Химико-технологические основы микро- и наноэлектроники

ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Учебное пособие

Под редакцией профессора А. Н. Игнатова

















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 621.3.049.77
ББК 32.844.1
     Х46

Авторы:
Величко А. А., Гришина И. В., Игнатов А. Н., Фадеева Н. Е., Филимонова Н. И.

Рецензенты:
доктор химических наук, профессор кафедры инженерной экологии Сибирского государственного университета водного транспорта В. П. Зайцев; кандидат технических наук, доцент кафедры радиотехнических систем Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики
И. И. Резван



Х46 Химико-технологические основы микро- и наноэлектроники : учебное пособие / [Величко А. А. и др.] ; под ред. проф. А. Н. Игнатова. -Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 352 с. : ил., табл.
          ISBN978-5-9729-1316-9

          Рассматриваются история и технологические основы электроники, свойства химических элементов и их соединений, основные технологические процессы микро- и наноэлектроники, основные виды нанотехнологий и их изделий, а также нанотехнологическое оборудование.
          Для студентов всех форм обучения по направлениям: 11.03.01 «Радиоэлектроника», 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств», 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника», а также учащихся колледжей электронного и радиотехнического профилей.

УДК 621.3.049.77
ББК32.844.1









     ISBN 978-5-9729-1316-9 © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ


Введение...........................................................7
1. История развития и технологические основы электроники...........8
  1.1. Основные технологии производства изделий электроники........8
  1.2. Этапы развития вакуумной электроники........................9
  1.3. Этапы развития твердотельной электроники...................10
  1.4. История развития радиотехники и радиоэлектроники...........12
  1.5. Этапы развития микроэлектроники............................14
  1.6. Историяразвития оптоэлектроники............................15
  1.7. Этапы развития нанотехнологий..............................20
   1.7.1. Общие сведения..........................................20
   1.7.2. Краткая история нанотехнологий..........................21
   1.7.3. Тенденции развития микро- и наноэлектроники.............23
   1.7.4. Основные тенденции развития наноэлектронных систем......25
2. Типы и свойства химических элементов и соединений, используемых в электронике........................................27
  2.1. Строение твердых тел.......................................29
  2.2. Химическая связь и типы кристаллов.........................36
  2.3. Кремний....................................................40
  2.4. Германий...................................................41
  2.5. Арсенид галлия.............................................42
  2.6. Фосфид индия...............................................42
  2.7. Металлические пленки.......................................44
  2.8. Диэлектрические пленки.....................................46
  2.9. Органические материалы.....................................47
  2.10. Углерод и наноуглерод.....................................48
   2.10.1. Физические свойства....................................48
   2.10.2. Химические свойства....................................49
   2.10.3. Карбин.................................................50
   2.10.4. Нахождение углерода в природе..........................52
   2.10.5. Фуллерены..............................................52
   2.10.6. Углеродные нанотрубки..................................53
  2.11. Графен....................................................62
  2.12. Дендримеры................................................65
  2.13. Сегнетоэлектрики..........................................68
  2.14. Электроактивные полимеры..................................69
  2.15. Жидкие кристаллы..........................................71
  2.16. Прямозонные и непрямозонные полупроводники................73
3. Технологические основы микроэлектроники........................78
  3.1. Введение...................................................78
  3.2. Понятие о групповом методе изготовления электронных приборов.78
  3.3. Планарная технология.......................................79

