книги / Надежность в микроэлектронике

шевле, сульфид кремния еще дешевле. Технология кремниевых солнечных элементов дорога: стоимость не­ большой кремниевой пластины составляет десятки цен­ тов, а изготовленный из нее солнечный элёмент — уже несколько долларов. Дороги и вещество и технология получения элемента из него. Для удешевления стои­ мости материала желательно использовать очень тон­ кие слои. А если можно использовать дешевые тонкие слои, то это еще выгоднее, чем объясняется интерес к солнечным элементам из сульфида кадмия. Ширина запрещенной зоны сульфида кадмия равна приблизи­ тельно 2,5 эВ, что обеспечивает более низкий предель­ ный КПД по сравнению с материалами, имеющими ширину а!апрещенной зоны в 1,4 эВ и обеспечивающи­ ми наивысший КПД при освещении солнечным светом. Осажденные из газовой фазы или вакуумным напыле­ нием слои имеют очень малую толщину (15 мкм) и ее можно сделать еще меньше (примерно 1 мкм). Далее электролитически осаждается сульфид меди.

КПД лучших приборов из сульфида кадмия дости­ гает иногда 8%. Большая стоимость достижения высо­ кого КПД заставляет отдавать предпочтение менее эффективным приборам. Например, японские специали­ сты не намерены биться за КПД кремниевых элемен­ тов в 22%, считая, что уже 16% удовлетворяют требо­ ваниям рынка.

Основные недостатки солнечных элементов из суль­ фида кадмия уже отмечались: они подвержены влия­ нию паров воды, кислорода и света, наличие большого числа дефектов затрудняет получение воспроизводимых образцов. Проводятся работы по повышению воспро­ изводимости и стабильности солнечных элементов. Упорные исследования привели к обнадеживающему результату, именно оказалось, что имеется пороговое

а не в промышленности, исследуются солнечные эле­ менты на теллуриде кадмия. Он оптимален по ширине запрещенной зоны, образует гетеропереходы с сульфи­ дом кадмия и дешев.

Имеется еще много-много полупроводников, пригод­ ных для солнечных элементов, но не используемых: ар1ТПИД бора (Eg = 1,46эВ ), антимонид алюминия (Eg =

1,6 эВ); тройные соединения: InGaP, GaAsP, ZnSeTe, CdSTe и среди них может быть материал, более подхо­ дящий для изготовления надежных солнечных батарей, чем все существующие. Так что проблема нахождения оптимального материала не решена. А далее идут дру­ гие проблемы, например прочность батарей. Тонкие слои кремния хрупки (толщиной 0,1 мм), так же хруп­ ки будут и микронные слои арсенида галлия. Вот поче­ му встает вопрос об осаждении монокристаллических слоев на металлическую или сапфировую подложки, однако это очень дорого сегодня, поэтому и испытыва­ ют КПД солнечных элементов из поликристаллического кремния. Дешевизна изготовления солнечных батарей на основе диодов Шоттки, при котором требуется толь­ ко нанесение двух слоев — металла и полупроводника, обусловливает непрекращающиеся поиски.

Противоотражающие покрытия, а также покрытия солнечных элементов, обеспечивающие их надежную работу в различных атмосферных условиях, также пред­ ставляют собой нерешенные проблемы.

Гетеропереходы тоже не сказали еще последнего слова. Ведь максимальный КПД гомогенного электрон- но-дырбчного перехода из арсенида галлия достигнут только в лабораторных условиях. Может быть неодно­ родное легирование полупроводников сможет поднять эффективность преобразователей.

В этой небольшой брошюре мы попытались расска­ зать о некоторых задачах современной полупроводни­ ковой микроэлектроники, мы попытались заглянуть в будущее микроминиатюризации, мы пошли по хорошо протопанным дорогам и увидели, что они становятся не очень ясными тропинками в будущем.

