27 февраля 2016г.
В статье, в предельно сжатой форме, используя ссылки на подробности существующих публикаций автора, показана возможность подходов в преодолении проблем в области создания миниатюрной элементной базы радиоэлектроники
Актуальность проблем в области создания миниатюрной элементной базы радиоэлектроники заключается в определении объединяющего технического образа [1] к наработанному объѐму теоретических и практических знаний и не пренебрежении к конструкторско-технологическим и экономическим возможностям.
Таким объединяющим техническим образом может быть размерный ряд от 2-х до 100 микрон, который занимают, находящиеся в забвении, толстые плѐнки микроэлектроники, смотрите Табл.1 оценок известных технологий.
Оценки эффективности известных технологий для производства ИС*)
Таблица 1
|
п. п
|
Показатели
|
Полу-
проводниковая
|
Тонко-
плѐночная
|
Толсто-
плѐночная
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
1
|
Стоимость подготовки
производства
|
3
|
2
|
1
|
|
2
|
Стоимость эксплуатации
|
3
|
2
|
1
|
|
3
|
Эффективность
крупносерийного производства
|
1
|
3
|
2
|
|
4
|
Эффективность
мелкосерийного производства
|
3
|
2
|
1
|
|
5
|
Плотность элементов,
элемент/см2
|
1
|
3
|
2
|
*) – оценки технико-экономических показателей проведены по отношению к ИС второго поколения, в относительных единицах.
Из этой таблицы видно преимущество толстоплѐночной технологии микроэлектроники перед другими, хотя и применяются в ней драгметаллы.
На пути к успеху необходимо обозначить физико-технические основы конструирования принципиально
новой элементной базы радиоэлектроники на основе толстых плѐнок с нанокомпозитными средами:
• синтез порошковых композиций в нанометровой шкале и выбор перспективных для разработок элементной базы [2-4] – направление 1:
• конструирование проводящих, резистивных, ѐмкостных и др. толстоплѐночных элементов микросхем [5]
– направление 2:
• создание конструктивов конструкций вакуумных приборов и систем для изделий работающих с высшими колебаниями частот [6, 7] – направление 3:
• использование солнечной энергии при аккумулировании фотоэлектрическими батареями [8] с КПД более 0,5 – направление 4.
Весь этот комплекс направлений работ и позволит осуществить реализацию новейшей базы элементов для
оснащения технических средств [9].
Теоретическими и практическими предпосылками по направлениям является следующее.
1. Синтез нанокомпозитных сред и получение моделей толстых плѐнок согласуется с физико- математическим аппаратом [10, 11], который позволяет заранее смоделировать нужную, по параметрам, среду толстоплѐночных элементов микросхем [12].
2. Получив библиотеку подходящих нанокомпозиций можно создавать пассивные элементы микросхем толстоплѐночных плат. Например толстоплѐночные проводники, резисторы, конденсаторы, в том числе и подложки. Толстоплѐночные резисторы и коденсаторы можно получать с двойными физическими функциями – одновременно два элемента в одном, где ведущим элементом является первый названый, а второй сопутствующий и наоборот. Расчѐтная база схемотехники меняется – привычные формулы комбинаций соединений (последовательное и параллельное) необходимо дополнять поправочными коэффициентами, в зависимости от выбранной среды нанокомпозиции.
Незыблимые схемотехнические формулы придѐтся корректировать.
3. Начало всех начал, при конструировании вакуумных СВЧ-приборов, выбрать из функциональных параметров будущего миниатюрного прибора конструктивно-технологические параметры (дело конструктора) [13]. Широко известно, что всякая конструкция держится на двух основополагающих параметрах: функциональных параметрах и конструктивно-технологических ограничениях, при конструировании. Просто надо знать эти конструктивно-технологические ограничения [14]. Тогда можно понять, что будущие конструкции в планарном виде или в объѐме должны иметь соответствующие конструктивы.
В итоге полученные конструктивы мы можем использовать не только при конструировании вакуумных приборов высших колебаний частот в объѐме, входящих в бортовые, например финишные устройства радиолокационных станций, но и системы питания антенн решѐтчатых щелевого типа, см. Рисунок 1.
4. Созданные конструктивы, о которых говорилось выше,
частично можно использовать при обеспечении эффективности фотоэлектрического преобразования солнечной энергии соответствующими аккумулирующими батареями [15] (Рисунок 2).
