Электронные измерения в нанотехнологиях и микроэлектронике

Электронные измерения 

в нанотехнологиях

и микроэлектронике

Москва, 2011

А. А. Афонский, В. П. Дьяконов

Под редакцией проф. В. П. Дьяконова 

Издание рекомендовано в качестве учебного пособия 

для студентов технических вузов

УДК 621.3.049.77:621.3.08
ББК 32.844.1+31.221
 
А94

Афонский А. А., Дьяконов В. П.

А94 
Электронные измерения в нанотехнологиях и микроэлектронике / Под ред.
проф. В. П. Дьяконова. – М.: ДМК Пресс, 2011. – 688 с.

ISBN 978-5-94074-626-3

Первая в России монография по самым современным электронным электро- и

радиоизмерениям и измерительным приборам, применяемым в научных исследованиях, тестировании и испытании устройств и систем микроэлектроники и нанотехнологий. Впервые подробно описаны средства измерений, применяемые в условиях
крупносерийного микроэлектронного производства, и приборы ведущих в их разработке и производстве фирм: Keithley, Tektronix, Agilent Technologies, LeCroy, R&S
и др. Особое внимание уделено анализу и генерации тестовых сигналов, измерению
их параметров в области малых и сверхмалых времен, измерению сверхмалых токов
и напряжений, анализу импеданса и иммитанса цепей, измерениям статических и
динамических характеристик полупроводниковых приборов и интегральных микросхем и др. Является самым крупным обзором современных зарубежных и отечественных измерительных приборов на рынке России и мира. Для инженеров, научных работников, аспирантов, преподавателей и студентов вузов и университетов
технического и классического типов.

УДК 621.3.049.77:621.3.08
ББК 32.844.1+31.221

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой

бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав.

Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность

технических ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную
точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

© Афонский А. А. Дьяконов В. П., 2011

ISBN 978-5-94074-626-3 
© Оформление, ДМК Пресс, 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие ................................................................................................................................13

Благодарности и адреса для переписки .....................................................................................15

 1

Средства и объекты нанотехнологий ............................................................................16

1.1. Переход от микротехнологии к нанотехнологии ...............................................................16

1.1.1. От механических часов к микропроцессору ............................................................16
1.1.2. Закон Мура и падение 100-нм барьера.....................................................................19

1.2. Электронная и рентгеновская микроскопия ........................................................................19

1.2.1. Отличия электронной микроскопии от оптической ..................................................19
1.2.2. Типы электронных микроскопов .................................................................................21
1.2.3. Сферы применения электронных микроскопов ........................................................23
1.2.4. Рентгеноскопия интегральных микросхем .................................................................25

1.3. Компоненты интегральных микросхем ................................................................................27

1.3.1. Компоненты микросхем – пассивные и активные .....................................................27
1.3.2. Полевые транзисторы – кирпичики интегральных микросхем ................................27
1.3.3. Интегральные микромощные полевые транзисторы ................................................29
1.3.4. Терагерцовые полевые транзисторы..........................................................................30
1.3.5. Сверхскоростные гетеропереходные Si-Ge биполярные транзисторы ................. 33
1.3.6. Трехзатворные полевые транзисторы ........................................................................ 35
1.3.7. Нужны ли мощные транзисторы? ................................................................................ 38

1.4. Интегральные микросхемы ................................................................................................... 38

1.4.1. Типы интегральных микросхем .................................................................................... 38
1.4.2. Процесс изготовления интегральных микросхем .....................................................40
1.4.3. Микропроцессоры – от одноядерных к многоядерным ..........................................46
1.4.4. Парадоксы микроэлектронной технологии ...............................................................49
1.4.5. От алюминия к меди .....................................................................................................52
1.4.6. Фотолитография с ультракороткими лучами – прорыв в будущее .......................... 53
1.4.7. Тестирование и отладка микросхем ........................................................................... 55
1.4.8. Начало нанотехнологий в микроэлектронике ...........................................................57

1.5. Чудеса нанотехнологий ......................................................................................................... 58

1.5.1. Электромеханика на кремниевом кристалле (MEMS) ................................................ 58
1.5.2. Проекционный дисплей и гибкие экраны ..................................................................59
1.5.3. Нанотрубки ...................................................................................................................61
1.5.4. Подключение нанотрубок к МДП-микротранзистору ..............................................63

Содержание
4

1.5.5. Галлиевый «градусник» на углеродной нанотрубке ...................................................63
1.5.6. Твердотельная память вместо жестких дисков ...........................................................64
1.5.7. Нанотехнологии повышают мощность химических элементов ................................65
1.5.8. Нанороботы и наноавтомобили ..................................................................................66
1.5.9. Нанотехнологии в производстве новых материалов ................................................69
1.5.10. Полупроводниковые микролазеры ..........................................................................70

1.6. От фантастики к практике ......................................................................................................72

 2

Измерения на постоянном токе .......................................................................................73

2.1. Основные компоненты электронных схем ..........................................................................73

2.1.1. Пассивные и активные компоненты (обзор) ..............................................................73
2.1.2. Источники напряжения и тока .....................................................................................74
2.1.3. Погрешность измерения постоянного напряжения ..................................................75
2.1.4. Измерения в произвольных цепях постоянного тока ................................................76
2.1.5. Резистивные компоненты (резисторы) .......................................................................77
2.1.6. Комплекс приборов для измерений в микроэлектронике и в нанотехнологиях ....78

2.2. Источники электропитания и их имитаторы ........................................................................80

2.2.1. Первичные и вторичные источники электропитания ................................................80
2.2.2. Имитаторы батарей ......................................................................................................81
2.2.3. Высоковольтные источники питания ........................................................................... 83
2.2.4. Высоковольтные источники питания/измерители ...................................................... 85
2.2.5. Электронные нагрузки .................................................................................................. 88
2.2.6. Калибраторы измерителей напряжения и тока ..........................................................91

2.3. Измерение параметров резистивных компонентов ...........................................................92

2.3.1. Измерение резистивности и проводимости .............................................................92
2.3.2. Измерители больших и малых сопротивлений ..........................................................95
2.3.3. Методы измерения удельного сопротивления и типа полупроводников ................98
2.3.4. Измеритель удельного сопротивления полупроводников ПИЛЛАР-1У............... 100
2.3.5. Комплекс измерения больших удельных сопротивлений Keithley 65 ....................101
2.3.6. Электрометр и измеритель высокоомных сопротивлений Keithley 6517А...........102
2.3.7. Измерения экстремальных (высоких и низких) сопротивлений.............................104
2.3.8. Определение типа проводимости полупроводников ........................................... 106

