Глава 4. Наноэлектроника и МЭМС

“Закон Мура _ замечательный пример экспоненциального роста. На то, чтобы добиться от компьютера быстродействия в 1 МГц, у человечества ушло 90 лет. Сегодня же мы добавляем по 1 МГц каждый день.”

Рэй Курцвейл

Появление и развитие полупроводниковой электроники

      Нельзя не восхищаться достижениями человечества во второй половине ХХ века, когда чуть ли не каждый год сопровождался крупным прорывом то в одной, то в другой области. Одной из причин тому явилось широкомасштабное применение полупроводников.

      Казалось бы, что здесь такого? Люди начали использовать еще один вид материалов, и только. Но… можно сказать, что именно полупроводники превратили за несколько десятилетий

разгромленную во второй мировой войне нищую, голодную Японию в одну из ведущих держав мира.

Полупроводники – это нечто среднее между проводниками и диэлектриками. К ним относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и др.), огромное количество сплавов и химических соединений. Почти все неорганические вещества окружа-ющего нас мира – полупроводники. Самым распространенным в природе полупро-водником является кремний, составляющий около 30 % земной коры. Главная особенность полупровод-ников состоит в том, что их физические свойства сильно зависят от внешних воздействий-изменения температуры или малейшего количества примесей.

      То, что вещества по-разному проводят электричество, людям было известно еще 180 лет назад. В 1821 году английский химик Хэмфри Дэви установил, что электропроводность металлов уменьшается с ростом температуры. Проводя дальнейшие эксперименты, его ученик Майкл Фарадей в 1833 году обнаружил, что у сернистого серебра электропроводность с ростом температуры не падает, а возрастает. Затем он открыл еще несколько веществ с необычной зависимостью проводимости от температуры. В то время, однако, это не заинтересовало научный мир, пока в 1873 году не обнаружили, что сопротивление селена (Se) меняется при освещении.

      Селеновые фотосопротивления сразу нашли применение в разных оптических приборах. И первым полупроводниковым прибором стал фоторезистор, представляющий собой обычный

селеновый столбик, электрическое сопротивление которого в темноте ниже, чем на свету.

Бурное развитие полупроводниковой электроники началось с изобретением сначала точечного (1948г.), а затем и плоскостного (1951г) транзистора-основы любой современной микросхемы.

Чтобы понять принцип работы транзистора, надо рассмотреть ряд физических процессов, протекающих в полупроводниках. Для начала рассмотрим суть электропроводности, то есть способности различных веществ проводить ток.