Взаимосвязь между внешне проявляющимися свойствами материалов и их внутренним строением, страница 13

Экстраполяция на основе сложившейся тенденции позволяет предположить, что ширина линий 0,1 мкм будет достигнута, по крайней мере на уровне опытных образцов, к середине 90-х годов. Многие специалисты, занимающиеся теоретическими исследованиями, полагают, что такая ширина линии является предельной и ограничивает возможности дальнейшего усовершенствования конструкции электронных микросхем; устройства с размером элементов меньше 0,1 мкм, возможно, потребуют иных режимов работы, отличных от тех, которые используются в настояидее время. Поэтому уже сейчас исследования, связанные с дальнейшим совершенствованием конструкции транзисторов, становятся все более широкими, и миниатюризация уже не явля-

ется единственной целью. Ученые исследуют возможность использования новых физических эффектов для повышения быстродействия транзисторов нынешнего поколения. Они экспериментируют с новыми комбинациями материалов и новыми типами

транзисторных структур и даже начинают мечтать о «биосхемах».

СОВРЕМЕННОЙ электронике наибольшее распространение получили два типа транзисторов — биполярные и полевые. И те и другие играют важную роль в вычислительной технике. Биполярные транзисторы это основные элементы, используемые в центральном процессоре блоке ЭВМ, осуществляющем обработку данных. В свою очередь полевые транзисторы в основном используются для построения блоков памяти ЭВМ. Все большее применение они также находят для выполнения логических операций в вычислительных машинах малых и средних размеров. Такое разделение обусловлено тем, что биполярные транзисторы обеспечивают более высокую скорость переключения, чем полевые транзисторы .

Несмотря на различия между двумя типами приборов, принципы работы биполярных и полевых транзисторов одинаковы. По сути, транзистор это переключатель: если к определенной области транзистора приложить разность потенциалов, он может оказаться либо «включенным», либо «ВЫКЛЮЧеННЫМ>>. Когда транзистор включен, электрический ток течет от одной области прибора к другой; когда транзистор выключен, ток перестает течь. В биполярном транзисторе с помощью напряжения, прикладываемого к области, называемой базой, можно управлять током, протекающим между двумя другими областями эмиттером и коллектором. Соответствующие элементы у полевого транзистора называются затвором, истоком и стоком (см. рисунок на с. 79).

ИЗОБРАЖЕНИЯ одной и той же части интегральной схемы показывают пространственное распределение элементов в кристалле. Начиная с верхней левой фотографии и далее по часовой стрелке изображены полученные с помощью электронного пучка снимки кристалла и распределения кремния, фосфора и алюминия. Часть электронов рассеивалась поверхностью; рассеянные назад электроны и сформировали полученные изображения. Другая часть электронов возбудила атомы, и они излучали рентгеновские лучи. Поскольку каждый элемент испускает рентгеновские лучи определенной длины волны, то можно получить картину распределения различных элементов. Приведенные изображения сделаны в Институте материаловедения при Университете в Антверпене.

Как биполярные, так и полевые современные транзисторы изготовляются из одного и того же полупроводникового материала — кремния. В кристалле чистого кремния большинство электронов находится в связанном состоянии и лишь незначительное количество электронов может свободно перемещаться в кристаллической решетке. Атом кремния имеет четыре валентных, или находящихся на внешней оболочке, электрона, которые участвуют в межатомных связях. В кристалле кремния каждый атом окружен четырьмя другими равноудаленными от него атомами, расположенными в вершинах тетраэдра; атомы связаны между собой парами валентных электронов (по одному из каждых двух связанных атомов). Для повышения электропроводности кремний легируют, т. е. в него вводят примесные элементы.