3

  3.4. Пленочная и гибридная технология...........................79
  3.5. Полупроводниковая технология...............................81
  3.6. Метод Чохральского.........................................82
  3.7. Диффузия...................................................83
   3.7.1. Теоретические основы диффузии...........................86
   3.7.2. Эпитаксия...............................................88
  3.8. Ионное легирование.........................................92
  3.9. Ионно-плазменное напыление.................................94
  3.10. Термическое напыление.....................................97
  3.11. Классическая литография...................................98
4. Виды технологий, перспективные для производства наноэлектронных изделий...........................................100
  4.1. Введение...................................................100
  4.2. Кремниевая нанотехнология и ее изделия.....................101
  4.3. Углеродная нанотехнология и ее изделия.....................106
   4.3.1. Введение в углеродную нанотехнологию....................106
   4.3.2. Получение углеродных нанотрубок.........................108
   4.3.3. Области применения углеродной нанотехнологии............109
   4.3.4. Электронные приборы на основе углеродной технологии.....111
  4.4. Жидкокристаллическая технология и ее изделия...............117
   4.4.1. Свойствакристаллов.....................................117
   4.4.2. Смектические жидкие кристаллы..........................119
   4.4.3. Нематические жидкие кристаллы..........................119
   4.4.4. Холестерические жидкие кристаллы.......................120
   4.4.5. Жидкие кристаллы в биологии............................121
   4.4.6. Применение жидких кристаллов...........................122
   4.4.7. Ячейки на основе эффекта динамического рассеяния (ДР-ячейки)... 129
   4.4.8. Ячейки наоснове «твист-эффекта».........................130
  4.5. OLED технология и ее изделия...............................136
   4.5.1. Введение................................................136
   4.5.2. Пассивно-матричные OLED.................................143
   4.5.3. Активно-матричные OLED..................................144
   4.5.4. Состояние разработок OLED...............................147
  4.6. Квантовая нанотехнология и ее изделия......................148
   4.6.1. Общие сведения..........................................148
   4.6.2. Лазеры на квантовых ямах и точках.......................149
  4.7. Молекулярная технология и направления ее развития..........152
   4.7.1. Введение в молекулярную технологию......................152
   4.7.2. История концепции молекулярной нанотехнологии...........156
   4.7.3. Стратегии реализации молекулярной нанотехнологии........157
   4.7.4. Перспективы развития молекулярной нанотехнологии........157
  4.8. Нанобиотехнология и перспективы ее развития................158
   4.8.1. Введение................................................158
   4.8.2. Определение междисциплинарной области...................159

4

   4.8.3. Основные направления развития в нанобиотехнологии......160
   4.8.4. Применение синтезируемых наночастиц ...................161
   4.8.5. Технологии, применимые для доставки лекарственных соединений.......................................161
   4.8.6. Применение биополимеров в качестве «строительных блоков».162
   4.8.7. Применение фуллеренов и нанотрубок в нанобиологии......166
   4.8.8. Перспективы развития нанобиотехнологий в ближайшем будущем............................................167
4.9. Нанопсихология - новое направление психологии...............168
5. Технологические основы наноэлектроники........................171
  5.1. Введение в нанотехнологии.................................171
  5.2. Литография................................................172
   5.2.1. Введение в литографию наноизделий......................172
   5.2.2. Литография экстремальным ультрафиолетом................175
   5.2.3. Электронно-лучеваялитография...........................176
   5.2.4. Ионная литография......................................178
   5.2.5. Рентгеновская литография...............................179
   5.2.6. Нанопечатнаялитография.................................179
   5.2.7. Литографически индуцированная самосборка наноструктур....180
  5.3. Молекулярно-лучевая эпитаксия.............................181
6. Нанотехнологическое оборудование..............................185
  6.1. Введение..................................................185
  6.2. Нанотехнологические комплексы НАНОФАБ.....................185
  6.3. Установкаэпитаксиального наращивания слоев................188
для индивидуальной обработки подложек большого диаметра..........190
  6.4. Установки молекулярно-пучковой эпитаксии..................192
  6.5. Оборудование для наноструктурного анализа материалов и покрытий.......................................................192
  6.6. Нанотехнологический комплекс оборудованияИапоЕйисаФг........192
7. Анализ структурного и элементного состава кристаллов методами ионной спектрометрии.............................................203
  7.1. Физические основы методарезерфордовского обратного рассеяния ионов..................................................204
  7.2. Рассеяние ионов низких энергий............................209
  7.3. Распределение элементов по глубине........................210
  7.4. Вторичная ионная масс-спектроскопия (ВИМС)................212
  7.5. Каналирование.............................................219
8. Методы электронной спектроскопии..............................225
  8.1. Физические основы методов электронной спектроскопии.......225
   8.1.1. Энергетический спектр электронов.......................226
   8.1.2. Глубина выхода электронов..............................229
   8.1.3. Неупругие электрон-электронные взаимодействия..........233
  8.2. Экспериментальное оборудование............................236
   8.2.1. Общие характеристики электронных спектрометров.........236

