Mikroelektronika Rusia: realitas dan prospek. Prospek mikroelektronika

Pada tanggal 22 April, konferensi “Mikroelektronik Rusia: prospek pengembangan” diadakan, yang diselenggarakan oleh surat kabar Vedomosti.

Konferensi ini diadakan dalam bentuk meja bundar perwakilan yang dimoderatori oleh Evgeny Kuznetsov, Wakil Direktur Jenderal dan Kepala Kantor Proyek Perusahaan Ventura Rusia.

Laporan utama dibuat oleh Yuri Slyusar, Wakil Menteri Perindustrian dan Perdagangan Federasi Rusia. Ia mengingatkan, industri radio-elektronik merupakan salah satu sektor perekonomian yang paling penting dan diprioritaskan. Ambil contoh, perkiraan pasar peralatan radio-elektronik dunia dalam triliunan dolar AS. Tahun 2012 sebesar 1,75, tahun 2015 harus meningkat menjadi 2,05 dan selanjutnya: 2020 - 2?49, 2025 - 3,15, 2030 - 3,46.

Pangsa elektronik radio dalam nilai tambah industri manufaktur terus meningkat - dari 26% menjadi 37% untuk periode 2012 hingga 2030. Pangsa sistem elektronik radio dalam produk akhir industri militer berteknologi tinggi harus meningkat bahkan lebih lagi - dari 40% menjadi 70% pada tahun 2030.

Yuriy Slyusar menegaskan, industri memiliki posisi lemah dalam persaingan pasar global. Produk-produk Rusia hampir sepenuhnya tersingkir dari segmen konsumen; mereka hanya tetap kompetitif di ceruk tertentu di segmen profesional; volume ekspor tidak signifikan. Pada saat yang sama, kami mempertahankan posisi yang kuat di segmen khusus di mana terdapat banyak produk yang bersaing secara global.

Namun, permasalahan industri tidak terbatas pada permasalahan yang disebutkan di atas. Jelas tidak ada cukup perusahaan efektif di negara ini yang dapat mengubah industri ini. Rendahnya tingkat produktivitas dan efisiensi proses. Model bisnis yang ketinggalan jaman dan kompetensi pasar yang tidak efektif digunakan, dan pelaku pasar hampir tidak mengambil bagian dalam kerjasama global.

Kita tidak boleh melupakan rendahnya tingkat teknologi industri. Ada ketertinggalan dalam banyak teknologi dasar. Tingkat komersialisasi dan pengembangan teknologi terapan menjadi produk yang kompetitif masih rendah.

Menarik untuk membandingkan output per karyawan di industri radio-elektronik dalam ribuan dolar per tahun: AS - 402, Jepang - 387, Brasil - 346, Taiwan - 297, Tiongkok - 99, Rusia - 26. Mudah untuk melihat bahwa perbedaan antara Rusia dan Amerika adalah 15 kali lipat.

Angka lain: pangsa pabrikan Rusia di pasar domestik adalah 15%, di pasar luar negeri - kurang dari 0,4%.

Menurut Yuriy Slyusar (dan pengembang strategi lainnya), untuk mencapai tujuan pembangunan, keadaan industri perlu diubah secara radikal. Peningkatan efisiensi, daya saing dan tingkat teknologi industri radio-elektronik perlu dicapai untuk menjamin kemampuan pertahanan, pembangunan ekonomi dan realisasi potensi inovatif Rusia.

Yang utama adalah meningkatkan output produk melalui pengembangan segmen prioritas yang terfokus. Meningkatkan efisiensi perusahaan dan pertumbuhan produktivitas. Meningkatkan tingkat teknologi industri dan menciptakan basis teknologi untuk menciptakan sejumlah besar produk yang kompetitif.

Pendapatan industri pada tahun 2030 akan tumbuh menjadi 1,583 miliar rubel dari 245 pada tahun 2012, yaitu tujuh kali lipat. Output per karyawan di industri radioelektronik dalam ribuan rubel per tahun akan meningkat 11 kali lipat: dari 995 pada tahun 2012 menjadi 10.368 pada tahun 2030.
Pangsa produk Rusia di pasar domestik di segmen prioritas akan meningkat 1,7 kali lipat - dari 25% pada tahun 2012 menjadi 43% pada tahun 2030. Pangsa produk Rusia di pasar dunia di segmen prioritas akan meningkat 1,8 kali lipat - dari 0 . 6% hingga 1,1%.

Menurut Yuri Slyusar, hanya melalui model pengembangan terintegrasi dengan fokus pada segmen profesional tujuan ekonomi industri dapat terwujud. Output industri saat ini dalam miliar rubel adalah 245. Potensi pertumbuhan ketika pangsa pasar global mencapai 2% di segmen profesional meningkat enam kali lipat menjadi 1.500 miliar rubel. Potensi pertumbuhan setelah mencapai pangsa pasar global sebesar 5% di segmen profesional adalah 3,750 miliar rubel. Potensi pertumbuhan output per orang yang bekerja di industri ini pada tahun 2030 dapat mencapai angka 10 kali lipat - dari satu juta rubel menjadi 10 juta rubel.

Jadi, dengan tetap mempertahankan pendanaan anggaran yang terbatas, namun dengan dukungan aktif dari investasi swasta, hasil produksi akan mencapai 1,6 triliun pada tahun 2030. rubel Volume industri akan tumbuh enam kali lipat. Output per karyawan akan meningkat 11 kali lipat. Ekspor peserta akan meningkat 10 kali lipat. Peningkatan pangsa perusahaan REP Rusia di pasar domestik akan mencapai 43% dan segmen prioritas, dan di pasar global - sebesar 1,8 kali lipat. Pangsa komponen elektronik produksi dalam negeri di segmen prioritas pasar dunia harus ditingkatkan menjadi 0,6%.

Pada paruh kedua abad ke-20, perkembangan elektronik semikonduktor, dan terutama mikroelektronika, menyebabkan perubahan kualitatif di hampir seluruh perekonomian dunia berdasarkan teknologi informasi baru. Dan jika Anda melihat negara-negara yang disebut sebagai “miliar emas” saat ini, kesejahteraan ekonomi mereka terutama didasarkan pada teknologi teknologi tinggi, pada perekonomian yang dibangun berdasarkan teknologi tinggi. Dan peringkat pertama di antaranya ditempati oleh teknologi informasi dan elektronik semikonduktor. Itulah sebabnya topik ini dipilih untuk pertemuan pertama kami.

Elektronik adalah sektor ekonomi paling dinamis di dunia. Tingkat pertumbuhan tahunan rata-ratanya lebih dari 7 persen per tahun. Industri terkait elektronik, industri yang menggunakan produk elektronik, menghasilkan produk senilai $15 triliun.

Apa keuntungan berinvestasi di bidang elektronik? $1 menghasilkan $100 dalam produk akhir. Tingkat profitabilitas industri elektronik sebesar 40 persen. Periode pengembalian rata-rata global untuk investasi di bidang elektronik adalah 2-3 tahun. Tingkat pertumbuhannya tiga kali lebih tinggi dari tingkat pertumbuhan PDB. Satu pekerjaan di bidang elektronik menghasilkan empat pekerjaan di industri lain. Satu kilogram produk mikroelektronika setara dengan biaya 110 ton minyak. Ini adalah satu kilogram produk yang memiliki komponen elektronik, dan jika kita mengambil komponen elektronik, seperti heterostruktur laser, maka satu gram biayanya setara dengan 10 ton minyak.

Berikut adalah beberapa angka yang menjadi ciri pasar industri elektronik global:

Bahan untuk produksi semikonduktor - $20 miliar;

Peralatan manufaktur semikonduktor - $30 miliar;

Komponen semikonduktor - $205 miliar;

Peralatan elektronik - lebih dari satu triliun dolar;

Industri yang berhubungan dengan elektronik - $15 triliun

65 persen produk nasional bruto Amerika Serikat ditentukan oleh industri yang berhubungan dengan elektronik. Saat ini di Amerika Serikat dan Kanada, peralatan elektronik per kapita diproduksi dengan biaya $1.260, dan di Rusia - $14. Pasar komponen elektronik Rusia tidak melebihi $2 miliar. Bagian utamanya adalah semikonduktor. Dengan dukungan aktif pemerintah, elektronik Rusia bisa bangkit. Kuncinya adalah segmen pasar komputer dan pasar peralatan telekomunikasi yang berkembang secara aktif. Modernisasi jaringan telekomunikasi kabel di Rusia diperkirakan memerlukan dana hingga $35 miliar dalam 10 tahun ke depan. Potensi pasar elektronik industri diperkirakan mencapai puluhan miliar dolar dalam waktu dekat. Total permintaan perusahaan kompleks senjata nuklir pada tahun 2004 adalah sekitar 120 ribu unit untuk perangkat semikonduktor, sekitar 80 ribu unit untuk sirkuit terpadu. Peralatan untuk perkeretaapian Rusia akan membutuhkan setidaknya 20 juta produk elektronik semikonduktor. Institusi medis sangat membutuhkan elemen semikonduktor. Situasi geopolitik dan internal Rusia menjadikan penggunaan sistem elektronik modern sangat penting dalam menyelesaikan masalah badan keamanan Rusia, badan antariksa, dan badan senjata konvensional. Tentu saja, ada sektor-sektor penting di mana penggunaan barang elektronik asing tidak dapat diterima. Ini terutama adalah pertahanan.

Jumlah pendanaan untuk penelitian dan pengembangan dibandingkan antara Amerika Serikat dan Rusia berbeda puluhan, bahkan ratusan kali lipat.

Kita sering mengatakan bahwa pasar elektronik terpecah, dan terpecah selamanya, dan bahwa Rusia tidak akan pernah bisa memasuki pasar elektronik global. Pasar dunia selalu terpecah, jadi saya tidak cenderung mendukung penilaian pesimistis ini. Ingatlah bahwa di awal tahun 70-an, Amerika Serikat adalah produsen utama komponen elektronik semikonduktor. Dan di awal tahun 80-an, praktis ada dua produsen utama komponen elektronik semikonduktor - Amerika Serikat dan Jepang, dan kemudian muncul segmen ketiga - negara-negara Asia Tenggara dan yang keempat - Eropa.

Tiongkok patut mendapat perhatian. Jika pada tahun 2002 volume produksi komponen semikonduktor sebesar $15 miliar, maka pada tahun 2010 akan meningkat menjadi $23,4 miliar. Total volume produk elektronik pada saat ini akan meningkat menjadi $242 miliar, yang mencakup hampir 10 persen produk nasional bruto.

Perlu diperhatikan rencana pembangunan pabrik mikroelektronik baru di dunia selama lima tahun ke depan. Secara total, lebih dari 30 perusahaan baru direncanakan akan didirikan di seluruh dunia, 13 di antaranya akan dibangun di Tiongkok.

Terlepas dari potensi personel ilmiah yang sangat besar, industri elektronik semikonduktor Rusia berada pada level pertengahan 80-an abad lalu. Sarana teknis sistem informasi yang diterapkan sebagian besar dibeli di luar negeri, yaitu berbasis barang elektronik impor. Alih-alih berinvestasi dalam pertumbuhan industri elektroniknya sendiri, Rusia justru menginvestasikan miliaran dolar dalam pengembangan teknologi elektronik tingkat tinggi di negara lain.

Industri mikroelektronika modern sangat mahal. Sebuah perusahaan yang memproduksi produk pada substrat 300 mm menelan biaya dua setengah miliar dolar. Tapi periode pengembaliannya adalah enam sampai tujuh tahun. Saat ini, perusahaan-perusahaan ini menjadi basis pengembangan elektronik semikonduktor. Oleh karena itu, keluarnya Rusia dari perangkap bahan mentah yang dramatis saat ini hanya dapat terjadi melalui pembelian produksi semikonduktor paling modern hingga saat ini.

Jika kita melangkah selangkah demi selangkah dan mengatakan bahwa saat ini kita secara teknologi, secara umum, berada pada level pertengahan tahun delapan puluhan dan kita harus terlebih dahulu menutup kesenjangan tersebut, maka kita akan mengalami ketertinggalan total. Tidak perlu meyakinkan kita bahwa tanpa komponen elektronik semikonduktor, Rusia tidak hanya tidak bisa menjadi negara modern, tetapi juga tidak bisa mengembangkan teknologi berteknologi tinggi sama sekali.

Disarankan untuk mengembangkan proposal yang membangun proteksionisme yang sehat dalam pembelian komponen impor dan produk jadi, dengan fokus pada substitusi impor maksimum, serupa dengan yang diterapkan di Tiongkok, Korea Selatan, dan Jepang. Untuk mencapai hal ini, undang-undang yang mengatur bidang perpajakan dan kepabeanan, kegiatan ekonomi luar negeri, tata cara pengadaan pemerintah dan syarat-syarat akses produk jadi ke pasar harus disesuaikan. Melalui pemberian jaminan negara, perlu dirangsang terciptanya produksi-produksi teknologi tinggi bersama dengan mitra asing secara paritas, sehingga produksi-produksi tersebut tidak hanya memenuhi kebutuhan industri dalam negeri, tetapi juga mampu diekspor. Diputuskan juga untuk menghubungi Dewan Keamanan dengan proposal untuk mempersiapkan program transisi bertahap industri pertahanan ke basis elemen dalam negeri.

