Современной микроэлектронной

В технологии современной микроэлектроники делаются попытки использования ряда других диэлектрических материалов,в первую очередь для пассивирования поверхностей подложек и формирования двухслойных диэлектриков в МОП-приборах.

/Главным достижением современной микроэлектроники являются разработка и массовый выпуск интегральных микросхем (ИМС), представляющих собой функционально законченные и конструктивно оформленные интегральные узлы аппаратуры. Внедрение микроэлектроники в большинстве случаев влечет за собой изменение самих принципов построения радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), что требует совершенствования подготовки и переподготовки инженерных кадров, особенно в области микроэлектроники.

Крупнейшим достижением современной микроэлектроники является разработка и организация промышленного выпуска интегральных микросхем (ИМС) — функционально законченных и конструктивно оформленных блоков и узлов. Являясь основными изделиями микроэлектроники, ИМС широко используются для построения радиоэлектронной аппаратуры самого различного назначения и постепенно вытесняют устройства на дискретных компонентах.

Расширение номенклатуры материалов, используемых для производства ГИС, в частности применение тугоплавких материалов и материалов сложного состава, а также стремление перейти к непрерывным технологическим процессам повысили интерес к получению тонких пленок с помощью ионного распыления. Основными достоинствами методов ионного распыления материалов являются: возможность распыления практически всех материалов современной микроэлектроники, в том числе различных соединений (нитридов, оксидов и т. д.) при введении в газоразрядную плазму реакционно-способных газов (реактивное распыление); высокая адгезия получаемых пленок к подложкам, поскольку энергия распыленных частиц выше энергии испаренных частиц; сохранение стехиометри-ческого состава пленок при распылении многокомпонентных сплавов; однородность пленок по толщине, в том числе при осаждении на поверхности, имеющие сложный профиль; очистка поверхности подложек с помощью ионной бомбардировки как перед, так и в процессе осаждения пленки.

Уже в самом начале 30-х годов стало очевидным, что проведение расчетов токов КЗ, необходимых для выбора параметров защит и проверки их чувствительности, аналитическим путем, с использованием простейших расчетных средств, требует недопустимо больших затрат времени, а иногда и просто затруднительно. Поэтому в ВЭИ Д. А. Городским были разработаны и выполнены первые универсальные расчетные столы постоянного тока, значительно ускорявшие производство работ; их отличительной особенностью являлся быстрый набор необходимой схемы системы в предположении однородности сопротивлений всех ее элементов. Вскоре в системах (например, Мосэнерго по разработке С. А. Ульянова) стали появляться индивидуализированные модели уже на переменном токе, предоставлявшие для эксплуатации большие возможности. В настоящее время такие модели, значительно более совершенные, использующие преимущества современной микроэлектроники, успешно эксплуатируются в некоторых зарубежных энергосистемах (например, США и Японии). Ситуация резко изменилась в конце 50-х — начале 60-х годов, когда стали доступны для широкого использования ЭВМ. Они оказались основным средством для расчетов токов КЗ путем ориентирования прежде всего на мощные вычислительные машины (первые из которых разработаны в Советском Союзе С. А. Лебедевым) были созданы и внедрены в эксплуатацию программы расчетов токов КЗ, учитывающие большинство факторов, необходимых как при проектировании, так и при эксплуатации. Наиболее широкое применение получили при этом программы, разработанные в ИЭД АН УССР (В. А. Крыловым и др.) и Энергосетьпроекте (С. Б. Лосевым и др.), и модификации последних в вычислительном центре Мосэнерго. Однако использование этих программ в простых случаях вызывало некоторые затруднения. Эти затруднения были обусловлены принятым подходом к составлению программ, по которому от общего решения подходили к частным случаям. Новым направлением, начавшим получать за рубежом все большее признание, является создание так называемых «открытых программ» (см., например, [80]), при которых пользователь может, наоборот, осуществлять наращивание программ для более сложных случаев. Это направление требует оценки специалистов. Более сложным оказался вопрос автоматизации выбора

В книге рассмотрены особенности разработки, принципы расчета и проектирования различных классов ИМС и БИС, дан анализ элементной базы современной микроэлектроники и важнейших видов ИМС, приведена методика расиста надежности ИМС.

Приборы с зарядовой связью (ПЗС), как отмечалось в гл. 3, являются весьма перспективными для современной микроэлектроники. По своей физической сущности они относятся к функ циональной микроэлектронике. Информация в ПЗС представляется в виде зарядовых пакетов неосновных носителей, которые могут кратковременно храниться в потенциальных ямах и передвигаться по информационному каналу вдоль границы раздела полупроводник ••— диэлектрик, при подаче на электроды ПЗС определенной последовательности тактирующих импульсов.

Преобразование составляющих комплексного сопротивления в напряжения связано с необходимостью обеспечения высокой точности, линейности, однозначной зависимости, а также ряда других требований и поэтому стало технически целесообразным лишь на базе достижений современной микроэлектроники. Для создания подобных преобразователей используются операционные усилители, которые обладают, как уже отмечалось (см. п. 7.4), рядом положительных свойств (большое значение коэффициента усиления в разомкнутом состоянии; большое входное и малое выходное сопротивления; широкий частотный диапазон и др.).

Преобразование составляющих комплексного сопротивления в напряжения связано с необходимостью обеспечения высокой точности, линейности, однозначной зависимости, а также ряда других требований и поэтому стало технически целесообразным лишь на базе достижений современной микроэлектроники. Для создания подобных преобразователей используются операционные усилители, которые обладают, как уже отмечалось (см. п. 7.4), рядом положительных свойств (большое значение коэффициента усиления в разомкнутом состоянии; большое входное и малое выходное сопротивления; широкий частотный диапазон и др.).

