Перспективными материалами

Выращивание диэлектрических монокристаллов из расплава является передовой техологией, отдельные фрагменты которой применяют также для получения других классов диэлектрических материалов, используемых в микроэлектронике. Именно использование диэлектрических кристаллических материалов способствовало развитию таких новых перспективных направлений электронной техники, как оптоэлектроника, квантовая и функциональная электроника. Все известные кристаллические материалы, применяемые в настоящее время для изготовления подложек или планирующиеся к подобному использованию, получают по этой технологии.

Развитие микроэлектроники характеризуется постоянным обновлением технических идей, изменением технологии производства изделий микроэлектроники, расширением областей ее применения и выделением ряда новых перспективных направлений (базовые матричные кристаллы, программируемые логические матрицы, микропроцессорная техника).

Одним из перспективных направлений создания элементной базы радиоприемников является разработка ИМС с использова-

Интегральная оптика. Одним из перспективных направлений функциональной микроэлектроники является интегральная оптика, обеспечивающая создание сверхпроизводительных систем

Одно из наиболее перспективных направлений хемотроники связано с использованием явлений фазовых переходов на электродах, имеющих место при прохождении электрического тока через электрохимическую ячейку. На этом принципе созданы такие приборы, как счетчики машинного времени, твердофазные

Гетероэпитаксия кремния на изолирующих подложках является одним из перспективных направлений в технологии ИМС, так как в этом случае естественным путем решается проблема изоляции элементов схемы на подложке. Так, при использовании подложек из лейкосапфира можно почти на два порядка увеличить быстродействие микросхем с автоэпитаксиальными слоями за счет исключения паразитных емкостей и утечек изолирующих р-и-переходов. При этом плотность элементов и радиационная стойкость микросхем также увеличиваются.

Значительное внимание уделено методам и алгоритмам автоматизированного проектирования полупроводниковых БИС: рассмотрены вопросы построения математических моделей компонентов и фрагментов БИС, используемых при машинном проектировании, а также особенности оптимизации параметров ИМС; представлены современные методы решения задач конструкторского этапа проектирования БИС. Дан краткий анализ перспективных направлений развития элементной базы полупроводниковых БИС, описаны принципы организации систем автоматизированного проектирования БИС.

Данная книга представляет собой одну из первых попыток создания учебного пособия, охватывающего широкий круг вопросов расчета и конструирования полупроводниковых ИМС. В пособии нашли отражение такие вопросы, как технология изготовления БИС, анализ тепловых режимов ИМС, электрических и магнитных полей, а также механическая прочность конструкций ИМС, расчет пассивных и активных компонентов биполярных и МДП-структур (МДП: металл — диэлектрик — полупроводник); описаны разновидности транзисторов, реализуемых в современных ИМС. Значительное внимание уделено методам и алгоритмам автоматизированного проектирования полупроводниковых БИС: рассмотрены вопросы построения математических моделей компонентов и фрагментов БИС, а также особенности оптимизации параметров ИМС, представлены современные методы решения задач конструкторского этапа проектирования БИС. Дан краткий анализ перспективных направлений развития элементной базы полупроводниковых БИС, описаны принципы организации систем автоматизированного проектирования БИС.

Одним из наиболее перспективных направлений конструирования БИС является разработка комбинированных методов, в которых задачи размещения и трассировки решаются параллельно. В виду сложности конструкции БИС информацию о ее топологии

В качестве конденсаторов в ИС используют емкость обедненного слоя обратно смещенного р — л-перехода. Таким способом можно получить конденсатор с емкостью до 400 пФ. Несмотря на отмеченные недостатки, полупроводниковые ИС являются одним из наиболее перспективных направлений развития микроэлектроники, так как они позволяют создать надежные функционально сложные устройства малых размеров при малой их стоимости.

Одним из перспективных направлений в создании новых конструкций выключателей переменного тока высокого и сверхвысокого напряжений, отличающихся меньшими габаритами и отвечающих требованиям современной энергетики по коммутационной способности, является применение дугогасящих сред, более эффективных по сравнению с применяемыми (сжатый воздух, масло и др.). Применение элегаза для этих целей обусловлено удачным сочетанием в нем высоких изоляционных и дугогасящих свойств.

Монокристаллы на основе бинарных систем оксидов редкоземельных элементов Ln и алюминия являются наиболее перспективными материалами для изготовления активных элементов твердотельных лазеров. Диаграммы состояния систем Ln2O3 — А12О3

4. Уточняют материал для ленточного звукопровода, принимая во внимание то, что размеры зерен материала должны быть значительно меньше длины волны распространяющихся ультразвуковых колебаний. В этом случае применяют алюминий и сплавы на его основе. Перспективными материалами являются железонике-лиевые сплавы, для которых характерно малое значение at.

Как уже отмечалось в гл. 5, на воздушных линиях и в РУ в настоящее время применяются фарфоровые и стеклянные изоляторы нескольких типов. В последние годы большое внимание уделяется разработке траверс из изоляционных материалов, применение которых позволит уменьшите габариты и стоимость опор воздушных линий электропередачи. Наиболее перспективными материалами для этих целей считаются эпоксидные компаунды, армированные для повышения механической прочности стекловолокном. Основная трудность состоит в создании компаундов с достаточно высокой трекингостойкостью (§ 4-4). У нас в стране ведутся также разработки элементов опор из изоляционного бетона.