Bidang elektronik kuantum yang paling penting adalah pembuatan laser dan maser. Perangkat untuk pengukuran jarak yang tepat (pengukur jarak), standar frekuensi kuantum, giroskop kuantum, sistem komunikasi multisaluran optik, komunikasi luar angkasa, dan astronomi radio dibangun berdasarkan perangkat elektronik kuantum. Efek energi radiasi laser terkonsentrasi pada materi digunakan dalam teknologi industri. Laser memiliki berbagai aplikasi dalam biologi dan kedokteran.

Elektronika sedang dalam pengembangan intensif; hal ini ditandai dengan munculnya kawasan-kawasan baru dan terciptanya arah-arah baru di kawasan-kawasan yang sudah ada.

Salah satu masalah utama yang dihadapi elektronik terkait dengan kebutuhan untuk meningkatkan jumlah informasi yang diproses oleh komputasi dan pengendalian sistem elektronik sekaligus mengurangi ukuran dan konsumsi energi. Masalah ini diselesaikan dengan:

Pembuatan sirkuit terpadu semikonduktor yang memberikan waktu peralihan hingga 10 -11 detik;

Meningkatkan derajat integrasi pada satu chip menjadi sejuta transistor berukuran 1-2 mikron;

Penggunaan dalam sirkuit terpadu perangkat komunikasi optik dan konverter optoelektronik (lihat Optoelektronik), superkonduktor;

Pengembangan perangkat penyimpanan dengan kapasitas beberapa megabit dalam satu chip; aplikasi peralihan berkas laser dan elektron;

Memperluas fungsionalitas sirkuit terpadu (misalnya, transisi dari mikroprosesor ke komputer mikro dalam satu chip);

Peralihan dari teknologi sirkuit terpadu dua dimensi (planar) ke tiga dimensi (volumetrik) dan penggunaan kombinasi berbagai sifat benda padat dalam satu perangkat;

Pengembangan dan penerapan prinsip dan sarana televisi stereoskopis yang lebih informatif dibandingkan televisi konvensional;

Pembuatan perangkat elektronik yang beroperasi pada rentang gelombang milimeter dan submilimeter untuk sistem transmisi informasi broadband (lebih efisien), serta perangkat jalur komunikasi optik;

Pengembangan perangkat gelombang mikro dan laser yang kuat dan berefisiensi tinggi untuk dampak energik pada materi dan transfer energi terarah (misalnya, dari luar angkasa).

Salah satu tren perkembangan elektronika adalah penetrasi metode dan sarananya ke dalam biologi (untuk mempelajari sel dan struktur organisme hidup serta mempengaruhinya) dan kedokteran (untuk diagnostik, terapi, pembedahan). Seiring dengan berkembangnya elektronika dan meningkatnya teknologi produksi perangkat elektronik, jangkauan pemanfaatan elektronika di segala bidang kehidupan dan aktivitas masyarakat semakin meluas, dan peran elektronika dalam mempercepat kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi semakin meningkat.

Bibliografi

1. Bobrovnikov L.Z. Elektronika: Buku teks untuk universitas. edisi ke-5, direvisi. dan tambahan – Sankt Peterburg: Peter, 2004 – 560 hal.

2. Materi radio, komponen radio dan elektronik: Buku Teks / K.S.Petrov. – Sankt Peterburg: Peter, 2004 – 522 hal.

3. Sistem dan jaringan telekomunikasi. BI Kruk, V.P. Shuvalov, T 1,2. Buku teks untuk universitas; Saluran Siaga – Telekomunikasi, 2004

4. Medvedev A.M. Perakitan dan pemasangan perangkat elektronik. Moskow: Tekhnosphere, 2007 – 256 hal.

5. V.Stolings “Jalur dan jaringan komunikasi nirkabel” Moskow, Williams Publishing House, 2003

6. Lachin V.I., Savelov N.S. Elektronik. Edisi ke-6, direvisi, ditambah. dan diperbaiki. - Rostov-on-Don: “Phoenix”, 2007. – 710 hal.

7. Shapkin V.I. Radio: penemuan dan penemuan. Ilmu. Teknik. Masyarakat / V.I.Shapkin. M.: DMK PRESS, 2005 – 190 hal.

8. Medvedev A.M. Teknologi produksi papan sirkuit tercetak. Moskow: Tekhnosphere, 2005 – 183 hal.

9. Zinoviev A.L. Pengantar spesialisasi insinyur radio: panduan praktis untuk spesialisasi teknik radio di universitas / A.L. Zinoviev, L.I. Filipov. edisi ke-2. dikerjakan ulang dan tambahan M.: Sekolah Tinggi, 1989 – 207 hal.

10. Grachev N.N. Psikologi pekerjaan teknik: buku teks / N.N.Grachev. M.: Sekolah Tinggi, 1998.

Kementerian Pendidikan dan Ilmu Pengetahuan Federasi Rusia

Institut Cabang Novokuznetsk

lembaga pendidikan negara

pendidikan profesional yang lebih tinggi

"Universitas Negeri Kemerovo"

Pekerjaan kursus

Mikroelektronika. Teknologi baru yang berkembang pesat

Pengawas

K.V. Chmeleva

Novokuznetsk 2011

Perkenalan

1. Landasan teori mikroelektronika

1.1. Sejarah perkembangan mikroelektronika

1.2 Masalah modern dan arah perkembangan mikroelektronika

3 Klasifikasi produk mikroelektronika

4 Ketentuan dasar dan prinsip mikroelektronika

Arah utama perkembangan elektronika

1 Prospek pengembangan mikroelektronika

2 Teknologi baru yang berkembang pesat

Kesimpulan

Bibliografi

Perkenalan

Elektronika telah melalui beberapa tahap perkembangan, di mana beberapa generasi basis elemen telah berubah: elektronik diskrit perangkat vakum listrik, elektronik diskrit perangkat semikonduktor, elektronik terintegrasi dari sirkuit mikro (mikroelektronik), elektronik terintegrasi perangkat mikroelektronik fungsional (mikroelektronik fungsional) ).

Basis elemen elektronik berkembang dengan kecepatan yang terus meningkat. Masing-masing generasi di atas, yang muncul pada titik waktu tertentu, terus berkembang ke arah yang paling tepat. Perkembangan produk elektronik dari generasi ke generasi bergerak menuju kompleksitas fungsionalnya, meningkatkan keandalan dan masa pakai, mengurangi dimensi keseluruhan, berat, biaya dan konsumsi energi, menyederhanakan teknologi dan meningkatkan parameter peralatan elektronik.

Tahap perkembangan elektronika saat ini ditandai dengan meluasnya penggunaan sirkuit terpadu (IC). Hal ini disebabkan oleh rumitnya persyaratan dan masalah yang diselesaikan oleh peralatan elektronik. Sistem kompleks yang sedang dikembangkan mengandung puluhan juta elemen. Dalam kondisi seperti ini, masalah peningkatan keandalan peralatan dan elemen-elemennya, mikrominiaturisasi komponen elektronik, dan miniaturisasi peralatan secara menyeluruh menjadi sangat penting. Semua masalah ini berhasil diselesaikan oleh mikroelektronika.

Munculnya mikroelektronika sebagai ilmu independen menjadi mungkin berkat penggunaan pengalaman yang kaya dan basis industri yang memproduksi perangkat semikonduktor diskrit. Oleh karena itu, mikroelektronika terus berkembang pesat ke segala arah. Dalam kehidupan modern, peralatan apa pun yang kita gunakan setiap hari dipenuhi dengan mikroelektronika. Saat ini mikroelektronika telah berpindah ke tahap nanoelektronik.

Perkembangan teknologi komputer modern, robotika, dan peralatan komunikasi digital didasarkan pada penggunaan pencapaian mikroelektronika dalam pengembangan dan produksi sirkuit terpadu (IC), serta meluasnya penggunaan mikroprosesor dan mikrokomputer yang dibuat atas dasar skala besar. -Sirkuit terpadu skala dan skala ultra besar (BMS dan VLSI).

Elektronika mengacu pada bidang ilmu pengetahuan, teknologi, dan produksi yang terkait dengan penelitian, pengembangan, dan produksi perangkat elektronik serta prinsip penggunaannya. Karena “mikro” (dari gr.micros-small) dalam kata majemuk berarti hubungan dengan benda-benda kecil, maka istilah “mikroelektronika” secara etimologis dapat dianggap sebagai elektronika berukuran kecil. Sebenarnya, arti istilah ini jauh lebih dalam. Mikroelektronika adalah cabang elektronik yang melibatkan produksi dan penelitian sirkuit terpadu dan prinsip penerapannya.

Selain itu, dalam proses pengembangan mikroelektronika, banyak elemen spesifik yang dikembangkan yang tidak hanya tidak memiliki analog dalam rangkaian transistor konvensional, tetapi juga bahkan tidak dapat disimulasikan pada komponen diskrit. Contoh komponen tersebut adalah perangkat berpasangan muatan (CCD), yang digunakan dalam pembuatan chip memori berkecepatan tinggi di komputer modern.

Asal usul dan perkembangan mikroelektronika yang lebih maju tidak akan mungkin terjadi tanpa kemajuan besar di bidang teknologi.

Relevansi topik yang dipilih:

Alat informasi baru secara bertahap berubah menjadi komponen wajib dalam pendidikan pengembangan profesional di universitas. Pengenalan teknologi komputer dalam pendidikan dapat digambarkan sebagai langkah logis dan perlu dalam perkembangan dunia informasi modern secara keseluruhan.

Dengan diperkenalkannya teknologi baru, timbul tugas untuk mengembangkan metode pengajaran dengan menggunakan teknologi informasi dan mengembangkan perangkat lunak khusus untuk meningkatkan proses pembelajaran siswa. Langkah pertama menuju hal ini terlihat dalam penciptaan produk perangkat lunak berkualitas tinggi yang menyediakan dukungan komputer dalam disiplin ilmu bidang pendidikan “Teknologi”. Saat ini, banyak produk perangkat lunak dalam disiplin ilmu alam yang digunakan dalam proses pendidikan, sedangkan disiplin ilmu di bidang pendidikan “Teknologi” masih belum memiliki metode untuk menggunakan teknologi informasi baru.

Tujuan dari pekerjaan ini adalah untuk mengembangkan pengetahuan di bidang prinsip-prinsip teoritis mikroelektronika, dan penguasaan keterampilan penelitian dasar, penggunaan pengetahuan yang diperoleh secara kreatif, dan pengembangan pendekatan independen yang mandiri untuk memecahkan masalah yang diberikan.

Tugas yang sesuai dengan tujuan pekerjaan ini:

1. Menganalisis permasalahan modern dan arah perkembangan mikroelektronika.

2. Identifikasi prospek utama pengembangan mikroelektronika

Perhatikan ketentuan dasar dan prinsip mikroelektronika.

Identifikasi teknologi baru yang berkembang pesat.

Menganalisis prospek pengembangan mikroelektronika.

Objek kajian karya ini adalah mikroelektronika dan teknologi baru yang berkembang pesat.

Dalam tugas mata kuliah ini, metode penelitian yang digunakan adalah: metode analisis dan sintesis, metode induksi dan deduksi.

1. Landasan teori mikroelektronika

1 Sejarah perkembangan mikroelektronika

Mikroelektronika merupakan kelanjutan dari perkembangan elektronika semikonduktor yang dimulai pada tanggal 7 Mei 1895, ketika sifat semikonduktor suatu benda padat digunakan oleh A.S. Popov untuk merekam gelombang elektromagnetik.

Perkembangan lebih lanjut dari elektronik semikonduktor dikaitkan dengan pengembangan transistor titik-titik pada tahun 1948 (ilmuwan Amerika Shockley, Bardeen, Brattain), pada tahun 1950 - transistor bipolar planar, dan pada tahun 1952 transistor efek medan (unipolar). Selain transistor, berbagai jenis perangkat semikonduktor lainnya dikembangkan dan mulai digunakan secara luas: dioda dari berbagai kelas dan jenis, varistor, varicaps, thyristor, perangkat optoelektronik (dioda pemancar cahaya, fotodioda, fototransistor, optokopler, LED dan matriks fotodioda ).

Penciptaan transistor merupakan stimulus yang kuat bagi pengembangan penelitian di bidang fisika semikonduktor dan teknologi perangkat semikonduktor. Untuk implementasi praktis pengembangan elektronik semikonduktor, diperlukan semikonduktor ultra murni dan bahan lainnya serta peralatan teknologi dan pengukuran khusus. Atas dasar inilah mikroelektronika mulai berkembang.

Perlu dicatat bahwa prinsip dasar mikroelektronika - metode kelompok dan teknologi planar - dikuasai dalam pembuatan transistor pada akhir tahun 50-an.

Perkembangan pertama sirkuit terpadu (IC) dimulai pada tahun 1958 - 1960. Pada tahun 1961 - 1963 sejumlah perusahaan Amerika mulai memproduksi IP paling sederhana. Pada saat yang sama, IC film dikembangkan. Namun, beberapa kegagalan dalam pengembangan elemen aktif film yang stabil secara elektrik telah menyebabkan pengembangan IC hybrid lebih disukai. IP dalam negeri muncul pada tahun 1962 - 1963. IC domestik pertama dikembangkan di Biro Desain Pusat Pabrik Perangkat Semikonduktor Voronezh (rangkaian logika dioda-transistor menggunakan teknologi insulasi kantong oksida). Dalam hal teknologi manufaktur, sirkuit ini tertinggal 2 tahun dari perkembangan Barat.

