Nə etmək lazımdır

1. MİKROELEKTRONİKANIN ƏSAS İNKİŞAF İSTİQAMƏTLƏRİ


1.1. Mikroelektronikanın qısa inkişaf tarixi və əsas vəzifələri

1947-ci ilə qədər elektronikanın əsas cihazı elektron lampa – elektronların vakuumda hərəkəti ilə bağlı olan proseslərin istifadəsinə əsaslanan gücləndirici cihaz idi. Özünün bütün şübhəsiz və indiyə qədər təkrarolunmaz üstünlükləri ilə yanaşı elektron lampalar bir mühüm çatışmazlığa – böyük ölçülərə malikdir, halbuki vakuum mikroelektronikası sahəsindəki son nailiyyətlərin bu çatışmazlığı aradan qaldıra biləcəyi və vakuum texnologiyasının yeni inkişaf dövrünü başladacağı mümkündür. 1947-ci ildə amerikalı alimlər C.Bardin, U.Bratteyn və U.B.Şoklinin “Bell Telephone Laboratories” laboratoriyasında yarımkeçirici gücləndirici cihazı – nöqtəvi tranzistoru ixtira etməsi ilə bərkcisimli elektronika əsri başladı ki, bunun nəticəsində qısa zaman ərzində heyrətamiz nəticələrə nail olan mikroelektronika və nanoelektronika inkişaf etməyə başladı.

