ما هي تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة

ما-هي-تكنولوجيا-الإلكترونيات-الدقيقة


ما هي تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة [1]  

  يتم تطوير تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة وتطويرها بشكل تدريجي في عملية تصغير وتصغير الدوائر الإلكترونية والأنظمة الإلكترونية ، والتكنولوجيا الإلكترونية مع الدوائر المتكاملة باعتبارها جوهرها.

خصائص تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة [2]

  تم تطوير تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة على أساس التكنولوجيا الإلكترونية التقليدية. يطلق عليه "الإلكترونيات الدقيقة" ، كما يوحي اسمها ، لأنها تقنية متقدمة في فئة صغيرة ، تتميز بـ "أربعة مايكرو": 1 تعاملها مع الإشارات هو الإلكترونات المجهرية في مادة صلبة يتم إدراكه في الحركة ؛ 2 نطاق عمله هو منطقة متناهية الصغر صلبة أو حتى مستوى شعرية ؛ يتم تبادل الإشارات 3 فقط على نطاق صغير جدًا ؛ 4 له حجم كبير ، يمكنه وضع وظيفة إلكترونية حتى يتم دمج النظام الفرعي على رقاقة. باختصار ، الإلكترونيات الدقيقة هي تقنية خاصة فريدة وسحرية تعمل في نطاق غير مرئي تقريبًا.

حالة تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة [3]


  تؤثر تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة على القوة الوطنية الشاملة للبلد ، وكذلك على أساليب عمل الناس وأساليب حياتهم وطرق التفكير الخاصة بهم ، وتعتبر التكنولوجيا الأساسية للثورة التكنولوجية الجديدة . وليس من المبالغة أن أقول إنه لم يكن الالكترونيات الدقيقة اليوم صناعة المعلومات ، يمكن أن يكون هناك أي أجهزة الكمبيوتر والاتصالات الحديثة، والشبكات وغيرها من الصناعية التنمية، لا اليوم مجتمع المعلومات . لذلك ، تعلق العديد من البلدان أهمية كبيرة على تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة كتقنية استراتيجية مهمة ، وتستثمر الكثير من الموارد البشرية والمالية والمادية للبحث والتطوير .

تأثير تطوير تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة [4]


  نظرًا لأن الدائرة المتكاملة تدرك تكامل المواد والمكونات والدوائر ، وتكامل التصميم والعملية ، فإن عملية التصنيع وتكلفة الجهاز الإلكتروني التقليدي مبسطة إلى حد كبير ، كما يمكن أيضًا تصغير حجم الجهاز الإلكتروني وموثوقيته العالية. خلال أكثر من 40 عامًا منذ ظهور الدوائر المتكاملة ، ازدادت درجة التكامل بسرعة بمعدل أربعة أضعاف كل ثلاث سنوات ، مما عزز التطور السريع لتكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة وكان له تأثير عميق على إنتاج المجتمع البشري وحياته.

  بادئ ذي بدء ، فإن تطوير تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة ، وخاصة ظهور الدوائر المتكاملة واسعة النطاق والواسعة النطاق ، أحدث ثورة في تكنولوجيا الكمبيوتر ، وعزز تطبيق أجهزة الكمبيوتر في جميع مناحي الحياة ، وعزز التطور السريع للثورات التكنولوجية الجديدة. التغيرات العميقة في المجتمع البشري.

  ثانياً ، يتيح تطوير تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة للدوائر المتكاملة إنتاجها بكميات كبيرة بتكلفة منخفضة وكفاءة عالية. ويرجع ذلك إلى دائرة صغيرة الحجم المتكاملة لديه ضوء الأهمية، والموثوقية العالية، محافظة الطاقة والمزايا الفريدة الأخرى، كان قد تم استخدامها على نطاق واسع في الدفاع الوطني، الثقافة ، التعليم والصحة و النقل والبريد والاتصالات السلكية واللاسلكية، الإدارة الاقتصادية ومجموعة متنوعة من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية في المنتج. في الوقت الحالي ، يقترب معدل تغلغل المنتجات الإلكترونية من 100٪ ، ليصبح خلية مجتمع المعلومات الحديث.