Secara sejarah, dapat diketahui 5 tahapan perkembangan mikroelektronika.

Tahap pertama, dimulai pada paruh pertama tahun 60an, ditandai dengan tingkat integrasi IC hingga 100 elemen/chip dan ukuran elemen minimum sekitar 10 mikron.

Tahap kedua, dimulai pada paruh kedua tahun 60an dan paruh pertama tahun 70an, ditandai dengan tingkat integrasi IC dari 100 hingga 1000 elemen/chip dan ukuran elemen minimum hingga 2 mikron.

Tahap ketiga, yang dimulai pada paruh kedua tahun 70an, ditandai dengan tingkat integrasi lebih dari 1000 elemen/kristal dan ukuran elemen minimum hingga 1 mikron.

Tahap keempat ditandai dengan pengembangan IC ultra-besar dengan tingkat integrasi lebih dari 10.000 elemen/chip dan ukuran elemen 0,1 - 0,2 mikron.

Tahap kelima, modern, ditandai dengan meluasnya penggunaan mikroprosesor dan mikrokomputer yang dikembangkan berdasarkan IC besar dan ultra-besar.

Secara historis, kemunculan dan perkembangan mikroelektronika dipersiapkan oleh pesatnya kemajuan revolusi ilmu pengetahuan dan teknologi, yang melahirkan sibernetika industri, teknologi komputer, elektronik radio dan memerlukan mikrominiaturisasi total seluruh elemen peralatan elektronik. Penciptaan transistor berbasis semikonduktor kristal tunggal pada tahun 1948 dan pengembangan pada tahun 1950-1951. Elemen pasif film pertama dari peralatan elektronik menyiapkan dasar yang kuat untuk penciptaan teknologi mikroelektronika. Secara praktis, kelahiran mikroelektronika dimulai pada tahun 1957, ketika basis teknologinya pertama kali dikembangkan, yaitu metode difusi lokal melalui topeng oksida yang diprofilkan oleh fotolitografi dipatenkan. Dengan demikian, mikroelektronika modern berasal dari teknologi planar solid state (elemen aktif sirkuit terpadu semikonduktor) dan teknologi film (elemen pasif dan sirkuit terpadu hybrid).

Proses terpenting yang digunakan dalam teknologi mikroelektronika - pengendapan film dan lapisan epitaksi, penghilangan (dalam larutan dan media uap-gas) zat dari permukaan fase padat, doping dan redistribusi difusi - pada dasarnya bersifat fisikokimia dan memiliki ciri tertentu terkait dengan kemunculannya di permukaan atau di sebagian besar fase padat. Produk (produk setengah jadi) dari serangkaian proses teknologi yang kompleks (dari 50 hingga 200 operasi atau lebih) adalah sepotong kristal tunggal dengan volume dari seperseratus hingga satuan milimeter kubik dalam bentuk padatan mikroheterogen dan jelas metastabil tubuh, diharuskan bekerja dalam kondisi yang sangat sulit dan hampir tidak ada batasan dalam masa pakai. Dalam hal ini, teknolog, fisikawan, dan ahli kimia harus memberikan solusi terhadap dua masalah yang bertentangan secara diametris: 1) menciptakan padatan metastabil mikroheterogen dengan dispersi maksimum volume non-kesetimbangan dan 2) memastikan operasi stabil jangka panjang dari seluruh rangkaian secara keseluruhan. , menekan kecenderungannya untuk menghomogenisasi dan menyamakan komposisi. Ukuran wilayah aktif IC terus berkurang, dan transisi ke wilayah submikron saat ini sedang direncanakan.

Arah teknologi utama dalam mikroelektronika adalah produksi IC film monolitik, tipis dan tebal, serta perangkat diskrit fungsional mikrominiatur. Teknologi film tebal didasarkan pada sablon dan pembakaran elemen dan konduktor ke dalam substrat keramik; dalam pembuatan IC monolitik, proses difusi, epitaksi, oksidasi, dll digunakan; dalam pembuatan sirkuit mikro film tipis, proses kondensasi dari berkas molekul dalam ruang hampa adalah dominan. Tujuan utama teknologi mikroelektronika adalah sebagai berikut: penciptaan dalam volume minimum (benda padat atau permukaannya) sejumlah maksimum area yang ditentukan secara ketat dengan geometri, komposisi, struktur tertentu, dan, akibatnya, sifat-sifat yang mampu melakukan fungsi tertentu. elemen atau setara dengan elemen sirkuit elektronik dengan stabilitas tinggi informasi yang dikonversi, konsumsi energi rendah dan keandalan yang tinggi dari pengulangan berulang semua tugas yang diberikan pada IS ini. Pada saat yang sama, perhatian diberikan pada peningkatan profitabilitas sekaligus mengurangi konsumsi material, pada kesederhanaan dan kompleksitas produksi teknologi, pada hasil maksimal dari produk yang dapat digunakan dengan penggunaan tenaga kerja manual yang minimal. Hanya otomatisasi maksimum yang dapat memastikan pengembangan mikroelektronika lebih lanjut. Saat ini, teknologi mikroelektronika telah melewati tahap-tahap utama perkembangan dan pembentukannya, dan mengingat meluasnya produksi IC dan perangkat diskrit yang menggunakan teknik mikroelektronika dan proses teknologi telah melewati batas 10-12 miliar unit. per tahun, menjadi jelas bahwa kita berhadapan dengan produksi modern paling masif dari produk-produk yang sangat kompleks. Pada saat yang sama, laju perkembangan mikroelektronika tidak dapat bersaing dengan cabang industri modern lainnya. Hal ini memerlukan penggunaan material baru dan komposisinya, serta proses teknologi baru dan kombinasinya.

Saat ini, keanekaragamannya tidak dapat bersaing dengan cabang teknologi lainnya, oleh karena itu sangat penting untuk mensistematisasikan dan mengklasifikasikan proses menggunakan berbagai prinsip yang memiliki dasar fisik dan kimia.

2 Masalah modern dan arah perkembangan mikroelektronika

Tren utama dalam perkembangan mikroelektronika adalah peningkatan derajat integrasi sirkuit mikro. Menurut prediksi terkenal yang dibuat pada tahun 1965 dan sejak itu dikenal sebagai hukum Moore, jumlah transistor dalam prosesor tercepat berlipat ganda setiap satu setengah tahun. Tentu saja tren ini tidak bisa berlanjut selamanya, dan sejak tahun 90-an abad ke-20. Berbagai ahli secara berkala mengungkapkan gagasan bahwa dalam perkembangannya, mikroelektronika telah mendekati batas teknologi dalam meningkatkan ukuran kristal VLSI dan UBIS, dan semakin meningkatkan “kepadatan” penempatan komponen pada sebuah chip. Di antara sekian banyak masalah desain dan teknologi yang harus dipecahkan dalam desain dan produksi produk mikroelektronik, ada lima masalah utama yang dapat diidentifikasi.

Yang pertama adalah masalah pengurangan ukuran elemen sirkuit terpadu. Saat ini, peralatan untuk produksi prosesor Intel Pentium 4, yang menggunakan radiasi dengan panjang gelombang 248 nm dalam proses litografi, memungkinkan diperolehnya elemen pada sebuah chip dengan ukuran 130 nm. Menurut perkiraan Intel, dalam waktu dekat akan dimungkinkan untuk mengurangi ukuran masing-masing transistor menjadi sekitar 30 nm, yang hanya beberapa puluh lapisan atom. Nikon Corporation mengumumkan percepatan program pengembangan peralatan litografi proyeksi (Electron Projection Lithography - EPL) menggunakan standar proses 0,07 mikron. Saat ini, EPL dapat dilihat sebagai teknologi litografi generasi berikutnya yang paling mungkin.

Para ahli mengaitkan prospek lebih lanjut untuk meningkatkan resolusi litografi dengan penggunaan radiasi sinar-X lembut dengan panjang gelombang ~1 nm selama pemaparan, serta berbagai metode litografi elektron. Dalam salah satu varian metode litografi elektron, teknologi masker resistor tidak digunakan sama sekali, tetapi disediakan aksi langsung berkas elektron pada lapisan silikon oksida. Ternyata area yang terkena paparan kemudian tergores beberapa kali lebih cepat dibandingkan area yang tidak terkena paparan.

Rupanya, batas alami untuk pertumbuhan lebih lanjut mikrominiaturisasi VLSI dan UBIC akan ditentukan oleh fenomena gangguan struktur material di luar jendela pada photoresist. Pada tingkat yang lebih mendasar, hal ini mungkin disebabkan oleh keterbatasan kemurnian semikonduktor yang digunakan dan sifat statistik dari distribusi cacat dan pengotor di dalamnya. Berdasarkan tren yang diamati, batas ini mungkin tercapai sekitar tahun 2015.

Masalah mikroelektronika yang mendesak kedua adalah masalah koneksi internal. Sejumlah besar elemen sirkuit mikro yang terletak di substrat harus dialihkan satu sama lain sedemikian rupa untuk memastikan pelaksanaan operasi tertentu pada sinyal yang andal dan benar. Masalah ini diselesaikan dengan menggunakan pengkabelan multi-level, ketika gerbang logika terbentuk pada tingkat pertama (terendah), node digital individu seperti flip-flop terbentuk pada tingkat kedua, blok individu (misalnya, register) dibentuk pada tingkat kedua. tingkat ketiga, dan kemudian pada tingkat kompleksitas fungsional yang semakin meningkat.

Ketiga adalah masalah pembuangan panas. Peningkatan derajat integrasi biasanya dikaitkan dengan penurunan ukuran elemen itu sendiri dan jarak di antara elemen-elemen tersebut, yang menyebabkan peningkatan daya disipasi spesifik. Dalam mode alami (tanpa heat sink tambahan), disipasi daya yang diizinkan dari sirkuit mikro modern tidak melebihi 0,05 W/mm2, yang membatasi kepadatan elemen pada substrat. Untuk mengatasi keterbatasan ini, beberapa metode dapat digunakan: mengurangi tegangan suplai, menggunakan mode mikro transistor, beralih ke basis elemen yang lebih ekonomis (misalnya, struktur semikonduktor logam-isolator pelengkap - CMOS) dan, terakhir, pendinginan buatan . Namun, masing-masing metode ini mempunyai kesulitan tersendiri. Misalnya, penurunan tegangan suplai pasti menyebabkan penurunan kekebalan terhadap kebisingan.

Yang keempat dalam daftar adalah masalah cacat media. Tingkat integrasi dapat ditingkatkan hanya dengan meningkatkan luas kristal, tetapi hal ini secara proporsional meningkatkan kemungkinan cacat struktur kristal (terutama dislokasi) memasuki area kerja, yang keberadaannya pada permukaan substrat tidak dapat dihindari. jika hanya karena alasan termodinamika. Cacat pada media dapat menyebabkan gangguan dalam proses pembuatan sirkuit mikro dan, karenanya, menyebabkan cacat. Satu-satunya cara untuk mengatasi masalah ini adalah dengan meningkatkan teknologi pembuatan media.

Terakhir dalam daftar, tapi mungkin yang pertama penting, adalah masalah kontrol parameter. Diketahui bahwa elektronik telah merambah hampir semua bidang aktivitas manusia. Sistem otomatis saat ini mengelola proses teknologi yang kompleks (dan terkadang berpotensi berbahaya), arus lalu lintas yang besar, dll. Kegagalan dalam sistem seperti itu dapat menimbulkan konsekuensi yang sangat buruk. Dalam kondisi seperti ini, masalah keandalan dan kualitas peralatan, dan oleh karena itu pengendalian parameter produk yang dihasilkan oleh industri elektronik, menjadi sangat penting. Karena kompleksitas besar dari fungsi yang dilakukan, jumlah keluaran informasi eksternal VLSI modern bervariasi dari beberapa puluh hingga dua hingga tiga ratus. Jika kita mengevaluasi jumlah pin informasi sama dengan 50 dan memperhitungkan bahwa sinyal digital pada masing-masing pin dapat mengambil dua nilai (“0” atau “1”), maka untuk sepenuhnya memeriksa kebenaran fungsi hanya satu VLSI dan hanya dalam mode statis, diperlukan 250 pengukuran. Dengan setiap pengukuran membutuhkan waktu 0,1 μs (dengan kecepatan pengambilan sampel teknologi saat ini sebesar 10 MHz), proses ini akan memakan waktu lebih dari dua tahun. Perkiraan di atas menunjukkan bahwa untuk organisasi pengendalian yang nyata, pengukuran harus selektif. Oleh karena itu, pengembangan metodologi pengujian yang cermat (pemilihan parameter yang dikontrol, pengembangan algoritma pengujian yang efektif, serta pengembangan peralatan pengukuran dan perangkat lunak yang sesuai) merupakan tugas yang sangat penting dan sangat kompleks.

Teknologi nano yang berkembang pesat saat ini berdasarkan penggunaan mikroskop terowongan memiliki prospek tertentu. Badan kerja instalasi nanoteknologi adalah probe listrik yang terbuat dari bahan karbida, yaitu sejenis jarum yang ujungnya “diasah” hingga ukuran atom menggunakan metode etsa ion.

