Краткая история развития микроэлектроники

 

История развития микроэлектроники — это неотъемлемая часть истории технического прогресса. Без всякого сомнения, «перво­толчком» к зарождению микроэлектроники послужило изобрете­ние американцами Дж. Бардином и У. Браттейном точечного тран­зистора. Это произошло в 1948 г. под крышей Bell Telephone Laboratories. Первые транзисторы изготавливались на основе гер­мания и были весьма несовершенны. В качестве основных недо­статков можно указать нестабильность характеристик и выражен­ную зависимость их от температуры, повышенный уровень шу­мов, малую мощность и высокую стоимость.

Следующий важный шаг в развитии транзисторной техники был связан с изобретением в 1951 г. плоскостного транзистора и практи­чески совпал по времени с массовым переходом от германия к крем­нию. Позднее опыт изготовления транзисторов, основанный на диф­фузии, способствовал разработке групповой технологии производ­ства транзисторов, что резко снизило их стоимость. В 1952 г. был изобретен полевый (униполярный) транзистор.

Днем рождения микроэлектроники следует считать появление интегральных схем. Первая ИС была выпущена фирмой Fairchild Semiconductor в 1961 г. и представляла собой триггер, собранный из четырех биполярных транзисторов и двух резисторов. С момента изобретения транзистора до появления микросхем прошло всего 13 лет. К середине 60-х годов XX в. интегральные схемы содержат до 100 элементов, а их номенклатура стремительно расширяется. В начале 70-х годов XX в. появляются первые БИС (большие интег­ральные схемы), содержащие на кристалле уже сотни и тысячи элементов размером от 3 до 100 мкм.

В 1971 г. появился первый микропроцессор.

Значительный вклад в развитие микроэлектроники внесли со­ветские и российские ученые. За разработку полупроводниковых лазеров на основе гетеропереходов, без которых не обходится ни один современный компьютер, наш соотечественник Ж. И.Алфе­ров в 2001 г. был удостоен Нобелевской премии.

Принципиально важным моментом является то, что при изго­товлении микросхем используется групповой метод производства. Суть его заключается в том, что на одной пластине полупровод­никового материала одновременно изготавливается большое чис­ло интегральных схем. Кроме того, если позволяет технологиче­ский процесс, одновременно в работе находится несколько де­сятков таких пластин. По завершении основного технологическо­го цикла пластина режется на кристаллы, каждый из которых пред­ставляет собой отдельную микросхему. На заключительной стадии осуществляют корпусирование — помещение кристалла в корпус и соединение контактных площадок с выводами (ножками) ин­тегральной схемы.

Следует сказать, что в основе развития микро­электроники лежит непрерывное усложнение функций, выпол­няемых электронной аппаратурой, и расширение круга решаемых с помощью этой аппаратуры задач. Это приводит к тому, что на определенном этапе становится невозможным решение новых за­дач на основе старой элементной базы. В результате труда ученых, инженеров и технологов «появляются на свет» все новые и новые электронные приборы, обладающие более высокими характери­стиками по отношению к своим предшественникам. При этом фак­торами, лежащими в основе смены элементной базы электрон­ных узлов и устройств, являются надежность, стоимость и мощ­ность, а также габаритные размеры и масса.

Основной тенденцией развития микроэлектроники является по­вышение степени интеграции микросхем. Согласно знаменитому прогнозу, сделанному в 1965 г. и известному с тех пор как закон Мура, условное число транзисторов в наиболее скоростных процес­сорах удваивается каждые полтора года. Разумеется, эта тенденция не может сохраняться вечно, и уже с 90-х годов XX в. разные специ­алисты периодически высказывают мысль о том, что в своем разви­тии микроэлектроника вплотную подошла как к технологическому пределу увеличения размеров кристаллов СБИС и УБИС, так и к дальнейшему повышению «плотности» размещения компонентов на кристалле.

Наноэлектроника

Наноэлектроника — область электроники, занимающаяся разработкой физических и технологических основ создания интегральных электронных схем с характерными топологическими размерами элементов менее 100 нм.