2.4. Измерение сверхмалых постоянных токов и напряжений ...............................................107

2.4.1. Физические эффекты, ведущие к генерации сверхмалых токов и напряжений .....107
2.4.2. Методы измерения сверхмалых токов и напряжений ............................................ 109
2.4.3. Мультиметры с расширенными пределами измерения ..........................................112
2.4.4. Микровольтметры и нановольтметры .......................................................................123
2.4.5. Методы повышения точности измерений сверхмалых напряжений, токов 
и сопротивлений ...................................................................................................................126
2.4.6. Измерение температуры ...........................................................................................128

2.5. Аксессуары, опции и средства интеграции приборов ....................................................129

2.5.1. Выбор аксессуаров для измерительных приборов ................................................129
2.5.2. Опции для измерительных приборов .......................................................................130
2.5.3. Средства интеграции измерительных приборов ....................................................132

2.6. Анализатор/источник постоянных напряжений Agilent N6705A .....................................134

2.6.1. Назначение и конструкция прибора ........................................................................134
2.6.2. Отображаемая дисплеем информация ....................................................................135
2.6.3. Генератор испытательных сигналов ..........................................................................136
2.6.4. Применение прибора ...............................................................................................137

Содержание

 3

Измерения на переменном токе ...................................................................................138

3.1. Основные параметры переменного напряжения и тока ..................................................138

3.1.1. Параметры синусоидального напряжения и тока ....................................................138
3.1.2. Истинное среднеквадратическое значение (True RMS) ..........................................140
3.1.3. Коэффициент нелинейных искажений (гармоник) ...................................................142

3.2. Измерение параметров переменного напряжения и тока ..............................................142

3.2.1. Принципы построения измерителей переменных токов и напряжений ...............142
3.2.2. Принципы построения измерителей с истинным среднеквадратическим 
значением ..............................................................................................................................143
3.2.3. Измерение переменных токов и напряжений мультиметрами ...............................146
3.2.4. Измерители коэффициента гармоник  ......................................................................148
3.2.5. Измерители частоты, периода и фазы ......................................................................150
3.2.6. Профессиональные цифровые частотомеры фирмы Pendulum ............................152
3.2.7. Измерители мощности ВЧ- и СВЧ-сигналов .............................................................154

3.3. Параметры реактивных компонентов и цепей с ними ......................................................155

3.3.1. Идеальная индуктивность ...........................................................................................155
3.3.2. Идеальная емкость ......................................................................................................156
3.2.3. Иммитанс, адмитанс и импеданс цепей ...................................................................157

3.4. Измерение параметров реактивных компонентов ...........................................................158

3.4.1. Измерение емкости и индуктивности .......................................................................158
3.4.2. Общий обзор цифровых измерителей иммитанса и импеданса .......................... 160
3.4.3. Цифровой измеритель иммитанса E7-20 ..................................................................161
3.4.4. Малогабаритный измеритель иммитанса E7-25 .......................................................165
3.4.5. Работа с измерителем иммитанса E7-20 ..................................................................166
3.4.6. Широкодиапазонные RLC-измерители АКТАКОМ AM-3001, АМ-3018 
и АМ-3026 .............................................................................................................................168
3.4.7. Лабораторные LCR-измерители компании Good Will .............................................171
3.4.8. Лабораторные LCR-измерители АКИП серии 61** .................................................173
3.4.9. Высокочастотные LCR-измерители фирмы WK .........................................................174

 4

Измерительные генераторы сигналов .......................................................................178

4.1. Аналоговые генераторы синусоидальных сигналов .........................................................178

4.1.1. Основные типы аналоговых генераторов синусоидального напряжения .............178
4.1.2. Обобщенная схема аналогового генератора синусоидального напряжения ......179
4.1.3 RC-генераторы .............................................................................................................181
4.1.4. LC-генераторы синусоидального напряжения .........................................................182
4.1.5. Кварцевые резонаторы и генераторы......................................................................183
4.1.6. Эталонные генераторы синусоидального напряжения ...........................................186
4.1.7. LC-генераторы стандартных сигналов (ГСС) .............................................................187

4.2. Основы цифрового синтеза частоты и формы сигналов ..................................................188

4.2.1. Основные методы цифрового синтеза синусоидальных сигналов ........................188
4.2.2. Цифровой частотный синтез .....................................................................................188
4.2.3. Генераторы произвольных функций (AFG) ...............................................................189
4.2.4. Генераторы сигналов произвольной формы (AWG) ............................................... 190
4.2.5. Шум квантования у генераторов с цифровым синтезом формы сигналов ...........191
4.2.6. Фазовый шум генераторов ........................................................................................193

Содержание
6

4.3. ГСС с цифровым синтезом умеренной сложности ...........................................................194

4.3.1. Простые ВЧ- и СВЧ-генераторы с цифровым синтезом .........................................194
4.3.2. ГСС с цифровым синтезом фирмы Agilent Technologies ..........................................196
4.3.3. Генераторы синусоидальных сигналов фирмы ROHDE&SCHWARE ........................199

4.4. Векторные генераторы синусоидальных сигналов ...........................................................202

4.4.1. Векторное представление сигналов и цифровая модуляция ..................................202
4.4.2. Векторные генераторы фирмы Agilent Technologies ...............................................203
4.4.3. Векторные генераторы фирмы R&S  .........................................................................204
4.4.4. Векторные генераторы фирмы Keithley ................................................................... 206

4.5. Импульсные сигналы и принципы их генерации ...............................................................208

4.5.1. Формы и параметры импульсов ................................................................................208
4.5.2. Спектр импульсных сигналов .....................................................................................210
4.5.3. Схемотехника импульсных генераторов ..................................................................212
4.5.4. Типичная функциональная схема генератора импульсов ........................................216
4.5.5. Отечественные серийные генераторы импульсов ..................................................217
4.5.6. Зарубежные промышленные генераторы импульсов .............................................222

4.6. Генераторы импульсов сверхмалой длительности ...........................................................223

4.6.1. Принципы генерации импульсов с субнаносекундным временем нарастания ......223
4.6.2. Генераторы импульсов с субнаносекундными фронтами ......................................224
4.6.3. Генераторы пикосекундных импульсов фирмы Picosecond Pulse Lab ...................226

4.7. Аналоговые функциональные генераторы ........................................................................228

