Микроэлектроника: Учеб. пособие для втузов. М59 В 9 кн. / Под ред. Л. А. Коледова. Кн. 1. Физические основы функционирования изделий микроэлектроники / О. В. Митрофанов, Б. М. Симонов, Л, А. Коледов. — М.: Высш. шк., 1987.—168 с.: ил.
В пособии рассмотрены физические процессы, определяющие функционирование изделий полупроводниковой микроэлектроники Изложены основные принципы функционирования изделий микроэлектроники.
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА
XXVII съезд КПСС определил основные направления экономического и социального развития СССР на 1986— 1990 годы и на период до 2000 года. Для реализации важнейших стратегических задач предусматривается обеспечение глубоких качественных изменений в производительных силах социалистического общества, создание принципиально новых видов техники и технологии на базе результатов научно-технического прогресса. Поставлена задача широкой электронизации машин и оборудования, выпускаемых для всех отраслей промышленности. Электронизация народного хозяйства предполагает революцию в области электронно-вычислительной техники, успехи которой, в свою очередь, основаны на достижениях микроэлектроники.
Микроэлектроника — наиболее динамично развивающееся направление электронной техники, определяющее научно-технический прогресс в вычислительной технике, радиоэлектронике, приборостроении, автоматике, промышленности средств связи, оказывающее существенное воздействие на развитие многих других отраслей промышленности, таких, как машиностроение, автомобилестроение, авиастроение и др.
Развитие микроэлектроники характеризуется постоянным обновлением технических идей, изменением технологии производства изделий микроэлектроники, расширением областей ее применения и выделением ряда новых перспективных направлений (базовые матричные кристаллы, программируемые логические матрицы, микропроцессорная техника).
Основной задачей микроэлектроники является комплексная микроминиатюризация электронной аппаратуры — вычислительной техники, аппаратуры связи, устройств автоматики. Комплексная микроминиатюризация приводит к снижению стоимости, материалоемкости, энергопотребления, массы и габаритов изделий, повышению надежности и увеличению объема выполняемых электронной аппаратурой Функций. Микроэлектронная технология позволяет резко
я
расширить масштабы производства микроэлектронной аппаратуры, создать мощную индустрию информатики, удовлетворить потребности общества в информационном обеспечении.
В этих условиях важнейшей задачей является всемерное повышение качества подготовки специалистов в области микроэлектроники.
Дисциплины, относящиеся к этому научно-техническому направлению, включены в учебные планы всех специальностей групп 06 и 07, а также в учебные планы других специальностей, связанных с подготовкой инженеров для отраслей приборостроения, автоматики, вычислительной техники и связи. Эти дисциплины имеют разные названия: «Основы микроэлектроники», «Микроэлектроника», «Интегральные микросхемы», «Микроэлектронная аппаратура», «Микросхемотехника» и т. д. Для некоторых специальностей такие дисциплины включены в учебные планы сравнительно недавно, их преподавание только начинается. В этих случаях обеспеченность учебниками и учебными пособиями играет решающую роль.
Серия учебных пособий для студентов втузов под общим названием «Микроэлектроника» подготовлена с целью обеспечения учебной литературой широкого круга инженерных специальностей; она охватывает проблемы функционирования, изготовления и применения изделий микроэлектроники, их качества, надежности, экономики и организации производства.
В серию «Микроэлектроника» включены следующие книги:
книга 1 «Физические основы функционирования изделий микроэлектроники» (О. В. Митрофанов, Б. М. Симонов, Л. Л. Коледов);
книга 2 «Полупроводниковые интегральные микросхемы» (Г. Г. Казенное, В. Я. Кремлев);
книга 3 «Базовые матричные кристаллы и программируемые логические матрицы» (М. Ф. Пономарев, Б. Г. Коноп-лев):
книга 4 «Гибридные интегральные микросхемы» (Л.А. Коледов, Э. М. Ильина);
книга 5 «Качество и надежность интегральных микросхем» (И. Я. Козырь);
книга 6 «Гибридные интегральные функциональные устройства» (Г. А. Блинов);
книга 7 «Микроэлектронные СВЧ-устройства» (И. Н.Филатов, О. А. Бакрунов, П. В. Панасенко);
книга 8 «Микроэлектронная аппаратура» (Л. А. Коледов, Э.М. Ильина);
книга 9 «Экономика и организация разработок,освоения и производства изделий микроэлектроники» (А. В. Проскуряков, Н. К. Моисеева, Ю. П. Анискин).
