Основы технологии электронной компонентной базы

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:
Знать:
- термины в области технологии электронной компонентной базы;
- основные технологические операции, используемые при производстве электронной компонентной базы;
- современные тенденции развития микроэлектроники.

Уметь:
выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе технологических операций;
В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

ЛИТЕРАТУРА
Коледов Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок. СПб.: Издательство «Лань», 2008.
Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники. СПб.: Издательство «Лань», 2001. (2003)
Смирнов В.И. Физико-химические основы технологии электронных средств. Ульяновск, 2005.
Технология СБИС под редакцией С. Зи, 1986

«Транзистрон» на просвет в рентгене
1949-1950 гг

1952 г. – впервые получен кристаллический кремний
1954 г. – кремниевый транзистор (Texas Instruments)
1955 г. – почти все основные технологические операции: осаждение изолятора,
фотолитография с масками (200 микрон),
травление,
диффузия.
1959 г

Прототип транзисторного компьютера в университете “Manchester TC” (1953 г.)

1958 г (Ge)
1959 г. – в Bell Labs изготовили полевой транзистор с изолированным затвором
1955 г. – первый полевой транзистор
1962 г. – выпуск p-канальных транзисторов
n-канальные появились только в 1964 г.
1965 г. – комплементарная МОП (КМОП)
В 1968 г. в Bell Labs сменили материал затвора с алюминия на поликремний.

В 1952 г. британский электронщик Джэффри Даммер опубликовал идею об интегральной схеме (ИС) как о «твёрдом бруске без соединяющих проводов».
В 1958 г. молодой инженер Джэк Килби (Texas Instruments) построил первую ИС из пяти элементов, выполняющую роль генератора.
эпитаксия

Интеграция и микроминиатюризация
Уменьшение потребляемой мощности
Уменьшение себестоимости одного элемента
Повышение быстродействия

Гордон Мур — американский инженер, химик и электронщик, один из руководителей корпорации Fairchild, производящей электронные комплектующие, один из основателей компании Inte
1965 г «количество транзисторов на кристалле микропроцессора удваивается каждые два года»
«количество транзисторов на кристалле микропроцессора удваивается каждые полтора-два года»

Иммерсионный оптический литограф (степпер-сканер) Twinscan 1250 фирмы ASML (Нидерланды)
Установка способна производить литографию по полупроводниковым пластинам с размером элемента рисунка 50 нм со скоростью 100 пластин (диаметром 300 мм) в час. Точность размеров рисунка составляет ±10 нм по всей пластине.
В качестве сравнения: это соответствует ситуации, если бы за одну минуту(!) вся территория Нидерландов была покрыта рисунком с размером элемента 5 см с точностью ±1 см по всей площади рисунка (то есть, при формировании этого воображаемого рисунка от края и до края Голландии может «набежать ошибка» в 1 см!).

STMicroelectronics
(сотрудничает с компанией «Ситроникс» — участвует в создании фабрик по производству микросхем с проектными нормами 180 и 90 нм)

Менее известный «второй закон Мура», введённый в 1998 году Юджином Мейераном, гласит, что стоимость фабрик по производству микросхем экспоненциально возрастает с усложнением производимых микросхем.

Завод Микрон (Зеленоград) — 90нм
Основное коммерческое направление — RFID метки, чипы для sim-карт, документов
На месте получают чистую воду, газы — продукты разделения воздуха. Все остальное — практически всю химию, «чистые» пластины, и прочие материалы —импортируют.
Мелкосерийное производство фотошаблонов под 90-180нм есть, но фотошаблоны для критических слоев (с самыми мелкими деталями) приходится изготавливать за рубежом.
Поставщик базовой технологии 180 и 90нм — французская компания STMicroelectronics. Дальнейшие модификации технологии делают уже на Микроне (например SiGe, кремний-на-изоляторе и проч.).
Оборудование — импортное.

Классификация материалов
По назначению:
основные (полупроводники),
технологические (абразивные материалы, химические материалы, реагенты, диффузанты, фоторезисты, ренгено- и электронорезисты, лаки, эмали, компаунды и др),
конструкционные (металлы, сплавы, стекла, керамика, пластмассы и клеи для изготовления корпусов),
вспомогательные (для обеспечения необходимых газовых сред, для изготовления приспособлений и оснастки, для придания готовым изделиям товарного вида, особо чистая вода).

Твердые вещества:
Монокристаллические
Поликристаллические
Аморфные

Стекла
Тугоплавкие стекла имеют боросиликатную или алюмосиликатную основу, обладают высокими диэлектрическими свойствами, большими термостойкостью, температурой размягчения и механической прочностью.
Легкоплавкие стекла имеют свинцовый, баритовый или магнезиальный состав.