Ujung probe terletak pada jarak yang sangat kecil (~m) dari permukaan substrat konduktif yang dipoles, dan sejumlah tegangan diterapkan antara media dan probe. Karena kecilnya celah, bahkan pada tegangan yang sangat rendah, kekuatan medan dalam celah dapat mencapai nilai yang sangat besar dengan urutan ... V/m, yang menyebabkan munculnya arus terowongan. Dengan mengukur arus terowongan ini, dengan menggunakan transduser piezoelektrik, dimungkinkan untuk mempertahankan ukuran celah dengan kesalahan orde m. Dalam hal ini, diameter berkas elektron terowongan memiliki nilai ~m.

Dengan meningkatkan energi berkas ke tingkat energi ikatan antar atom, satu atom dapat dipisahkan dari substrat dan, dengan menggerakkan substrat menggunakan manipulator piezo, memindahkannya bersama dengan probe ke posisi baru. Dengan mengurangi energi pancaran, atom dapat diendapkan pada substrat pada posisi baru ini.

Dengan memasukkan molekul gas proses ke dalam daerah aktif di bawah probe, dalam kondisi medan listrik yang sangat tidak homogen, ionisasinya dapat dicapai dan, setelah menangkap ion yang diinginkan oleh probe, menyimpannya pada substrat di lokasi yang diinginkan. Dengan demikian, struktur titik atau linier dengan dimensi karakteristik orde m terbentuk pada substrat.Dengan mengisi area kerja instalasi dengan gas etsa, reaksi kimia dimulai yang mengarah pada penghilangan rantai atom individu dari permukaan, yang memungkinkan terciptanya alur dengan kedalaman nanometer.

Teknologi nano membuka kemungkinan yang hampir tak terbatas untuk membangun struktur planar dan volumetrik, yang memungkinkan terciptanya elemen elektronik pada substrat dengan dimensi sesuai urutan atom. Secara teoritis, kinerja elemen-elemen tersebut dapat berada pada urutan besarnya atau bahkan c, dan tingkat integrasi tertinggi dari struktur nanoelektronik memungkinkan untuk mengimplementasikan perangkat penyimpanan dengan kepadatan perekaman informasi yang sangat tinggi pada urutan 10 bit/, yang tiga kali lipat lebih besar dari kemampuan cakram laser modern.

Namun, peningkatan derajat integrasi secara tajam mempersempit cakupan sirkuit VLSI, karena sirkuit tersebut menjadi terlalu terspesialisasi dan oleh karena itu diproduksi dalam jumlah terbatas, sehingga tidak layak secara ekonomi. Jalan keluarnya adalah pengembangan dan produksi kristal matriks dasar. Kristal semacam itu mengandung sejumlah besar sel topologi identik yang membentuk matriks. Setiap sel berisi sejumlah elemen yang tidak terhubung, dipilih sedemikian rupa sehingga beberapa elemen fungsional dapat dibentuk darinya (flip-flop, sekelompok gerbang logika, dll.). Dengan melakukan pengkabelan logam di dalam sel topologi dan menghubungkannya satu sama lain, dimungkinkan untuk memperoleh unit elektronik yang desainnya sangat kompleks dan fungsinya berbeda. Berdasarkan satu kristal matriks dasar, sejumlah besar modifikasi LSI dapat diwujudkan hanya dengan mengganti photomask metalisasi.

Kemungkinan mikroelektronika masih jauh dari kata habis, dan perkiraan batas perkembangannya sebagai disiplin ilmu pengetahuan dan teknologi terus-menerus dimundurkan ke masa lalu. Namun, prakiraan jangka panjang dalam bidang yang berkembang secara dinamis seperti mikroelektronika adalah tugas yang sia-sia. Sekalipun batas tersebut tercapai, bukan berarti kemajuan di bidang elektronika akan berhenti. Teknologi semikonduktor akan digantikan oleh teknologi baru berdasarkan prinsip fisik yang berbeda. Mungkin elektronik fungsional, optik, kuantum, atau, akhirnya, bioelektronik.

3 Klasifikasi produk mikroelektronika

Klasifikasi sirkuit mikro dapat dilakukan menurut berbagai kriteria. Dalam hal kompleksitas fungsional, sebuah IC biasanya dicirikan oleh tingkat integrasi, yang secara konvensional diperkirakan dengan logaritma kesepuluh dari jumlah elemen dan komponen yang terdapat dalam paket sirkuit mikro. Berdasarkan ciri-ciri ini, saat ini ada delapan derajat integrasi:

tingkat pertama - 1...10 elemen;

tingkat kedua - 10... elemen;

tingkat ketiga - ... elemen;

tingkat keempat - ... elemen;

tingkat kelima - ... elemen;

tingkat keenam - ... elemen;

derajat ketujuh -...elemen;

derajat kedelapan berada di atas unsur-unsur. Sirkuit terpadu tingkat integrasi pertama dan kedua disebut sirkuit terpadu kecil (SIC). Dalam literatur berbahasa Inggris mereka disebut dengan istilah Integrated Circuit (1C). Mereka biasanya berisi satu atau lebih elemen digital atau analog (gerbang logika, sandal jepit, penguat operasional, dll.). Sirkuit terpadu menengah (SIS atau MSI - Integrasi Skala Menengah) adalah sirkuit terintegrasi tingkat integrasi kedua atau ketiga, yang tidak mengandung elemen, tetapi unit fungsional perangkat (register, counter, decoder, dll.). Sirkuit terpadu besar (LSI - Integrasi Skala Besar) memiliki tingkat integrasi ketiga atau keempat dan berisi satu atau lebih perangkat atau bagian yang lengkap secara fungsional. Integrasi Skala Sangat Besar (VLSI atau VLSI) adalah sirkuit terpadu tingkat integrasi kelima hingga ketujuh. Kelas ini mencakup, misalnya, chip mikrokontroler, memori berkapasitas besar, dll. Terakhir, sirkuit terintegrasi ultra-besar (UBIS atau ULSI - Integrasi Skala Ultra Besar) memiliki tingkat integrasi lebih tinggi dari tujuh. VLSI dan UBIS mencakup, misalnya, mikroprosesor pusat komputer modern.

Fitur lain yang mencirikan tingkat teknologi produksi sirkuit mikro adalah kepadatan pengemasan - jumlah elemen yang ditempatkan per satuan luas chip.

Saat ini, untuk sirkuit mikro dengan tingkat integrasi rendah, parameter ini berada pada urutan ..., yaitu. Sekitar 100...1.000 elemen muat dalam satu milimeter persegi. Pada saat yang sama, dalam beberapa kasus (misalnya, dalam mikroprosesor modern), kepadatan pengepakan dapat mencapai nilai urutan elemen /.

Tergantung pada jenis sinyal yang diproses, semua sirkuit terpadu dibagi menjadi analog dan digital. Sirkuit terpadu analog dirancang untuk mengubah dan memproses sinyal yang bervariasi menurut hukum fungsi kontinu. Area penerapannya terutama pada peralatan televisi dan komunikasi, serta instrumen pengukuran dan sistem kendali. Sirkuit terpadu digital dirancang untuk memproses sinyal yang bervariasi menurut hukum fungsi diskrit, biasanya biner. Mereka digunakan untuk membuat komputer digital, unit alat ukur digital, sistem kontrol otomatis, dll. Saat ini, terdapat kecenderungan penetrasi metode digital (dan juga sirkuit mikro) yang semakin meluas dan berhasil ke area analog tradisional. Contohnya adalah metode digital dalam memproses dan merekam suara, yang memungkinkan diperolehnya kualitas yang sebelumnya tidak dapat dicapai.

Berdasarkan struktur dan teknologi manufaktur dasarnya, sirkuit mikro dibagi menjadi dua jenis yang berbeda secara mendasar: semikonduktor dan film. Campuran khusus dari kedua teknologi ini memungkinkan untuk menghasilkan sirkuit terintegrasi hibrida dan gabungan.

Basis mikroelektronika modern terdiri dari IC semikonduktor, yang elemen-elemennya dibuat dalam lapisan tipis (1...10 µm) di dekat permukaan substrat semikonduktor, yang perannya dimainkan oleh kristal tunggal silikon 200 ... tebal 300 mikron. Bergantung pada tingkat integrasi, luas substrat dapat bervariasi dalam batas yang sangat luas: dari beberapa unit hingga 600...700."

Elemen sirkuit mikro film dibuat dalam bentuk berbagai jenis film konduktif dan non-konduktif yang diendapkan pada substrat dielektrik (biasanya kaca atau keramik). IC film murni hanya mengandung elemen pasif (resistor, kapasitor, terkadang elemen induktif), karena teknologi film tidak memungkinkan produksi elemen aktif (transistor) pada substrat, sehingga penggunaan IC film dibatasi.

IC hybrid adalah sirkuit mikro film di mana, setelah pembuatannya, dioda dan transistor tanpa kemasan yang diproduksi secara khusus ditempatkan dalam bentuk elemen gantung.

Dasar dari rangkaian mikro gabungan adalah IC semikonduktor dengan elemen aktif yang terbentuk, di mana, setelah mengisolasi permukaan, elemen film pasif diterapkan.

Setiap jenis IP memiliki klasifikasinya sendiri, ditentukan oleh prinsip fisik operasi dan fitur teknologi produksi.

4 Ketentuan dasar dan prinsip mikroelektronika

Fitur perangkat mikroelektronik adalah tingkat kompleksitas tertinggi dari fungsi yang dijalankannya. Untuk memecahkan masalah yang kompleks, dibuatlah sirkuit yang jumlah komponennya bisa mencapai 107... 108. Jelasnya, dengan jumlah elemen sebanyak itu, tidak mungkin untuk memastikan koneksi yang benar di antara elemen-elemen tersebut dan pengoperasian yang andal secara manual. Hal ini menyiratkan persyaratan utama untuk otomatisasi maksimum produksi produk mikroelektronik.

Poin penting yang mendasar adalah bahwa metode produksi kelompok digunakan dalam pembuatan sirkuit mikro. Esensinya terletak pada kenyataan bahwa sejumlah besar sirkuit terpadu diproduksi secara bersamaan pada satu wafer bahan semikonduktor. Selain itu, jika proses teknologi memungkinkan, beberapa lusin pelat tersebut beroperasi pada waktu yang bersamaan. Setelah menyelesaikan siklus teknologi utama, wafer dipotong menjadi kristal, yang masing-masing mewakili sirkuit mikro yang terpisah. Pada tahap akhir, pengemasan dilakukan - menempatkan kristal di dalam wadah dan menghubungkan bantalan kontak ke kabel (kaki) sirkuit terpadu.

Metode produksi kelompok dan kebutuhan untuk membuat sambungan listrik dalam jumlah besar menjadikan teknologi planar (dari bahasa Inggris plane - plane) untuk pembuatan sirkuit mikro menjadi optimal dan tanpa alternatif. Dalam hal ini, semua elemen dan komponennya, serta sambungan yang diperlukan, dibentuk dalam suatu rangkaian terpadu melalui suatu bidang.

Perkembangan mikroelektronika didasarkan pada komplikasi terus-menerus dari fungsi-fungsi yang dilakukan oleh peralatan elektronik dan perluasan jangkauan tugas yang diselesaikan dengan bantuan peralatan ini. Hal ini mengarah pada fakta bahwa pada tahap tertentu menjadi tidak mungkin untuk menyelesaikan masalah baru berdasarkan basis elemen lama. Sebagai hasil kerja para ilmuwan, insinyur, dan teknolog, semakin banyak perangkat elektronik yang “lahir”, dengan karakteristik lebih tinggi dibandingkan pendahulunya. Pada saat yang sama, faktor yang mendasari perubahan basis elemen komponen dan perangkat elektronik adalah keandalan, biaya dan daya, serta dimensi dan berat keseluruhan.

Faktor-faktor penentu perkembangan mikroelektronika dapat dibagi menjadi tiga aspek yang setara: fisik, teknologi dan sirkuit. Penghentian pengembangan salah satu aspek tersebut pasti akan memperlambat kemajuan di bidang mikroelektronika secara keseluruhan.

2. Arah utama perkembangan elektronika

Elektronika adalah ilmu yang mempelajari fenomena interaksi elektron dan partikel bermuatan lainnya dengan medan listrik, magnet, dan elektromagnetik, yang merupakan dasar fisik pengoperasian perangkat dan perangkat elektronik (vakum, semikonduktor bermuatan gas, dan lain-lain) yang digunakan untuk transmisi. , memproses dan menyimpan informasi.

Meliputi berbagai masalah ilmu pengetahuan, teknis dan industri, elektronika didasarkan pada kemajuan dalam berbagai bidang ilmu pengetahuan. Pada saat yang sama, di satu sisi, elektronik menimbulkan tugas-tugas baru bagi ilmu pengetahuan dan produksi lain, merangsang pengembangan lebih lanjut, dan di sisi lain, elektronik membekali mereka dengan sarana teknis dan metode penelitian yang baru secara kualitatif.

Arah utama perkembangan elektronika adalah: elektronik vakum, solid-state dan kuantum.

Elektronika vakum adalah salah satu cabang ilmu elektronika yang mencakup studi tentang interaksi aliran elektron bebas dengan medan listrik dan magnet dalam ruang hampa, serta metode pembuatan perangkat dan perangkat elektronik yang menggunakan interaksi tersebut. Bidang penelitian terpenting di bidang elektronik vakum meliputi: emisi elektron (khususnya emisi termal dan fotoelektron); menghasilkan aliran elektron dan/atau ion dan mengendalikan aliran tersebut; pembentukan medan elektromagnetik menggunakan perangkat masukan dan keluaran energi; fisika dan teknologi vakum tinggi, dll.