4.7.1. Основные типы функциональных генераторов .......................................................228
4.7.2. Функциональные генераторы с интегратором на интегральном 
операционном усилителе ....................................................................................................229
4.7.3. Функциональные генераторы, управляемые напряжением или током ..................230
4.7.4. Микросхемы для аналоговых функциональных генераторов .................................231
4.7.5. Отечественные аналоговые функциональные генераторы .....................................232
4.7.6. Функциональные генераторы зарубежных фирм ....................................................234

4.8. Функциональные генераторы с цифровым синтезом выходных сигналов ......................237

4.8.1. Принципы построения функциональных генераторов 
с цифровым синтезом выходных сигналов .........................................................................237
4.8.2. Цифровые функциональные генераторы зарубежных фирм ..................................238

4.9. Генераторы серии AFG3000 компании Tektronix .............................................................243

4.9.1. Внешний вид и работа с генераторами серии AFG3000 .......................................243
4.9.2. Технические характеристики генераторов AFG3000  ............................................245
4.9.3. Работа с генератором AFG3000  ..............................................................................246
4.9.4. Основные возможности генераторов AFG3000  ...................................................248
4.9.5. Применение AFG3000 в роли ГКЧ и Q-метра .........................................................252
4.9.6. Применение AFG3000 в роли импульсного генератора .......................................254

4.10. Программное обеспечение генераторов AFG3000 .....................................................258

4.10.1. Назначение программы ArbExpress и ее интерфейс ...........................................258
4.10.2. Создание сигналов стандартных форм ..................................................................259
4.10.3. Настройка на типы приборов и работа с файлами .............................................. 260
4.10.4. Программирование формы сигналов ....................................................................262
4.10.5. Применение графического редактора формы сигналов .....................................266
4.10.6. Математические операции с сигналами ................................................................267
4.10.7. Построение сигнала по осциллограмме ...............................................................268
4.10.8. Управление генераторами от системы MATLAB ....................................................270

4.11. Программа NI Signal Express Tektronix Edition.................................................................272

4.11.1. Назначение программы ...........................................................................................272
4.11.2. Выбор и запуск программы .....................................................................................272

Содержание

4.11.3. Окно выбора инструмента (прибора) ...................................................................274
4.11.4. Работа с генератором серии AFG3000 .................................................................274
4.11.5. Дополнительные возможности программы ...........................................................275

4.12. Генераторы сигналов произвольной формы класса AWG ..............................................276

4.12.1. Сравнение генераторов класса AFG и AWG ..........................................................276
4.12.2. Генераторы серии AWG7000 .................................................................................277
4.12.3. Генераторы серии AWG5000 .................................................................................278

4.13. Генераторы цифровых сигналов произвольной формы (паттернов) ............................279

4.13.1. Функциональная схема генератора паттернов данных  ........................................279
4.13.2. Генераторы цифровых сигналов Tektronix DG2020A ............................................280
4.13.3. Генераторы цифровых сигналов Tektronix DG5078/5274/DTG5334 .....................281
4.13.4. Генератор импульсов/паттернов серии 3400 фирмы Keithley .............................282

 5

Современные электронные осциллографы ............................................................284

5.1. Закат аналоговой осциллографии .......................................................................................284

5.1.1. Основные типы электронных осциллографов .........................................................284
5.1.2. Достоинства и недостатки аналоговых осциллографов ..........................................285
5.1.3. Требования к усилителям осциллографов ................................................................287
5.1.4. Широкополосные аналоговые осциллографы AKTAKOM-IWATSU 
с обычной ЭЛТ ......................................................................................................................291
5.1.5. Широкополосные аналоговые осциллографы AKTAKOM-IWATSU 
со сканирующей ЭЛТ............................................................................................................292

5.2. Основы построения и работы цифровых запоминающих осциллографов ....................295

5.2.1. Блок-схема цифрового запоминающего осциллографа .........................................295
5.2.2. О выборе числа отсчетов, восстановлении и интерполяции сигналов .................297
5.2.3. Достоинства и недостатки цифровых запоминающих осциллографов .................299

5.3. «Бюджетные» цифровые запоминающие осциллографы  .................................................301

5.3.1. Какие из цифровых осциллографов можно отнести к бюджетным ........................301
5.3.2. Массовые цифровые осциллографы юго-восточных фирм ....................................301
5.3.3. Массовые цифровые осциллографы фирмы RIGOL .................................................305

5.4. Цифровые осциллографы компании Tektronix ...................................................................306

5.4.1. Цифровые осциллографы фирмы Tektronix закрытой архитектуры .......................306
5.4.2. Цифровые осциллографы Tektronix с открытой архитектурой ...............................313
5.4.3. Технические новинки в осциллографах фирмы Tektronix  .......................................319

5.5. Цифровые осциллографы фирмы LeCroy ...........................................................................325

5.5.1. Цифровые осциллографы LeCroy с полосой до 500 МГц .......................................325
5.5.2. Цифровые осциллографы LeCroy среднего класса  ................................................328
5.5.3. Цифровые осциллографы LeCroy высшего класса ..................................................330

5.6. Цифровые осциллографы фирмы Agilent Technologies ....................................................336

5.6.1. «Бюджетные» цифровые осциллографы фирмы Agilent ..........................................336
5.6.2. Цифровые осциллографы фирмы Agilent Technologies среднего класса ..............337
5.6.3. Цифровые осциллографы фирмы Agilent Technologies высшего класса ...............340

5.7. Стробоскопические осциллографы ...................................................................................345

5.7.1. Принципы построения стробоскопических осциллографов .................................345
5.7.2. Генераторы стробирующих импульсов ....................................................................346
5.7.3. Устройства выборки сигналов ...................................................................................347
5.7.4. Отечественные стробоскопические осциллографы ...............................................348
5.7.5. Cтробоскопический осциллограф ПК С1-24 ...........................................................350
5.7.6. Стробоскопические осциллографы серии Wave Expert с полосой до 100 ГГц .....352

Содержание
8

 6

Искусство осциллографии .................................................................................................354

6.1. Аксессуары осциллографов и их применение .................................................................354

6.1.1. Назначение пробников..............................................................................................354
6.1.2. Пробники на основе компенсированного делителя .............................................. 355
6.1.3. Высоковольтные пробники ........................................................................................ 358
6.1.4. Пробники с коррекцией частотной характеристики ..............................................359
6.1.5. Учет параметров пробников .....................................................................................361
6.1.6. Подключение пробников к источникам сигналов ...................................................364
6.1.7. Эволюция конструкции осциллографических пробников ......................................365
6.1.8. Пробники с оптической развязкой ...........................................................................366
6.1.9. Токовые пробники ......................................................................................................367
6.1.10. Новейшие пробники Tektronix класса TekConnectTM и TekVPITM  ...........................369