  ثالثًا ، أصبحت تقنية الإلكترونيات الدقيقة تقنية أساسية أساسية لتطوير العلوم والتكنولوجيا ، وتعزيز التنمية الاقتصادية ، وتعزيز عملية مجتمع المعلومات ، وتعزيز القوة العسكرية ، وتحسين المعايير الطبية. أصبح مستوى تطوير وحجم تطوير التكنولوجيا الإلكترونية الدقيقة معيارًا مهمًا لقياس القوة الاقتصادية الوطنية والتقدم التكنولوجي ، وهو دليل ملموس على القوة الوطنية الشاملة للبلد.

آفاق تطوير تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة [5]


  تتجه تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة المعاصرة نحو التكامل العالي والسرعة العالية واستهلاك الطاقة المنخفض والتكلفة المنخفضة. يعتمد تقدمه بشكل أساسي على الجوانب التالية:

  1. تحسينات في عمليات التصنيع. من حيث عملية التصنيع ، تم تطوير التوزيع الأولي المستوي أحادي الطبقة لعملية متعددة الطبقات لاحقة (متعددة الوظائف عالية الكثافة ومتعددة الطبقات) لتقليل التكلفة وزيادة الوظائف. باستخدام عملية superlattice اليدوية (عملية جديدة لتصنيع البلورات عن طريق التحكم يدويًا في حجم الشبكة البلورية) ، يُطلق على الجهاز جهاز أشباه الموصلات الفائق superlattice. هذا الجهاز هو أسرع من 10 إلى 100 مرة من أجهزة أشباه الموصلات السيليكون. يمكن أن يؤدي استخدام الدوائر المتكاملة الحساسة (الدمج المتزامن للعديد من المكونات الحساسة والدوائر الطرفية على شريحة واحدة) إلى تقليل الحجم وخفض التكاليف وتحسين الموثوقية وزيادة الوظائف. ستتطور طريقة تكامل النظام من بنية ثنائية الأبعاد إلى بنية ثلاثية الأبعاد ، مما سيحقق طفرة جديدة في التكامل ويفتح طريقة جديدة ممكنة لتطوير الدوائر المتكاملة.

  2. تحديث المواد. يستكشف العلماء على نطاق واسع الطرق الممكنة لاستبدال بلورات السيليكون بمواد جديدة. مع التطور السريع لتكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة ، ظهرت قيود مواد السيليكون تدريجياً. يمكن أن يؤدي استخدام مواد أشباه الموصلات المؤكسدة مثل زرنيخيد الغاليوم وفوسفيد الإنديوم والمواد فائقة التوصيل ومواد الماس لتصنيع الدوائر المتكاملة إلى تحسين سرعة التبديل ومقاومة الإشعاع ودرجة حرارة التشغيل للدوائر المتكاملة (يمكن استخدام الدوائر المتكاملة الماسية عند درجة حرارة 500 درجة مئوية - 700 درجة مئوية) العمل بشكل طبيعي). في 12 فبراير عام 2000 ، أعلنت جامعة إيسن وجامعة هانوفر أنها طورت بشكل مشترك أشباه الموصلات الجرمانيوم على طبق من السيليكون ، وستكون للدائرة المدمجة المصنعة ملفقة سرعة تبديل أسرع بكثير من دائرة السيليكون المتكاملة. في الوقت نفسه ، تم إحراز بعض التقدم في "الرقاقة الحيوية" التي طورتها تقنية تخزين المعلومات في السلسلة الكيميائية للذرات العضوية.