Arah utama pengembangan elektronik vakum dikaitkan dengan pembuatan perangkat vakum listrik dari jenis berikut: tabung elektron (dioda, trioda, tetroda, dll.); perangkat elektrovakum frekuensi ultratinggi (misalnya, magnetron, klystron, tabung gelombang berjalan dan mundur); berkas elektron dan perangkat fotoelektronik (misalnya, tabung gambar, vidikon, konverter elektron-optik, pengganda foto); perangkat pelepasan gas (misalnya, thyratron, indikator pengisian gas).

Elektronika benda padat memecahkan masalah yang berkaitan dengan studi tentang sifat-sifat bahan padat (semikonduktor, dielektrik, magnet, dll.), pengaruh pengotor dan fitur struktural bahan pada sifat-sifat ini; mempelajari sifat-sifat permukaan dan antarmuka antar lapisan berbagai bahan; menciptakan daerah dengan berbagai jenis konduktivitas dalam kristal menggunakan berbagai metode; penciptaan heterojungsi dan struktur kristal tunggal; pembuatan perangkat fungsional ukuran mikron dan submikron, serta metode untuk mengukur parameternya.

Bidang utama elektronika solid-state adalah: elektronik semikonduktor, terkait dengan pengembangan berbagai jenis perangkat semikonduktor, dan mikroelektronika, terkait dengan pengembangan sirkuit terpadu.

Elektronika kuantum mencakup berbagai masalah yang berkaitan dengan pengembangan metode dan sarana untuk memperkuat dan menghasilkan osilasi elektromagnetik berdasarkan efek rangsangan emisi atom dan molekul. Arah utama elektronik kuantum: pembuatan generator kuantum optik (laser), penguat kuantum, generator molekuler, dll. Fitur perangkat elektronik kuantum adalah sebagai berikut: stabilitas frekuensi osilasi yang tinggi, tingkat kebisingan intrinsik yang rendah, daya tinggi dalam pulsa radiasi - yang memungkinkannya digunakan untuk membuat pengukur jarak presisi tinggi, standar frekuensi kuantum, giroskop kuantum, sistem komunikasi multisaluran optik, komunikasi luar angkasa, peralatan medis, perekaman dan pemutaran suara laser, dll. Bahkan penunjuk laser mini pun memilikinya telah dibuat untuk pelacakan minimal.

1 Prospek pengembangan mikroelektronika

Upaya utama pengembang IC ditujukan untuk meningkatkan prinsip-prinsip yang telah ditetapkan dalam pembuatan IC dan meningkatkan karakteristik kelistrikan dan operasionalnya. Pekerjaan dilakukan terutama untuk meningkatkan kecepatan rangkaian (mengurangi energi yang dikonsumsi oleh sumber eksternal per peralihan perangkat logis) dan tingkat integrasinya. Pemecahan masalah ini terkait dengan peningkatan teknologi untuk memperoleh struktur mikroelektronik dengan ukuran sekecil mungkin.

Perkembangan lebih lanjut dari mikroelektronika dikaitkan dengan pendekatan baru yang fundamental, yang memungkinkan penerapan fungsi perangkat keras tertentu tanpa menggunakan elemen dasar standar, menggunakan berbagai efek fisik dalam benda padat. Arah ini disebut “mikroelektronika fungsional”. Fenomena optik (optoelektronik), interaksi elektron dengan gelombang akustik pada benda padat (acoustoelectronics), efek pada material magnet baru (magnetoelektronik), ketidakhomogenan listrik pada semikonduktor homogen, fenomena emisi dingin pada struktur film, fenomena alam hidup pada tingkat molekuler (bionik, bioelektronik, elektronik neurosistor).

Mikroelektronika dengan cepat mengubah kehidupan kita sehari-hari. 10-15 tahun yang lalu sulit membayangkan munculnya banyak perangkat digital modern. Di kalangan non-spesialis, hanya sedikit yang memahami prospek dan kecepatan perkembangan inovasi teknologi. Saat ini, kamera digital telah menggantikan kamera film, telepon IP telah menggantikan komunikasi kabel, navigator telah menggantikan peta jalan, dan surat serta buku kertas telah digantikan oleh yang elektronik. Semua ini menjadi mungkin berkat perkembangan mikroelektronika dan turunnya harga chip.

Kemajuan yang dicapai saat ini dalam industri semikonduktor memungkinkan kita untuk mengeksplorasi lebih banyak bidang penerapan baru. Saya pikir dalam sepuluh tahun ke depan, alih-alih komputer pribadi, setiap orang akan memiliki asisten robotik pribadi yang akan mengambil alih sebagian besar fungsi rutin, dan dalam 20 tahun, realitas virtual akan tercipta dan seseorang akan dapat memasuki tiga bidang. ruang dimensi.

Secara umum, dari sudut pandang proses teknis, mikroelektronika merupakan puncak dari teknologi tinggi. Perusahaan mikroelektronik sangatlah kompleks, dan saat ini tidak ada satu perusahaan pun yang mampu mengangkat dan memecahkan seluruh lapisan masalah yang dihadapi mikroelektronika modern. Oleh karena itu, seluruh kelompok perusahaan penelitian dan produksi, pusat penelitian dan pengembangan, dan laboratorium sedang dibentuk di sekitar produksi. Ini mencakup perusahaan yang terlibat dalam pengembangan, sintesis dan produksi bahan baru, produsen peralatan berteknologi tinggi, perusahaan yang berspesialisasi dalam desain chip dan analis berkualifikasi tinggi, spesialis dalam studi komposisi dan struktur materi. Artinya, klaster mikroelektronik terdiri dari ratusan perusahaan teknologi tinggi dari berbagai profil.

Dalam beberapa tahun terakhir, mikroelektronika di Rusia berkembang cukup sukses. Arahan kami termasuk dalam program penelitian di proyek Skolkovo; ilmu komputer dinobatkan sebagai salah satu bidang prioritas teknologi tinggi di Rusia

Kini pembentukan cluster mikroelektronik dilakukan di Zelenograd secara virtual dari awal. Zelenograd adalah tempat lahirnya teknologi tinggi. Namun selama masa transisi yang sulit setelah runtuhnya negara ini, banyak hal yang terlewatkan di sini. Sekarang yang biasa kita sebut mikroelektronika sebenarnya adalah nanoelektronik. Hanya berkat investasi besar menggunakan alat kemitraan publik-swasta dan pekerjaan modernisasi yang ditargetkan selama 5 tahun terakhir, Micron telah berhasil mengurangi kesenjangan teknologi dari mikroelektronika terdepan dunia menjadi 2-3 generasi teknologi; sebuah proyek kini sedang dilaksanakan untuk meluncurkan produksi pada tingkat 90 nanometer.

Ada sirkuit mikro yang lebih kecil di dunia - hingga 32 nanometer, yang digunakan untuk menghasilkan mikroprosesor dan sel memori yang kuat. Namun tingkat topologi 90 nmlah yang paling diminati dalam elektronik otomotif dan industri, dokumen elektronik, perbankan, dan kartu pintar. Selain topologi 65 nm, ini adalah standar teknologi yang paling banyak digunakan di dunia.

Dengan transfer teknologi untuk produksi chip dengan standar topologi 180-90 nm di Zelenograd, pembentukan ekosistem cluster mikroelektronik modern dimulai. Kami sekarang berupaya untuk menarik sebanyak mungkin mitra di Rusia untuk bekerja sama di berbagai bidang. Menurut statistik, penciptaan satu pekerjaan di pabrik mikroelektronik menyebabkan munculnya 10-12 pekerjaan baru bagi spesialis berkualifikasi di industri terkait. Misalnya, uji analitik yang dilakukan di Jerman dipindahkan ke laboratorium MIET, pabrikan Perancis AirLiquide sedang membangun stasiun pembangkit gas di Zelenograd.

Kami sedang mengembangkan hubungan dengan pusat desain di Rusia dan luar negeri, dan di masa depan kami berencana memesan masker foto untuk litografi di Rusia (ini adalah tahap kunci dalam produksi mikroelektronik). Hubungan dengan sains juga dipulihkan - lembaga akademis melakukan penelitian tertentu, mengerjakan bahan dan model baru. Secara khusus, kami bekerja sama dengan Institut Fisika dan Teknologi dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, dengan Institut Fisika Semikonduktor dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia Cabang Siberia, dan sekarang kami menghubungkan lembaga-lembaga lain, karena lingkupnya besar. dan lebar. Perkembangan mikroelektronika memungkinkan kita melihat secara optimis masa depan teknologi tinggi Rusia. Permasalahan global saat ini adalah kurangnya permintaan dalam negeri terhadap produk industri. Bisnis adalah bisnis, dan tanpa pengembalian proyek, industri semikonduktor, yang membutuhkan suntikan keuangan besar secara terus-menerus, tidak dapat berkembang.

Contoh negara lain, sejarah perkembangan mikroelektronika di kawasan seperti Cina, Korea Selatan, Jerman, Perancis - dan saat ini merupakan produsen semikonduktor terkemuka di dunia - menunjukkan bahwa, pertama-tama, permintaan akan produk mikroelektronika adalah dibentuk oleh negara itu sendiri. Termasuk melalui pengenalan berbagai standar. Misalnya, negara dapat mewajibkan produsen untuk memasang chip anti-pemalsuan pada semua obat-obatan, minuman beralkohol, dan kiriman pos. Sekarang di tingkat negara bagian ada proses transisi ke paspor elektronik dan dokumen visa, informatisasi, kartu elektronik universal dan pemerintahan elektronik sedang diperkenalkan. Semua inovasi ini didasarkan pada chip yang menyimpan informasi terenkripsi dan menjamin keamanan nasional. Bagaimanapun, sebuah chip yang diproduksi oleh mitra asing dan termasuk komponen dari sejumlah pemasok berbeda pada akhirnya tidak dapat menjamin perlindungan penuh terhadap akses tidak sah dan keamanan kunci sepenuhnya. Oleh karena itu, pemerintah mempunyai kewenangan untuk mengatur penggunaan sirkuit mikro dalam negeri dalam pelaksanaan proyek-proyek inovatif.

Kisah sukses industri mikroelektronika di Asia Tenggara dan Eropa didasarkan pada dukungan global yang signifikan dari pemerintah nasional terkait bea cukai, regulasi tarif, dan layanan garansi. Mikroelektronika merupakan aset yang tetap ada di negara ini dan merupakan kekayaan intelektualnya.

film komputasi mikroelektronika

2.2 Teknologi baru yang berkembang pesat

Mikroelektronika menempati salah satu tempat terpenting dalam perekonomian negara-negara maju di dunia. Tingkat produksi produk industri dan rumah tangga ditentukan oleh kualitas teknologi mikroelektronika. Setiap dolar yang diinvestasikan dalam mikroelektronik, dengan kebijakan yang kompeten dan berwawasan ke depan, menghasilkan keuntungan hingga $100 dan menciptakan lapangan kerja tiga kali lebih banyak dibandingkan bidang industri lainnya.

Di banyak negara di dunia, pengembangan industri elektronik dalam negeri dianggap sebagai cara paling efektif untuk mendongkrak seluruh industri dan memasuki pasar dunia. Perkembangan mikroelektronika semakin cepat dari waktu ke waktu, seiring dengan semakin kompleksnya sirkuit terpadu dan sistem elektronik, dan bersifat global – dalam arti mempengaruhi semua bidang aktivitas manusia dan masyarakat. Sistem informasi modern mengandalkan 70% nilainya pada produk mikroelektronika, khususnya peralatan komunikasi - 60%. Biaya produk seperti pesawat sipil terdiri dari 50% dari biaya peralatan elektronik, dan 70% dari biaya pesawat militer.

Di bidang militer, sistem panduan elektronik berpresisi tinggi dan sistem pengiriman udara telah secara mendasar mengubah strategi dan taktik operasi militer, seperti yang ditunjukkan dengan jelas dalam perang pada dekade terakhir. Dalam kondisi seperti itu, hanya sedikit negara yang memiliki senjata tak kalah canggihnya, yang basisnya adalah sistem elektronik, yang mampu melawan agresor dalam kondisi seperti itu.

Untuk menjamin keamanan, sistem persenjataan ini harus didasarkan pada komponen elektronik yang dikembangkan di dalam negeri, karena keamanan informasi mensyaratkan bahwa setiap bagian dari peralatan militer harus sepenuhnya independen dari komponen asing. Tapi apa yang sebenarnya kita miliki? Selama dua puluh tahun terakhir, perkembangan mikroelektronika di Federasi Rusia praktis terhenti. Akibatnya, pangsa komponen mikroelektronik impor yang digunakan di Rusia meningkat menjadi 90 persen, dan di sejumlah wilayah - hingga 100 persen. Secara khusus, hingga 70 persen sirkuit terpadu yang diimpor digunakan dalam pengembangan peralatan militer terkini. Pusat desain sistem-on-chip Rusia mengembangkan perangkat menggunakan teknologi modern dan dengan daya tahan khusus yang sangat tinggi, yang diperlukan untuk sistem persenjataan, tetapi pada saat yang sama mereka memesan perangkat ini dari pabrik asing, karena kami tidak memiliki pabrik dengan teknologi seperti itu. siklus. Sementara itu, kemampuan pertahanan suatu negara di dunia modern justru ditentukan oleh jenis elektronik yang dimilikinya.