6.2. Согласованные широкополосные устройства ..................................................................371

6.2.1. Согласованные пассивные пробники и кабели .......................................................371
6.2.2. О выборе входного сопротивления у осциллографов ...........................................371
6.2.3. Коаксиальные аттенюаторы, переходники и тройники ...........................................374

6.3. Активные осциллографические пробники ........................................................................375

6.3.1. Назначение современных активных пробников ......................................................375
6.3.2. Широкополосные активные пробники.....................................................................377
6.3.3. Дифференциальные пробники ..................................................................................380
6.3.4. Конфигурация измерительной головки пробников .................................................381
6.3.5. Сверхширокополосные дифференциальные пробники ......................................... 383

6.4. Специальные устройства подключения и фиксации пробников ...................................... 385

6.4.1. Применение для подключения пробников механических манипуляторов ........... 385
6.4.2. Станция 2020H/V фирмы Probing Solution, Inc. ....................................................... 385

6.5. Импульсная рефлектоскопия и рефлетометрия ................................................................386

6.5.1. Основные положения импульсной рефлектометрии ..............................................386
6.5.2. Расшифровка рефлектограмм ...................................................................................387
6.5.3. Цифровой осциллограф в роли рефлектометра ..................................................... 388

6.6. Спектральный анализ с помощью цифровых осциллографов .........................................389

6.6.1. Основы оконного спектрального анализа ...............................................................389
6.6.2. Выбор окна при спектральном анализе ...................................................................391
6.6.3. Спектральный анализ у простых осциллографов .....................................................392
6.6.4. Спектральный анализ у осциллографов DPO 4000 .................................................395
6.6.5. Спектральный анализ у осциллографов TDS 5000 .................................................. 400
6.6.6. Спектральный анализ у осциллографов DPO 7000 .................................................401
6.6.7. Спектральный анализа у осциллографов других фирм ...........................................403

6.7. Другие возможности современных осциллографов .......................................................405

6.7.1. Режимы выборок и пик-детектор ..............................................................................405
6.7.2. Опорные осциллограммы ........................................................................................ 406
6.7.3. Расчетные осциллограммы и математический редактор ........................................407
6.7.4. Глазковые диаграммы .................................................................................................408

6.8. Применение системы MATLAB ...........................................................................................410

6.8.1. Компьютерная математика в измерительной технике .............................................410
6.8.2. Подключение к ПК цифрового осциллографа .........................................................412
6.8.3. Стыковка цифрового осциллографа с системой MATLAB .......................................412
6.8.4. Программа ввода в MATLAB осциллограмм двух каналов ......................................418

6.9. Математические операции с сигналами ............................................................................420

6.9.1. Математические операции с сигналами двух каналов ............................................420

Содержание

6.9.2. Очистка осциллограммы от шума .............................................................................422

6.10. Спектральный анализ реальных осциллограмм в MATLAB .............................................423

6.10.1. Фурье-преобразование и периодограммы для реальных осциллограмм .......... 423
6.10.2. MATLAB-инструмент спектрального анализа SPTool .............................................425
6.10.3. Построение спектра в MATLAB различными методами .......................................426
6.10.4. Оценка в MATLAB спектра реальных сигналов в виде пачек ................................429

6.11. Вейвлет-анализ реальных осциллограмм в MATLAB .......................................................432

6.11.1. Вейвлеты против рядов Фурье ................................................................................432
6.11.2. Вейвлет-анализ осциллограмм ................................................................................433
6.11.3. GUI-средства для работы с вейвлетами .................................................................435

 7

Анализаторы сигналов, спектра и цепей ..................................................................438

7.1. Введение в осциллографические анализаторы .................................................................438

7.1.1. Обобщенная схема анализа электронных устройств .............................................438
7.1.2. Основные типы осциллографических анализаторов ..............................................440

7.2. Гетеродинные и векторные анализаторы спектра ............................................................440

7.2.1. Принципы построения гетеродинных анализаторов спектра ................................440
7.2.2. Следящий (трекинг-) генератор ................................................................................442
7.2.3. Основные типы детекторов в анализаторах спектра ..............................................443
7.2.4. Шум анализаторов спектра .......................................................................................445
7.2.5. Динамические искажения АЧХ УПЧ ..........................................................................446
7.2.6. Основные установки в анализаторах спектра .........................................................447
7.2.7. Гетеродинный анализатор спектра АКС-1100/1101 ...............................................449
7.2.8. Функциональная схема современного цифрового анализатора спектра .............452
7.2.9. Векторные анализаторы спектра...............................................................................453

7.3. Серийные цифровые анализаторы спектра .......................................................................454

7.3.1. Анализаторы спектра СК-4 Белан..............................................................................454
7.3.2. Анализатора спектра СК4-Белан 32 ..........................................................................455
7.3.3. Анализаторы спектра AKTAKOM AKC-1301/1601 ...................................................458
7.3.4. Анализаторы спектра фирмы Nex1 .......................................................................... 460
7.3.5. Анализаторы спектра фирмы LSA .............................................................................461
7.3.6. Анализаторы спектра фирмы Agilent Technologies ..................................................462
7.3.7. Анализаторы спектра фирмы ROHDE&SCHWARZ ....................................................466
7.3.8. Анализаторы спектра фирмы Good Will GSP-810/827/9830 ..................................473
7.3.9. Анализаторы спектра АКИП-4201/4202 ..................................................................478
7.3.10. Работа с цифровым анализатором спектра ...........................................................480

7.4. Анализаторы спектра реального времени  .......................................................................486

7.4.1. Назначение анализаторов спектра реального времени .........................................486
7.4.2. Функциональная схема и работа анализатора спектра реального времени ........487
7.4.3. Цифровое преобразование сигналов в анализаторах спектра 
реального времени ..............................................................................................................490
7.4.4. Синхронизация анализаторов спектра реального времени ...................................492
7.4.5. Основные способы представления результатов анализа .......................................494
7.4.6. Анализаторы спектра реального времени RSA2200/3000 ....................................499
7.4.7. Анализаторы спектра реального времени RSA3300B/3408B ................................500
7.4.8. Анализаторы радиочастотного спектра серии RSA6100 .......................................502

7.5. Примеры работы с анализатором Tektronix RSA 6114A ..................................................508

7.5.1. Экран анализатора спектра Tektronix RSA 6114A ....................................................508
7.5.2. Применение маркеров ..............................................................................................509

