Национальный Исследовательский Ядерный Университет «МИФИ» Факультет «Автоматика и электроника» Кафедра «Микро- и наноэлектроника» Появление и развитие полупроводниковой электроники 
Группа В5-27 Выполнила: Черепнева О.С. Преподаватель: доцент Лапшинский В. А. Содержание Введение
Глоссарий
Полупроводник
История появления полупроводниковой электроники
Достижения нанотехнологии в полупроводниках
Заключение
Список литературы Введение В работе дано описание полупроводника, история появления полу-проводниковой электроники, достижения нанотехнологии в полупроводниках.
Нельзя не восхищаться достижениями человечества во второй по-ловине ХХ века, когда чуть ли не каждый год сопровождался крупным прорывом то в одной, то в другой области. Одной из причин тому явилось широкомасштабное применение полупроводников. Глоссарий 1.Металл — группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами, такими как высокая тепло- и электропро-водность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.
2.Диэлектрик (изолятор) — материал, плохо проводящий или со-всем не проводящий электрический ток.
3.Фоторезистор — полупроводниковый прибор, изменяющий вели-чину своего сопротивления при облучении светом.
4.Транзистор — электронный прибор из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для уси-ления, генерирования и преобразования электрических сигналов.
5.Нанотехнология — это технология работы с веществом на уров-не отдельных атомов.
6.Наноэлектроника — область электроники, занимающаяся разра-боткой физических и технологических основ создания интегральных электронных схем с характерными топологическими размерами элементов менее 100 нм.
7.Лазерный диод — полупроводниковый лазер, построенный на базе диода. Его работа основана на возникновении инверсии населён-ностей в области p-n перехода при инжекции носителей заряда.
8.Светоизлучающий диод — интегральная схема, преобразующая электрический ток в свет. Полупроводник Полупроводники – это нечто среднее между проводниками и диэлек-триками. К ним относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и др.), огромное количество сплавов и химических соединений. Почти все неорганические вещества окру-жающего нас мира – полупроводники. Самым распространенным в природе полупроводником является кремний, составляющий около 30 % земной коры. Главная особенность полупроводников состоит в том, что их физические свойства сильно зависят от внешних воздействий изменения температуры или малейшего количества примесей.
Целенаправленно изменяя температуру полупроводника или легируя его (добавляя примеси), можно управлять его физическими свойствами, в частности, электропроводностью.  Рисунок 1. Зонная диаграмма для металла, полупроводника и диэлектрика На рис. 1 приведена зонная диаграмма для металла[1], полупровод-ника и диэлектрика[2]. Прежде всего, следует обратить внимание на запрещенную зону (зону запрещенных энергий), которая разделяет разрешенные зоны. Отметим, что у диэлектриков ширина запрещен-ной зоны больше, чем у полупроводников, а у металлов разрешенные зоны сливаются, так что запрещенной зоны у них нет. Ширина запре-щенной зоны, определяющая энергетический промежуток запрещен-ных энергий, является важнейшим параметром полупроводника. Для наиболее часто используемых в электронике полупроводников герма-ния, кремния и арсенида галлия - ширина запрещенной зоны равна соответственно 0,7; 1,1 и 1,4 эВ.
Верхняя разрешенная зона называется зоной проводимости. Элек-троны, находящиеся в этой зоне, обладают довольно большой энергией и могут ее изменять под действием электрического поля, перемещаясь в объеме полупроводника. Электропроводность полупроводника и определяется этими электронами.
Нижняя разрешенная зона называется валентной зоной. Энергети-ческие уровни этой зоны обычно заполнены электронами внешней оболочки атомов - внешних устойчивых орбит (валентными электро-нами). При наличии свободных уровней в валентной зоне электроны также могут изменять свою энергию под действием электрического поля. Если же все уровни зоны заполнены, то валентные электроны не смогут принять участие в проявлении электропроводности полупро-водника. История появления полупроводниковой электроники То, что вещества по-разному проводят электричество, людям было известно еще 190 лет назад. В 1821 году английский химик Хэмфри Дэви установил, что электропроводность металлов уменьшается с ростом температуры. Проводя дальнейшие эксперименты, его ученик Майкл Фарадей в 1833 году обнаружил, что у сернистого серебра электропроводность с ростом температуры не падает, а возрастает. Затем он открыл еще несколько веществ с необычной зависимостью проводимости от тем-пературы. В то время, однако, это не заинтересовало научный мир, пока в 1873 году не обнаружили, что сопротивление селена (Se) меня-ется при освещении.
