Mikroelektronik

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    (griechisch)

    Allgemeines

    Die Mikroelektronik ist ein Teilgebiet der Elektronik und speziell der Halbleiterelektronik, das sich mit der Entwicklung, Fertigung und dem Einsatz hoch verdichteter, leistungsfähiger und meist sehr komplizierter integrierter Schaltungen und Funktionseinheiten (siehe Chips) befasst. Der Begriff der Mikroelektronik wurde im Zuge der Miniaturisierung der elektronischen Schaltungen eingeführt und bezeichnet den Anwendungsbereich von Mikroschaltungen. Der Name ist von der mechanischen Größenordnung der fertigungstechnisch beherrschbaren Strukturen in integrierten Schaltkreisen abgeleitet worden. Die Bezeichnung Mikroelektronik wird heute auf alle Elektronikbauteile vom Chip bis zum Mikroprozessor angewendet. Die Mikroelektronik repräsentiert eine Entwicklungsstufe, die durch die Vergrößerung der Bauelementedichte und durch die Integration der vorher diskreten Bauelemente zu integrierten Festkörperschaltkreisen gekennzeichnet ist.

    Bauelemente

    Hinter der Mikroelektronik verbirgt sich eine Halbleitertechnik, deren Produkte in praktisch alle industriellen Bereiche und über das Auto und die Unterhaltungselektronik z.B. auch in den Privatsektor Eingang gefunden haben. Alles beginnt beim Chip, dem Plättchen aus Silicium, auf dem Bauelemente wie Dioden, Transistoren, Widerstände und Kondensatoren untergebracht sind. Die einzelnen Bauelemente einer Schaltung oder einer vollständigen Funktionseinheit (kombinatorischer, sequenzieller oder Speicherschaltkreis) sowie der erforderlichen Verbindungsleitungen bilden einen untrennbaren und meist in einem einheitlichen Herstellungsprozess entstandenen Funktionsblock - den integrierten Schaltkreis bzw. die integrierte Schaltung. Der so genannte Integrationsgrad bezeichnet die Anzahl der Bauelemente, die auf einem Chip untergebracht werden können; er ist die wichtigste Kenngröße zur Charakterisierung des Entwicklungsstandes der Mikroelektronik. In den vergangenen 30 Jahren hat sich der Integrationsgrad alle zwei bis drei Jahre vervierfacht. Weitere wichtige Kenngrößen sind die erzielbare Ausbeute aus den Halbleiterscheiben (Wafer), die Ausfallrate der Chips, der Flächenbedarf der Schaltungen und die Bauelementedichte.

    Mit der Integration von mikroelektronischen Bauelementen und z.B. optoelektronischen Bauelementen befasst sich die integrierte Optoelektronik.

    Vorteile

    Schaltungen und Herstellungsprozesse der Mikroelektronik bieten gegenüber Schaltungen aus Einzelbauelementen folgende Vorteile:

    - höhere Bauelementedichte und dadurch Verringerung des Volumens von Geräten und Anlagen

    - höhere Zuverlässigkeit (durch hochentwickelte Herstellungstechnologie und verringerte Lötstellenanzahl)

    - verringerte Masse und verringerter Materialeinsatz (besonders für ortsveränderliche Geräte und Anlagen von großer Bedeutung)

    - verringerter Energiebedarf und folglich reduzierte Verlustleistung und Wärmeentwicklung)

    - verkürzte Signallaufzeit infolge geringer Abmessungen integrierter Schaltkreise und hoher Bauelementedichte

    - wesentliche Steigerung der Arbeitsproduktivität und dadurch ein relativ niedriger Preis (durch automatisierte Herstellungsverfahren).

    Herstellungstechniken

    Vorrangige Bedeutung in der Mikroelektronik haben folgende Herstellungstechnologien:

    - Schichttechnik, untergliedert in Dünnschichttechnik (Dünnfilmtechnik) und Dickschichttechnik (Dickfilmtechnik): Herstellung passiver Bauelemente und Leiterzüge auf einem nichtleitenden Substrat, aktive Bauelemente müssen nachträglich eingefügt werden.

    - Hybridtechnik als Kombination der Halbleiterblock- und Schichttechnik und gegebenenfalls zusätzlicher diskreter Bauelemente

    - Halbleiterblocktechnik für Festkörperschaltkreise: Herstellung aktiver (Transistoren) und passiver (z.B. Widerstände) Bauelemente in einem monolithischen Silicium-Halbleiterkristall (Chip), vorrangig durch unterschiedliche Dotierung verschiedener Bereiche des Kristalls mit Fremdstoffen, Anwendung der MIS-, MOS-, CMIS- und CMOS-Technik und der Bipolartechnik.