  3. زيادة حجم الرقائق. توفر الزيادة في حجم الرقاقة أساسًا ماديًا لزيادة التكامل ، وكلما زاد حجم الشريحة ، انخفض متوسط ​​تكلفة الدائرة المتكاملة . في عام 1998 ، تم زيادة حجم الشريحة من 3-4 بوصات الأصلي إلى 8-10 بوصات. لقد وصلت إلى 12 بوصة. من المتوقع أن تصل سعة الرقاقة إلى مستوى ينذر بالخطر في السنوات القليلة المقبلة ، أي أن الرقاقة يمكن أن تحتوي على مليار عنصر ، وأن دائرتها تكون ضئيلة مثل بضع ذرات. سيؤدي هذا حتماً إلى زيادة كبيرة في الكثافة الوظيفية للرقاقة ونسبة سعر الأداء .

تطبيق تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة [6]


  الإلكترونيات الدقيقة هي مجال تكنولوجيا في تطوير وإنتاج وتنفيذ الأنظمة الإلكترونية للمكونات والدوائر الإلكترونية الدقيقة . إنها تقنية جديدة ظهرت منذ الخمسينيات من القرن الماضي مع تطور تكنولوجيا الدوائر المتكاملة ، وخاصة تكنولوجيا الدوائر المتكاملة واسعة النطاق.

  لا تجعل تقنية الإلكترونيات الدقيقة تصغير الأجهزة والأنظمة الإلكترونية ممكنًا فحسب ، بل الأهم من ذلك أنها تسببت في حدوث تغييرات هائلة في تصميم الأجهزة والأنظمة الإلكترونية ومعالجتها وتعبئتها. سيتم ربط جميع المكونات التقليدية ، مثل الترانزستورات ، والمقاومات ، والأسلاك ، وما إلى ذلك ، بطريقة شمولية ، ولم تعد نقطة الانطلاق للتصميم مكونًا واحدًا ، بل النظام أو الجهاز بالكامل.

  أولاً ، من الترانزستور إلى الدائرة المتكاملة

  في الثلاثينات من القرن الماضي ، حققت ميكانيكا الكم إنجازات ملحوظة ، حيث تم تطبيقها على فيزياء صلبة ، والتي أنتجت نظرية فرقة الطاقة الصلبة وأرست أساسًا مهمًا لتطوير تكنولوجيا أشباه الموصلات. في عام 1947، شركة البرق الأمريكية الهاتف و (AT & T) من مختبرات بيل ثلاثة علماء باردين، اخترع شوكلي الترانزستور وبرايتون. كان هذا الاختراع بمثابة تقدم كبير في التكنولوجيا الإلكترونية في القرن العشرين ، والذي بدأ تطبيق تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة.

  يستبدل الترانزستور أنبوب ، فقط جهاز واحد بدلاً من جهاز آخر. وتأمل إدارات الإنتاج والعسكرية أيضًا أن تكون الأجهزة الإلكترونية أصغر حجمًا ، وهذا بدوره سيدفع الناس بقوة إلى فتح طرق جديدة للتكنولوجيا الإلكترونية.

  في مايو 1952 ، اقترح البريطاني دامر فكرة الدائرة المتكاملة في مؤتمر المكونات الإلكترونية: تم تصنيع الجهاز الإلكتروني على كتلة صلبة بدون أسلاك ، والتي كانت معزولة ، وموصلة كهربائيا ، وتصحيحها. ويتم إنشاء طبقة المواد المكبرة ، وترتبط المساحات المقسمة لكل طبقة مباشرة لتحقيق وظيفة معينة. في عام 1957 ، تعاونت الشركة البريطانية ومعهد مالفيرن رادار لإنتاج دائرة تشغيل على بلورة السيليكون 6.3 مم × 6.3 مم × 3.15 مم. في عام 1958، فإن الشركة تكساس فيرتشايلد نويس وكيلبي في 6.45 م م 2 على رقاقة جعل المؤلف من المقاوم مكثف عناصر RC 12 من التذبذب الداخلي مرحلة التحول الجهاز. في عام 1959 ، طور Nos و Moore of Fairchild عملية مناسبة بشكل خاص للدوائر المتكاملة ، وتستخدم بذكاء تأثير التدريع لثاني أكسيد السيليكون على نشر بعض الشوائب ، وثاني أكسيد السيليكون على رقائق السيليكون. في النافذة المحفورة ، يتم نشر مادة معينة لتشكيل مكونات مختلفة ، وفي الوقت نفسه ، يتم تطبيق تقنية عزل الوصلة PN ، وترسب المعدن كسلك على ثاني أكسيد السيليكون ، وبالتالي إكمال الدائرة المتكاملة بشكل كبير. جميع العمليات.

