Scurta istorie a microelectronicii, Eugen Stefan Lakatos

Cartea detaliază principalele etape ale dezvoltării microelectronicii, un domeniu al științei aflat la granița dintre fizică și electronică. Este descrisă calea parcursă de știința și tehnologia secolului XX, program cu anul 1900, de apariția teoriei cuantice, elaborată de Max Plank, până la fabricarea primului microprocesor și a primei memorie integrate.
Lucrarea are o orientare practică și un bogat material ilustrativ, reprezentând un ABC al paletei vaste de cunoștințe de care are nevoie un proiectant de circuite microelectronice, în general, și în special, de circuite integrate analogice. Cartea se adresează studenților din instituțiile de învățământ superior tehnic și universitar care urmează cursuri de fizică semiconductoare, electronică aplicată și microelectronică și absolvenții acestor specializări. Se știe că pregătirea unui proiectant de circuite integrate analogice trebuie să includă, pe lângă cunoștințele de electronică aplicată și tehnologia de fabricație a circuitelor integrate, elemente de fizică a dispozitivelor semiconductoare active. În acest sens, această lucrare evidențiază contribuțiile esențiale pe care fizica le-a avut la dezvoltarea domeniului microelectronicii.
Inventarea tranzistorului bipolar a condus la o creștere fără precedent a cercetării și dezvoltării în două domenii: fizica corpului solid și tehnologia dispozitivelor semiconductoare.
Teoriile care au stat la baza cunoașterii proceselor fizice din corpul solid au fost: conceptul de dualitate undă-particulă al lui de Broglie, dezvoltat în 1925 și teoria benzilor de energie, dezvoltată de Alan Wilson în 1931..
Sunt trecute în revistă principalele teorii care au condus la dezvoltarea fizicii corpului solid, considerată ramură a fizicii atomice. Astfel, de la începutul secolului al XX-lea, fizica stării solide a început să însemne studiile cristalelor și, mai ales, comportamentul electronilor în cristale. Experimentele de difracție cu raze X au demonstrat că materialele cristaline sunt compuse din aranjamente periodice de atomi.
Partea introductivă a cărții prezintă noțiunile principale ale fizicii corpului solid, în special fizica materialelor semiconductoare. Dezvoltarea acestui capitol al fizicii a permis dezvoltării fenomenelor legate de mecanismele de difuzie a impurilor în solide și de creștere a monocristalelor, două domenii esențiale care au contribuit la dezvoltarea tehnologiilor de fabricație a structurilor microelectronice pe bază de semiconductori.
Deoarece toate dispozitivele semiconductoare active sunt formate din joncțiuni p-n, importanța cunoașterii modelului fizic al acestei structuri semiconductoare de bază este evidențiată într-un capitol separat.
În continuare, în capitole separate, sunt prezentate primele invenții legate de: tranzistorul cu contact punctiform, tranzistorul de joncțiuni și tranzistorul bipolar de siliciu.
Sunt prezentate, de asemenea, procesele tehnologice fundamentale: difuzia impurităților în siliciu, oxidarea siliciului, tehnica fotolitografică și epitaxia.
Realizarea tranzistorului cu structură MESA a precedat inventarea circuitului integrat de către Jack Kilby și dezvoltarea procesului planar.
Cel mai important pas a fost realizat în momentul inventării structurale MOS și CMOS, ceea ce a deschis calea către realizarea primelor circuite logice, microcircuite hibride și circuite integrate analogice.
Legea lui Moore a determinat dezvoltarea proiectării asistate de calculator, realizarea primelor calculatoare prefigurând acest domeniu vital al proiectării în microelectronică, indispensabil dezvoltării omenirii în ultimii 60 de ani.
Pentru a apropia și mai mult conținutul cărții de domeniul electronicii aplicate, în finalul cărții sunt prezentate pe scurt principalele fluxuri tehnologice utilizate în fabricația structurală de circuite integrate, care au stat la baza dezvoltării microelectronicii.
Materialul cărții sintetizează experiența autorului ca rezultat al activității desfășurate timp de 20 de ani la fosta Întreprindere de Piese Radio și Semiconductoare (I.P.R.S.-Băneasa), ulterior, după 1990, S.C. Băneasa S.A., din București, România, precum și în activitățile didactice în activități superior, timp de 20 de ani, în domeniile proiectării și tehnologiei dispozitivelor semiconductoare, precum și modelării dispozitivelor semiconductoare active.
În luna ianuarie 1964, devenise clar faptul că microelectronica s-a impus ca o ramură principală a electronicii, care urma să se dezvolte foarte rapid, cu schimbări neașteptate, în anii care au urmat. Din acest punct de vedere, doresc ca această carte să marcheze împlinirea peste 70 de ani de existență a domeniului microelectronicei.
Având în vedere conținutul cărții, sper ca aceasta să reprezinte un ajutor pentru studenții care se pregătesc pentru domeniul acesta atractiv dar și foarte pretențios al proiectantului de circuite integrate analogice.
Pentru comentarii și observații referitoare la această carte, cititorii sunt rugați să folosească următoarea adresă de e-mail: e_lakatos@yahoo.com
Cuprins:
1. Premisele apariției microelectronicii
2. Teoria semiconductorilor electronici
3. Joncțiunea semiconductoare p-n
4. Tranzistorul cu contact punctiform
5. Tranzistorul cu joncțiuni
6. Tranzistorul bipolar cu joncțiuni pe bază de siliciu
7. Tehnologii de realizare a structurilor semiconductoare cu joncțiuni p-n
8. Dezvoltarea procesului de difuzie pentru fabricarea tranzistoarelor cu joncțiuni
9. Dezvoltarea procesului de oxidare
10. Tehnica fotolitografică
11. Tranzistorul MESA pe bază de siliciu
12. Invenția lui Jack Kilby
13. Inventarea procesului planar și a circuitului integrat monolitic
14. Structura metal-oxid-semiconductor (MOS)
15. Dezvoltarea procesului de epitaxie
16. Structura Metal-Oxid-Semiconductor Complementară (CMOS)
17. Familia de circuite integrate logice standard
18. Microcircuitele hibride
19. Circuitele integrate MOS
20. Circuitele integrate analogice
21. Legea lui Moore
22. Memoria RAM
23. Unitatea centrală de procesare
24. Scalarea
25. Proiectarea asistată de calculator
26. Fabricația circuitelor integrate
Anexa 1. Concepte de bază privind proiectarea circuitelor integrate
Anexa 2. Unități SI fundamentale
Anexa 3. Constante fizice fundamentale
Anexa 4. Proprietăți ale Ge, Si și GaAs la 300K
Anexa 5. Multipli și submultipli
Anexa 6. Alfabetul grecesc
Bibliografie.