§ 27. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ

Микроэлектроника оформилась в отдельную область электроники в шестидесятые годы настоящего столетия. Это область техники, связанная с созданием и применением миниатюризированных электронных узлов, блоков и целых устройств. На смену модулям и микромодулям (очень маленьким дискретным элементам) приходят интегральные микросхемы ИМС (свыше 10 000 видов) и устройства, базирующиеся на молекулярной электронике.

Интегральные микросхемы — это маленькие электронные устройства, содержащие множество элементов (резисторов, транзисторов, конденсаторов и пр.), которые объединены конструктивно и электрически с помощью общей технологии в общий корпус.

По существу, ИМС — это очень маленькие кристаллики, помещенные в пластмассовый или стеклянный корпус. От кристаллика отходит множество выводов, связанных металлическими ножками с корпусом.

►   В зависимости от характера обрабатываемых сигналов ИМС бывают: цифровыми (триггеры, логические схемы, счетчики и пр.) и аналоговыми (усилители, преобразователи и др.).

Цифровые ИМС унифицированы и находят применение в ЭВМ, в автоматических устройствах и пр. Электронные калькуляторы (например, «Елка 130» производства НРБ) часто целиком выполняют из одной-единственной ИМС. Более разнообразны аналоговые ИМС, среди которых наибольшее применение находят ОУ.

При разработке ИМС стремятся уменьшить площадь, занимаемую одним элементом. Интегральные резисторы занимают большую площадь, поэтому их заменяют резисторной связью МОП-интегральных транзисторов меньшей площади.

►   В зависимости от способа интеграции элементов, т. е. от производственной технологии, ИМС бывают: полупроводниковыми (биполярными или униполярными); многослойными (тонкопленочными или толстопленочными); гибридными (сочетание дискретных элементов и тонкопленочных ИМС), называемых еще «чипами», и совместимыми (тонкопленочные и полупроводниковые ИМС).

►   По степени интеграции (число элементов в кристалле) ИМС бывают: малой (до 100 элементов), средней (до 1000 элементов), большой (до 10 000 элементов) и сверхбольшой интеграции (свыше 10⁴ элементов).

►   В зависимости от рассеиваемой мощности ИМС могут быть: маломощными (до 0,3 Вт), средней мощности (от 0,3 до 3 Вт) и мощными (свыше 3 Вт). По значению предельной частоты их подразделяют на низкочастотные (до 3 МГц), среднечастотные (от 3 до 30 МГц), высокочастотные (от 30 до 300 МГц) и сверхвысокочастотные (свыше 300 МГц). По быстродействию их делят на ИМС малого (свыше 50 нс), среднего (от 50 до 5 нс) и большого быстродействия (ниже 5 нс).

Использование ИМС позволяет уменьшить объем и себестоимость электронной аппаратуры, снизить потребление электроэнергии, увеличить быстродействие схем (скорость передачи информации) и надежность их работы. Недостатками ИМС являются плохая теплопередача и маленькая номенклатура.

Применение ИМС способствовало развитию ряда областей техники, таких, как кибернетика, вычислительная техника, робототехника и пр. Сами ИМС продолжают совершенствоваться в направлении уменьшения размеров содержащихся в них элементов (достигающих 0,1 — 1мкм), а следовательно, повышения степени интеграции.

В настоящее время широко применяют ИМС большой и сверхбольшой степени интеграции. Самыми перспективными и сложными устройствами являются микропроцессоры. Это либо самостоятельные устройства, либо часть более сложного оборудования, выполненные на основе одной или нескольких интегральных микросхем. По функциям их приравнивают к ЭВМ. Микрокомпрессоры применяют при автоматическом управлении технологическими процессами, в контрольно-измерительной и регулирующей аппаратуре, на транспорте, в космических аппаратах. Они имеют малые объем и себестоимость.

Создание и применение новых технологий — основная черта научно-технического прогресса. В микроэлектронике переходят к эндогенной электронике, когда элементарные частицы выступают в качестве устройства. Например, один электрон может запоминать информацию в один бит. Создание эндоэлектронного транзистора открывает новые перспективы в развитии молекулярной электроники.