  أدى اختراع الدائرة المتكاملة إلى ثورة جديدة في مجال التكنولوجيا الإلكترونية، و التوقيع مع دخلت مرحلة تكنولوجيا الالكترونيات الدقيقة.

  الدائرة المتكاملة هي دارة أو نظام دقيق يستخدم تقنية أشباه الموصلات كركيزة لدمج المكونات والتوصيلات التي تشكل الدائرة في الداخل أو على السطح أو على الركيزة.

  واحدة من مؤشرات مستوى الدائرة المتكاملة هي درجة التكامل. تشير درجة التكامل المزعومة إلى عدد الترانزستورات التي يمكن تصنيعها على شريحة بحجم معين. عادة ما تكون الدوائر المتكاملة 100 المشار إليها فيما يلي باسم الترانزستورات والدوائر المتكاملة على نطاق صغير (التكامل على نطاق صغير، ويشار إلى SSI)، 100 1 000 ~ يشار إليه باعتباره الترانزستورات الدوائر المتكاملة في نطاق الدوائر المتكاملة (التكامل المتوسطة الحجم، ويشار إلى أن MSI )، 000. 1 أصبحت الدوائر المتكاملة من حوالي 100000 الترانزستورات تكامل على نطاق واسع ( LSI ) ، وأصبحت الدوائر المتكاملة من 100،000 إلى 10 مليون الترانزستورات التكامل على نطاق واسع جدا (VLSI).

  في الأيام الأولى لتطوير الدوائر المتكاملة ، كان يمكن فقط تصنيع عشرات أو العشرات من الترانزستورات على شريحة واحدة ، وبالتالي كانت وظيفة الدائرة محدودة. بحلول منتصف الستينيات ، زاد التكامل إلى مئات أو حتى الآلاف من المكونات. كانت فترة السبعينيات من القرن الماضي فترة تطور سريع للدوائر المتكاملة ، وفي عصر الدوائر المتكاملة واسعة النطاق ، ظهرت رقائق تضم أكثر من 200000 عنصر خلال هذه الفترة. الدارات المتكاملة واسعة النطاق ليست فقط زيادة في عدد تكامل المكونات ، بل هي أيضًا تغيير أساسي في الكائن المتكامل ، فقد تكون وظيفة معقدة أو جهازًا كاملاً (كمبيوتر أحادي الشريحة). في الثمانينيات ، يمكن اعتبار عصر الدوائر المتكاملة على نطاق واسع جداً ، حيث تجاوز عدد المكونات المدمجة على الرقاقة مليون علامة ، لذا تم دمج العديد من المكونات على قطعة صغيرة من السيليكون ، والمنطقة التي تشغلها المكونات وبين المكونات. الأسلاك رقيقة مثل 0.25 ميكرون (1 ميكرون = 10 - 6 م). في الوقت الحاضر ، تنتقل الدوائر المتكاملة في العالم إلى 0.18μm ، 0.13μm.

  منذ ظهور الدوائر المتكاملة ، تم تطوير قانون مور مع التكامل التربيعي كل ثلاث سنوات.