5

   8.2.2. Анализаторы задерживающего поля........................238
   8.2.3. Отклоняющие электростатические анализаторы.............242
  8.3. Электронная Оже-спектроскопия (ЭОС).......................249
   8.3.1. Физические основы Оже-спектроскопии....................249
   8.3.2. Экспериментальное оборудование для ЭОС.................255
   8.3.3. Применение ЭОС.........................................260
  8.4. Спектроскопия характеристических потерь энергии (СХПЭЭ)...267
   8.4.1. Основные физические процессы энергетических потерь.....267
   8.4.2. СХПЭЭ глубоких уровней.................................268
   8.4.3. Экспериментальное оборудование для СХПЭЭ глубоких уровней... 270
   8.4.4. Обычная спектроскопия характеристических потерь энергии электронами (СХПЭЭ)....................................272
   8.4.5. СХПЭЭ высокого разрешения..............................274
  8.5. Методы фотоэлектронной спектроскопии......................277
   8.5.1. Физические основы фотоэлектронной спектроскопии........277
   8.5.2. Экспериментальное оборудование ФЭС.....................279
  8.6. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС)........283
   8.6.1. Физические принципы РФЭС...............................283
   8.6.2. Применение РФЭС........................................286
  8.7. Ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия (УФЭС).....291
   8.7.1. Специфика методов УФЭС.................................291
   8.7.2. Применение УФЭС для исследования зонной структуры......291
9. Методы электронной микроскопии................................296
  9.1. Физические принципы работы электронной микроскопии. Взаимодействие электронного пучка с веществом....................296
   9.1.1. Упругое рассеяние......................................297
   9.1.2. Неупругое рассеяние....................................299
  9.2. Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ)..............302
   9.2.1. Физические принципы работы ПЭМ.........................302
   9.2.2. Экспериментальное оборудование. Оптическая схема и принцип действия ПЭМ...................................................302
   9.2.3. Предельное разрешение электронного микроскопа и дефекты электронных линз...............................................309
   9.2.4. Формирование изображения в электронном микроскопе......310
   9.2.5. Подготовка образцов для ПЭМ............................320
  9.3. Сканирующая электронная микроскопия
(SEM — Scanning electron microscopy или РЭМ)....................325
   9.3.1. Физические принципы работы СЭМ.........................326
   9.3.2. Формирование изображения в сканирующей электронной микроскопии........................................329
   9.3.3. Подготовка образцов для СЭМ............................334
   9.3.4. Экспериментальное оборудование. Оптическая схема и принцип действия СЭМ.........................................336
  Список литературы..............................................343

6

ВВЕДЕНИЕ


    Развитие науки и техники базируется на достижениях электроники. Рассматривая историю развития электроники, можно выделить несколько этапов:
   - этап вакуумной электроники;
   - этап твердотельной электроники;
   - этап микро- и оптоэлектроники;
   - этап наноэлектроники.
     На каждом этапе разрабатывались технологические процессы, использующие свойства различных химических элементов и их соединений, с целью создания электронных приборов, устройств и систем. Переход от одной технологии к следующей обусловлен необходимостью улучшения технико-экономических показателей выпускаемой продукции и расширением ее функциональных возможностей. В настоящее время электроника является лидером в области высоких технологий. Стремительное развитие инфокоммуникационных систем становится возможным благодаря внедрению в них изделий микроэлектроники и наноэлектроники.
     Для системной подготовки студентов необходимо изучение основных видов технологий изготовления электронных изделий, включая самые перспективные: твердотельную, органическую, квантовую и молекулярную.
     Настоящее пособие соответствует Государственным образовательным стандартам высшего профессионального образования по направлениям 11.03.01 -«Радиоэлектроника», 11.03.02 - «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», 11.03.03 - «Конструирование и технология электронных средств», 11.03.04 - «Электроника и наноэлектроника».
    Авторы выражают благодарность сотрудникам кафедры технической электроники СибГУТИ Воловодовой В. М., Заварзину Я. Д., Морозову Е. В. за помощь в подготовке книги к изданию.
    Главы 1, 4, 5, 6 подготовил Игнатов А. Н., главы 2, 3 подготовила Гришина И. В., главы 7-9 подготовили Величко А. А., Филимонова Н. И., Фадеева Н. Е.
     Пособие рассчитано на студентов технических специальностей вузов телекоммуникаций и информатики, а также учащихся колледжей электронного и радиотехнического профилей.