Предисловия и заключения по всем 9 книгам серии написаны титульным редактором.
Все авторы комплекта перечисленных книг благодарят рецензентов — коллективы кафедры конструирования и технологии производства РЭА Московского авиационного института им. Серго Орджоникидзе (зав. кафедрой проф. Б. Ф. Высоцкий) и ряда кафедр Минского радиотехнического института: кафедры технологии РЭА (зав. кафедрой член-корр. АН БССР проф. А. П. Достанко), кафедры микроэлектроники (зав. кафедрой акад. АН БССР проф. В. А. Лабунов), кафедры конструирования и производства ЭВА (зав. кафедрой доц. В. П. Ключников), кафедры электронных, ионных и полупроводниковых приборов (зав. кафедрой доц. А, В. Мошинский), кафедры конструирования и производства РЭА (зав. кафедрой проф. Ю. Н. Хлопов), кафедры экономики и организации производства (зав. кафедрой доц. А. К. Феде-ня)^ — внесших большой вклад в создание данной серии. Замечания и советы, высказанные в рецензиях, способствовали улучшению содержания предлагаемых читателю учебных пособий.
Отзывы и предложения по книгам серии «Микроэлектроника» можно направлять по адресу: 101430, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., д. 29/14, издательство «Высшая школа»,
Л. А. Коледов
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора........... 3
Предисловие к книге 1....... ... С
Введение............... 8
ГЛАВА 1. Основы физики полупроводников..... 19
§ 1.1. Электроны в периодическом потенциальном поле 19 § 1.2. Энергетические зонные диаграммы и носители заряда в полупроводниках .... 21 § 1.3. Статистика носителей заряда в полупроводниках 2G
ГЛАВА 2. Кинетические явления в полупроводниках . . . 3G
§ 2.1. Электропроводность полупроводников .... 36 § 2.2. Рекомбинация носителей заряда в полупроводниках........... 44
§ 2.3. Движение носителей заряда в полупроводниках 49
§ 2.4. Поверхностные явления в полупроводниках . 54
§ 2.5. Контактные явления в полупроводниках ... 58
ГЛАВА 3. Основы физики полупроводниковых приборов . . 92
§ 3.1. Выпрямительные диоды . ...... 92
§ 3.2. Стабилитроны.......... 93
§ 3.3. Туннельные диоды . . ..... 95
§ 3.4. Лавинно-пролетные диоды....... 99
§ 3.5. Диоды Шотки.......... 105
§ 3.6. Варикапы........ . 108
§ 3.7. Биполярные транзисторы ... . . ПО
§ 3.8. Транзисторы с барьером Шотки..... 12,8
§ 3.9. МДП-транзисторы......... 130
§ Э. 10. Приборы с зарядовой связью...... 138
§ 3.11. Полевые транзисторы .... ... НО
§ 3.12. Принципы построения пассивных элементов полупроводниковой электроники...... 144
ГЛАВА 4. Основы физики пленок и принципы функционирования пленочных элементов........ .151
§ 4.1. Дрейфовые токи. Закон Ома...... 151
§ 4.2. Токи термоэлектронной эмиссии...... 154
§ 4.3 Эффект Шотки.......... 154
§ 4.4. Токи туннелиропания ... ..... 157
§ 4.5. Токи, ограниченные объемным зарядом . . . 159 § 4.6. Прохождение горячих электронов сквозь тонкие
металлические пленки ........ 162
§ 4.7. Размерные эффекты в тонких пленках . . . .163
§ 4.8. Пленочные активные элементы...... 165
Заключение.............. 167
Список литературы . . ...... 167
