1Лекция ЭиС1. Лекция 1 Введение Э, мэ, нэ объект, предмет, задачи и структура курса. Основные понятия и терминология

• Название: Лекция 1 Введение Э, мэ, нэ объект, предмет, задачи и структура курса. Основные понятия и терминология
• Дата: 29.12.2022
• Размер: 248.86 Kb.
• Имя файла: 1Лекция ЭиС1.pptx
• Тип: Лекция; #868376

Вводная лекция № 1

Введение: Э, МЭ, НЭ
Объект, предмет, задачи и структура курса.
Основные понятия и терминология.
Классификация ЭП
Этапы развития электронной техники. Современный уровень развития электроники, перспективы и тенденции развития.
Основные виды электронных и микроэлектронных устройств и их условные обозначения.

Электроника

Электроника – область науки и техники, изучающая процессы взаимодействия потоков электронов с электромагнитными полями в различных средах, создающая методы и средства разработки электронных приборов и устройств, в которых это взаимодействие используется для преобразования электромагнитной энергии, передачи, обработки и хранения информации.
Микроэлектроника – направление электроники, в которой занимаются физическими, техническими, конструкторско-технологическими методами и средствами микроминиатюризации с целью создания высоконадежных и экономичных микроэлектронных схем и устройств, называемых интегральными микросхемами (ИМС) малой (МИС), средней (СИС), большой (БИС) и сверхбольшой (СБИС) степени интеграции


Наноэлектроника – современная область микроэлектроники, занимающаяся физическими, техническими, конструкторско-технологическими методами и средствами наноминиатюризации с размерами интегральных электронных приборов с топологическими размерами 1-100 нм, работающих на квантовых эффектах.
Задачи:
разработка физических основ работы активных приборов с нанометровыми размерами, в первую очередь квантовых;
разработка физических основ технологических процессов;
разработка самих приборов и технологий их изготовления;
разработка интегральных схем с нанометровыми технологическими размерами и изделий электроники на основе наноэлектронной элементной базы.

2 Объект, предмет, задачи дисциплины «Микроэлектроника»

3 Основные понятия и терминология

Прибор – специальное устройство, аппарат для производства разнообразных операций: преобразование физических воздействий в электрические сигналы , преобразование энергии или информации, измерение, регулирование, контроль параметров и характеристик объектов и процессов и т.п.
Электронный прибор (ЭП) – это устройство, принцип работы которого основан на использовании явлений, возникающих в процессе получения потоков электронов и других носителей заряда, управления движением этих потоков и преобразования их энергии. Следовательно, понятие «электронный» связано с использованием электронов и их взаимодействий с электрическими и магнитными полями


электрических полей;
магнитных полей;
электромагнитных полей;
вещественных преград на пути движения зарядов.


ускорение;
торможение;
изменение направления движения;
изменение плотности потока носителей заряда;
изменение площади поперечного сечения потока носителей заряда;
преобразование кинетической или потенциальной энергии зарядов.
Диффузия – движение НЗ рабочей среды, приводящее к переносу и выравниванию концентрации НЗ в среде. Диффузия определяется тепловым движением.
Дрейф – направленное движение заряженных частиц в среде под влиянием внешних воздействий (например, электрических полей).
НЗ могут в результате диффузии или дрейфа двигаться от эмиттера к другому электроду, создавая во внешней цепи электрический ток.


Простейший ЭП можно представить в виде корпуса и 2-х электродов, плоскости которых параллельны.
Корпус представляет собой герметичный элемент из конструкционного материала (металл, керамика, пластмасса, металлокерамика) с электродами и выводами , обеспечивающий защиту и надежную работу активной части ЭП в условиях внешних климатических (влага, теплота, радиация и др.) и механических воздействий
Электрод (от «электричество» и греческого hodos – дорога, путь) – конструктивный элемент внутри корпуса электронного прибора, служащий для электрической связи активной (рабочей) части прибора, находящейся в среде корпуса (вакуум, газ, полупроводник, жидкость) с внешней электрической цепью.
Выводы – металлические проводники, служащие для соединения электродов с внешней цепью.
Эмиттер (катод) – электрод, который является источником электронов (или других носителей заряда) при воздействии внешних причин (нагревание, облучение, электромагнитное поле и т.д.).
Коллектор (анод) – электрод, главным назначением которого обычно является прием основного потока НЗ