Содержание
10

7.5.3. Контроль спектра близких к идеальным импульсных сигналов ...............................510
7.5.4. Исследование спектров модулированных сигналов ...............................................513
7.5.5. Исследование спектра сигналов с частотной модуляцией (FM) .............................515
7.5.6. Исследование спектра сигналов с фазовой модуляцией (ФМ) ..............................516
7.5.7. Исследование спектра УКВ-диапазона .....................................................................516

7.6. Анализаторы сигналов и источников сигналов .................................................................519

7.6.1. Методы измерения фазового шума ..........................................................................519
7.6.2. Системы параметров для радиочастотных цепей ...................................................520
7.6.3. Измерительный приемник фирмы R&S FMSR ............................................................521
7.6.4. Анализатор источников сигналов фирмы R&S FSUP ................................................522
7.6.5. Радиочастотные векторные анализаторы сигналов Keithley 2810/2820................523

7.7. Векторные и скалярные анализаторы цепей......................................................................525

7.7.1. Особенности анализаторов цепей ...........................................................................525
7.7.2. Анализаторы четырехполюсников ............................................................................526
7.7.3. Многопортовые векторные анализаторы цепей ......................................................529

7.8. Аксессуары для анализаторов спектра ..............................................................................534

7.8.1. Антенны для анализаторов спектра и электромагнитного поля .............................534
7.8.2. Пробник-переходник RTPA2A для анализаторов спектра реального времени .....534
7.8.3. Внешние смесители широкополосных анализаторов спектра ............................... 535

 8

Последовательные и логические анализаторы, осциллографы 
смешанных сигналов .............................................................................................................537

8.1. Последовательные анализаторы сигналов .........................................................................537

8.1.1. Требования к последовательным анализаторам телекоммуникационных 
сигналов .................................................................................................................................537
8.1.2. Последовательные анализаторы Tektronix DSA70000  ........................................... 538
8.1.3. Цифровой последовательный анализатор Tektronix DSA8200 ...............................539
8.1.4. Последовательные анализаторы реального времени LeCroy SDA 
18000/10000/9000 .............................................................................................................540
8.1.5. Последовательные анализаторы реального времени LeCroy SDA 800Zi ..............544
8.1.6. Последовательные анализаторы фирмы Agilent ......................................................544

8.2. Анализ логических состояний .............................................................................................547

8.2.1. Назначение логических анализаторов ......................................................................547
8.2.2. Функциональная схема логического анализатора ...................................................550
8.2.3. Этапы работы с логическим анализатором ..............................................................550
8.2.4. Запуск логического анализатора и синхронизация .................................................551
8.2.5. Синхронный и асинхронный режимы сбора данных ..............................................552
8.2.6. Глитчи в цифровой аппаратуре и проблема их обнаружения ................................552

8.3. Современные логические анализаторы ............................................................................. 553

8.3.1. Логические анализаторы фирмы Agilent Technologies ............................................ 553
8.3.2. Логические анализаторы фирмы Tektronix серий TLA 700 и 600 .......................... 555
8.3.3. Логические анализаторы фирмы Tektronix серии TLA 5000 ...................................556
8.3.4. Логические анализаторы серии LA фирмы Leaptronix ............................................ 558
8.3.5. Логические анализаторы фирмы Hewlett Packard ...................................................559

8.4. Осциллографы смешанных сигналов .................................................................................560

8.4.1. Назначение осциллографов смешанных сигналов ..................................................560
8.4.2. Осциллографы смешанных сигналов фирмы Agilent Technologies .........................560
8.4.3. Осциллографы смешанных сигналов фирмы Tektronix ............................................562

Содержание

8.4.4. Осциллографы смешанных сигналов фирмы RIGOL ................................................566
8.4.5. Применение осциллографов фирмы LeCroy с опциями логического 
анализатора ...........................................................................................................................570

8.5. Подключение логических анализаторов к испытуемому устройству ..............................572

8.5.1. Логические пробники общего назначения ..............................................................572
8.5.2. Высокоплотные многоканальные пробники .............................................................573

 9

Исследование полупроводниковых приборов и интегральных 
микросхем ...................................................................................................................................577

9.1. Основы измерения статических параметров полупроводниковых приборов ..............577

9.1.1. Типы тестируемых полупроводниковых приборов .................................................577
9.1.2. Измерительная схема тестирования диодов ...........................................................578
9.1.3. Измерительная схема тестирования транзисторов и микросхем .........................579
9.1.4. Коммутация измерительных приборов  ...................................................................580
9.1.5. Типичный объект тестирования нанотехнологий – нанодиод ................................581

9.2. Источники/измерители фирмы Keithley для тестирования полупроводниковых 
приборов и микросхем ..............................................................................................................582

9.2.1. Линейные источники/измерители серии 2400 .......................................................582
9.2.2. Многоканальные системные источники/измерители серии 2600 ......................... 583
9.2.3. Контроль диодов с помощью источников/измерителей серии 2600 ................... 585
9.2.4. Контроль микросхем с помощью источников/измерителей серии 2600 ............586
9.2.5. Характериограф 4200-SCS ........................................................................................587
9.2.6. Примеры работы с характериографом 4200-SCS ..................................................590

9.3. Снятие характеристик полевых транзисторов ...................................................................591

9.3.1. Вольт-амперные характеристики полевых транзисторов .......................................591
9.3.2. Дифференциальные параметры полевых транзисторов ........................................593
9.3.4. Исследование полевых транзисторов с помощью характериографа ...................595

9.4. Анализатор/характериограф силовых полупроводниковых приборов 
Agilent B1501A ............................................................................................................................597

9.4.1. Назначение и внешний вид анализатора Agilint B1501A ........................................597
9.4.2. Примеры снятия характеристик мощного высоковольтного МДП-транзистора .....598

9.5. Измерение радиочастотных параметров полупроводниковых приборов 
и микросхем 598

9.5.1. Измерение радиочастотных параметров цифровыми осциллографами ..............598
9.5.2. Измерение радиочастотных параметров с помощью генераторов 
и анализаторов спектров, сигналов и цепей ..................................................................... 600
9.5.3. Комплекс измерения радиочастотных параметров фирмы Keithley ..................... 600
9.5.4. Система параметрического контроля радиочастотных параметров 
микросхем S600 .................................................................................................................. 602

9.6. Измерение дифференциальных параметров ....................................................................603

9.6.1. Определение дифференциальных параметров ......................................................603
9.6.2. Негатроны – приборы с отрицательной проводимостью и сопротивлением .....603
9.6.3. Методы измерения и построения N- и S-образных ВАХ ....................................... 606