İlk tranzistorlar germanium əsasında hazırlanırdı və kifayət qədər qeyri-mükəmməl idi. Onların əsas çatışmazlıqları kimi xarakteristikalarının qeyri-stabilliyini və onların böyük temperatur asılılığını, yüksək küy səviyyəsini, aşağı gücünü və yüksək qiymətini göstərmək olardı.
1951-ci ildə müstəvi tranzistorun ixtirası ilə tranzistor texnikasının inkişafında növbəti mühüm addım atıldı və bu praktiki olaraq zaman etibarilə germaniumdan silisiuma kütləvi keçidlə üst-üstə düşdü. Diffuziya əsasında tranzistorların hazırlanma təcrübəsi sonralar tranzistorların qrup şəklində istehsal texnologiyasının işlənib hazırlanmasına kömək etdi ki, bu da onların qiymətini kəskin azaltdı.
1952-ci ildə sahə (unipolyar) tranzistoru ixtira edildi.
1960-cı ildə Fairchild firmasının əməkdaşı Robert Noys monolit inteqral sxemi (İS) patentləşdirdi və planar texnologiyanı tətbiq etməklə ilk silisium monolit İS-ləri hazırladı. Həmin ilin fevral ayında artıq Fairchild firması tərəfindən bir silisium kristalı üzərində dörd və daha çox bipolyar tranzistorlarla monolit tranzistor-tranzistor məntiq elementləri ailəsi buraxıldı və “mikroməntiq” adlandırıldı. Horninin planar texnologiyası və Noysun monolit texnologiyası birlikdə əvvəlcə bipolyar tranzistorlar üzərində 1960-cı ildə, sonra isə sahə tranzistorları üzərində 1965-1985-ci illərdə İMS-lərin inkişafının əsasını qoydu.
İnteqral sxemlərin yaranmasını mikroelektronikanın “döğum günü” hesab etmək olar. 1961-ci ildə Fairchild Semiconductor firması (ABŞ) tərəfindən istehsal edilmiş ilk İS dörd bipolyar tranzistordan və iki rezistordan yığılmış triggerdən ibarət idi. Tranzistorun ixtirasından 13 il sonra mikrosxemlər meydana gəldi. XX əsrin 60-cı illərinin ortasına qədər İS-lər cəmi 100-ə qədər elementdən ibarət idi. 70-ci illərin əvvəllərində isə artıq kristalda ölçüləri 3mkm-dan 100mkm-ə qədər yüzlərlə və minlərlə elementdən ibarət böyük inteqral sxemlər (BİS) yarandı.
1971-ci ildə ilk mikroprosessor yaradıldı.
Mikroelektron qurğuların əsas xüsusiyyəti onların yerinə yetirdiyi funksiyaların yüksək mürəkkəblik dərəcəsidir. Mürəkkəb məsələlərin həlli üçün komponentlərinin sayı 10⁷ ... 10⁸-ə çata bilən sxemlər mövcuddur. Aydındır ki, elementlərin sayı bu qədər olduqda onların arasında düzgün rabitəni və iş etibarlığını əl ilə təmin etmək mümkün deyil. Bu səbəbdən mikroelektron texnikası məmulatlarının istehsalının maksimal avtomatlaşdırılması tələbi meydana çıxır.
Müasir mikroelektronikanın bünövrəsini planar texnologiya təşkil edir. Bütün mikrosxemin daşıyıcı konstruksiyası altlıqdır. Bu altlığın üzərinə müxtəlif kombinasiyalarda və tələb olunan miqdarda yarımkeçirici, keçirici və izoləedici qatlar çəkilir ki, bunlarda tələb edilən konfiqurasiyalar və topoloji naxışlar yaradılır. Bu qatların qalınlığı texnoloji tələblərdən asılı olaraq 0,05-dən 1...2 mkm-ə qədər dəyişir (müqayisə üçün: insan saçı 60 mkm orta qalınlığa malikdir.
Nazik, submikron (qalınlıq üzrə) qatlarda yüksək dəqiqlikli presizion topoloji naxışların yaradılması indi mikro- və nanoelektronikanın daha çətin vəzifəsidir. Mikrosxem elementlərinin ölçüsü 1 mkm-dən çox olarsa bu mikrotexnologiyaya, 0,1...1,0 mkm olarsa - submikron texnologiyasına, 0,1 mkm-dən kiçik olarsa - nanotexnologiyaya aid edilir.
Əgər mikrominiatürləşdirmənin templəri 2010-cu ilə qədər saxlanılsaydı, onda tranzistor virus ölçüsünə qədər azalar, onun işçi tezliyi kristalın qəfəsindəki atomların rəqs tezliyinə bərabər olar, bir İS-də tranzistorların sayı trilyona çatar, litoqrafik şəklin rekord ölçüləri isə atomun ölçülərindən 10 dəfə kiçik qiymətə çatardı. Real həyatda belə möcüzələrə hələlik nail olunmayıb, lakin 0,1 mkm həddi sənayedə praktiki olaraq aradan qalxdığına görə bu, mikrotexnologiyadan nanometr tərtibli (1 nm = 10^-9 m = 10 Å) ölçülərlə əməliyyat aparan nanotexnologiyaya (yun. dil. nanos - cırtdan) keçidin baş tutduğu haqqında danışmağa müəyyən haqq verir.
Hal-hazırda mikrosxemlərin emalının və nəzarətinin ən presizion və dəqiq aləti yüklənmiş zərrəciklər dəstəsi – elektronlar və ya ionlardır. Belə dəstələrin bərk cisimlə qarşılıqlı əlaqədə olduqları qanunlar nanotexnologiyanın İS-lərin istehsal prosesində səthi və həcmli konfiqurasiyaların alınması və nəzarət və metrologiya metodları ilə əlaqəli olan oblastının əsasında durur. İnteqral nanoelektron kvant sxemlərinin yaradılması nanotexnologiyanın, mahiyyət etibarilə, son məqsədidir. Texnoloqların arzusu altlıqların səthində nanometr ölçülü funksional elementlərin, o cümlədən ayrı-ayrı molekullardan və atomlardan ibarət elementlərin, onların eynivaxtlı vizualizasiyası və nəzarəti imkanı ilə, yaradılması üsullarının və qaydalarının real vəhdətidir.
Müasir materialşünaslığın və metrologiyanın, xüsusilə skanedici tunel mikroskopunun icadından və tunel-zond kütlə keçiriciliyi metodlarının inkişafından sonra, nailiyyətləri həmçinin mikrotexnologiya sahəsində tədqiqatları nanometrlik diapazona irəli çəkdi. Mur qanununa görə alınmış nəticələrə əsasən 2020-ci ildə mikroelektron qurğular 10 nm tərtibli, 2035-ci ildə isə atom tərtibli ölçülərə malik olacaq. 1965-ci ildə Intel firmasının qurucularından biri, hal-hazırda isə bu şirkətin direktorlar şurasının fəxri sədri olan Qordon Mur indi Mur qanunu adlanan empirik qanunauyğunluğu qeyd etmişdi: verilmiş mikrosxemdə tranzistorların sayı hər iki ildən bir iki dəfə artır. Digər bir formalaşdırılmış fikrə əsasən verilənlərin emal sürətinin 2 dəfə artması hər iki ildən bir baş verir. Qordon Mur həmçinin 2006-cı ildə Intel firmasının 1 mlrd tranzistorla çiplər istehsal edəcəyini əvvəlcədən xəbər vermişdi.
Mikrosxemlərin istehsalında qrup şəklində istehsal üsulunun istifadəsi əsas prinsipial məsələdir. Bu üsulun mahiyyəti ondan ibarətdir ki, yarımkeçirici materialın bir lövhəsi üzərində eyni zamanda böyük sayda İS-lər hazırlanır. Bundan başqa, əgər texnoloji proses imkan verirsə, onlarla belə lövhə ola bilir. Əsas texnoloji tsikl başa çatdıqda, lövhə hər biri ayrıca mikrosxem təşkil edən kristallara kəsilir. Son mərhələdə korpuslaşdırma – kristalın korpusa yerləşdirilməsi və kontakt sahələrin İS-in çıxışları (ayaqları) ilə birləşdirilməsi həyata keçirilir.
Qrup şəkilndə istehsal üsulu və böyük sayda elektrik birləşmələrinin yerinə yetirilməsi zərurəti mikrosxemlərin planar (ing. plane - müstəvi) hazırlanma texnologiyasını optimal və alternativsiz edir. Bu zaman bütün elementlər və onların tərkib hissələri, həmçinin lazımi birləşmələr İS-də bir müstəvidə formalaşdırılır.
Mikroelektronikanın inkişafının əsasında elektron avadanlıqla icra edilən funksiyaların fasiləsiz mürəkkəbləşdirilməsi və bu avadanlığın köməyi ilə həll edilən məsələlər dairəsinin genişlənməsi durur. Bu ona gətirir ki, müəyyən mərhələdə köhnə element bazası əsasında yeni məsələlərin həlli mümkün olmur. Alimlərin, mühəndislərin və texnoloqların əməyi nəticəsində öz sələflərinə nəzərən daha yüksək xarakteristikalara malik yeni elektron cihazlar “işıq üzü görür”. Bu zaman elektron qovşaqların və qurğuların element bazasının dəyişməsinin əsasında duran amillər etibarlıq, qiymət və güc, həmçinin qabarit ölçülər və kütlədir.

2.