Функциональной микроэлектроники

- Описаны особенности БИС, БГИС, СВЧ ИМС, функциональных ИМС и принципы рационального применения ИМС в радиоэлектронной аппаратуре, Особое внимание уделено функциональной микроэлектронике — акустоэлектронике и оптоэлектро-нике.

Как правило, при создании функциональных приборов одновременно решаются проблема микроминиатюризации узлов и блоков аппаратуры, а также проблемы схемной и технологической совместимости с сопрягаемыми элементами — тонкопленочными и (или) полупроводниковыми ИМС. Поэтому направление функциональной электроники лучше назвать функциональной микроэлектроникой. Если ИМС основана на элементной или технологической интеграции, то в функциональной микроэлектронике решается проблема функциональной или физической интеграции, т. е. использование в одном приборе нескольких физических явлений.

В функциональной микроэлектронике используются такие механизмы, как оптические явления в твердом теле (опто-электроника), взаимодействие потоков электронов с акустическими волнами в твердом теле (акустоэлектроника), а также свойства сверхпроводников, магнетиков и полупроводников в магнитных полях (магнетоэлектроника) и др.

В функциональной микроэлектронике начинают использовать ( 9.1):

Особенности навесной элементной базы. Конструирование ГИМ на элементной базе функциональной микроэлектроники (ГИМ ФМ) не имеет принципиальных отличий в компоновке (размещение и трассировка) по сравнению с конструированием ГИМ на традиционной навесной элементной базе, поэтому в данном параграфе будет идти речь только об особенностях, связанных со спецификой элементной базы. Общим для всех составляющих элементной базы в функциональной микроэлектронике является сильная зависимость параметров элементов от температуры. Поэтому главной особенностью конструирования ГИМ ФМ является применение криостатирования.

Физические явления, используемые в функциональной микроэлектронике

Исследования в этой области привели к появлению новых типов функциональных микроустройств и тем самым к новому этапу развития микроэлектроники — функциональной микроэлектронике.

3. Какие физические явления используются в функциональной микроэлектронике?

4. Несмотря на разнообразие физических явлений, используемых в функциональной микроэлектронике, применяемые в этой области приборы и устройства имеют некоторые общие черты и свойства. Укажите их.

Повышение степени интеграции микросхем и связанное с этим уменьшение размеров элементов имеют определенные пределы. Интеграция свыше нескольких десятков тысяч элементов оказывается экономически нецелесообразной и технологически трудно выполнимой. Поэтому весьма перспективным направлением дальнейшего развития электронной техники является функциональная микроэлектроника, позволяющая реализовать определенную функцию аппаратуры без применения стандартных базовых элементов. В функциональной микроэлектронике используются разнообразные физические явления, положенные в основу оптоэлектроники, акустоэлектроники, криоэлектроники, хемотроники, магнетоэлект-роники и др.

Оптоэлектроника — одно из наиболее развитых направлений в функциональной микроэлектронике, поскольку оптические и фотоэлектрические явления достаточно хорошо изучены, а технические средства, основанные на этих явлениях, длительное время используются в электронике (фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, фотодиоды, фототранзисторы и др.). Тем не менее Оптоэлектроника как самостоятельное научно-техническое направление возникла сравнительно недавно, а ее достижения неразрывно связаны с развитием современной микроэлектроники.

Микроминиатюризация — это микромодульная компоновка элементов с применением интегральной и функциональной микроэлектроники. При микромодульной компоновке элементов осуществляют микроминиатюризацию дискретных ЭРЭ и сборку их в виде плоских или пространственных (этажерочных) модулей. Такую компоновку применяют в специальной аппаратуре для объемного размещения ИС с планарными выводами, что повьь шает надежность как самих элементов, так и их межсоединений

Функциональная микроэлектроника основана на непосредственном использовании физических явлений, происходящих в твердом теле (магнитных, квантовых, плазменных и др.). Элементы создают, используя среды с распределенными параметрами. Для управления параметрами выходных многомерных сигналов применяют динамические неоднородности среды, возникающие в определенный момент под воздействием управляющих сигналов. Основной технологической задачей при реализации функциональной микроэлектроники является получение сред с заданными свойствами.