  ثانيا ، قلب الحواسيب الصغيرة - المعالج الدقيق

  أهم تطبيق لتكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة هو في مجال تكنولوجيا الكمبيوتر. يعتمد تطوير أجهزة الكمبيوتر على تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة ، وقد أدى توسيع تطبيقات الكمبيوتر بدوره إلى تشجيع تطوير الإلكترونيات الدقيقة.

  في عائلة الكمبيوتر ، الكمبيوتر الأكثر تأثيرًا والأكثر استخدامًا هو الحواسيب الصغيرة (يشار إليها باسم الحواسيب الصغيرة). مشغلي الحواسيب الصغيرة ووحدات التحكم والذكريات وأجهزة الإدخال والإخراج كلها بلورات للإلكترونيات الدقيقة. يتم دمج الوحدة الحسابية ووحدة التحكم في رقاقة واحدة ، تسمى وحدة المعالجة المركزية (CPU) ، والتي تُعرف أيضًا باسم المعالج الدقيق ، وهو قلب الكمبيوتر الصغير. المشغل هو الجزء الذي يكمل العمليات الحسابية والمنطقية ، وتعمل وحدة التحكم كجهاز حاسوب. السبب وراء تسمية الكمبيوتر بالكمبيوتر هو أن المعالج الصغري يتصرف مثل الدماغ البشري. غالبًا ما يقول الناس أن أجهزة الكمبيوتر Pentium و Itanium و Core تشير فعليًا إلى العلامة التجارية وطراز المعالج الدقيق . يقوم المعالج الدقيق بتوجيه عمل أجزاء مختلفة من الكمبيوتر ، ويمكنه تلقي المعلومات ونقلها ، وإجراء معالجة البيانات والمقارنة والتبادل والتصنيف والفرز والاسترجاع ومعالجة المعلومات الأخرى بداخله .

  يعود تاريخ المعالجات الدقيقة إلى عام 1971 ، عندما قدمت Intel المعالجات الدقيقة الأولى في العالم ، وهي 4004. مع 2300 الترانزستورات و 60،000 عملية في الثانية الواحدة ، فإنه يستخرج تعليمات من ذاكرة أشباه الموصلات لمجموعة واسعة من الوظائف المختلفة. كان هذا رائعا للغاية في ذلك الوقت.

  في عام 1980 ، اختارت شركة آي بي إم معالج Intel 1688 80 بت 16 بت باعتبارها الجهاز الأساسي للجيل الأول من أجهزة الكمبيوتر ، مما خلق عصر أجهزة الكمبيوتر الشخصية.

  في عام 1982 ، قدمت إنتل رقاقة 80286 ، والتي تضمنت 134000 الترانزستورات في الداخل ، والتي كان أداء ثلاثة أضعاف معالجات 16 بت الأخرى في ذلك الوقت. يتم استخدام هذه الشريحة على كمبيوتر IBM PC / AT.

  في عام 1985 ، تم طرح المعالج 80386 في السوق ، باستخدام بنية جديدة 32 بت مع 275000 الترانزستورات و 5 ملايين التعليمات في الثانية (5 MIPS).

  في عام 1989 ، ظهر المعالج 80486 ، مع 1.2 مليون الترانزستورات في رقاقة ومعالج رقمي. هذه الشريحة أسرع بنحو 50 مرة من الشريحة الأصلية 4004.

  في عام 1993 ، قدمت Intel معالج Pentium. يستخدم معالج Pentium 3.1 مليون الترانزستورات ويعمل على 90 MIPS ، أي ما يعادل 1500 مرة من المعالج 4004 الأصلي.

  في عام 1997 ، قدمت إنتل Pentium II بـ 7.5 مليون الترانزستورات ، وقدمت AMD معالج K6MMX الصغير مع 8.8 مليون الترانزستورات. يحتوي الكمبيوتر الذي يستخدم هذه الشريحة على نسبة سعر أداء أعلى.

