Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

И наконец, третья важнейшая проблема: электронной аппаратуры нужно все больше и больше, аппаратура эта усложняется, и делать ее вручную уже просто невозможно. Если бы при нынешних масштабах применения электроники изготавливать ее по технологии тридцати или сорокалетней давности, то в электронной и радиопромышленности, наверное, должно было бы работать все население страны. Здесь есть один только выход — автоматизация производства, создание такого оборудования, такой технологии, при которой основную работу делали бы машины, автоматы, а человек только следил бы за ними. Но можно ли автоматизировать такие чисто человеческие операции, как сборка электронных схем, пайка, монтаж, налаживание?

Применение интегральных схем — вот путь, двигаясь по которому можно одновременно решать все три проблемы: добиваться резкого уменьшения габаритов и веса аппаратуры, повышать ее надежность и автоматизировать производство. Интегральные схемы, или, как их часто называют, микросхемы, — это электронные блоки, плотность монтажа в которых в тысячи раз выше, чем в аппаратуре из дискретных элементов, то есть из отдельных деталей — резисторов, диодов, транзисторов и т. д. Сложный электронный блок, занимающий в традиционном исполнении целый шкаф, если его выполнить в виде интегральной схемы, может уместиться в тончайшем слое кремниевой пластинки размером с копейку, а весить доли грамма. И надежность его будет очень высокой: у интегральной схемы совсем иной принцип соединения «деталей», они как бы слиты в единую электрическую цепь, представляют собой единую схему и единую монолитную конструкцию. Об этом напоминает само слово «интегральная», оно происходит от латинского «интегер», что означает «целый», «единый». Наконец, как это ни удивительно, но интегральные схемы по самой своей природе допускают автоматизацию производства: эти невидимые микроскопические электронные блоки могут изготавливаться без какого-либо прикосновения к ним человеческой руки.

Т-303. Интегральные микросхемы — революция в электронике. Первые интегральные схемы появились в 1958 году, но нельзя, конечно, считать, что микросхемы были созданы в один день — технология подошла к ним через многие другие свои достижения. В частности, через печатный монтаж — изготовление соединительных проводов методом фотолитографии (Р-179).

Р-179

Через методы вакуумного напыления различных покрытий, например веществ с высоким удельным сопротивлением для создания резисторов (К-3;2). И конечно же, самое важное достижение, приблизившее электронику к интегральным схемам, — это создание в 1948 году транзисторов. Во-первых, появились действительно микроскопические усилительные приборы: сам транзистор, без корпуса, — это кристаллик размером с песчинку; электронную лампу таких размеров трудно себе представить. Но транзистор-песчинка — это далеко не предел, современные технологии позволяют делать транзисторы в тысячи раз меньших размеров. Более того — ученые и технологи научились создавать в полупроводниковом кристалле и другие элементы очень малых размеров. Так, например, /m-переход, если подать на него обратное постоянное напряжение (свободные заряды оттянуты от границы, между зонами р и n появился слой без свободных зарядов; Т-133), выполняет роль конденсатора. А вводя в полупроводник донорные или акцепторные примеси и дозируя их определенным образом, можно создавать в кристалле резисторы с самым разным сопротивлением.

Раньше других начали широко применяться так называемые гибридные интегральные схемы — в них значительная часть элементов образована различными тонкими пленками, а активные элементы — транзисторы и диоды — это бескорпусные приборы-песчинки, соединенные с пленками в нужных местах. В гибридной схеме из металлических пленок образованы соединительные проводники и обкладки конденсаторов, между этими обкладками находятся пленки диэлектрика, в виде тонких пленок выполнены резисторы (Р-180). Создаются эти пленки напылением тончайших слоев нужных материалов через своего рода трафареты — маски с фигурными окнами.

Р-180

Постепенное совершенствование технологии позволило сделать следующий важный шаг — перейти к полупроводниковым интегральным схемам, где в одном кристалле создаются все элементы — транзисторы, резисторы, конденсаторы, соединительные цепи (Р-181).