4.1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

Можно указать на следующие перспективные направления функциональной микроэлектроники.

Важное значение имеет и ряд других интересных направлений функциональной микроэлектроники. Появление новых магнитных материалов (слабых ферромагнетиков и магнитных полупроводников) привело к созданию магнетоэлектроники. Малая намагниченность насыщения позволяет управлять движением магнитных неоднородностей в двух и трех измерениях слабыми магнитными полями и осуществлять тем самым функции хранения, перемещения и обработки больших объемов информации. Достоинством таких систем является то, что хранение информации осуществляется без питания, а перемещение ее — с малыми потерями. Новые материалы позволяют создавать приборы с большой функциональной гибкостью.

Эффекты, связанные с протеканием эмиссионных токов в тонких диэлектрических пленках, а также приборные и схемные решения на их основе составляют содержание нового раздела функциональной микроэлектроники — диэлектроники [14]. Создание эмиссионных токов в диэлектриках не требует затрат энергии на нагрев эмитирующего электрода и не стал-

4.1. Основные направления функциональной микроэлектроники .... 154

Достижения в области материалов, технологии, лазерной и вычислительной техники дают основание предполагать, что при внедрении МЭА четвертого поколения голография будет применяться для отображения информации, а в МЭА пятого поколения, которая будет использовать достижения функциональной микроэлектроники, голографические средства отображения информации найдут самое широкое применение.

Радиоэлектронные средства предназначены для передачи, приема, хранения и преобразования информации, представленной в виде непрерывных или дискретных электромагнитных сигналов. Устройства, работающие с непрерывными электромагнитными сигналами, называют аналоговыми, а устройства, работающие с дискретными сигналами,— цифровыми. Конструкции их существенно различны. Обычно в состав РЭС входят как аналоговые, так и цифровые устройства, в свою очередь включающие дискретные электрорадиоэлементы (ЭРЭ) — резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, полупроводниковые приборы (транзисторы, диоды, тиристоры, светодиоды, фотодиоды и-т. д.), а также узлы в интегральном исполнении (интегральные схемы и элементы функциональной микроэлектроники) (табл. В.1). Приборы функциональной микроэлектроники выполнены на средах с распределенными параметрами, в которых в нужный момент под воздействием управляющего сигнала возникают динамические неоднородности среды. Эти неоднородности управляют прохождением сигнала. Использование приборов функциональной микроэлектроники эквивалентно резкому возрастанию степени интеграции по сравнению с обычными интегральными схемами. К приборам функциональной микроэлектроники относятся, например, пьезокерамические фильтры, запоминающие устройства на цилиндрических магнитных доменах. В состав элементной базы РЭС входят также элементы электромонтажа (соединители, печатные платы, провода и кабели из объемного провода).

Интегральные схемы и элементы функциональной микроэлектроники

Различают (ГОСТ 26632—85) следующие уровни разукрупнения РЭС в модульном исполнении по конструктивной сложности: радиоэлектронный модуль третьего уровня (РЭМ 3)— функционально законченный радиоэлектронный шкаф, пульт, стойка, выполненные на основе базовой несущей конструкции третьего уровня и обладающие свойствами конструктивной и функциональной взаимозаменяемости; модуль второго уровня (РЭМ 2) — блок или рама; модуль первого уровня (РЭМ 1) — ячейка, плата. Модуль нулевого уровня (РЭМ 0) конструктивно совместим с модулем первого уровня и реализует преобразование информации или преобразование сигналов. Обычно это элементы (ЭРЭ, ИС, элементы функциональной микроэлектроники), не имеющие самостоятельного эксплуатационного применения. На В.1 представлена система иерархических конструктивных уровней разукрупнения РЭС подвижного наземного комплекса. Она состоит из шкафов, в которых размещают блоки четырех типоразмеров; в двух блоках (тип I) использованы функциональные ячейки, в двух других (тип II) — плоская панель, на которой расположены навесные ЭРЭ и электрические соединения.