4 Классификация ЭП

ЭП предназначены для выполнения разнообразных функций, позволяющих решить две основные задачи: преобразование энергии и преобразование сигналов.
В зависимости от вида энергии входного воздействия на ЭП и энергии на его выходе или способа обработки информации различают четыре основных класса ЭП:

электропреобразовательные (и на входе и на выходе электрические сигналы);

излучательные (электрические сигналы преобразуются в световые);

фотоэлектрические (световые сигналы преобразуются в электрические);

термоэлектрические (тепловые сигналы преобразуются в электрические).

ЭП по принципу действия подразделяются делятся на следующие виды:

Активные элементы и компоненты:

полупроводниковые (диоды, транзисторы, тиристоры и т.д.);
электровакуумные (электронные лампы, электронно-лучевые приборы , ФЭУ, ТВ трубки , СВЧ –приборы: клистроны, магнетроны, ЛБВ, ЛОВ и т.д.);
газоразрядные приборы;
микроэлектронные и наноэлектронные ИМС : ЛИС и ЦИС (МИС,СИС, БИС, СБИС)

Пассивные элементы: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы

Интегральные микросхемы как микроэлектронные приборы

Дискретный элемент – это отдельный ЭП, реализующий несложную определенную функцию по преобразованию энергии или информации. Дискретный элемент представляет собой конструктивно и функционально самостоятельное, изготовленное в серийном производстве изделие , отдельно поставляемое потребитеюю, как правило, в герметичном корпусе с выводами или в бескорпусном варианте.
Под дискретным электрорадиоэлементом понимают транзистор, диод, резистор, конденсатор и др. Элементы могут выполнять и более сложные функции, например логические ( логические элементы) или запоминание информации ( элементы памяти).
Интегральная микросхема (ИС)– это микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования, обработки сигнала и(или) накапливания информации и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов (или элементов и компонентов), которое с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации рассматривается как единое целое.
Компонент – это часть микросхемы, реализующая функцию какого – либо электрорадиоэлемента, которая не может быть выделена как самостоятельное изделие.






цифровая микросхема предназначена для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции.
аналоговые микросхемы предназначены для усиления и преобразования сигналов, которые описываются непрерывными функциями времени.


Плотность упаковки – это отношение числа простых компонентов и элементов, в том числе содержащихся в составе сложных компонентов, к объему микросхемы без учета объема выводов.
Критерием оценки сложности микросхемы, т.е. числа содержащихся в ней элементов и простых компонентов, является степень интеграции.
В полупроводниковых ИМС (ПП ИМС) все элементы и межэлементные соединения выполняются в объеме и на поверхности полупроводниковой пластины.
В гибридных ИМС (ГИМС) пассивные элементы (резисторы, конденсаторы и др.) выполняются в виде пленок на поверхности диэлектрической подложки, а активные элементы реализуются в виде навесных компонентов.

Структура полупроводниковой ИС

Групповой метод изготовления ИС

Структура пленочной и гибридной ИС

5. Этапы развития электронной техники. Современный уровень развития электроники, перспективы и тенденции развития

Использование электронных приборов в радиотехнике началось с того, что в 1904 году Д. Флеминг изобрел двухэлектродную лампу (диод) с накаленным катодом.
В 1907 году Л. Форест ввел в лампу управляющую сетку, лампа стала трехэлектродной
. В 1913 году А. Мейснер применил трехэлектродную лампу (триод) для генерирования высокочастотных электрических колебаний.
В 1915 году под руководством М. А. Бонч-Бруевича были созданы первые триоды.
В 1918 году появилась Нижегородская радиолаборатория, в которой впервые в мировой практике были разработаны мощные триоды с водяным охлаждением.
В 30-е годы развивалось такое направление в электронике, как создание передающих телевизионных трубок, позволивших создать электронное телевидение.


В 1939 году построены первые приборы для усиления и генерирования колебаний СВЧ, названные пролетными клистронами.
В 1940 году изобретен более простой отражательный клистрон.
В 1938-40 годах сконструированы вакуумные триоды с плоскими дисковыми электродами, нашедшие применение в СВЧ-диапазоне.
В эти же годы для генерирования мощных СВЧ-колебаний разрабатываются магнетроны.