7

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

1.1. Основные технологии производства изделии электроники

    Термин «Электрон» появился 2500 лет назад от греческого слова «Янтарь». При натирании янтарной палочки шерстяным материалом наблюдалось искрение. Исторически первой технологией создания изделий электроники является вакуумная технология. Понятие вакуум (vacuum), в переводе с латинского - пустота, обозначает состояние газа при давлении меньше атмосферного. Научный этап развития вакуумной техники начинается с 1643 года, когда в Италии Эвинджелиста Торричелли, ученик знаменитого Галилео Галилея, измерил атмосферное давление. Он открыл, что атмосфера создает давление, равное давлению столба ртути высотой около 760 мм. Вакуумная техника в конце XVIII века сформировалась с развитием производства электровакуумных приборов.
    Второй и очень перспективной технологией производства изделий электроники является твердотельная технология.
    В 1823 году Берцеллиус открыл кремний. Выпрямляющие свойства полупроводниковых диодов исследовали Бозе и Браун с 1904 года. Недостаточное понимание природы этих свойств из-за отсутствия технологии очистки полупроводников и получение монокристаллов обусловило последующее развитие ламповой, а нетвердотельной электроники вплоть до середины XX века.
    Наш соотечественник радиоинженер Олег Владимирович Лосев впервые в мире в 1922 году провел исследования кристаллического детектора и предложил полупроводниковый прибор, способный усиливать и генерировать электромагнитные колебания.
    В 1930 году Вагнером открыты два типа проводимости в полупроводниках.
    Идея замены электровакуумных ламп твердотельными аналогами запатентована профессором физики Юлиусом Лилиенфельдом в 1925 году.
    В 1926 году наш соотечественник Яков Ильич Френкель ввел понятие о дырках в кристаллах. Теорию дырок в дальнейшем развили английский физик Поль Адриен Морис Дирак и немецкий физик Вернер Карл Гейзенберг.
    Бурное развитие твердотельная технология получила после второй мировой войны и связана с разработкой и производством полупроводниковых приборов, в частности, биполярных и полевых транзисторах.
    Наряду с развитием твердотельной технологии производства полупроводниковых изделий, с 1959 года начинается этап микроэлектронной технологии, основными продуктами которой являются интегральные микросхемы. Идея создания интегральной микросхемы сформулирована Даммером в 1952 году. Первый патент на интегральную схему (триггер с RC - связями) получил Килби в 1959 году.


8

    В настоящее время наблюдается этап бурного развития нанотехнологий. Перспективность нанотехнологий впервые сформирована Ричардом Фейнманом в 1959 году, отметившим физическую возможность манипуляции отдельными атомами.

1.2. Этапы развития вакуумной электроники

    В 1873 году русский ученый электротехник Александр Николаевич Лоды-чин изобрел первый электровакуумный прибор - лампу накаливания с угольным стержнем.
    Время и эффективность работы электровакуумных ламп существенно зависит от наличия остаточных газов в баллонах, внутри которых расположены электроды. В 1884 году итальянец А. Малиньяни впервые применил в процессе производства вакуумных ламп накаливания связывание остаточных газов парами фосфора. Газопоглотители получили название геттеров. В 1901 году русский физик Петр Николаевич Лебедев предложил удалять остаточные газы с помощью ртутного пара.
    В 1904 году Джеймс Дьюор разработал способ получения путем поглощения газов активированным углем, охлаждаемым жидким азотом.
    В начале XX века были изобретены широко применяемые в настоящее время вакуумные насосы.
    Для получения сверхвысокого вакуума были изобретены типы насосов: турбомолекулярные (Беккер, 1958 г.), магниторазрядный (Джепсен и Холанд, 1959 г.), а также криосорбционные насосы.
    Современная вакуумная техника способна обеспечить получение и измерение давления в 10⁻¹⁸ раз меньше атмосферного, при котором в 1 см³ остается лишь около 30 молекул газа.
    В 1904 году Джек Амброуз Флеминг изобрел вакуумный диод накаленным катодом, обладающий односторонней проводимостью.
    В 1907 году американский инженер Ли де Форест запатентовал трехэлектродную лампу. Он предложил использовать в качестве управляющего электрода сетку. Малые изменения напряжения на сетке приводят к заметным изменениям анодного тока. В связи с этим появилась возможность производить электрическое усиление сигнала.
    В России первые вакуумные диоды и триоды были созданы В. И. Коваленко, Н. Д. Папалекси, В. И. Волынкиным.
    Электронные лампы нашли практическое применение в области обработки радиосигналов, в радиопередатчиках и радиоприемниках.
    С появлением телевидения возникли спрос и производство электронных ламп для телевизоров.
    В 1907 году Браун изобрел «катодную» электронно-лучевую трубку. Он впервые применил ее в качестве катодного осциллографа с электростатическим отклонением луча.
    В этом же году русский ученый профессор Санкт-Петербургского университета, Борис Львович Розинг предложил систему телевидения на основе усо-9