9.7. Измерения временных параметров полупроводниковых приборов .............................608

9.7.1. Физические процессы при переключении диодов ................................................608
9.7.2. Платы расширения для измерения временных параметров фирмы Keithley ....... 609
9.7.3. Измерение времен переключения биполярных транзисторов .............................612
9.7.4. Измерение параметров МДП-транзисторов во временной области ...................614

Содержание
12

9.7.5. Измерение времен переключения арсенид-галлиевых транзисторов .................617
9.7.6. Измерение времени переключения туннельных диодов .......................................618
9.7.7. Измерение времени переключения лавинных транзисторов ................................622

9.8. Тестирование интегральных микросхем ............................................................................627

9.8.1. Сверхскоростные интегральные микросхемы как объекты тестирования ...........627
9.8.2. Тестирование интегральных компараторов .............................................................632
9.8.3. Тестирование интегральных усилителей ..................................................................634
9.8.4. Контроль индикаторной панели ................................................................................634

 10

Измерение параметров оптико-электронных приборов ..............................636

10.1. Типы, конструктивные особенности и назначение оптико-электронных приборов ......636

10.1.1. Типы полупроводниковых оптико-электронных приборов ..................................636
10.1.2. Конструкция и характеристики обычных светодиодов ........................................637
10.1.3. Конструкция и характеристики лазерных светодиодов ....................................... 640
10.1.4. Лазерная головка для считывания информации с оптических дисков .................641
10.1.5. Конструкция и характеристики фотоприемников .................................................643

10.2. Тестирование излучателей светового излучения ............................................................644

10.2.1. Интегрирующая сфера 2500INT фирмы Keithley ..................................................644
10.2.2. Построение системы тестирования излучателей света ........................................646
10.2.3. Источники/измерители серии 2400 для IV тестирования оптоэлектронных 
приборов ..............................................................................................................................648

10.3. Тестирование импульсных лазерных излучателей ...........................................................650

10.3.1. Интегрирующая сфера для импульсных лазерных излучателей 2520INT ...............650
10.3.2. Система тестирования импульсных лазерных излучателей 2520 .........................651

10.4. Тестирование фотодиодов и фототранзисторов ............................................................653

10.4.1. Снятие статических характеристик фотодиодов и фототранзисторов ...............653
10.4.2. Многоканальная I-V система тестирования 4500-MTS ..........................................654
10.4.3. Двухканальный пикоамперметр серии 2502 для фотодиодных измерений.......655
10.4.4. Системные источники/измерители 2602/2612 для LIV тестирования .................656

10.5. Исследование высокоскоростных излучателей и приемников света ...........................657

10.5.1. Особенности динамики излучения высокоскоростных лазерных диодов .........657
10.5.2. Установка для изучения динамики излучения высокоскоростных лазерных 
диодов ...................................................................................................................................658
10.5.3. Наблюдение эффекта обострения фронта импульса лазерного излучения ........659
10.5.4. Запуск мощных лазерных диодов и лазерных решеток ........................................661
10.5.5. Импульсные генераторы и оптические модули фирмы DEI ..................................664
10.5.6. Испытание сверхскоростных светодиодов и фотоприемников ......................... 666

10.6. Испытание световолоконных кабелей и линий передачи..............................................668

10.6.1. Конструкция и параметры световодов световолоконных кабелей .....................668
10.6.2. Оптическая рефлектометрия ................................................................................. 669
10.6.3. Оптические мини-рефлекторы ...............................................................................671

10.7. Основы электронно-лазерной осциллографии ..............................................................673

10.7.1. Преобразования сверхкоротких импульсов лазерного излучения .....................673
10.7.2. Методы исследования импульсов лазерного излучения пико- 
и фемтосекундного диапазона ............................................................................................675
10.7.3. Оптоэлектронный стробоскопический осциллограф ..........................................677

ЛИТЕРАТУРА ................................................................................................................................679

Предисловие

Нанотехнологии – это технологии, в ходе изготовления устройств которых приходится оперировать объектами, размеры которых не превышают 100 нм (1 нм =
= 10–9 м). Это очень малая величина, сравнимая с размерами молекул и даже атомов. Материалы, создаваемые с помощью нанотехнологий, нередко отличаются 
особыми, подчас уникальными свойствами, которые могут найти широкое применение в нашей повседневной жизни. Их нужно измерять и контролировать.

Многие думают, что сидящий за электронным микроскопом человек, ухитря
ющийся из атомов собрать молекулу неизвестного вещества или робот из отдельных атомов, – это и есть «нанотехнолог». Увы, это наивное заблуждение. Скорее 
всего, этот человек – ученый и исследователь, и надо очень многое сделать, чтобы 
нанотехнологии были массовыми и на месте ученого оказался технолог, инженер 
или рабочий. Надо научиться создавать самоорганизующиеся или искусственно 
организованные процессы, происходящие на атомно-молекулярном уровне, позволяющие готовить объекты нанотехнологий в промышленных, а не единичных 
масштабах. При этом исключительно велика роль нужного инструментария, в том 
числе измерительного.

Между тем оказывается, что мы уже свыше десятка лет широко пользуемся 

вполне реальными достижениями нанотехнологий. Они находятся в сфере производства полупроводниковых приборов и микроэлектроники, которая в последние годы стала наноэлектроникой [1–14]. Вот уже несколько лет, как в микроэлектронике используется технология с разрешением менее 100 нм, а микросхемы 
с таким разрешением (микропроцессоры, видеопроцессоры, устройства памяти и 
др.) выпускаются в массовых количествах. Они используются в настольных, мобильных и карманных компьютерах, сотовых телефонах, системах беспроводной 
связи, плеерах и рекордерах и т. д. Многие из этих массовых изделий построены 
на монолитных интегральных микросхемах высокой степени интеграции (СБИС), 
геометрическое разрешение производственных процессов у которых уже в наши 
дни составляет 30–45 нм.

Чем меньше размеры изделий нанотехнологий, тем выше требования к диа
пазону измеряемых параметров таких изделий. Нужно измерять меньшие токи 
и напряжения, распознавать слабые сигналы, излучаемые нередко отдельными 
молекулами и атомами различных материалов, оценивать их спектры и т. д. Эти 

Предисловие
14

сигналы и спектры охватывают уже диапазоны милимметровых волн и частоты 
в десятки и сотни гигагерц. Все это требует разработки нового измерительного 
оборудования, новых измерительных приборов и новых измерительных систем. 

