| 8406202 9216 1210 912 1упроводниковых приборов.
Очень жёсткие требования предъявляются к условиям производства изделий П. э. Газовая среда, в к-рой проходят нек рые, наиболее важные технологич. процессы, должна подвергаться тщательной осушке и обеспы-ливанию. Содержание в ней влаги измеряется долями процента и оценивается по темп-ре газа, при к-рой наступает конденсация влаги (по точке росы). Если в цеховой атмосфере поддерживается т. н. комфортная влажность (соответствующая относит, влажности 50-60% ), то в спец. боксы (скафандры), в к-рых осуществляется, напр., сборка изделий (рис. 3), подаётся воздух, азот или аргон, осушенный до точки росы, равной -(50-70) °С. Один из наиболее серьёзных врагов ПП произ-ва - пыль. Одна пылинка размером в неск. мкм, попавшая на поверхность пластины в ходе процессов фотолитографии, почти всегда приводит к неисправимому браку. В зависимости от сложности изделия и нек-рых др. требований запылённость воздуха на рабочем месте возле обрабатываемой ПП пластины должна составлять не более 4000 пылинок на м3. Столь низкий уровень запылённости обеспечивается оборудованием внутри цехов т. н. чистых комнат, доступ в к-рые разрешается только огранич. кругу лиц. Персонал, работающий в чистых комнатах, переодевается в спец. одежду и проходит к рабочему месту через герметичные шлюзы, где производится обдув одежды и удаление пыли. В чистых комнатах до 300 раз в час совершается полный обмен воздуха с пропусканием его через соответствующие фильтры. Совершенно обязательно соблюдение персоналом требований личной гигиены: регулярное и тщательное мытьё рук, ношение специальной одежды, перчаток, шапочек и косынок и т. д. Все эти меры являются совершенно необходимым условием для обеспечения высоких экономических показателей и качества выпускаемой продукции, в том числе надёжности изделий.
Совершенствование радиоэлектронной аппаратуры (на базе достижений П. э.). Считается, что аппаратура на электронных лампах - это первое поколение электронной аппаратуры, на дискретных ПП приборах - второе поколение, на интегральных микросхемах - третье поколение. Появление плоскостных диодов и транзисторов дало возможность перейти к замене электровакуумных приборов полупроводниковыми. Это позволило в десятки раз уменьшить массу и габариты аппаратуры, понизить потребляемую ею мощность, повысить надёжность её работы. Практич. пределом миниатюризации электронной аппаратуры с помощью дискретных элементов стала микромодульная конструкция (см. Микромодулъ). Дальнейшее уменьшение габаритов аппаратуры путём уменьшения размеров дискретных деталей и элементов привело бы к значит. росту трудоёмкости сборки и, что особенно опасно, к резкому снижению надёжности аппаратуры за счёт ошибок и недостаточно высокого качества соединений. Переход к интегральной микроэлектронике явился качеств, скачком, открывшим возможность дальнейшего уменьшения габаритов и повышения надёжности электронного оборудования; появилась возможность включать в состав интегральной микросхемы различные электропреобразовательные приборы, приборы оптоэлектраники, акустоэлект-роники и приборы др. классов.
Новые принципы изготовления электронных устройств, развившиеся, с одной стороны, из техники печатного монтажа (гибридные интегральные микросхемы) и, с др. стороны, из техники группового изготовления мн. элементов на одном кристалле (монолитные или ПП интегральные микросхемы), увеличили эквивалентную плотность упаковки элементов (транзисторов, диодов, резисторов) до неск. тысяч и десятков тысяч элементов в см3. Так началась микроминиатюризация электронной аппаратуры. Интегральная микросхема потребовала решения задач схемотехники. П. э. в своём развитии вступила в фазу микроэлектроники.
Развитие микроэлектроники характеризуется быстро нарастающим уровнем интеграции: от неск. эквивалентных диодов и транзисторов в одном корпусе к изготовлению больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) интегральных микросхем. Число функциональных элементов в них может составлять неск. тысяч и даже неск. десятков тысяч (рис. 4). Т. н. многокристальные СБИС могут объединять в одном корпусе неск. кристаллов БИС и дискретных бескорпусных диодов и транзисторов, образующих, напр., всю электронную часть вычислит, машины, включая и электронную память. При создании таких сложных устройств электронной техники приходится решать уже не только схемотехнич. задачи, но и задачи системотехники. Увеличение степени интеграции привело к реализации тех или иных свойств, присущих дискретным приборам, напр. усилительных (как у транзистора), выпрямляющих (как у диода), в объёмах кристалла, имеющих размер всего лишь неск. десятков или сотен межатомных расстояний. Намечается переход к использованию свойств, распределённых по объёму кристалла, т. е. переход от интеграции электронных приборов с функциями, сосредоточенными в к.-л. объёме, к интеграции функций, распределённых по всему объёму кристалла. Так зарождается четвёртое поколение электронной аппаратуры.
