Podręcznik

2.1. Co to jest układ scalony

Mikroelektronika jest to dziedzina techniki zajmująca się wytwarzaniem, projektowaniem i zastosowaniami układów scalonych. 

Rysunek 2 1. Mikrofotografia monolitycznego układu scalonego, wymiary: 10x7 mm

Układem scalonym nazywamy układ elektroniczny złożony z wielu elementów (tranzystorów i innych elementów) i połączeń elektrycznych między nimi, w sposób nierozdzielny umieszczonych na wspólnym podłożu. Są to przy dzisiejszym stanie technologii niemal wyłącznie monolityczne półprzewodnikowe układy scalone. Nazywamy je monolitycznymi i półprzewodnikowymi, ponieważ są to struktury wykonane w całości wewnątrz i na powierzchni płytki półprzewodnika, którym jest (z rzadkimi wyjątkami) krzem. Wszystkie elementy monolitycznego układu scalonego, a także połączenia elektryczne między tymi elementami, wytwarzane są równocześnie, w wyniku wykonania szeregu operacji technologicznych tworzących wewnątrz oraz na powierzchni płytki półprzewodnikowej obszary domieszkowane (tworzące struktury tranzystorów), a także obszary przewodzące i dielektryczne. 

Rysunek 2 2. Hybrydowy układ scalony, wymiary: 5x5 cm

Istnieją także układy scalone zwane hybrydowymi. Takie układy powstają w inny sposób. Na podłożu ceramicznym (lub niekiedy szklanym) wytwarzane są obszary dielektryczne i przewodzące, zaś półprzewodnikowe elementy czynne (np. tranzystory) dołączane są jako elementy zewnętrzne, wyprodukowane osobno i zamknięte we własnych obudowach. Układy hybrydowe są dziś bardzo rzadko stosowane. Nie będą one tutaj omawiane.

Rysunek 2‑3. Mikrofotografia mikromechanizmu krzemowego

Procesy technologiczne stosowane w mikroelektronice, takie jak nakładanie warstw różnego rodzaju, fotolitografia, utlenianie, selektywne trawienie, mogą służyć do wytwarzania nie tylko struktur układów scalonych, ale także różnego rodzaju miniaturowych mechanizmów, czujników, elementów optycznych itp. Dzięki temu możliwe staje się scalenie nie tylko układów elektronicznych, ale wytwarzanie struktur, w których wraz z układem elektronicznym scalone są czujniki mechaniczne, chemiczne czy też optyczne, lub różnorodne mechanizmy wykonawcze, jak na przykład mikroskopijnej wielkości silniki. Struktury takie zwane są w skrócie mikrosystemami scalonymi. Jest to nowa, bardzo dynamicznie rozwijająca się dziedzina techniki, mająca już obecnie liczne praktyczne zastosowania (na przykład samochodowe poduszki powietrzne wyzwalane są przy użyciu scalonych krzemowych mikroczujników przyspieszenia). Łączy ona mikroelektronikę z mechaniką precyzyjną, optyką, chemią i biochemią. Technologia i projektowanie mikrosystemów scalonych nie będą tu omawiane, ale wspominamy o nich, bowiem jest to naturalne rozszerzenie klasycznej mikroelektroniki o szybko rosnącym znaczeniu i licznych obszarach zastosowań. 

A co to jest półprzewodnik, obszar domieszkowany, przewodzący, dielektryczny, tranzystor? Nie wiesz? Czytaj dalej!