ИС, оптимизируются
геометрия её внутр. связен, проверка её устойчивости к помехам и т. д. Наиб,
совершенные САПР обеспечивают также оптимизацию внутр. структуры новых поколений
ИС. САПР новых поколений ИС основаны на наиб, мощных ЭВМ предыдущих поколений.
Принцип послойного синтеза определяет границы M., в частности степень связности
рисунка ИС при данном N. Системные ограничения пленарных структур (быстродействие
и мощность, степень связности и степень интеграции и т. д.) связаны предельными
соотношениями. Теоретич. предел N ~ 1010 для ИС на целой полупроводниковой
пластине с диам. 200-250 мм.
Физ. принципы действия ИС и технология их синтеза
взаимно согласованы. Когда геом. размер твёрдого тела (хотя бы в одном измерении)
становится достаточно малым, скорости протекания технол. процессов (диффузия,
структурная перестройка, рост, травление и др.) перестают лимитировать их применение.
Поэтому в технологии M. используются разнообразные явления, включая диффузию
и фазовые переходы в твёрдом теле, гетерогенные реакции, воздействие частиц
высоких энергий, сфокусированных электронных и ионных пучков и др. Используются
также процессы, селективные по отношению к разл. структурным и хим. состояниям
кристалла. Требования к чистоте веществ в M. нередко превышают разрешающую способность
методов их анализа.
Функциональная микроэлектроника. Ограничения,
вызванные нарастающей плотностью и сложностью внутр. связей, стимулируют развитие
т. н. функциональной M. - создание структур, функциональные свойства к-рых определяются
коллективными электронными процессами и не могут быть реализованы путём коммутации
отд. его областей; обработка информации осуществляется не схемотехн. путём,
а динамич. распределением зарядов и полей - эл--магн., тепловых, упругих. При
этом используются оптич. явления (см. Оптоэлектроника ),взаимодействие
электронов с акустич. волнами (см. Акустоэлектроника ).В связи с открытием
высокотемпературной сверхпроводимости особое значение приобретают криоэлектронные
приборы. Разрабатываются полностью оптические ("фотонные") вычислит,
машины. Функциональная M. позволяет достичь предельно высокой производительности
и мин. энергопотребления. Однако для каждого класса задач требуется создание
спец. структур или сложная настройка. Кроме того, "несхемотехн."
решения характеризуются меньшей точностью и устойчивостью вычислений и моделирования.
При достаточно высоком уровне развития технологии
становится возможным создание гибридных устройств, объединяющих цифровые схемотехнические
и функциональные процессоры, автоматически распределяющих между ними информац.
потоки на каждом этапе решений задач. Существуют устройства, интегрирующие в
едином твёрдом теле электронные и неэлектронные (в т. ч. синтезаторы речи) микромеханич.
элементы (датчики, анализаторы, исполнительные микромеханизмы,
микродвигатели и т. п.). T. о., принципы M. распространяются на всю сферу устройств,
функциональное назначение к-рых допускает миниатюризацию хотя бы в одном из
трёх пространственных измерений.
Предполагается, что одна из новых ветвей развития
M. пойдёт в направлении копирования процессов в живой клетке, ей присвоены термины
"молекулярная электроника" или "бноэлсктроника". Достигнутый
уровень развития M. сделал возможным постановку исследований и разработку систем
искусств, интеллекта.
Деградация микроэлектронных устройств. С термодинамич.
точки зрения ИС - неравновесная система, закрытая для массообмена со средой,
но открытая энергетически в процессе своего функционирования (см. Открытая
система). Энергетич. обмен со средой ускоряет процесс релаксации системы
к равновесному состоянию. Этот процесс наз. деградацией. Многообразие механизмов
деградации породило новую область M., исследующую надёжность микроэлектронных
устройств. Осн. особенность механизмов деградации в M. состоит в том, что они
протекают при высоких плотностях тока (св. 106 А/см2),
высоких напряжён-ностях электрич. поля (св. 106 В/см) и поверхностных
плотностях мощности (105 Вт/см2). В таких условиях становятся
неустойчивыми не только распределения тока и поля, но и атомная структура кристалла.
Нек-рые механизмы деградации могут быть использованы, напр, разрушение пли перестройка
внутрисхемных связей и переброс "пакетов" носителей зарядов в глубокие
ловушки.
Роль микроэлектроники в науке и технике. M. образует
фундамент совр. средств автоматизации, связи, кнформац--вычислит, техники. Парк
последней в миро к сер. 80-х гг. достиг ок. 108 ЭВМ с производительностью
от 105 до 108, а в отд. ЭВМ до 1010 операций
в 1c. Для физики особенно важны 3 класса проблем, решаемых с помощью ЭВМ: 1)
автоматизация эксперимента, включая его планирование, управление, анализ и обработку
результатов (в осн. с помощью профессиональных персональных ЭВМ); 2) численное
решение на супер-ЭВМ сложных задач, не разрешимых аналитически (квантовомеханических,
задачи Изинга с учётом границ кристалла и т. д.); 3) моделирование многочастичных
систем и сплошных сред на многопроцессорных ЭВМ (до 6,5-104 процессоров;
проектируются - до 10е); при этом организация внутр. информац. обмена
топологически подобна организации физ. связей в моделируемых объектах.
M. стала источником новых идей и методов в физике твёрдого тела и материаловедении. В связи с задачами M. созданы, напр., устройства с управляемыми электронными и ионными пучками диаметром в неск. атомов, ионные источники (от протонов до тяжёлых ионов) широкого диапазона энергий (с диаметром пучка, близким к размерам отд. попов), аппаратура для выращивания монокристаллов и многослойных структур, где толщина, состав и строение каждого слоя контролируются с точностью до параметра решётки (см. Гетеро-структура, Эпитаксия), и т. д. Созданы новые пьезоэлектрические материалы ,феррогранаты, материалы с высокой чувствительностью к действию света, рентг. излучения, электронных и ионных пучков и т. д. Одно из достижений микроэлектронного материаловедения - сверхрешётки на основе множества чередующихся сверхтонких слоев полупроводников типа АIII - ВV.
В. Ф. Дорфмаи
Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.
Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").
Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.
Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.
Понятие "мысленный эксперимент" придумано специально спекулянтами - релятивистами для шулерской подмены реальной проверки мысли на практике (эксперимента) своим "честным словом". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
|
|
 |