зие требований к их обработке. Выполнение в голном объеме этой сложнейшей задачи стало возможным и экономически целесообразным только с появлением нового класса цифровых приборов — микропроцессоров и микро-ЭВМ, в которых реализованы достижения современной микроэлектроники.

Создание электронных вольтметров на базе современной микроэлектроники позволяет получать малогабаритные и экономичные приборы.

Изготовление микросхем на основе БМК и ПЛМ сулит немалые выгоды в плане сокращения сроков изготовления, расширения их функционального разнообразия при сокращении затрат на проектирование и производство. Это один из основных путей ускорения разработок и выпуска современной микроэлектронной аппаратуры.

В современной микроэлектронной аппаратуре, выполняющей функции обработки и хранения информации, автоматизации и управления технологическими процессами, используются универсальные и специализированные интегральные микросхемы различной степени интеграции. Наблюдается тенденция более широкого применения интегральных микросхем высокой степени интеграции — больших (БИС) и сверхбольших (СБИС). Это обусловлено существенным улучшением технико-экономических характеристик аппаратуры, а именно:

Устройства современной микроэлектронной аппаратуры (МЭА) могут быть построены на основе универсальных микросхем малой, средней и большой степени интеграции. С целью улучшения технико-экономических характеристик МЭА (снижение массы, габаритов, стоимости, увеличение надежности) в ряде случаев целесообразно заменить некоторое количество групп универсальных микросхем малой и средней степени интеграции специализированными БИС, выполняющими то же самое преобразование информации.

При использовании современной микроэлектронной элементной базы предпочтение отдается OHM со схемой сравнения по углу.

Токовые защиты, реагирующие на установившиеся значения высших гармоник. По разработкам ВНИИЭ (В. М. Кискачи др.) промышленностью выпускается или готовится к выпуску значительное число исполнений таких защит, получивших широкое применение [48]. В настоящее время они строятся на современной микроэлектронной элементной базе и предназначены для включения на ТА нулевой последовательности. В [48] отмечается ряд мероприятий, направленных на повышение технического совершенства в разных вариантах таких защит. К ним, в частности, относятся следующие: фильтрация воздействующих величин с целью отстройки от слагающих рабочей частоты, могущих неблагоприятно влиять на эффективность функционирования; обеспечение работы при перемежающихся замыканиях; подпитка цепей тока от устройства, моделирующего с запасом мгновенное значение тока защищаемого присоединения согласно выражению iocn=3Coaduo/dt и компенсирующего бросок емкостного тока присоединения; устройства для защиты от больших токов /к при /Сдв'1* и некоторые другие.

В результате, как следует из рассмотрения схемы, защита оказывается достаточно сложной, ее выполнение на электромеханической элементной базе практически невозможно. Однако, будучи выполненной на современной микроэлектронной базе, она оказывается достаточно компактной и вполне приемлемой для эксплуатации.

отстройки [48]. Она основана на выпрямлении дифференциального тока и выделении из него постоянной слагающей и слагающей промышленной частоты. Оказалось, что слагающие промышленной частоты выпрямленного дифференциального тока могут быть использованы для блокировки дифференциальной защиты при г'нб.бр. Исследования и разработки, проведенные ЧГУ (А. М. Дмитренко), показали, что на этом принципе, используя выпрямленную производную дифференциального тока, может быть создана на современной микроэлектронной базе интересная время-импульсная схема относительно быстродействующей защиты, получившей промышленную реализацию (см., например, [48]).

Новым шагом в развитии электроизмерительной техники стали разработка и освоение серийного производства цифровых измерительных приборов (ЦИП). Высокая точность, быстродействие, помехоустойчивость, малый отбор мощности от объекта измерения, удобство визуального отсчета, возможность выдачи результата измерения в виде кода во внешние устройства и ряд других ценных признаков характерны для ЦИП наряду с полной автоматизацией процесса измерения. При разработке ЦИП сочетаются последние достижения теории электрических измерений с современной микроэлектронной элементной базой, автоматикой и вычислительной техникой.

Кроме того, по современной микроэлектронной технологии пока не удается создавать катушки индуктивности, поэтому активные фильтры реализуются только на #С-цепи как с сосредоточенными, так и с распределенными параметрами и ОУ.

полюсников. Применение эмиттерных повторителей и некоторых других устройств современной микроэлектронной техники обеспечивает выполнение этого требования. В тех случаях, когда нельзя пренебрегать взаимным влиянием элементарных четырехполюсников, приходится прибегать к более сложным методам синтеза, излагаемым в специальной литературе [7 — 9.

Фильтры относятся к устройствам, выполняющим функцию частотной селекции. Создание микроэлектронных элементов частотной селекции связано с рядом трудностей принципиального и технологического характера (необходимость локализации магнитного поля индуктивных элементов в малом объеме, соблюдение малых технологических допусков, решение проблем регулировки и взаимной подгонки параметров отдельных элементов и т. д.). Вследствие этого в современной микроэлектронной аппаратуре чаще всего используют дискретные микроминиатюрные фильтры (LC-контуры, пьезоэлектрические резонаторы и др.), а специфические методы создания элементов частотной селекции на основе технологических процессов микроэлектроники находятся до сих пор на стадии разработки и лабораторных исследований.