вершенствованной электронно-лучевой трубки Брауна с электронной разверткой изображения.
    В 1929 году американским физиком русского происхождения В. К. Зворыкиным был изобретен кинескоп - приемная телевизионная трубка, а в 1931 году он изобрел передающую телевизионную трубку - иконоскоп.
    Для радиолокационных систем, СВЧ-систем радиорелейной связи и космической связи разработана широкая номенклатура приборов СВЧ и оптического диапазона. Она включает в себя: магнитроны (предложены в 1936 году Н. Ф. Алексеевым и Д. Е. Маляровым), клистроны (1940 год, изобретатели: академик Н. Д. Девятнов и инженер В. И. Коваленко), а также лампы бегущей и обратной волны (1943 год, Компфнер).
    Приборы вакуумной электроники работают в широком интервале температур, в области высоких уровней мощностей до 10⁶ - 10¹¹ Вт и частот 10⁸ -10¹²Гц.

1.3. Этапы развития твердотельной электроники

    Технология производства твердотельных изделий ориентирована на разработку электронных приборов, использующих свойства твердых тел: полупроводников и контактов металл-полупроводник, отличающихся от электровакуумных приборов меньшими массогабаритными и лучшими техникоэкономическими показателями.
    В 1833 году Майкл Фарадей исследовал свойства серного серебра и обнаружил явление уменьшения сопротивления с ростом температуры. Это не соответствовало известным свойствам металлов и фактически является началом исследования свойств полупроводников.
    В 1851 году Александр Эдман Беккерель обнаружил эффект: при освещении полупроводникового материала появлялась электродвижущая сила.
    В 1874 году немецкий физик Карл Фердинанд Браун обнаружил, что переменный ток, проходя через контакт свинца и пирита, выпрямляется. Сопротивление контакта не подчиняется закону Ома. Свойства контакта зависят от величины и полярности приложенного напряжения.
    Эффект выпрямления тока был обнаружен во многих веществах, в частности, в сульфидах и оксидах металлов, в кремнии и закиси меди.
    Американский физик Эдвин Герберг Холл в 1879 году открыл явление возникновения электрического поля в полупроводнике, помещенным в магнитное поле, вектор которого направлен перпендикулярно направлению тока и магнитному полю.
    В одних полупроводниках вектор напряженности возникающего электрического поля направлен в одну сторону, а в других - в противоположную. Это было возможно объяснить наличием двух видов подвижных носителей зарядов: отрицательных (электронов) и положительных (впоследствии получивших название - дырки).
    В 1976 году В. Адамсон и Р. Дей создали первый твердотельный прибор -фотоэлемент на основе селена.