Рис. 4. Большая интегральная микросхема для электронных часов. В кристалле кремния с активной площадью около 3 мм2создано 1438 п- и р-канальных полевых транзисторов, образующих посредством двухслойной системы связей микро-ЭВМ, к-рая ведёт отсчёт текущего времени суток (секунд, минут, часов), дней недели, дат; расходуемая мощность не более 10 мквт.
Продукция П. э. Номенклатура ПП приборов исключительно широка, она насчитывает десятки тыс. типов приборов, в основном кремниевых. Мировая промышленность выпускает (1974) св. 10 млрд. дискретных ПП приборов и более 1 млрд. интегральных микросхем в год. Развитие микроэлектроники не отразилось существ, образом на темпах роста выпуска дискретных ПП приборов; потребность в них, по-видимому, будет сохраняться ещё длит, время. Появление разнообразнейших ПП приборов позволило осуществить сложные, зачастую принципиально новые электронные устройства и создать самостоят, отрасль электронной промышленности - пром-сть, производящую дискретные ПП приборы и интегральные микросхемы.
Выпускаемые пром-стью изделия П. э. характеризуются высокими эксплуатац. свойствами: они могут работать в диапазоне темп-р от -60 до +200 °С, выдерживать значит, механич. и климатич. нагрузки (вибрации, удары, постоянные ускорения, циклич. изменения температуры, воздействие влаги и т. д.); они характеризуются интенсивностью отказов ~10-6-10-9 отказа в час в реальных условиях эксплуатации.
Перспективы развития. Развитие П. э. происходит в направлении быстрого возрастания степени интеграции, к-рая часто достигает 10-20 тыс. ПП приборов на одном кристалле (1975), а также в направлении повышения мощности и частоты электромагнитных колебаний, преобразуемых в одном ПП приборе (до сотен вт и десятков Ггц), в т. ч. создания ПП генераторов и усилителей миллиметрового диапазона. Наряду с интеграцией большого числа сходных приборов развивается также интеграция в одной микросхеме приборов, использующих различные физ. принципы. При этом, помимо физ. процессов в полупроводниках, используют процессы в диэлектриках, сверхпроводниках (напр., Джозефсона эффект), магнитных плёнках и т. д. ПП элементы, напр. холодные катоды с полупроводниковыми гетеропереходами, ПП аноды с р - n-переходом, в к-ром происходит умножение тока, матричные мишени видиконов, содержащие 0,5-1 млн. фотодиодов, проникают также в вакуумную электронику, позволяя существенно усовершенствовать нек-рые типы электровакуумных приборов.
Лит.: Иоффе А. Ф., Физика полупроводников, [2 изд.], М.-Л., 1957; Федотов Я. А., Основы физики полупроводниковых приборов, М., 1970; Интегральные схемы, пер. с англ., М., 1970; Пасынков В. В., Чирки н Л. К., Шинков А. Д., Полупроводниковые приборы, М., 1973; Кремниевые планарные транзисторы, под ред. Я. А. Федотова, М., 1973.
А. И. Шокин.
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, полупроводники, применяемые для изготовления электронных приборов и устройств. В полупроводниковой электронике используют гл. обр. кри-сталлич. П. м. Большинство из них имеет кристаллич. структуру с тетраэдрич.
координацией атомов, характерной для структуры алмаза.
Значительную роль в развитии полупроводниковой техники сыграл селен: селеновые выпрямители долгое время оставались основными полупроводниковыми приборами, получившими массовое применение.
В нач. 70-х гг. 20 в. наиболее распространённые П. м.- кремний и германий. Обычно их изготовляют в виде массивных монокристаллов, легированных различными примесями. Легированные монокристаллы Si с удельным сопротивлением 10-3-104ом * см получают преим. методом вытягивания из расплава (по Чохральскому), а легированные монокристаллы Ge с удельным сопротивлением 0,1-45 ом*см получают, кроме того, зонной плавкой. Как правило, примесные атомы V группы периодич. системы (Р, As и Sb) сообщают кремнию и германию электронную проводимость, а примесные атомы III группы (В, А1, Ga, In) - дырочную. Si и Ge обычно используют для изготовления полупроводниковых диодов, транзисторов, интегральных микросхем и т. д.
Большую группу П. м. составляют химич. соединения типа АIII Bv (элементов III группы с элементами V группы) -арсениды, фосфиды, антимониды, нитриды (GaAs, InA |