Селеновые фотосопротивления сразу нашли применение в разных оптических приборах. И первым полупроводниковым прибором стал фоторезистор[3], представляющий собой обычный селеновый столбик, электрическое сопротивление которого в темноте ниже, чем на свету.
Бурное развитие полупроводниковой электроники началось с изо-бретением сначала точечного, (1948г.), а затем и плоскостного (1951г) транзистора[4] – основы любой современной микросхемы. Достижения нанотехнологии в полупроводниках Большая часть достижений нанотехнологии[5], до сих пор касается только полупроводников, уж больно это удобный для манипуляций объект. В отличие от полупроводника в металлах гораздо больше количество частиц, которые надо принимать во внимание, гораздо больше энергии в расчете на одну частицу, да и изменять надо свойства состояний в середине зоны, что куда сложнее, чем влиять на состояния у ее краев.
У полупроводниковых материалов есть несколько важнейших качеств:
•Можно относительно легко и в весьма широких пределах менять количество частиц, определяющих проводимость, и тем самым управлять электрическими;
•Полупроводники поглощают и испускают электромагнитное излучение определенных длин волн, что позволяет управлять оптоэлектронными свойствами;
•В полупроводниках можно сопрягать электрические и оптические свойства;
•Полупроводники относительно легко и технологично складываются в структуры, разные части которых имеют разные свойства.
Развитие современной полупроводниковой электроники и переход к наноэлектронике[6], связаны с использованием полупроводниковых наноматериалов и нанотехнологий. Ожидается, что их применение в наноэлектронике приведет к созданию наноструктурных микропроцессоров, увеличению пропускной способности каналов связи, появлению нового поколения роботизированных систем, новые возможности пре-доставятся при объединении устройств наноэлектроники с наноструктурными сенсорами и т.д. Развитие наноэлектроники предусматривает использование в достижениях физики квантоворазмерных систем и включает применение нанотехнологий, которые обладают атомной точностью при получении полупроводниковых наноструктур с необходимым химическим составом и конфигурацией и включают методы комплексной диагностики наноструктур, в том числе контроль в процессе изготовления и управление на этой основе технологическими процессами. Заключение В России, несмотря на проблемы сопровождающие развитие электронной промышленности в рыночных условиях, имеется значительная база для развития электроники, включающая технологические линии Курчатовского научного центра, НИИ измерительных систем им. Ю.Е. Седакова, ОАО «НИИМЭ» и завод «Микрон». Имеется опыт разработки высокопроизводительных микропроцессоров типа «Эльбрус» Е2К. России принадлежит приоритет в области наногетероструктурной электроники, создании полупроводниковых лазеров[7], светоизлучающих диодов[8], высокоэффективных преобразователей солнечного излучения. Разработки прорывного характера по созданию систем нанолитографии с использованием ультрафиолетового излучения с длиной волны в нанометровом диапазоне ведутся в ряде научных организа-ций России.  Рисунок 3. Дерево микроэлектроники
Следует также отметить, что, несмотря на слабое участие российских предприятий в мировом разделении труда в производстве микропроцессоров и схем памяти (центральная часть схематического изо-бражения дерева микроэлектроники на рис. 3) с общим мировым объемом продаж около 2 трлн. долл. США, имеется основа для развития других направлений полупроводниковой электроники, включающих разработку и применение электронных компонент для решения про-блем энергоснабжения (силовая электроника и солнечная энергетика), задач силовых ведомств (опто- и СВЧ-электроника, микросистемная техника), проблем охраны окружающей среды и экологической безопасности.
Строительные конструкции будут насыщены наносенсорами, следящие за их прочностью и целостностью. Технологии молекулярной сборки придут на заводы и фабрики. Во всех отраслях машиностроения будут работать всевозможные нанопокрытия и нанодобавки.
Однако самое интересное и важное – как повлияет развитие нано-технологии на частную жизнь человека, на жизнь общества в целом. Список литературы 1.Рыбалкина М. «Нанотехнология для всех», 2006 г.;
2.Андрюшин Е.А. «Сила нанотехнологий: наука & бизнес». – М., Фонд «Успехи физики», 2007;
3.http://nanodigest.ru – Интернет-журнал о нанотехнологиях;
4.Асеев А.Л. «Наноматериалы и нанотехнологии для современной полупроводниковой электроники», 2006 г.; |