10

    В 1883 году С. Фритте изготовил первый твердотельной выпрямитель электрического тока.
    Электрическую природу выпрямления тока доказал Г. Пиркс в 1906 году.
    В 1922 году русский радиоинженер Олег Владимирович Лосев изобрел полупроводниковый прибор, способный усиливать и генерировать электромагнитные колебания. Основой прибора служила контактная пара: металлическое острие - кристалл цинкита. Прибор имел вольтамперную характеристику содержащий участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Прибор вошел в историю полупроводниковой электроники как «кристадин» Лосева.
    В 1925 году профессор физики Юлиус Лилиенфельд предложил твердотельный аналог электровакуумной лампы.
    В 1927 году О. В. Лосев предложил твердотельный прибор, выполняющий функции светодиода. Прибор излучал свет при прохождении тока через точечный контакт с кристаллом карборунда.
    В 1928 году Ю. Лилиенфельд описал конструкцию твердотельного прибора-аналога электровакуумного триода: полевого транзистора со структурой ме-талл-диэлектрик-полупроводник. Патент на изготовление этого прибора выдан Ю. Лилиенфельду в 1932 году.
    Настоящая революция в области электронной техники произошла в 1948 г., когда был изобретен биполярный транзистор.
    Сотрудники отделения твердого тела фирмы Bell Telephone Lahs Джон Бардин, Уолтер Браттейн, Джеральд Пирсон, Уильям Шокли, Ричард Гибни, Гордон Мур исследовали свойства полупроводниковых элементов, изготовляемых из германия и кремния.
    В результате их исследований в конце 1947 года был предложен точечный биполярный транзистор - прибор для усиления электрического тока. Два точечных контакта размещались в непосредственной близости на верхней поверхности небольшого куска германия n-типа. Прибор имел входные электроды эмиттер и базу, и выходной электрод - коллектор. При положительном напряжении на эмиттере инжектируются дырки, ток которых направлен к отрицательно смещенному коллекторному контакту. Изготовителями биполярного транзистора являются Д. Бардин, У. Браттейн и У. Шокли.
    В 1952 году У. Шокли изобрел полевой транзистор с управляющим p-n-переходом. Изменяя управляющее напряжение между истоком и затвором, регулировался ток, протекающий через канал между истоком и стоком.
    Твердотельные полупроводниковые усилительные приборы обладают свойствами управляемого сопротивления и поэтому получили название транзисторы (от английского transfer - переносить и латинского resistor - сопротивляюсь).
    С изобретением транзисторов начинается бурное развитие электроники и новый этап в развитии радиоэлектроники - этап микроминиатюризации радиоэлектронной аппаратуры.
    В нашей стране становление твердотельной технологии начато с 1958 года.

11

1.4. История развития радиотехники и радиоэлектроники



    Изобретателем радио является русский ученый Александр Степанович Попов (1859-1906). Датой изобретения радио считается 7 мая 1895 года, когда А. С. Попов выступил на заседании физического отделения Русского физикохимического общества в Петербурге с докладом «об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям». В докладе он сообщил об изобретенном им приборе для приема и регистрации электромагнитных волн и продемонстрировал первый в мире радиоприемник.
    Итальянский предприниматель Гульельмо Маркони получил патент на изобретение радиоприемника в 1897 году, а в 1909 году он был удостоен Нобелевской премии.
    В 1897 году А. С. Попов осуществил радиосвязь между двумя кораблями на расстоянии 5 км. Он обнаружил, что радиоволны отражаются от кораблей. Это явление было положено в основу радиолокации.
    В 1901 году А. С. Попов и его помощник П. Н. Рыбкин осуществили радиосвязь между кораблями нарасстоянии 130 км.
    В 1922 году радиовещание в Москве начала первая радиотелефонная станция мощностью 12 кВт.
    Освоение производства электровакуумных и полупроводниковых приборов способствовало внедрению новых видов связи радиорелейных линий и телевизионных центров, систем связи с искусственными спутниками Земли и другими.
    До 1950 года развивалась радиотехника, под которой подразумевалась область науки и техники, связанная с генерацией, излучением, приемом и преобразованием радиоволн.
    Для радиотехнических систем используются с 4 по 12 диапазоны электромагнитных волн, указанных в таблице 1.1.
    Радиоволны распространяются в пространстве со скоростью света, равной 300 000 км/с. Определенной частоте или периоду колебаний соответствует определенная длина волн.
    Длиной волны называется расстояние, на которое распространяется электромагнитная энергия в течение одного периода колебаний
2 = С v Т,                         (1.1)
где С ᵥ -скорость распространения электромагнитной энергии, м/с;
Т - период колебаний, с.
    Так как
т = ±,                             (1.2)
f
где f - частота, Гц, то

2 = ~,                             (1.3)

    f


12

f = — 2

Диапазоны электромагнитных волн

(1-4)