Industri elektronik adalah salah satu sektor perekonomian yang paling menguntungkan. Menurut perhitungan analis, periode pengembalian rata-rata global untuk investasi mikroelektronika tidak melebihi 2-3 tahun. Satu kilogram produk mikroelektronika harganya sama dengan 100 ton minyak atau lebih. Berkat ini, penjualan tahunan hanya satu produsen ponsel - Nokia - nilainya cukup sebanding dengan volume tahunan ekspor minyak Rusia. Itulah sebabnya semua negara maju berjuang mati-matian untuk mendapatkan tempat di pasar elektronik.

Karena tidak memiliki bahan mentah, sumber daya energi sendiri, atau bahkan personel, Korea Selatan berhasil menciptakan produksi yang maju hanya dalam waktu 30 - 40 tahun dan berubah menjadi kekuatan industri dan elektronik terkemuka di dunia. Sementara itu, pada tahun 60an, penduduknya hampir tidak bisa membaca dan menulis, dan produk tercanggih yang dihasilkan oleh teknik Korea adalah sepeda. Lompatan Singapura bahkan lebih fantastis lagi. Dulunya merupakan pelabuhan kolonial dengan wilayah yang jauh lebih rendah daripada wilayah Moskow dan dengan populasi 4,2 juta orang, pada tahun 60an yang sama menghasilkan uang dari ekspor kembali barang-barang asing, dan pada akhir milenium menjadi inovasi dunia. tengah. Pada saat yang sama, dalam hal volume ekspor, Singapura pada tahun 2000 melampaui Brasil, Australia, dan Rusia dalam hal minyak, gas, dan baja.

Dan apakah mengherankan jika pangsa Rusia di pasar produk teknologi tinggi dunia tidak melebihi 0,3 persen? Jelas tidak ada yang menunggunya di sini. Peserta saling mendorong dengan siku. Dan itu bahkan bukan hal yang utama. Hal utama adalah kami tidak memiliki apa pun untuk ditawarkan. Dan itulah mengapa dalam struktur ekspor kita tidak ada produk elektronik, tidak ada produk perangkat lunak, tidak ada peralatan medis, tidak ada peralatan audio dan video. Dan jika negara tersebut masih hadir di beberapa segmen pasar, itu hanya berkat perkembangan maju di zaman Soviet. Namun mereka juga dengan cepat menjadi ketinggalan jaman.

Saat ini, dibandingkan sejumlah negara maju, capaian mikroelektronika dalam negeri masih terbilang kecil. Agar kita bisa mendekati tingkat UE, kita perlu melakukan investasi modal dalam jumlah besar. Negara-negara seperti Jerman, Perancis, Inggris dan lain-lain telah membuat lompatan maju yang besar di bidang mikroelektronika, yang tidak bisa dikatakan tentang Federasi Rusia. Para bos Moskow menyatakan bahwa industri elektronik Rusia akan menjadi independen dari komponen asing, dan mereka akan memproduksi perangkat sesuai dengan standar topologi 0,18 mikron, 0,13 mikron, 0,09 mikron, dll. Ini berarti maksimal dua pabrik, ketika kedua negara dengan teknologi maju memiliki lebih banyak jalur produksi secara signifikan. Namun saat ini, kami dapat mengatakan dengan yakin bahwa pabrik-pabrik ini tidak bekerja dengan kapasitas penuh, dan bahwa pusat desain Rusia harus memesan perangkat dari pabrik asing, karena penerapan perangkat yang menggunakan teknologi submikron dalam di Federasi Rusia tidak mungkin dilakukan.

Penciptaan produksi militer dan sipil Rusia di bidang mikroelektronika sangat penting dan mungkin dilakukan, tetapi hanya dengan dukungan keuangan dan organisasi negara yang kuat serta volume penjualan yang terjamin. Negara-negara berkembang pesat dapat memanfaatkan peluang besar yang ditawarkan oleh teknologi baru untuk meningkatkan sistem pendidikan mereka, memasuki pasar regional, dan bersaing secara global.

“Generasi teknologi” yang baru membutuhkan keterampilan, teknologi, dan jaringan agar bisa produktif dan bermain-main. Mereka secara aktif menggunakan alat kolaborasi kelompok dan aplikasi hiburan seperti Facebook.

Kesimpulan

Berdasarkan hal tersebut di atas, dapat disimpulkan bahwa pengembangan mikroelektronika di Rusia diperlukan dan mungkin, tetapi hanya mungkin dengan dukungan keuangan dan organisasi negara dan volume pasar penjualan yang terjamin.

Perlu dicatat bahwa dalam kasus ini ada dua tugas yang saling terkait. Perkembangan mikroelektronika memerlukan jaminan dan dukungan pemerintah terhadap pengembangan dan produksi sirkuit mikro untuk dokumen elektronik, sistem informasi instansi pemerintah, peralatan navigasi, elektronika industri, peralatan militer dan khusus. Pada saat yang sama, untuk menjamin keamanan informasi dari semua sistem elektronik ini, hanya sirkuit mikro dalam negeri yang boleh digunakan dan, oleh karena itu, perlu untuk mengembangkan produksi mikroelektronik di Rusia.

Oleh karena itu, menjamin penyelesaian permasalahan negara yang kompleks ini memerlukan penciptaan dan pengembangan basis teknologi dan produksi yang kokoh untuk produksi basis komponen elektronik modern dalam negeri, yang tingkat teknisnya menentukan kemampuan negara dalam memecahkan permasalahan teknologi, informasi. dan keamanan ekonomi.

Sayangnya, Rusia tidak bergabung dengan sistem pengembangan mikroelektronika dunia pada waktu yang tepat, dan krisis teknologi tahun 90-an, ketika sistem dukungan negara untuk industri elektronik praktis terganggu, berdampak negatif pada tingkat perkembangan elektronik. produksi peralatan.

Mikroelektronika dengan cepat mengubah kehidupan kita sehari-hari. Sejak 10-15 tahun lalu sulit membayangkan kemunculan banyak perangkat digital modern. Di kalangan non-spesialis, hanya sedikit yang memahami prospek dan kecepatan perkembangan inovasi teknologi. Saat ini, kamera digital telah menggantikan kamera film, telepon IP telah menggantikan komunikasi kabel, navigator telah menggantikan peta jalan, dan surat serta buku kertas telah digantikan oleh yang elektronik. Semua ini menjadi mungkin berkat perkembangan mikroelektronika.

Selain itu, dalam proses pengembangan mikroelektronika, banyak elemen spesifik yang dikembangkan yang tidak hanya tidak memiliki analog dalam rangkaian transistor konvensional, tetapi juga bahkan tidak dapat disimulasikan pada komponen diskrit.

Tujuan utama teknologi mikroelektronika adalah sebagai berikut: penciptaan dalam volume minimum (benda padat atau permukaannya) sejumlah maksimum area yang ditentukan secara ketat dengan geometri, komposisi, struktur tertentu, dan, akibatnya, sifat-sifat yang mampu melakukan fungsi tertentu. elemen atau setara dengan elemen sirkuit elektronik dengan stabilitas tinggi informasi yang dikonversi, konsumsi energi rendah dan keandalan yang tinggi dari pengulangan berulang semua tugas yang diberikan pada IS ini. Pada saat yang sama, perhatian diberikan pada peningkatan profitabilitas sekaligus mengurangi konsumsi material, pada kesederhanaan dan kompleksitas produksi teknologi, pada hasil maksimal dari produk yang dapat digunakan dengan penggunaan tenaga kerja manual yang minimal. Hanya otomatisasi maksimum yang dapat memastikan pengembangan mikroelektronika lebih lanjut. Saat ini, teknologi mikroelektronika telah melewati tahap-tahap utama perkembangan dan pembentukannya, dan mengingat meluasnya produksi IC dan perangkat diskrit yang menggunakan teknik mikroelektronika dan proses teknologi telah melewati batas 10-12 miliar unit. per tahun, menjadi jelas bahwa kita berhadapan dengan produksi modern paling masif dari produk-produk yang sangat kompleks. Pada saat yang sama, laju perkembangan mikroelektronika tidak dapat bersaing dengan cabang industri modern lainnya. Hal ini memerlukan penggunaan material baru dan komposisinya, serta proses teknologi baru dan kombinasinya. Saat ini, keanekaragamannya tidak dapat bersaing dengan cabang teknologi lainnya, oleh karena itu sangat penting untuk mensistematisasikan dan mengklasifikasikan proses menggunakan berbagai prinsip yang memiliki dasar fisik dan kimia.

Semua ini memungkinkan kita untuk menyimpulkan bahwa mikroelektronika, sebagai tahap sejarah berikutnya dalam perkembangan elektronika, dicirikan oleh kesatuan organik dari aspek fisik, desain, dan sirkuit teknologi.

Bibliografi

1. Avaev N.A., Shishkin G.G. Perangkat Elektronik: Buku Teks untuk Universitas / Ed. Prof. GG Shishkina. - M.: Penerbitan MAI, 2006.

Lachin V.I., Savelov N.S. Elektronik: Buku Teks. -Rostov-n/D.: Rumah Penerbitan Phoenix, 2005.

Stepanenko I.P. Dasar-dasar mikroelektronika: Buku teks untuk universitas. - M : Laboratorium Pengetahuan Dasar, 2001

Elektronik, perangkat kuantum dan mikroelektronika: Buku teks untuk universitas / Yu.A. Bobrovsky, S.A. Kornilov, I.A. Kratirov, dan lainnya; Ed. Prof. N.D.Fedorova. - M.: Radio dan Komunikasi, 2008.

Aleksenko A.G. Dasar-dasar teknologi sirkuit mikro. - M.: UNIMEDIASTYLE, 2007. 6. Zherebtsov I. P. Dasar-dasar Elektronika - L.: Energoatomizdat, 1990.

Avaev N.A., Naumov Yu.E., Frolkin V.T. Dasar-dasar mikroelektronika. - M.: Radio dan Komunikasi, 1991. - 288 hal.

Efimov I.E., Kozyr I.Ya., Gorbunov Yu.I. Mikroelektronika. Fondasi fisik dan teknologi, keandalan. - M.: Sekolah Tinggi, 2006. - 464 hal.

Efimov I.E., Gorbunov Yu.I., Kozyr I.Ya. Mikroelektronika. Desain, jenis sirkuit mikro, elektronik fungsional. - M.: Sekolah Tinggi, 2007. - 416 hal.

Secara umum diterima bahwa “Rashka adalah kulit pohon” dan tidak memproduksi mikroelektronika sendiri. Namun ternyata tidak. Saat ini, prosesor dapat dianggap Rusia dan prosesor . Namun, kedua prosesor tersebut diproduksi di Taiwan, dan hanya dirancang di Rusia. Sejauh ini, memproduksi prosesor di Rusia mahal.

Dan sejauh mana prosesor harus diproduksi di Rusia dan mengapa, dia akan menjawab “ " Dia berbicara dengan cara yang sangat terstruktur dan profesional tentang keadaan mikroelektronika saat ini. Bagi mereka yang ingin mengetahui jawaban lebih rinci, terdapat link ke semua pertanyaan di seluruh teks.

1. Bisakah Anda ceritakan kepada kami tentang pengalaman Anda (aktivitas saat ini, gelar, pengalaman).

Pengalaman - pemrograman paralel, sistem operasi, kompiler, pemodelan proses fisik, informatika medis, rekayasa perangkat lunak, desain dan arsitektur sistem TI terdistribusi, manajemen proyek, analisis dan konsultasi sistem, pengajaran.
Banyak teman-teman almamater saya (MIPT) yang keahliannya di bidang mikroelektronika.

2. Saat ini di Rusia produksi prosesor diatur menggunakan teknologi apa? 10 nm, 28 nm, 60 nm, 90 nm?

Produksi industri 90 nm telah dikuasai. Kami sudah menguasai 65 nm, tetapi belum siap untuk produksi massal.

3. Apa yang menghalangi Anda menyelesaikan proyek produksi prosesor menggunakan teknologi 60 nm?

Pendanaan tidak stabil dan rendah. Kebingungan organisasi dan kepemilikan. Persiapan dan pelatihan personel dari pabrikan Barat untuk berbagai jenis peralatan lini produksi tidak terlalu cepat.

4. Prosesor mana yang dapat dianggap Rusia?

Sekarang? Benar-benar semua jenis mikroprosesor “Rusia”, mulai dari produksi independen pelat, masker, dan casing ultra-bersih? Nama-nama ini mungkin tidak asing lagi. Beberapa FPGA 5576ХС4Т, 5576ХС3Т, (NIISI), ,(NIISI), sesuatu dari produk "Integral" Belarusia (baca Soviet) (800 nm), mikroprosesor dan mikrokontroler dari (daftar sirkuit mikro tujuan khusus MOP 44 001.01-21).

Pada tahun 2015, Kementerian Perindustrian dan Perdagangan mengembangkan rancangan keputusan pemerintah yang menjelaskan kriteria sirkuit terpadu buatan Rusia pada dua tingkat. Yang pertama melibatkan produksi elektronik radio oleh wajib pajak Federasi Rusia, lebih dari 50% di antaranya milik negara Rusia atau warga negara tanpa kewarganegaraan ganda. Pabrikan harus mempunyai hak atas dokumentasi desain, dan mereka tidak boleh menggunakan solusi sirkuit siap pakai yang berasal dari luar negeri.

