1. Поняття про електронну та мікроелектроніку

Виробництва компонентів електронного устаткування України призначені забезпечити всі виробничі сфери та побут людей високо­ефективними засобами комп'ютерної техніки, новими поколіннями супутникових систем зв'язку, комплексну автоматизацію всіх галузей народного господарства.

Найбільшими центрами виробництва електронної та мікроелектронної техніки є Київ, Харків, Львів, Дніпропетровськ, Сімферо­поль, Донецьк, Запоріжжя, Одеса.

У Києві почав діяти технопарк мікроелектроніки, а в Харкові технопарк монокристалів для виробництва електронних компонентів.

Виробництва компонентів електронного устаткування використо­вують напівпровідникові матеріали високої чистоти, що містять до 99,9999 % основного компонента, тобто в цих матеріалах на мільйон атомів основного компонента припадає один атом домішок.

Розрізняють прості й складні напівпровідникові матеріали. Прості – це кремній, германій, селен, телур, фосфор, сірка, арсен, стибій, йод та ін. Складні – це тверді розчини (кремнію і германію) та хімічні спо­луки (арсенід галію, оксид міді та ін.). Електропровідність цих ма­теріалів при кімнатній температурі має проміжне значення між елект­ропровідністю металів (10^б – 10⁴ Ом^-1 см^-1) і діелектриків (10^-10 – 10^-12 Ом^-1 см^-1).

Електронікою називають науку про електронні процеси у вакуумі, газах, рідинах і напівпровідниках, які відбуваються за різних темпера­тур під дією електричних і магнітних полів.

Технічна електроніка розроблює, виробляє та експлуатує елект­ронні прилади та пристрої найрізноманітнішого призначення. Вона відзначається великою швидкодією та точністю.

Мікроелектронікою називають частину технічної електроніки, яка розроблює, виготовляє мікросхеми та конструкційно-допоміжні при­строї.

Основною продукцією мікроелектроніки є інтегральні мікросхеми.

Інтегральною мікросхемою (ІМС) називають електричну схему, яка складається з певної кількості елементів, виготовлених і електрично пов'язаних між собою у приповерхневому шарі напівпровідникового монокристалу або на діелектричній підкладці.

Монокристали вирощують із кремнію та арсеніду галію, а підклад­ки виготовляють із скла або кераміки.

Елементи ІМС поділяють на активні і пасивні.

Активні елементи ІМС підсилюють сигнали або перетворюють їх. Це діоди, транзистори тощо.

Пасивні елементи передають сигнали. До них належать резистори, конденсатори, котушки індуктивності тощо.

Деталі (компоненти) електронного устаткування використовуються для виробництва систем обробки та передачі інформації, автоматич­них систем управління процесами виробництва і руху, устаткування для радіо, телебачення та зв'язку, комп'ютерів, ЕОМ, медичної апара­тури, пристроїв квантової електроніки, обладнання для наукових досліджень, електронних годинників та багато чого іншого.

Найважливішими компонентами сучасного електронного устатку­вання є інтегральні мікросхеми (ІМС) та мікропроцесори.

Інтегральні мікропроцесори є найбільшим і найважливішим науко­во-технічним досягненням сучасності і мають значні перспективи сво­го розвитку.

Електроніка зародилася на початку XX ст. Слідом за створенням радіо та телебачення було створено перші ЕОМ (електронно-обчислювальні ма­шини). Електронну апаратуру складали з окремих готових елементів-електронних ламп, резисторів, конденсаторів тощо, які з'єднували між собою за допомогою електричних провідників паянням і зварюван­ням. Виробництво електронної апаратури було трудомістким, а самі прилади громіздкими, ненадійними, крім того, споживали багато енергії. Так, маса ЕОМ 1940 р. виготовлення становила 30 т. Вона спо­живала таку кількість електричної енергії, як одночасно включені 180 прожекторів, а виконувала розрахунки які, виконує сучасний кишень­ковий калькулятор. Починаючи з 40-х років XX ст. усі зусилля творців електронної апаратури були спрямовані на мініатюризацію електрич­них схем та зменшення розмірів і маси апаратури.

В грудні 1947 р. американські винахідники Джон Бардін і Уолтер Браттейн створили транзистор, який спричинив переворот у електроніці.

Електронне обладнання стало меншим за розмірами, легшим, надійнішим і дешевшим, ніж аналогічне за призначенням на елект­ронних лампах. Проте з часом саме електронне обладнання та спосіб його виготовлення перестали задовольняти темпи розвитку науки і техніки.

Наступний крок електроніки пов'язаний із розвитком мікроелектроніки, який ґрунтується на використанні інтегральних мікросхем.

У 1959 р. Дж. Кілбі і Р. Нойс незалежно один від одного заявили про винаходи, які полягали у тому, що на одному кристалі кремнію побудо­вана ціла електронна схема. Такі схеми стали називати інтегральними.

Перші мікросхеми були виготовлені на кристалах площею кілька квадратних міліметрів. Настав період удосконалення технології виго­товлення ІМС: зменшення площі, яку займає мікросхема; поліпшення її якості та надійності, зменшення собівартості.

Із винаходом інтегральних мікросхем з'явилися електронні годин­ники, які зробили переворот у структурі годинникової промисловості.

Ручні годинники з продукції точного машинобудування перейшли до продукції електронної промисловості. Механічні арифмометри та ло­гарифмічні лінійки замінили на кишенькові калькулятори.

Зростає значення мікроелектроніки в промисловості: у процесі зва­рювання, виконання монотонних робіт. Мікроелектроніка відіграє важливу роль також під час складання виробів, у системах контролю, обліку та розподілу продукції тощо.

Швидкий розвиток мікроелектроніки та її використання в найрізноманітніших галузях промисловості та людської діяльності обумовлений такими факторами:

• висока надійність в експлуатації, що забезпечує безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність, захищеність від зовнішніх факто­рів впливу;

• можливість значного зменшення габаритів і маси різних виробів без втрати якості роботи.

Інтегральна електроніка на сьогоднішній день є галуззю промисло­вості, яка здатна дуже швидко впроваджувати у виробництво інно­ваційно-перспективні наукові розробки, які започатковуються схемо­технічною мікроелектронікою та іншими напрямами сучасної науки.

Формується новий комплекс наноелектронних технологій, здатних створювати надвеликі мікропроцесори – інтегральні структури з дуже великим ступенем інтеграції та функцій і надмалими габаритними розмірами та енергоспоживанням.

Мова йде про габарити, які будуть вимірюватись не мікрометрами, а нанометрами.

Нано (від грецьк. nonos – карлик) – приставка для створення назв дольних одиниць рівних одній міліардній частці вихідних одиниць. Наприклад, 1 нм = 10^-9 м.

Наноелектронні технології, інтегруючись з біотехнологіями, мікро- та наномеханікою, роботобудуванням та іншими технологіями, в найближчі десятиліття будуть спроможні ще в більшій мірі поставити досягнення сучасної науки на облаштування людського життя та нав­колишнього середовища.