Так привычная надежность, наверное, будет отхо­ дить от оценки надежности приборов интенсивностью отказов и будет приближаться к оценке надежности га­ рантированным временем работы до первого отказа (конечно с вероятностью, близкой к единице, с извест­ ным доверительным интервалом). Это произойдет не скоро. Для этого привычная технология будет заме­ няться новой технологией, синтезом и осознанным при­ менением современных физики, физической химии и хи­ мии. И если на вопросы «можно или нельзя?» ответят фундаментальные законы, то на вопросы «как?» отве­ тят конкретные дисциплины и специалисты, знающие

широко основы наук и глубоко свою узкую специальность. Такие специалисты, объединенные в коллекти­ вы, оснащенные современной физической аппаратурой, резко продлят «время жизни» до отказа полупроводни­ ковых приборов и интегральных схем. Это продление жизни происходит уже сейчас незаметно, но повседнев­ но. Мы подчеркнули некоторые причины ограничения микроминиатюризации: геометрические пределы прибо­ ров вследствие физических ограничений, понижение на­ дежности; мы подчеркнули, что микроминиатюризация электронной аппаратуры вступает в противоречие с со­ бой из-за необходимости охлаждения. Дальнейшим раз­ витием микроминиатюризации всей радиоэлектронной аппаратуры в целом будет высокотемпературная мик­ роэлектроника, и в первую очередь полупроводниковая. На вопросы — можно ли создать такую микроэлектро­ нику и какими средствами — имеются положительные ответы. Существуют не только много пригодных слабо изученных материалов, но гоедстоит еще много иссле­ дований с арсенидом галлия, с приборами на его ос­ нове; есть и такой развивающийся технологический метод, как метод осаждения из газовой фазы при про­ текании химических реакций, наиболее подходящий для получения только с его помощью высокотемпера­ турных приборов и интегральных схем. Но пока высо­ котемпературных интегральных схем нет. Будут ли они? Будут. Как раз последний раздел брошюры является поучительным примером развития приборов, подтверж­ дающим будущее внедрение высокотемпературной по­ лупроводниковой микроэлектроники. Полупроводнико­ вые фотопреобразователи появились в 50-х годах, тог­ да же была определена зависимость их КПД от вели­ чины ширины запрещенной зоны. Они были использо­ ваны в дорогих космических аппаратах. Энергетический

науки и техники в нашем государстве исключает такие броски и гарантирует наши неизменные успехи).

Любопытно, что все поиски и решения, имеющие

шой научный и технический потенциалы и, наконец, большие капиталовложения. Это объясняет то, что не каждое государство может вести исследования по но­ вым полупроводниковым материалам и новым полупро­ водниковым приборам. Что делать было известно, не­ известно— как это сделать конкретно. Выполненные за последние годы (точнее месяпы) работы по созданию эффективных фотопреобразокятелей заставляли вно­ сить уточнения в текст брошюпы во время работы над ней: написанное вначале о предполагаемом КПД пре­ образователей из арсенида галлия на гетеропереходах было исправлено на достигнутый КПД в 20%. Бесспор­ но, полупроводниковые фотопреобразователи займут достойное место среди источников энергии. Высокотем­ пературная электроника нахппится в зачаточном со­ стоянии. Ее фундамент закладывается. Мы мало знаем о свойствах реальных материалов и полупроводников при высоких температурах. Эти свойства станут понят­ ными до конца в результате характерных исследований последних лет: физико-химическое изучение, использу­ ющее в первую очередь чисто физические методы и нацеленное на решение конкретных задач; причем од­ ним из главных направлений будет изучение поведения дефектов в твердом теле при повышенных темпера­ турах.

Какой-то вклад в развитие высокотемпературных приборов из арсенида галлия внесут достижения в об­ ласти фотопреобразователей из этого перспективного материала. Но какой, пока еш£ рано говорить.

Несомненно, широкие и глубокие исследования при­ ведут к созданию электронных машин без принудитель­ ного охлаждения, к микроминиатюризации всей аппа­ ратуры в целом. Но для этого, конечно, требуется вре­ мя, и не малое, как и для дальнейшего резкого улуч­ шения надежности обычных полупроводниковых прибо­ ров и ИС.