Tingkat kedua, dengan syarat, mengizinkan keterlibatan mitra di luar Rusia dalam produksi komponen. Persyaratan paling ketat untuk “kemurnian nasional” teknologi mikroprosesor ditetapkan oleh FSB. Rosatom dan Kementerian Dalam Negeri kurang ketat dalam menentukan kriteria.

Jenis mikroprosesor , seri Elbrus, dll. - melewati level kedua. Elbrus-8S bukanlah mikroprosesor “domestik” Rusia sepenuhnya. Elbrus-8S menampilkan desain/arsitektur Rusia. Arsitektur ini diproduksi di Taiwan (TSMC).

Prosesor (800MHz, 65nm, ) dan Elbrus-2C+ pada awalnya direncanakan untuk diproduksi di lini Mikron, namun sekali lagi, produk tersebut masih “dipanggang” di pabrik “mitra dari Asia Tenggara”.

Saat memproduksi mikroprosesor “sampingan”, masih belum diketahui apa tambahan yang akan “dimasukkan” sebagai “hadiah”.

Lihat riwayat terkini dengan

5. Dalam hal ini. jika SEMUA negara menjatuhkan sanksi kepada kami dan tidak memasok prosesor kepada kami. Apa ancamannya dalam jangka pendek/jangka panjang?

Jadi kami sudah mendapat sanksi terus-menerus. Di AS/UE/Jepang, pembatasan pasokan teknologi produksi mikroprosesor/chip ke negara lain terus diperbarui secara konsisten (dari AS).

Kecil kemungkinannya mereka akan melarang penjualan mikroprosesor yang sudah banyak dijual. Bagaimanapun juga, bisnis, pendapatan yang besar, dan reputasi netralitas di dunia.

Meskipun demikian, ada pengecualian. Saat melaksanakan proyek UEC, VISA dan Mastercard akan mengalami kerugian sekitar $4 miliar setiap tahunnya.Dari luar negeri mereka mengisyaratkan hampir sebuah ultimatum: hapus komponen perbankan dan pembayaran dari proyek tersebut, atau COCOM lain akan diluncurkan pada teknologi, terutama larangan terhadap teknologi. pasokan chip kartu yang dipilih untuk UEC, yang tidak diproduksi di Federasi Rusia. Pada akhirnya (2014).

Jika COCOM versi kedua dan jangka panjang tiba-tiba diluncurkan, Anda harus “keluar”, menurut tradisi lama Rusia. Mungkin bersama dengan orang China? Mungkin dengan cara lain?

6. Seberapa pentingkah memiliki teknologi untuk mengurangi ukuran teknologi dalam sebuah prosesor?

Kecepatan kalkulasi yang lebih tinggi sebagian besar disebabkan oleh frekuensi clock (CH) yang lebih tinggi, dibandingkan dengan faktor miniaturisasi elemen dalam mikroprosesor.

Namun PM yang lebih tinggi juga mengakibatkan peningkatan pembuangan panas, yang merupakan salah satu tantangan terbesar dalam meningkatkan produktivitas.

Batas fisik teknologi silikon modern dimulai pada sekitar 7 nm. Mengurangi ukuran transistor menjadi kurang dari 10 nm (komik mikroelektronika dengan 20 atom silikon, lihat ) sangat memperburuk masalah pembuangan panas karena masalah kebocoran arus yang disebabkan oleh kebocoran terowongan (“kebocoran pasif”). Selain peningkatan jumlah berbagai interferensi, pada frekuensi tinggi, pantulan sinyal dari ujung saluran yang “lebih pendek” itu sendiri menciptakan dampak yang signifikan. .

Miliki milikmu sendiri (miniaturisasi).

Pada suatu waktu, ada harapan dalam pengembangan untuk transisi ke arsitektur dengan penerapan logika ternary (termasuk teknologi penyimpanan data), tetapi Intel kemudian mengeluarkan semua pesaingnya dari “pasar” dan tetap berjalan dengan baik. Dan sekarang "kereta telah berangkat", dan sistem terner tidak efektif untuk diterapkan pada semikonduktor 2D mini, di mana banyak hal bergantung pada implementasi transistor, pada topologi sirkuit mikro, pada proses transien dalam sirkuit listrik. Ada juga industri yang signifikan per unit thread komputasi.

Jadi, jika Anda berinvestasi dalam pengembangan, maka langsunglah beralih ke bidang teknologi berbasis elemen “baru”. Misalnya, dalam optoelektronik (optronik), di mana PM lebih tinggi (3-4 kali lipat), pembuangan panas lebih rendah dan kecepatan transmisi sinyal lebih tinggi (~80 kali lipat). Dan bahkan lebih baik lagi - dalam implementasi perangkat miniatur - kristal 3D, dengan penerapan proses komputasi di dalamnya berdasarkan penggunaan elektrodinamika nonlinier (yang disebut ).

P.S. Nanotube, graphene, dan “komputer kuantum” sejauh ini “menceraikan” pesaingnya sehingga mengganggu penelitian.

7. Dapatkah Anda mengatakan, menurut Anda, betapa pentingnya saat ini untuk mengejar ketertinggalan dari produsen prosesor dalam teknologi 10nm, atau tidak penting bagi militer? Nah, apakah bisa membelinya di luar negeri untuk segala kebutuhan rumah tangga Anda?

Tidak masuk akal untuk mengejar teknologi “silikon” modern dengan berinvestasi dalam pengembangan. Teknologi untuk perambatan gelombang elektromagnetik datar melalui sirkuit silikon sudah berada pada batas fisik; aturan Moore tidak lagi terpenuhi. Untuk kebutuhan “rumah tangga” bisa dibeli di luar negeri, untuk keperluan militer bisa diproduksi di dalam negeri, dalam ukuran nanometer yang lebih kecil.

Laporan PITAC (Komite Penasihat Teknologi Informasi Presiden - Komputasi: Memastikan Daya Saing Amerika)

Saya telah membuat daftar dua bidang di mana Anda harus berinvestasi dengan sengaja. Anda perlu berinvestasi dalam mode “sharashka” yang tertutup, tanpa keterbukaan apa pun (tidak ada “perdamaian, persahabatan, permen karet”), tanpa kontribusi pada “sains dunia” (akan dikenakan biaya), dengan bentuk spionase industri yang maksimal, naik untuk “tidak ada sentimentalitas”.

Bagi militer (serta ilmuwan dan industri nuklir, termasuk industri pertambangan), kebutuhan akan perhitungan model (misalnya, hipersonik) sangatlah besar. Armada komputer terbesar di negara ini sekarang ada di Sarov (RosAtom) - komputer ini menghitung model proses fisik di berbagai reaktor, ilmu material neutron, model kekuatan, dll., dll. Gazpromgeofizika (Gazprom, Rosneft) juga menyewakan tenaga komputer yang kuat untuk dukungan model komputasi untuk berbagai metode geoeksplorasi dan siklus hidup endapan.

P.S.: “Negara yang ingin mencapai keunggulan kompetitif harus mengungguli pesaingnya di bidang komputasi”

(Komite Penasihat Teknologi Informasi Presiden - Komputasi: Memastikan Daya Saing Amerika

8. Jadi menurut Anda superkomputer juga bisa dibuat dengan menggunakan batu asing? Atau apakah Anda membagi superkomputer untuk militer dan superkomputer untuk perusahaan sipil (IMHO Gazprom / Rosneft yang sama akan lebih berbahaya daripada banyak tentara)

Superkomputer (semuanya di Rusia) sekarang diimplementasikan seluruhnya pada “batu” asing. Banyak .

Pasokan prosesor ke Sarov (dan struktur militer lainnya) dikendalikan oleh Amerika berdasarkan perjanjian antar pemerintah yang dibuat pada era Yeltsin.

Misalnya:

dll. ..........

9. Sejauh mana prosesor 10/28/60 nm dibutuhkan untuk helikopter dan pesawat terbang?

Untuk sistem di dalam pesawat/helikopter/rudal, 120 nm (pada ~800MHz) sudah cukup. Satu-satunya pertanyaan adalah tentang keandalan dan “parameter militer” (lihat. MO). Untuk mengoperasikan peralatan pesawat AWACS, diperlukan daya komputasi yang lebih baik. Namun, sangat mungkin untuk bertahan dengan 130 dan 65 nm, dengan paralelisasi “kecil”.

10. Banyak masalah kinerja yang dapat diatasi pada tingkat algoritma. Seberapa pentingkah mikron kecil dalam aplikasi militer? Seberapa sulitkah memproduksi prosesor untuk militer di Federasi Rusia?

Pada tingkat algoritmik, masalah pengorganisasian aliran komputasi yang lebih optimal diselesaikan. Dapatkan 5-15%.

Selain itu, Anda perlu menyadari bahwa pengembang mikroprosesor tidak memberi tahu pemrogram aplikasi tentang semua fitur yang diperlukan dalam pengoperasian mikroprosesor. Oleh karena itu, generator kode Intel adalah yang paling efisien di antara kompiler lainnya.

Menulis assembler pada sistem paralel mahal (dengan variabilitas program yang tinggi) dan merupakan masalah yang lengkap dengan penyeimbangan paralelisasi “manual”. Kami telah mengembangkan sistem untuk paralelisasi otomatis (dengan penyeimbangan otomatis) dari program sekuensial => paralel (dalam bahasa tingkat tinggi). Yang cukup memuaskan menyelesaikan masalah di atas.

Dalam dinas militer dan “mikron kecil” terkadang tidak sepenuhnya berguna.

Ketahanan terhadap peperangan elektronik, ketahanan terhadap berbagai macam radiasi ( ) dan aliran partikel - persyaratan seperti itu lebih sulit dicapai hanya pada “mikro kecil”.

Mikroprosesor untuk militer terus diproduksi di Federasi Rusia.

Seberapa “sulit”nya? Ini lebih mudah bagi militer. Mereka memiliki lebih sedikit masalah dengan pembiayaan - produksi, personel berkualitas tinggi, pembelian peralatan, organisasi , yang dilakukan oleh militer baik atas kemauannya sendiri maupun atas perintah “pihak sipil”. Dan GRU terkadang memberi mereka sesuatu yang menarik...

11. Produk mikroelektronika apa yang diekspor Rusia?

Sangat sedikit. Terutama sebagai bagian dari sistem militer (pertahanan udara, peperangan elektronik, avionik).

12. Seberapa pentingkah kepergian spesialis muda ke luar negeri? hanya spesialis (untuk pengembangan mikroelektronika).

Masalah yang lebih luas ini adalah “brain drain”. Seperti dijelaskan di atas, Amerika mempertahankan spesialis muda mereka dalam “keterikatan kredit”, namun secara terorganisir mereka “membersihkan” negara-negara lain (termasuk UE) dalam konteks demokrasi dan kebebasan memilih tempat tinggal permanen.
Kita perlu belajar bagaimana melawan “hoover” ini, karena biayanya mahal - mereka akan melatih spesialis muda “gratis” (termasuk magang dan pelatihan di universitas/praktik) - dan tiba-tiba, mereka sudah berada di AS/UE (terkadang Israel) dan bekerja untuk perekonomian dan pembangunan mereka.

Memperkenalkan pendidikan yang dibayar secara eksklusif dan sangat mahal dalam spesialisasi tertentu dan “pembatasan” legislatif terhadap pinjaman pendidikan, termasuk bepergian ke luar negeri? L sepertinya tidak akan membantu

Pemindahan paksa ke “sharashka” ilmiah dan teknis pada zaman Stalin? Ini bukan masa perang...

13. Ceritakan kisah tentang prosesor Pentium PRO

Semuanya telah lama dijelaskan di media terbuka.
Misalnya, prosesor Intel Pentium asal Soviet
Pentkovsky meninggal di AS pada tahun 2012, setelah pemerintah Rusia pada tahun 2011 memberinya dana untuk laboratorium mega-hibah di MIPT.

14. Pertanyaan penting apa yang tidak saya tanyakan? tapi itu layak untuk disebutkan.

Apakah ini tujuan kita dalam mengembangkan mikroelektronika kita sendiri? Mengapa mengulangi “orang lain” lagi, terus-menerus tertinggal dan tidak memiliki keunggulan di pasar dunia? Pemenangnya mengambil semuanya, bukan?

Ditambahkan:

15. Ada peluang untuk memenangkan kembali pasar Anda terlebih dahulu, dan Korea Selatan berhasil melakukannya. Pada awalnya, siapa pun yang mengetahuinya, tidak ada yang mengambil atau membelinya. Selama 10 tahun mereka bekerja keras di pasar mereka, memotong impor dengan bea masuk yang sangat besar, berlipat ganda dari harga produk.

Rusia ( bukan Uni Soviet+CMEA) pasar mikroelektronika sangat kecil. Skala pasar mempengaruhi profitabilitas dan harga teknologi.
Mereka tidak akan membiarkan kita “memenangkan kembali” dunia. Ada sebuah cerita terkenal yang kritis , situasi dengan , yang karena itu tidak dapat mengekspor produk ke negara-negara yang terkena sanksi, serta membeli teknologi dan peralatan dari negara-negara tersebut.
Selain itu, basis produksi mikroelektronika global sangat luas. Anda akan kelelahan untuk menghasilkan semuanya sendirian , sambil mengikuti penelitian dan pengembangan teknologi.