Керамика
Получают спеканием неорганических солей с различными минералами или оксидами металлов.
Кристаллообразующими (непластичными) компонентами являются неорганические соли, минералы (кварц, глинозем и др.), оксиды металлов и карбонаты, а пластичными – различные глинистые материалы, облегчающие оформление заготовок и деталей.

Молекулы органических веществ

Пластмассы – материалы, получаемые на основе природных или синтетических смол (полимеров) и способные под действием нагрева и давления формироваться в изделия нужной формы, а затем устойчиво ее сохранять.
Пластмассы состоят из основы (связующего вещества), наполнителя, отвердителя, пластификатора и смазывающих добавок. В качестве связующего вещества используют различные эпоксидные, кремнийорганические и полиэфирные смолы. Наполнитель обеспечивает требуемые механические свойства пластмасс и представляет собой порошок из стекла, талька, асбеста графита или других материалов.

Термопластичные пластмассы под действием температуры могут переходить из жидкого состояния в твёрдое (при охлаждении) и из твердого в жидкое (при повторном нагреве), т.е. являются термообратимыми.
Термореактивные пластмассы под действием температуры переходят из жидкого состояния в твёрдое (при охлаждении), но при повторном нагреве не переходят из твердого состояния в жидкое, т.е. являются термонеобратимыми.

Жидкие кристаллы
Смектические (молекулы имеют вытянутую форму, ориентированы параллельно друг другу и образуют тонкий слой)
Нематические (содержат нитевидные частицы, направленные параллельно друг другу)
Холестерические (соседние молекулярные слои немного повернуты друг относительно друга, стопка слоев описывает в пространстве спираль)

состоит из трех стабильных изотопов:
2814Si (92,27%), 2914Si (4,68%) и 3014Si (3,05%).
Кремний после кислорода — самый распространенный элемент в земной коре. В свободном состоянии кремний в природе не встречается. Наиболее распространенными его соединениями являются оксид кремния (IV) SiO2 и соли кремниевых кислот — силикаты.
полевой шпат К2О× Аl2O3× 6SiO2,
асбест 3MgО× 2SiO2× 2H2O,
cлюда К2О× 3Аl2O3× 6SiO2× 2H2O,
каолинит 3Аl2O3× 2SiO2× 2H2O.
Кремний

Химические свойства
Для атомов кремния является характерным состояние sp3-гибридизации орбиталей. В соединениях обычно проявляет себя как четырёхвалентный элемент со степенью окисления +4 или −4. Встречаются двухвалентные соединения, например, SiO.
При нормальных условиях активно реагирует только с газообразным фтором, при этом образуется летучий тетрафторид кремния SiF4. При нагревании до температуры свыше 400—500 °C кремний реагирует с кислородом с образованием SiO2, с хлором, бромом и иодом — с образованием соответствующих легко летучих галогенидов.
С азотом кремний при температуре около 1000 °C образует нитрид Si3N4, с бором — термически и химически стойкие бориды SiB3, SiB6 и SiB12.
При температурах свыше 1000 °C можно получить соединение кремния и углерода — карбид кремния SiC (карборунд), который характеризуется высокой твёрдостью и низкой химической активностью.

Элементарная ячейка кремния

Германий
Элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как эка-кремний) и открыт в 1885 году немецким химиком Клеменсом Винклером.
Общее содержание германия в земной коре 7×10−4% по массе. Собственные минералы германия встречаются исключительно редко. Почти все они представляют собой сульфосоли:
германит Cu2(Cu, Fe, Ge, Zn)2 (S, As)4 (6 — 10 % Ge),
аргиродит Ag8GeS6 (3,6 — 7 % Ge),
конфильдит Ag8(Sn, Ge) S6 (до 2 % Ge) и др.
В химических соединениях германий обычно проявляет валентности 4 или 2. Соединения с валентностью 4 стабильнее.
При нормальных условиях устойчив к действию воздуха и воды, щелочей и кислот, растворим в царской водке (смесь концентрированных азотной и соляной кислот) и в щелочном растворе перекиси водорода.

Соединения AIIIBV
Структура цинковой обманки кубического типа (сфалерит).
II группа – акцепторы (Zn, Cd),
VI группа – доноры (Se, Te). Электрические свойства зависят от избытка или недостатка компонентов 3 5 групп

Соединения AIIBVI
Структура сфалерита или вюрцита.
I группа (Cu, Ag, Au) и V группа – акцепторы,
III группа (Al, Ga, In) и VII группа – доноры.

Соединения AIVBVI
Кубическая кристаллическая решетка. Электрические свойства зависят от состава (избыток Pb – n-тип, избыток халькогена p-тип).
I группа (Cu, Ag) – акцепторы (замещают Pb),
Трехвалентные металлы (Bi) и VII группа – доноры.

Кроме неорганических веществ полупроводниковыми свойствами обладают также и некоторые органические вещества, такие как бензол, нафталин и т. д.

Сегнетоэлектрики

Пьезоэлектрические материалы