Итак, чтобы нанотехнологии и их достижения были реализованы в наиболее 

короткие сроки и были максимально эффективны, необходимо обеспечить нанотехнологии и создаваемые с их помощью объекты, системы и устройства современной метрологической и инструментальной базой. Разумеется, в ее создании 
уже сделано очень много, и в современном микро- и наноэлектронном производстве используется весь арсенал как давно известных [15–18, 119], так и самых современных [19–20, 31–118] электро- и радиоизмерительных приборов. Но их так 
много, что инженеры, преподаватели, студенты университетов и научные работники испытывают острую нехватку в литературе по этому арсеналу приборов, тем 
более в связи с его ориентацией на такую новейшую область науки и техники, как 
нанотехнологии и микроэлектроника.

Эта книга продолжает серию книг авторов [19–22] по современным электро- и 

радиоизмерительным приборам. Но, в отличие от уже вышедших книг, в ней:

• дано достаточно подробное описание продукции компании Keithley, произ
водящей множество приборов для микроэлектроники и нанотехнологий;

• детально описаны методы измерения поверхностного и объемного сопро
тивлений полупроводниковых и иных материалов и методики определения 
типа их проводимости;

• описана современная техника измерения сверхмалых (вплоть до фемтоам
пер) токов и напряжений (до пиковольт) и современные приборы для их 
измерений;

• детально описана техника высокоточного измерения параметров компо
нентов R, L и C, иммитанса и импеданса цепей, причем особое внимание 
уделено приборам, измеряющим экстремальные значения этих параметров, 
например сверхмалые и сверхбольшие сопротивления, сверхмалые емкости 
и индуктивности;

• дано описание новейших измерителей импеданса и иммитанса, а также но
вого поколения измерительных приборов – анализаторов цепей, сигналов и 
источников питания;

• дан достаточно полный обзор продукции таких крупных фирм, как Tektro
nix, LeCroy, Agilent Technologies, R&S, и их новейших разработок в области цифровых осциллографов, генераторов различного типа, анализаторов 
спектра реального времени и скоростных цифровых генераторов произвольных сигналов;

• особое внимание уделено технике эксперимента со сверхмалыми по раз
мерам объектами, такими как нанотрубки, интегральные микродиоды и 
микротранзисторы, интегральные микросхемы и полупроводниковые приборы;

• достаточно подробно описана техника генерации импульсов нано-, субна
но- и даже пикосекундных импульсов с рекордными параметрами по минимальной длительности и максимальной амплитуде импульсов;

Предисловие

• описана современная рефлектометрия, в том числе оптическая, а также 

цифровые рефлектометры и оптические мини-рефлекторы;

• большое внимание уделено описанию измерительных приборов, использу
емых в современном производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, в частности приборов и систем, лидирующих в этом 
секторе рынка;

• описана новейшая техника компьютерного анализа тонких особенностей 

временных зависимостей реальных осциллограмм с применением расширенных методов спектрального и вейвлет-анализа с помощью систем компьютерной математики; 

• описаны особенности тестирования объектов малой электроэнергетики: пер
вичных источников электропитания, вторичных источников с импульсным 
и резонансным методами преобразования электрической энергии, электронных балластов для люминесцентных ламп и корректоров мощности.

Теоретическая часть книги дана в минимально необходимом объеме, но доста
точном для понимания сути описываемых в книге принципов функционирования 
измерительных приборов. Книга сопровождается более чем 770 иллюстрациями, 
многие из которых, естественно, взяты из технической документации, обзоров, 
каталогов и фирменных CD-ROM по описанным в книге измерительным приборам. Некоторые из таких материалов даны «как они есть», с тем чтобы сохранить 
фирменную специфику обозначений и облегчить понимание иллюстраций и спецификаций из упомянутых источников, которые не вошли в данную книгу. 

Разумеется, большинство описанных в книге приборов и методов измерений 

применимо не только для измерений в области нанотехнологий и микроэлектроники, но и во многих других областях науки, техники и образования. Поэтому 
книга наверняка заинтересует очень многих читателей в различных областях науки, техники и образования.

Будучи монографией, книга является самым крупным обзором современных 

зарубежных и отечественных электронных измерительных приборов, имеющихся 
на рынке России и мира. Она может служить кратким справочником по таким 
приборам. Книга предназначена для инженеров, научных работников, аспирантов, 
преподавателей и студентов вузов и университетов технического и классического 
типов.

Благодарности и адреса для переписки

Авторы благодарят фирмы Intel, Keithley, Tektronix, Agilent Technologies, R&S и 
др., а также их представительства в России за любезно предоставленную (в том 
числе в Интернете и на CD-ROM) информацию по их продукции, которая легла 
в основу материала данной книги.

Авторы признательны читателям за их отзывы по данной книге и пожелания 

по ее улучшению. Отзывы по книге можно направлять по адресам электронной 
почты авторов (aa-afonski@mail.ru и vpdyak@yandex.ru), а также по адресу издательства, выпустившего книгу.

Средства и объекты 
нанотехнологий
1

Нанотехнологии – это средства, позволяющие получать в массовом количестве 
объекты, имеющие характеристические размеры менее 0,1 мкм (или 100 нм), а также создавать различные материалы и приборы на основе таких объектов. Одними из первых массовых устройств на основе нанотехнологий стали интегральные 
микросхемы, создаваемые с геометрическим разрешением менее 100 нм, такие как 
микросхемы памяти и микропроцессоры. В этой главе описаны основные средства 
и объекты нанотехнологий. Особое внимание уделено средствам, относящимся 
к микроэлектронике и позволяющим оценить параметры электро- и радиоизмерительных приборов, нужных для исследования и тестирования объектов нанотехнологий. 

1.1. Переход от микротехнологии 
к нанотехнологии

1.1.1. От механических часов 
к микропроцессору

В жизни людей одними из первых миниатюрных устройств широкого применения 
стали механические часы. В первых таких часах некоторые механические детали 
имели размеры порядка долей миллиметра (1 мм = 1·10–3 м), а точность их обработки достигала нескольких десятков микрон (1 мкм = 1·10–6 м). Детали часов 
были настолько миниатюрны, что для работы с ними человек был вынужден обратиться к простейшим оптическим приборам – изображение часового мастера 
с закрепленной перед глазом лупой стало характерным для представителей этого 
класса ремесленников.