  في عام 2002 ، قدمت Intel شريحة Pentium IV بتردد 2.2 جيجا هرتز ، والذي تم إنتاجه في عملية 0.13μm. قدمت AMD شريحة Athlon XP 2000 + بتردد 1.67 جيجاهرتز ، وعلى الرغم من انخفاض سرعة الساعة ، إلا أن الأداء ليس أدنى من Intel.

  في عام 2006 ، قدمت Intel معالج Core 2 Duo ، معلنةً نهاية عصر Pentium. مقارنة بمعالج الجيل السابق ، يتمتع المعالج Core 2 Duo بأداء أعلى بنسبة 40٪ واستهلاك طاقة أقل بنسبة 40٪ ، مما يتيح تشغيلًا متعدد المهام عالي السرعة. يحتوي المعالج على 291 مليون الترانزستورات.

  في عام 2007 ، قدمت AMD معالج Opteron رباعي النواة.

  قالت إنتل إنها ستقدم وحدة المعالجة المركزية 32 نواة في عام 2010 مع بنية صغرى 32 نانومتر (1 نانومتر = 10 - 9 م) لتحقيق مستوى آخر من الأداء الموفر للطاقة.

  ثالثا ، تطبيق واسع من التكنولوجيا الالكترونية الدقيقة

  بالإضافة إلى أجهزة الكمبيوتر ، يتم استخدام الإلكترونيات الدقيقة في مجموعة واسعة من التطبيقات الأخرى. من أقمار الاتصالات، والرادار العسكري، طريق المعلومات السريع ، إلى الهواتف، الهواتف المحمولة ، نظام تحديد المواقع ، من التنبؤ بالأحوال الجوية والاستشعار عن بعد والقياس عن بعد ل تلفزيون الكابل ، MP4، DVD، من الرعاية الصحية و الطاقة والنقل والهندسة البيئية والإنتاج الآلي، في الحياة اليومية ، تتسلل جميع الحقول بتكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة. لقد أصبحت تقنية عالية تمثل مستوى التحديث الوطني وحياة الناس.

  تعد أنظمة البث التلفزيوني الحديثة أحد المجالات التي تعد فيها تقنية الإلكترونيات الدقيقة مفيدة جدًا. تحل الدائرة المتكاملة محل الدائرة الوظيفية المكونة من معظم المكونات المنفصلة في جهاز التلفزيون الملون ، بحيث تكون دائرة التلفزيون بسيطة ومستقرة في الأداء ومريحة في الصيانة وانخفاض السعر. تتيح تقنية التوليف الرقمي التي تستخدم تقنية الإلكترونيات الدقيقة اختيار التلفزيون لما يصل إلى مئات القنوات ، ويحسن بشكل كبير دقة الصوت والصور.

  كان لتكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة تأثير عميق على السوق الاستهلاكية للمنتجات الإلكترونية . الإلكترونيات الدقيقة منخفضة التكلفة وموثوقة وصغيرة وخفيفة الوزن تظهر في تيار لا نهاية له. منتجات التكنولوجيا الإلكترونية والمعالجات الدقيقة لم تعد الأرستقراطيين في العالم من الأدوات العلمية المتخصصة ، ولكن استقر في مجموعة واسعة من المنتجات الشعبية ودخلت منازل الناس العاديين. على سبيل المثال ، الألعاب الإلكترونية وأجهزة الألعاب وآلات التعلم والأجهزة المنزلية الأخرى. حتى المنتجات الميكانيكية التقليدية للسيارات اخترقت تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة ، فقد تم استخدام أنظمة مراقبة المحركات الإلكترونية التي تستخدم تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة ، وأنظمة مكافحة سرقة أمن السيارات ، وأجهزة قياس سيارات الأجرة ، وما إلى ذلك على نطاق واسع ، وأحيانًا في السيارات الحديثة. هناك العشرات إلى العشرات من المعالجات الدقيقة.

  تطور تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة يتغير مع مرور كل يوم. تأثيره على عملنا والحياة والإنتاج لا حصر له.
أحدث أقدم