ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

Микроэлектроника — это направление электроники, позволяющее с помощью комплекса технологических, конструктивных и схемотехнических средств создавать малогабаритные, высоконадежные и экономичные электронные устройства.

Микроэлектроника основана на применении интегральных микросхем (ИМС), в которых элементы нераздельно связаны между собой и представляют единое целое. ИМС изготавливают на основе кристалла полупроводника, в качестве которого чаще всего используют кремний. В кристалле кремния создаются p-n-переходы, образующие как активные, так и пассивные элементы электрической схемы. Элементы микросхемы связываются между собой электрически с помощью тонких металлических перемычек. Такой кристалл называют чип (от англ. chip — кристалл). Характеристикой сложности ИМС является уровень интеграции, оцениваемый числом транзисторов, которые могут быть реализованы на кристалле.

В зависимости от уровня интеграции ИМС делят на несколько категорий:

• малые ИМС — до 10 элементов (МИС);
• средние ИМС — от 10 до 100 элементов (СИС);
• большие ИМС — от 100 до 10⁵ элементов (БИС);
• сверхбольшие ИМС — 10⁵ и более элементов (СБИС).

В качестве элементов в микросхемах чаще всего выступают транзисторы, что в особенности касается цифровых микросхем. Современные СБИС содержат несколько сотен миллионов транзисторов, причем степень интеграции постоянно повышается. Необходимо отметить, что четкой границы между БИС и СБИС не существует, и часто их объединяют в один класс БИС/СБИС. На сегодняшний день практическое использование находят все категории ИМС.

Кроме степени интеграции ИМС могут классифицироваться в зависимости от их функционального назначения на два больших класса: цифровые и аналоговые. Цифровые ИМС оперируют с входными напряжениями, дискретно меняющими свое значение, которое соответствует либо «1», либо «0». Аналоговые ИМС используются для преобразования непрерывно изменяющихся во времени сигналов.

Цифровые ИМС в зависимости от степени интеграции могут выполнять простейшие логические преобразования (МИС), образовывать целые узлы цифровых устройств, таких как малоразрядные регистры, счетчики, дешифраторы, сумматоры и т.п. (СИС). Цифровые БИС/СБИС способны выполнять функции уже не отдельного узла, а целой системы. К ним относятся все микропроцессорные ИМС, микросхемы памяти, ИМС программируемой логики, ИМС, реализующие стратегию «Система в кристалле».

Аналоговые ИМС выполняют разнообразные функции: усиление сигналов переменного и постоянного токов, генерирование колебаний различной формы, обеспечение других ИМС стабилизированным напряжением питания, цифроаналоговое и аналого-цифровое преобразования сигналов, фильтрацию сигналов, их модуляцию и демодуляцию и т.п.