В течение 30-х годов и позже интенсивно развивалась полупроводниковая электроника.

В 1948 г. Д. Бардин, У. Браттайн и У. Шокли элементарным способом открыли транзисторный эффект и предложили принцип действия транзистора. Нобелевская премия была присуждена в 1956 г.
Вскоре после этого Пфанн разработал процесс зонной очистки для выращивания монокристаллов кремния и германия заданной чистоты.
Была экспериментально подтверждена теория и возможность изготовления полупроводниковых транзисторов школой советского академика А. Ф. Иоффе, о чем было сообщение в газете «Нью-Йорк таймс» 1 июля 1948 года .

Этап микроминиатюризации РЭА.

В 1961 году была создана первая интегральная схема (ИС –триггер на 4-х транзисторах) фирмой Fairchild Semiconductor
В начале 70-х годов появились большие интегральные схемы (БИС)
В конце 70-х годов созданы сверхбольшие интегральные схемы (СБИС)
Дальнейшее развитие микроэлектроники привело к освоению субмикронных размеров элементов микросхем.
Параллельно с интегральной микроэлектроникой в 80-е годы развивалась функциональная электроника. В функциональной электронике используются такие механизмы, как оптические явления (оптоэлектроника), взаимодействие потока электронов с акустическими волнами в твердом теле (акустоэлектроника) и ряд других.
Вступление в третье тысячелетие электроника отмечает зарождением нового направления — наноэлектроники

6 Основные виды микроэлектронных устройств ( ИС) и их условные обозначения

Система условных обозначений современных типов интегральных микросхем установлена ГОСТ 11073915-80.
В основу системы обозначений положен буквенно-цифровой код.
Первый элемент - цифра, обозначающая группу интегральной микросхемы по конструктивно-технологическому исполнению:
1,5,6,7 - полупроводниковые ИМС;
2,4,8 - гибридные;
3 - прочие (пленочные, вакуумные, керамические).
Второй элемент - две или три цифры (от 01 до 99 или от 001 до 999), указывающие на порядковый номер разработки данной серии ИМС. Первый и второй элемент образуют серию микросхем.
Третий элемент - две буквы, обозначающие функциональную подгруппу и вид микросхемы.

В обозначение также могут быть введены дополнительные символы (от А до Я), определяющие допуски на разброс параметров микросхем и т. п.

Перед первым элементом обозначения могут стоять следующие буквы:

К - для аппаратуры широкого применения;

Э - на экспорт (шаг выводов 2,54 и 1,27 мм);

Р - пластмассовый корпус второго типа;

М - керамический, метало - или стеклокерамический корпус второго типа;

Е - металлополимерный корпус второго типа;

А - пластмассовый корпус четвертого типа;

И - стеклокерамический корпус четвертого типа;

Н - кристаллоноситель.

1 - с гибкими выводами;

2 - с ленточными выводами;

3 - с жесткими выводами;

4 - на общей пластине (неразделенные);

5 - разделенные без потери ориентировки (например, наклеенные на пленку);

6 - с контактными площадками без выводов (кристалл).

Виды ИМС 1Наборы элементов:

НД - диодов;
НТ - транзисторов;
НР - резисторов;
НЕ - конденсаторов;
НК - комбинированные;
НФ - функциональные;
НП - прочие.

2Коммутаторы и ключи:

КТ - тока;
КН - напряжения;
КП - прочие;

3Усилители:

УТ - постоянного тока;
УИ - импульсные;
УЕ - повторители;
УВ - высокой частоты;
УР - промежуточной частоты;
УН - низкой частоты;
УК - широкополосные;
УЛ - считывания и воспроизведения;
УМ - индикации;
УД - операционные;
УС - дифференциальные;
УП - прочие.

4 Генераторы сигналов:

ГС - гармонических;
ГГ - прямоугольной формы;
ГЛ - линейно - изменяющихся;
ГМ - шума;
ГФ - специальной формы;
ГП - прочие.

4 Детекторы:

ДА - амплитудные;
ДИ - импульсные;
ДС - частотные;
ДФ - фазовые;
ДП - прочие.