Микротехнологии нашли широкое применение в химической промышленно
сти, например для создания мелкодисперсионных порошковых материалов, фильтров для очистки растворов и воды, композитных материалов и т. д. Чем меньше 
размеры частичек порошковых материалов, тем большим числом уникальных физических свойств они обладают. Композитные материалы на основе таких порош

Переход от микротехнологии к нанотехнологии

ков могут иметь вес в несколько раз меньше, чем у изделий из высококачественной стали, и в несколько раз большую прочность. Это обусловливает перспективы 
их применения в автомобильной и авиационной промышленности, в космосе и 
в конечном счете в быту. 

Огромные средства, затрачиваемые промышленно развитыми странами на раз
витие нанотехнологий, говорят о том, что на эти технологии возлагаются очень 
большие надежды. В том числе на их применение в практике. При этом до сих 
пор нет точного определения того, что это за технологии и чем они отличаются от 
обычных технологий создания миниатюрных объектов, например таких, как интегральные микросхемы (чипы) и тонкодисперсные порошковые материалы.

Единственное, что мы точно знаем, – то, что объекты нанотехнологий долж
ны иметь малые геометрические размеры. Напомним, что 1 нанометр (нм) равен 
1·10–9 м, или 1·10–3 мкм. Тысячная доля от микрона – это очень малая величина, а потому практически к нанотехнологиям относят такие технологии, которые 
позволяют создавать объекты, хотя бы один из характеристических размеров которых меньше 100 нм. Технологии, позволяющие создавать объекты с несколько 
большими размерами, правомерно называть микротехнологиями. Нанотехнологии позволяют создавать объекты с субмикронными размерами.

Существует мнение (в определенной степени верное) о том, что к нанотехно
логиям следует относить и устройства, работа которых во временной области характеризуется временами порядка единиц-десятков наносекунд (1 нс = 1·10–9 с) 
и меньше. В частотной области это соответствует устройствам, генерирующим 
колебания с частотами примерно от 1 ГГц (1 ГГц = 1·109 Гц) и выше – до сотен 
гигагерц. Для разработок таких устройств нужны генераторы и электронные осциллографы, работающие в этом диапазоне времен и частот. 

Выдающуюся роль в познании тайн материи и в создании миниатюрных 

устройств сыграли оптические микроскопы. Они обеспечили увеличение разрешения (и уменьшение видимых размеров наблюдаемых объектов) примерно до 
1000 раз и несколько выше. Впрочем, увеличение свыше 1000 раз уже не позволяет 
наблюдать новые особенности объектов, поскольку с ростом увеличения наблюдается характерное ухудшение фокусировки изображения – извечная проблема 
неопределенности в квантовой механике. Глаз человека имеет разрешение в 0,1 мм 
(10–4 м), а хороший оптический микроскоп увеличивает его до 0,1 мкм (100 нм). 
Вот почему это разрешение считается предельным для обычной фотолитографии, 
широко применяемой в микроэлектронике [1].

Пожалуй, наиболее известными массовыми изделиями микротехнологий яв
ляются технологии современной микроэлектроники. У первых микросхем разрешение составляло несколько микрон. На фотографии поверхности первого 
микропроцессора 4004 корпорации Intel при увеличении оптическим микроскопом в десятки раз (рис. 1.1) можно отчетливо наблюдать отдельные проводники и 
группы отдельных компонентов. На кристалле размером с ноготь размещено около 2400 транзисторов.

Однако субмикронными размерами характеризуются и многие вполне обыч
ные полупроводниковые приборы. К примеру, толщина базы у обычного СВЧ

Средства и объекты нанотехнологий
18

Рис. 1.1. Фотография поверхности первого микропроцессора 4004 корпорации Intel 

при увеличении оптическим микроскопом в десятки раз

биполярного транзистора составляет доли микрометра. Еще меньше толщина диэлектрика у полевых транзисторов с изолированным затвором.

1.1.2. Закон Мура и падение 100-нм барьера

Успехи в технологии производства интегральных микросхем компании Intel (это 
ведущая компания в области микроэлектроники [1]) привели к тому, что примерно каждые 1,5 года число транзисторов на кристалле возрастало вдвое. Эту простую и эмпирическую закономерность подметил один из основателей корпорации 
Intel Гордон Мур, и вот уже свыше четырех десятилетий Intel старается придерживаться «закона Мура» [141–148]. В основном это достигается постоянным ростом 
разрешения технологии интегральных микросхем – разрешение выросло от единиц микрон до десятков нанометров. На микрофотографии вполне современного 
микропроцессора Pentium IV уже невозможно разглядеть ни отдельных проводников, ни отдельных транзисторов (рис. 1.2). Еще бы – их число выросло примерно до 100 миллионов, а разрешение достигло 110 нм и даже 90 нм.

Разрешение оптических средств, использовавшихся в производстве интеграль
ных микросхем, уже давно составляет около 100 нм и менее. Оно характерно и для 
оптических микроскопов, дающих увеличение до 1000 раз. Вот почему вплоть до 
конца ушедшего века было много разговоров о кризисе в микроэлектронике из-за 
наличия «фундаментального» барьера в разрешении фотолитографии.

Но недавно, уже в начавшемся XXI веке, разрешение интегральных микросхем 

достигло заветной границы в 100 нм и довольно спокойно преодолело ее. Это стало возможным после перехода на фотолитографию в жестких (коротких) лучах, 
например рентгеновских, что передвинуло эту границу разрешения на порядок. 
Нынешние интегральные микросхемы, например корпорации Intel, уже делаются по технологии с разрешением 45 и 35 нм, а опытные образцы микросхем есть 
с разрешением в 15–18 нм. Таким образом, микроэлектроника по существу стала 
наноэлектроникой. И первой по-настоящему массовой областью применения нанотехнологий.

1.2. Электронная и рентгеновская 
микроскопия

1.2.1. Отличия электронной микроскопии 
от оптической

Как уже отмечалось, обычные оптические микроскопы имеют барьер геометрического разрешения около 100 нм, то есть имеют ограниченное применение в части 
исследования структуры материалов в объектах нанотехнологии. Они позволяют 
просматривать многие виды молекул различных веществ и материалов и детали 
их молекулярного строения. Очень широко применяются оптические микроскопы в биологии, например для наблюдения микробов, бактерий, вирусов и про
Электронная и рентгеновская микроскопия

Средства и объекты нанотехнологий
20

чих микроскопических живых существ, а также строения организмов и растений. 
Важным их достоинством является возможность наблюдения живых микроорганизмов в обычных для них условиях.

Новым успехам в области теоретической и экспериментальной физики мы 

обязаны открытию электрона и его свойств. Это привело к созданию основ электронной оптики (ЭОП). Прямым намеком на такую возможность явилась гипотеза 

Рис. 1.2. Микрофотография микропроцессора Pentium IV