Таблица 1.1

Наименование      №        Наименование        Диапазон      Диапазон  
 диапазонов   диапазона     диапазона         длин волн       частот   
    волн                                                               
      1       2                 3                 4              5     
                          Мириаметровые       10-100 км     3-30 кГц   
              4           (сверхдлинные)                               
              5            Километровые        1-10 км      30-300 кГц 
                            (длинные)                                  
                          Гектометровые      100-1000 км    0,3-3 МГц  
              6             (средние)                                  
                           Декаметровые    10-100 м         3-30 МГц   
                            (короткие)                                 
 Радиоволны              Ультракороткие:                               
                  7          метровые           1-10м       30-300 МГц 
              8            дециметровые        1-10 дм       0,3-3 ГГц 
              9           сантиметровые        1-10 см       3-30 ГГц  
              10          Миллиметровые    1-10 мм          30-300 ГГц 
              11        Децимиллиметровые  0,1-1 мм            300-    
              12        (субмиллиметровые)                   3000 ГГц  
              1         Инфракрасные лучи  (10-4-0,76Т0-6)м  3-400 ТГц 
 Оптическое   2            Видимые лучи    (0,76-0,4)-10-6м 400-750 ТГц
  излучение   3          Ультрафиолетовые  (0,4-10-6-10-8)м  (75-1013- 
                               лучи                         30-1015)Гц 
Рентгеновское 1         Рентгеновские лучи  (10-8-10-11) м   (3-1016-  
   и гамма    2             Гамма-лучи          10-11м      30-1018)Гц 
  излучение                                                   1018Гц   

    Развитие радиотехники, связанное с непрерывно возрастающим разнообразием и сложностью решаемых ею задач, и внедрение используемых в ней методов в самые различные области научного знания привели к тому, что радиотехника стала лишь одной из направлений более общей области техники - радиоэлектроники.
    Радиоэлектроникой называется область науки и техники, занимающаяся разработкой методов и устройств передачи, приема и обработки информации.
    Радиотехнические методы широко используют для решения многих задач, не связанных с излучением электромагнитных волн. Термин радиоэлектроники включает в себя радиотехнику и электронику.

13

    Радиоэлектроника широко внедряется во все отрасли хозяйства. Она играет решающую роль в автоматизации производственных процессов, позволяет быстро проводить химические анализы различных веществ и др.
    Освоение оптического излучения привело к бурному развитию оптоэлектроники.
    К настоящему времени разработаны электронные системы, использующие рентгеновское и гамма излучение.

1.5. Этапы развития микроэлектроники

    Становление и развитие микроэлектронной технологии обусловлено необходимостью создания сложных вычислительных и управляющих машин и систем, разветвленных систем связи, автоматических систем управления и различной радиоэлектронной аппаратуры. Современный этап развития радиотехники, электронной техники и техники связи характеризуется их взаимным проникновением и широким использованием практически во всех областях науки и техники, а также значительным усложнением требований и задач, решаемых радиоэлектронной аппаратурой.
    Микроэлектроника призвана решать проблемы уменьшения габаритов и массы электронной аппаратуры, повышения ее экономичности и надежности.
    Микроэлектроника - область электроники, связанная с исследованиями, конструированием, изготовлением и применением микроэлектронных изделий. Микроэлектронные изделия - это устройства и системы с высокой степенью интеграции.
    Микроэлектронная технология позволяет формировать сложные электронные узлы - интегральные схемы в микрообъемах твердого тела.
    Интегральной микросхемой, согласно ГОСТ 17021-88, называют микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала и имеющее высокую плотность упаковки электрических соединенных элементов и кристаллов, которые с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации рассматриваются как единое целое.
    Первые интегральные схемы были предложены в 1959 году. Они содержали транзисторные структуры, соединенные проводниками в пределах одной пластины. Изобретателями интегральных схем является Джек Сент Клер Килби из фирмы Texas Instruments и Роберт Н. Нойс из фирмы Fairchild Semiconductor.
    Отечественные интегральные микросхемы появились в I960 году.
    С 1961 года ряд американских фирм начали выпускать простейшие полупроводниковые микросхемы.
    В 1962 году в НИИ «Пульсар» (г. Москва) приступили к серийному выпуску первой серии отечественных интегральных микросхем (ИМС).
    В августе 1962 года началось создание научного центра микроэлектроники в подмосковном городе Крюково.
    В настоящее время этот город носит название Зеленоград.


14