5Модуляторы:

МА - амплитудные;
MИ - импульсные;
MС - частотные;
MФ - фазовые;
MП - прочие.

6 Устройства селекции и сравнения:

CА - амплитудные;
CВ - временные;
CС - частотные;
CФ - фазовые;
CП - прочие

7Фильтры:

ФВ - верхних частот;
ФН - нижних частот;
ФЕ - полосовые;
ФР - режекторные;
ФП - прочие.

8Формирователи:

АГ - импульсов прямоугольной формы;
АФ - импульсов специальной формы;
АА - адресных токов;
АР - разрядных токов;
АП - прочие.

9Фоточувствительные устройства с зарядовой связью (приборы с зарядовой связью):

ЦМ - матричные;
ЦЛ - линейные;
ЦП - прочие.

10 ИМС источников вторичного электропитания:

ЕМ - преобразователи;
ЕВ - выпрямители;
ЕН - стабилизаторы напряжения непрерывные;
ЕТ - стабилизаторы тока;
ЕК - стабилизаторы напряжения импульсные;
ЕУ - устройства управления импульсными стабилизаторами напряжения;
ЕС - источники вторичного питания;
ЕП - прочие;

11 Преобразователи:

ПС - частоты;
ПФ - фазы;
ПД - длительности (импульсов);
ПН - напряжения;
ПМ - мощности;
ПУ - уровня (согласователи);
ПЛ - синтезаторы частоты;
ПЕ - делители частоты аналоговые;
ПЦ - делители частоты цифровые;
ПА - цифро - аналоговые;
ПВ - аналого - цифровые;
ПР - код - код;
ПП - прочие.

12 Устройства задержки:

БМ - пассивные;
БР - активные;
БП - прочие

13 Многофункциональные устройства:

ХА - аналоговые;
ХЛ - цифровые;
ХК - комбинированные;
ХМ - цифровые матрицы;
ХИ - аналоговые матрицы
ХТ - комбинированные матрицы;
ХИ - прочие

14 Логические элементы:

ЛИ - И;
ЛЛ - ИЛИ;
ЛН - НЕ;
ЛС - И-ИЛИ;
ЛА - И-НЕ;
ЛЕ - ИЛИ-НЕ;
ЛР - И-ИЛИ-НЕ;
ЛК - И-ИЛИ-НЕ (И-ИЛИ);
ЛМ - ИЛИ-НЕ (ИЛИ);
ЛБ - И-НЕ / ИЛИ-НЕ;
ЛД - расширители;
ЛП - прочие.

15 Триггеры:

ТЛ - Шмитта;
ТД - динамические;
ТТ - Т - триггер;
ТР - RS - триггер;
ТМ - D - триггер;
ТВ - JK - триггер;
ТК - комбинированные;
ТП - прочие.

16 Цифровые устройства:

ИР - регистры;
ИМ - сумматоры;
ИЛ - полусумматоры;
ИЕ - счетчики;
ИД - дешифраторы;
ИК - комбинированные;
ИВ - шифраторы;
ИА - арифметико - логические устройства;
ИП - прочие.

17 Запоминающие устройства:

РМ - матрицы ОЗУ;
РУ - ОЗУ;
РВ - матрицы ПЗУ;
РЕ - ПЗУ (масочные);
РТ - ПЗУ с возможностью однократного программирования ;
РР - ПЗУ с возможностью многократного электрического перепрограммирования
РФ ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием и электрической записью информации;
РА - ассоциативные запоминающие устройства;
РЦ - запоминающие устройства на ЦМД;
РП - прочие.

18Вычислительные устройства:

ВЕ - микро-ЭВМ;
ВМ - микропроцессоры;
ВС - микропроцессорные секции;
ВУ - устройства микропрограммного управления;
ВР - функциональные расширители;
ВБ - устройства синхронизации;
ВН - устройства управления прерыванием;
ВВ - устройства управления вводом - выводом;
ВТ - устройства управления памятью;
ВФ - функциональные преобразователи информации;
ВА - устройства сопряжения с магистралью;
ВИ - времязадающие устройства;
ВХ - микрокалькуляторы;
ВГ - контроллеры;
ВК - комбинированные устройства;
ВЖ - специализированные устройства;
ВП - прочие.