Микроэлектроника, роль микроэлектронных технологий в современной промышленности. Получение монокристаллов кремния

Билет  № 19

1  Теоретическая часть

Наукоемкие промышленные технологии. Микроэлектроника, роль  микроэлектронных технологий  в современной промышленности.  Технологии микроэлектроники (получение монокристаллов кремния, эпитаксия, литография).  Нанотехнологии.

Под технологией понимается совокупность методов и приемов, применяемых на всех стадиях разработки и изготовления определенного вида изделий. А наукоемкость – это один из показателей, характеризующих технологию, отражающий степень ее связи с научными исследованиями и разработками (ИР). Наукоемкой мы называем ту (промышленную) технологию, которая включает в себя объемы ИР, превышающие среднее значение этого показателя технологий в определенной области экономики, допустим, в обрабатывающей промышленности, в добывающей промышленности или в сельском хозяйстве. Отличие наукоемких отраслей от прочих - высокие темпы роста; большая доля добавленной стоимости в конечной продукции; повышенная заработная плата работающих; крупные объемы экспорта; высокий инновационный потенциал. Высокий уровень расходов на ИР - главный внешний признак наукоемкости отрасли или отдельного предприятия, залог постоянной и интенсивной инновационной активности.

Микроэлектроника, роль микроэлектронных технологий в современной промышленности.

Микроэлектроника — подраздел электроники, связанный с изучением и производством электронных компонентов с геометрическими размерами характерных элементов порядка нескольких микрометров и меньше.

Такие устройства обычно производят из полупроводников и полупроводниковых соединений, используя фотолитографию и легирование. Большинство компонентов обычной электроники: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы, изоляторы и проводник — также применяются и в микроэлектронике, но уже в виде миниатюрных устройств в интегральном исполнении.

Микроэлектроника - это движущая сила нынешней глобальной промышленности.

Микроэлектроника является группой технологий, которые объединяют несколько устройств в небольшой физической области.

Современная передовая микроэлектроника увеличивает отраслевые требования. Например, литьё пластмасс происходит под давлением, что возможно сегодня лишь с использованием микропроцессорной техники. Столь актуальные на сегодня для населения пластиковые окна и их производство, непосредственно связано с применением систем управления, имеющих микропроцессоры.

В промышленности используются дополнительные металл оксидные полупроводники (CMOS), которые являются наиболее распространенным типом транзисторов, благодаря простоте интеграции и низкой статической рассеиваемой мощности. Еще одной популярной версией  стал биполярный плоскостной транзистор.

Из валового мирового продукта примерно в $ 55 трлн, доля микроэлектроники составляет более 10%. Она занимает  решающее центральное место в глобальной экономике многих развивающихся отраслей в 21-м веке.

Получение монокристаллов кремния

Выращивание монокристаллов кремния из поликристаллического кремния полупроводниковой чистоты в промышленных условиях осуществляется по методу Чохральского и бестигельной зонной плавкой.

Метод Чохральского. Этим методом выращивают до 80-90% монокристаллического кремния, потребляемого электронной промышленностью. Схема имеет следующий вид.

1.  Кварцевый тигель (основа )

2.  Графитовый держатель тигля

3.  Расплав кремния

4.  Нагреватель

5.  Тепловой экран

6.  Держатель для крепления вращения тигля

7.  Выращиваемый монокристалл кремния с затравкой

8.  Держатель для крепления вращения выращиваемого монокристалла

9.  Рабочая камера

10.  Смотровое окно

Очищенный поликристаллический кремний полупроводникового качества или оборотный кремний, т.е. остатки от выращенного монокристаллического кремния, помещаются в тигель, производится вакуумирование камеры и плавление кремния. Выращивание монокристаллов в промышленных установках осуществляется в атмосфере инертного газа, чаще всего аргона, при пониженном давлении. Инертная атмосфера предотвращает окисление кремния и эрозию узлов установки, а пониженное давление позволяет частично очистить расплав кремния от летучих примесей за счёт их испарения.

По методу Чохральского в промышленности в настоящее время наиболее распространено выращивание монокристаллов кремния диаметров 200 мм, длиной до 1,5 метров и отклонением по диаметру не более 3 мм. Максимальный диаметр слитков, выращиваемых в промышленном масштабе, составляет 300 мм.

Эпитаксия

Эпитаксия представляет собой процесс наращивания монокристаллических