Pasar mikroelektronika dunia dibuka untuk Korea Selatan sejak awal perkembangannya ( dikendalikan oleh Amerika). Tidak ada larangan impor teknologi; memang ada larangan .
Baru-baru ini mereka memberikan sedikit tekanan pada Samsung ( Dan , dan masuk ).

16. Ketika Cina dan Korea datang ketika semua pasar sedang penuh. Mengapa kita tidak bisa melakukan ini?

Baru sekarang industri mikroelektronik produksi massal dipindahkan ke mereka. Dan kemudian kompetensi saya meningkat. Dan tidak pernah ada sanksi apa pun. Berbeda dengan SOCOM, amandemen Jackson-Weinik.

17. Ada banyak tanah jarang di Rusia dan tidak terlalu dibutuhkan.

Produksi tanah jarang telah runtuh sejak zaman Soviet. Memulihkan dan mengembangkan industri seperti itu tidaklah murah. Sangat mahal, dengan kekurangan dana untuk hal lain.

18. Mengapa tidak memotong keuntungan pesaing Anda dan memberi mereka makan dengan pesanan Anda?

Pesanan Rusia cukup kecil di pasar global. Mengapa memainkan permainan Ukraina - “Aku akan membekukan telingamu karena dendam”?

19. Mengapa industri-industri utama yang terkait dengan industri penerbangan tidak dikembangkan? Anda tidak dapat melakukan apa pun hanya dengan dinas militer.

DAN diproduksi tidak hanya menggunakan teknologi dalam negeri. Avionik dan mesin merupakan komponen yang sangat penting yang diproduksi di luar negeri. Dalam kebangkitan industri penerbangan sipil ( R&D, modernisasi produksi) – sudah berinvestasi sangat besar fasilitas. Dan belum jelas kapan dan bagaimana pengembalian investasi akan terjadi, rencana produksi dan penjualan tidak menjadi kenyataan. Tiongkok juga telah memasuki persaingan dalam industri penerbangan global, dan akan mempertahankan pasarnya.

20. Di Uni Soviet, keadaannya seperti itu, satu siklus penuh, dan tidak ada yang bangkrut atau kelaparan. Mengapa di Federasi Rusia tidak seperti ini?

Sekitar sepertiga dari pasar produksi industri global. Ada perekonomian swasembada autarki di negara-negara sistem sosialis, siklus penuh banyak ( tapi tidak semua orang!) industri teknologi.

Sekarang tidak demikian. Komunitas Ekonomi Eurasia adalah tentang 7-8% dari pasar dunia, keterbukaan terhadap pergerakan personel, integrasi ke dalam rantai pembagian kerja dan teknologi global.

Secara umum, ada “niat baik” yang mulia, dan ada penilaian bijaksana terhadap situasi saat ini. Seperti yang dikatakan oleh para pendahulu yang cerdas:

“Ada logika niat dan logika keadaan, dan logika keadaan lebih kuat dari logika niat” ((C) I.V. Stalin)

Prospek pengembangan mikroelektronika. Konsep nanoteknologi

KONSEP NANOTEKNOLOGI. EFEK TEROWONGAN PADA SEMIKONDUKTOR

Selama bertahun-tahun kejayaan perkembangan mikroelektronika, pencarian penciptaan basis elemen alternatif telah dan terus dilakukan. Banyak ilmuwan meramalkan bahwa mikroelektronika semikonduktor akan digantikan oleh elektronika fungsional, elektronika tunggal, optoelektronik, fotonik, kuantum, dan akhirnya bioelektronik. Di semua bidang tersebut, hasil yang menggembirakan telah dicapai hingga saat ini. Namun, tidak satu pun dari wilayah ini yang memiliki basis teknologi yang mampu menjamin produksi komponen yang sangat andal dan kompetitif secara ekonomi.

Pada tahun 1985, ahli kristalografi Amerika J. Karl dan G. A. Hauptman memenangkan Hadiah Nobel atas pencapaian luar biasa dalam pengembangan metode langsung untuk menentukan struktur kristal. Sejak saat itu, sejarah perkembangan pesat penelitian dimulai, penciptaan instrumentasi laboratorium dan industri serta struktur nanometer berdasarkan penggunaan mikroskop terowongan.

Pada Gambar. 1, dan diagram instalasi nanoteknologi yang dikembangkan oleh spesialis Rusia M. A. Ananyan dan P. N. Luskinovich ditampilkan. Bahan konduktif apa pun dengan permukaan yang dipoles dengan hati-hati dapat digunakan sebagai substrat. Probe berupa jarum logam, biasanya terbuat dari bahan karbida, dengan ujungnya diasah dengan metode etsa ion. Dari sudut pandang mikroskopis, jari-jari kelengkungan ujung ditentukan oleh ukuran atom tunggal yang terletak di ujung ujung.

Beras. 1. Instalasi nanoteknologi: A - diagram instalasi nanoteknologi berdasarkan

mikroskop terowongan; B– ketergantungan nilai arus terowongan pada celah.

1 – substrat, 2 - menguji, 3 – Sumber Daya listrik, 4 – celah antara probe dan media, 5 – penguat arus terowongan, 6 – pengatur celah dinamis berdasarkan manipulator piezo, 7 – alat untuk menyuntikkan reagen gas dan cair, 8 – sistem penentuan posisi media yang presisi.

Jika beberapa tegangan diterapkan ke probe sehubungan dengan media, maka ukuran celah berkurang X dengan ukuran beberapa angstrom, arus terowongan mulai mengalir melalui celah (Gbr. 1, b). Penting untuk dicatat bahwa ukuran celah secara signifikan lebih kecil daripada jarak antar atom dan antarmolekul dalam gas yang mengelilingi celah tersebut (20-80 Å). Oleh karena itu, kita dapat berasumsi bahwa arus terowongan pada celah tersebut praktis mengalir dalam ruang hampa. Dalam hal ini, kuat medan listrik di celah, bahkan pada tegangan kontrol lemah sekitar milivolt, mencapai nilai yang sangat signifikan sekitar 10 6 V/cm dan lebih tinggi.

Seperti yang dapat dilihat dari Gambar. 1, B,arus dalam celah dengan tegangan kontrol yang stabil bergantung secara linier pada ukuran celah. Ketika ukuran celah berubah sebesar 1 Å, nilai saat ini berubah 10 kali lipat. Dengan mengukur arus terowongan, Anda dapat menggunakan transduser piezoelektrik untuk mengatur atau menstabilkan ukuran celah dengan akurasi minimal 0,1 Å. Pada nilai medan listrik yang ditunjukkan, diameter berkas elektron penerowongan yang mengalir dalam ruang hampa antara celah dan substrat berada pada kisaran 1,0-1,5 Å.

Instalasi nanoteknologi yang dijelaskan memberikan kemungkinan untuk memompa keluar dan memasukkan reagen cair atau gas yang diperlukan ke dalam volume aktif. Secara alami, seluruh struktur ruang proses terbuat dari bahan tahan korosi. Keadaan ini secara signifikan membedakan instalasi nanoteknologi dari mikroskop terowongan. Kami juga mencatat bahwa untuk menghindari pengaruh pengaruh seismik dan akustik eksternal, seluruh instalasi dilengkapi dengan sistem perlindungan getaran pasif, dan dalam beberapa kasus aktif.

Dengan menggunakan manipulator piezo linier, substrat dapat bergerak relatif terhadap ujung probe dalam jarak 10x10 mm 2 dengan akurasi minimal 0,1 Å.

Pada Gambar. 2, a menunjukkan karakteristik arus-tegangan tipikal yang diambil untuk sampel tertentu pada ukuran celah konstan. Pada energi elektron yang lebih rendah dari energi getaran termal atom bahan substrat (sekitar 25 meV), struktur atom permukaan substrat dapat dipelajari tanpa merusaknya. Pada energi yang sama atau sedikit lebih tinggi dari energi ikatan antar atom atom pada permukaan substrat, berbagai nonlinier muncul dalam karakteristik tegangan arus, yang memungkinkan untuk mengambil spektogram terowongan substrat dan menentukan komposisi kimianya. Ketika energi pancaran sama dengan energi ikatan antar atom, dimungkinkan untuk “menggairahkan” atom individu yang terletak di permukaan, “merobeknya” dan “memindahkannya”, menggerakkan substrat, ke suatu posisi baru. Dengan mengurangi energi eksitasi, dimungkinkan untuk “menjahit” atom yang dipindahkan ini ke permukaan pada posisi baru (Gbr. 2, B).

Jika molekul gas proses dimasukkan ke dalam daerah aktif instalasi (Gbr. 2, V), kemudian, di bawah pengaruh medan listrik yang kuat, molekul-molekul ini pertama-tama terionisasi, dan kemudian atom yang diperlukan dapat diendapkan pada permukaan substrat, dipilih sedemikian rupa sehingga membentuk radikal yang terikat kuat dengan atom-atom tersebut. substrat. Dengan menumbuhkan atom yang disimpan dan menggerakkan substrat, dimungkinkan untuk menumbuhkan jalur konduktor yang terpasang kuat atau kelompok atom individu dengan dimensi melintang seukuran atom (sekitar 20 Å). Konduktor dan kelompok atom seperti itu dapat disebut konduktor kuantum dan titik kuantum.

Dengan memasukkan gas etsa ke dalam volume teknologi (Gbr. 2, G), Dimungkinkan untuk memastikan aktivasi reaksi kimia "menangkap" dan menghilangkan atom tertentu dari permukaan, menciptakan "alur" berukuran nanometer.

Pada Gambar. 2, D Sebagai contoh implementasi beberapa operasi nanoteknologi, diberikan foto mikroskopis terowongan dari transistor efek medan. Jika tidak ada muatan pada elektroda kontrol (gerbang), yang terletak di sebelah kanan foto, maka arus dapat mengalir tanpa hambatan melalui konduktor kiri - transistor terbuka. Jika tegangan pemblokiran diterapkan ke gerbang, medan memblokir saluran dan transistor mati.

Sangat penting untuk dicatat bahwa dengan dimensi transversal konduktor kuantum orde 20 Å, karena kuantisasi elektron transversal, disipasi energi berkurang secara signifikan, dan oleh karena itu, kecepatan operasi meningkat tajam. Dengan dimensi transistor efek medan yang ditunjukkan pada Gambar. 2, D, kinerjanya terletak pada kisaran terahertz.

Mari kita perhatikan satu lagi fitur mendasar dari instalasi nanoteknologi dalam negeri. Dengan bantuannya, dimungkinkan untuk menumbuhkan tidak hanya konduktor kuantum memanjang pada substrat, tetapi juga secara berurutan membentuk elemen tiga dimensi. Hal ini membuka kemungkinan yang hampir tak terbatas untuk memecahkan masalah “tirani” konduktor. Berdasarkan koneksi tiga dimensi, tidak hanya elemen yang diuji dalam mikroelektronika, tetapi juga struktur neuroistor yang sangat eksotis dapat diwujudkan.

Cara utama untuk memecahkan masalah peningkatan produktivitas instalasi nanoteknologi probe tunggal adalah dengan menciptakan mesin multi-probe. Menurut para ahli, pada tahun 2005 akan dimungkinkan untuk mengembangkan instalasi yang akan menjamin perakitan atom dengan kecepatan satu desimeter kubik materi per jam dengan biaya tidak lebih dari satu dolar.

Beras. 2. Operasi nanoteknologi dasar: A– ketergantungan arus penerowongan pada sifat bahan substrat dan energi elektron; b – fiksasi dan pergerakan atom; V– pengendapan atom dari gas di sekitar probe; G– mengetsa substrat; D– contoh struktur nanoteknologi adalah transistor efek medan.

Pembentukan sinyal listrik dengan waktu naik 10 -14 detik dan propagasinya sepanjang nanokonduktor dua kawat, yang pada dasarnya adalah pandu gelombang logam-optik, memastikan integrasi nyata dari seluruh rangkaian rangkaian elektronik dan optoelektronik dalam satu lingkungan.

Integrasi tingkat tinggi struktur nanoelektronik, kecepatan, perakitan elemen tiga dimensi, dan pengurangan disipasi energi meletakkan dasar bagi pengembangan prioritas perangkat pemrosesan informasi berkecepatan tinggi berdasarkan pada struktur tersebut. Secara khusus, di tahun-tahun mendatang, elemen memori dengan kepadatan perekaman informasi yang sangat tinggi (10 12 bits/cm 2) dapat diimplementasikan secara industri, yang ribuan kali lebih tinggi daripada kepadatan perekaman pada disk laser tradisional.

Mempertimbangkan peningkatan tajam dalam publikasi tentang nanoteknologi, struktur dan perangkat serta luasnya bidang penelitian praktis, dapat dikatakan bahwa salah satu kelanjutan terdekat dalam pengembangan mikroelektronika adalah nanoelektronik.

Nanoteknologi tidak hanya memberikan keberhasilan dalam pengembangan dasar unsur instrumentasi informasi. Perkembangan nanoteknologi telah digunakan dalam bidang kedokteran, robotika, teknik mesin, energi nuklir, sistem pertahanan dan banyak bidang lainnya. Bukan suatu kebetulan jika sebagian besar negara maju memberikan perhatian besar untuk mendukung program nanoteknologi nasional. Awal abad ke-21 akan ditandai dengan pesatnya perkembangan nanoteknologi secara umum dan nanoelektronik secara khusus.