На Рисунке 2 изображѐн примерный конструктив, где: 1 – активный фотоэлемент кремний, 2 – токоведущие микрополоски, 3 –просветляющая толстая плѐнка, 4 – отражающая алмазополимерная толстая плѐнка, где микрочастицы алмазов покрыты, например, наночастицами цинка, 5 – просветляющее пространство.
Предложенные
подходы
к конструированию элементной базы радиоэлектроники позволяют создавать электронную технику, способную работать в жѐстких условиях там, где полупроводники просто не способны работать [16], как бы их не предлагали [17]. Получить основные выгоды: компактность ИС, быстродействие, дешивизна используемых материалов и др..
Список литературы
1.
Подвигалкин В.Я. Возможности толстых
плѐнок микроэлектроники в создании элементной
базы радиоэлектронных систем (Обзор) // Микроэлектроника, 2013, Том 42, №5. С. 348-360.
2. Подвигалкин В.Я. Формирование архитектуры наноразмерных полимерных сред
с квантовыми точками. // Микроэлектроника , 2014, №4, С. 1-7.
3.
Подвигалкин В.Я. Физические эффекты в процессах синтеза и формирования нанокомпозитных сред // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2010. №2. С. 100-109.
4.
Способ получения полимерных нанокомпозитных толстых плѐнок и устройство для его осуществления // Патент 2404915 Рос. Федерация. 2009139520/17; заявл. 26.10.09; опубл. 27.11. 10. Бюл. №33.
5.
Подвигалкин В.Я., Ушаков Н.М. Резистивно-ѐмкостные
и
ѐмкостно-резистивные
структуры
толстых плѐнок для микросборок на основе полимерных нанокомпозиционных материалов // Микроэлектроника, 2014, том 43, №1, С. 3-8.
6.
Микропрофиль
структуры вакуумной
интегральной СВЧ-схемы и способ
его
изготовления // Патент 2404481 Рос. Федерация. 2009145194/07; заявл. 08.12.09; опубл. 20.11.10.Бюл. №32.
7. Микропрофиль структуры вакуумной интегральной СВЧ-схемы и способ его получения // Патент 2476951 Рос. Федерация. 2011131616/28; заявл. 27.07.11; опубл. 27.02.13. Бюлл. №6.
8.
Нанокомпозиционное просветляющее покрытие в виде толстой плѐнки и способ его получения. Патент №2456710 Рос. Федерация. 2011101731/28; заявл. 18.01.11; опубл. 20.07.12. Бюл. №20.
9.
Подвигалкин В.Я. Межслойные переходы вакуумных интегральных
сверхвысокочастотных
схем // Приборы, 2013, № 10. С. 33-37.
10.
Подвигалкин В.Я. Механика нанесения покрытий в виде толстых плѐнок
на подстилающую поверхность // Вестник СГТУ им. Ю.А. Гагарина №1, вып. 1. 2012. С. 22 – 27.
11. Подвигалкин В.Я., Музалѐв П.А., Ушаков Н.М., Кособудский И.Д. Особенности жидкофазного нанесения полимерных толстоплѐночных нанокомпозитных
покрытий на твѐрдотельные подстилающие поверхности //Материалы электронной техники. №2, 2012. С. 51 – 58.
12.
Подвигалкин В.Я. Моделирование наноструктурированных сред толстых плѐнок пассивных элементов микросборок //ПРИБОРЫ, №2. 2014.С. 35-42.
13. Подвигалкин В.Я., Жуков В.В., Жаворонков И.А., Куканов А.М., Искандеров Ф.Г. Миниатюризация замедляющих систем вакуумных приборов X- и K-диапазонов. // Электронная техника. Юбил. научн.- технич. конф. «СВЧ-электроника. 70 лет развития»,Ч II, 2013 г., г.Фрязино. С. 75-78.
14.
Фундаментальные пределы в радиоэлектронике и смежных областях // ТИИЭР. – 1981. – Т.69. - №2. С. 3- 166.
15.
Ушаков Н.М., Подвигалкин В.Я., Кособудский И.Д. Кремниевые фотоэлектрические преобразователи с нанокомпозиционными толстоплѐночными покрытиями. // Приборы, 2014, № . С. 27-33.
16. Степовик А.П.
Термомеханические
эффекты в компонентах радиоэлектронной аппаратуры при воздействии импульсов рентгеновского и электронного излучений. Снежинск: Изд. РФЯЦ-ВНИИТФ, 2010. 256 с.
17.
Головин О.В., Чистяков Н.И., Шварц В, Хардон Агиляр И. Радиосвязь /Под ред. О.В. Головина // 3-е изд., стереотип. М.: Горячая линия – Телеком, 2012. 286 с.