Перспективными материалами для применения в качестве вторых диэлектрических слоев затвора являются аморфные нитрид кремния Si3N4 (е=7,5) и А12О3-(Е=9). Нитрид кремния используется благодаря его высокой пассивирующей способности, обусловленной существенно меньшей (на несколько порядков) по сравнению с SiOz проницаемостью ионов натрия. Пассивирующая способность нитрида настолько высока, что позволяет изготавливать высокостабильные МДП ИМС в пластмассовых корпусах. Одновременно увеличение диэлектрической проницаемости диэлектрика (почти вдвое) заметно снижает пороговое напряжение (на 1—1,5 В) и повышает удельную крутизну транзистора. Диэлектрическая прочность нитрида кремния также высока.

Соединения AIUBV являются перспективными материалами для создания того или иного полупроводникового прибора. Они имеют

няют, так как они имеют значительно меньшую магнитную энергию, чем металлокерамика из этих Же материалов. Магнитоэласты, обладающие такой же или меньшей энергией, чем магнитопласты, находят применение только в тех, сравнительно редких, случаях, когда важна их эластичность, например в герметичных разъемных соединениях. Композиции из одно-доменных удлиненных частиц, обладающих высокой магнитной энергией, являются перспективными материалами, но технология их производства пока слишком сложна.

1 В настоящее время круг применяемых для производства солнечных элементов материалов продолжает расширяться. Наиболее перспективными материалами являются поликристаллические, монокристаллические и аморфные пленки следующих соединений: GaAs, InP, CdTe, CdSe, CuP2, MoSe2, MoS2, WSe2, InSe, BeB4, BeB6, MgB6, MgP4, CaP3, FeP4, CrP4, YS2, TiS3, ZrS3, ZrSe3. Соединения расставлены в порядке возрастания эффективности преобразования энергии солнечными элементами на их основе и перспективности их технологической обработки. Вместе с тем, широкое применение солнечных батарей на основе полупроводниковых соединений по-прежнему ограничивается их относительно высокой стоимостью. Прим. пер.

В настоящее время круг применяемых для производства солнечных элементов материалов продолжает расширяться. Наиболее перспективными материалами являются поликристаллические, монокристаллические и аморфные пленки следующих соединений: GaAs, InP, CdTe, CdSe, CuP2, MoSe2, MoS2, WSe2, InSe, BeB4, BeB6, MgB6, MgP4, CaP3, FeP4, CrP4, YS2, TiS3, ZrS3, ZrSe3. Соединения расставлены в порядке возрастания эффективности преобразования энергии солнечными элементами на их основе и перспективности их технологической обработки. Вместе с тем, широкое применение солнечных батарей на основе полупроводниковых соединений по-прежнему ограничивается их относительно высокой стоимостью. П/шм. пер.

При получении хлорсиланов высокой чистоты для обеспечения минимального загрязнения от материала аппаратуры и емкостей целесообразно применять стали 10Х17Н13МЗТ, 06ХН28МДТ. Перспективными материалами являются никель и титан.

Фотоприемники на основе широкозонных соединений типа AHBVI. Широкозонные соединения типа .AnBVI, твердые растворы на их основе также являются перспективными материалами для создания УФ фотоприемников. Известны диоды Шотки, созданные на основе поли- и монокристаллического сульфида цинка [95, 96]. Металл (Au, Ag, Cr) наносят термическим испарением в вакууме. Фотодиоды имеют максимум спектральной чувствительности при К«0,33 мкм (монокристалл ZnS) и Я,«0,34 мкм (поликристалл ZnS). •Селективность фоточувствительности Ag — ZnS-фотоди-•одов существенно зависит от толщины слоя серебра.

Наибольшее промышленное значение имеют материалы: для постоянных магнитов — литые и металлокерамические недеформируемые сплавы яа основе системы Fe—А1—Ni—Со и ферриты; для гистерезисных двигателей — деформируемые сплавы на основе системы Fe—Со—Мо, обрабатываемые резанием; для магнитной записи — деформируемые сплавы различных систем, главным образом сплавы, получающие текстуру при холодной деформации. Промышленное значение остальных материалов сравнительно невелико. Магнитопласты почти не применяют, так как они имеют значительно меньшую магнитную энергию, чем металлокерамика из этих же материалов. Магнитоэласты, обладающие такой же или меньшей энергией, чем магнитопласты, находят применение только в тех, сравнительно редких случаях, когда имеет значение их эластичность, например в герметичных разъемных соединениях. Микропорошковые композиции из однодоменных удлиненных частиц, обладающих высокой магнитной энергией, являются перспективными материалами, «о технология их производства пока слишком сложна. Сталь; закаливаемая на мартенсит, выходит из употребления, так как имеет слишком малую магнитную энергию. Сплавы на основе платины имеют высокую магнитную энергию и хорошие технологические свойства, но из-за высокой стоимости их применение ограничено микроминиатюрными магнитами электрических наручных часов и специальных измерительных приборов для научных исследований. Магнитные свойства интерметаллических соединений, обладающих рекордно высокой коэрцитивной силой и высокой магнитной энергией, сильно зависят от температуры окружающей среды.