Mikroelektronik

Mikroelektronik: modernes Teilgebiet der Elektronik, das sich mit der Entwicklung und Herstellung außerordentlich kleiner und meist sehr komplexer elektronischer Schaltungen und Funktionseinheiten befasst. Die einzelnen Bauelemente einer Schaltung oder einer kompletten Funktionseinheit einschließlich der notwendigen Verbindungsleitungen verschmelzen zu einem untrennbar verbundenen und meist in einem einheitlichen Herstellungsprozess entstandenen Funktionsblock (integrierte Schaltung, integrierter Schaltkreis, IC (von englischen integrated circuit)). ursprünglich wurden integrierte Schaltungen mit der Forderung nach kleinsten Abmessungen für die Raumfahrt entwickelt. Wegen folgender entscheidender Vorteile gegenüber Schaltungen aus Einzelbauelementen verbreiten sie sich schnell in der gesamten Elektronik: wesentlich höhere Zuverlässigkeit infolge ausgefeilter Herstellungstechnologie und verringerter Lötstellenzahl; erhebliche Steigerung der Arbeitsproduktivität und niedriger Preis durch automatisierte Herstellung; höhere Packungsdichte (Bauelemente Dichte) von über 10 Einzelelementen in wenigen mm3. Nach der Herstellungstechnologie unterscheidet man

a) die am weitesten verbreiteten Festkörperschaltkreise (Halbleiterblocktechnik);

b) Filmschaltkreise in Dünnschichttechnik (Dünnfilmtechnik) oder Dickschichttechnik (Dickfilmtechnik);

c) Schaltkreise in Hybridtechnik als Kombination der Halbleiterblock- und Filmtechnik. Bei der Halbleiterblocktechnik werden aktive und passive Bauelemente in einem Monolith, (aus einheitlichen Material bestehenden) Silizium-Halbleiterkristall (Chip) im Wesentlichen durch unterschiedlicher Dotierung verschiedener Bereiche des Kristalls mit Fremdstoffen hergestellt (Planarprozess) und ergeben vorzugsweise aus Transistoren (Bipolar- und MOS-Schaltungen) bestehende Festkörperschaltkreise. Bei der MIS- oder MOS-Technik (von englischen metal insulator semiconductor beziehungsweise englischen metal oxide semiconductor), die sich vom MOSFET ableitet, wird neben der günstige elektrische Parameter des MOSFET eine hohe Packungsdichte und einfachere Technologie erzielt. In der CMOS-Technik (von englischen complementary metal oxide semiconductor) werden integrierte Bauelemente verwendet. Da die Entwicklungskosten sehr hoch sind, werden Standardschaltungen mit großer Anwendungsbreite produziert. Bei Filmschaltkreisen werden passive Bauelemente und Leiterzüge in Form dünner leitfähiger Filme (Schichten) auf isolierendem Trägermaterial (Substrat) aufgebracht. Nachteilig ist, dass aktive Bauelemente (zum Beispiel Transistoren) nicht im gleichen Herstellungsprozess entstehen, sondern nachträglich eingefügt werden müssen. Historisch teilt man elektronische Bauelemente und Geräte in «Generationen» ein, die sich hinsichtlich wesentlichen Eigenschaften (Wirkprinzip, Technologie unter anderem) unterscheiden: 1. Generation (etwa ab 1907): Elektronenröhre, Entwicklung der Schwachstromtechnik; 2. Generation (ab 1948): Transistor, Entwicklung der Halbleitertechnik; 3. Generation (ab 1961): integrierte Schaltungen, Entwicklung der Mikroelektronik (SSI- und MSI-Schaltkreise); 4. Generation (ab 1971): Großintegration (LSI-Schaltkreise), Mikroprozessoren; (ab 1979): Größtintegration (VLSI-Schaltkreise), Ein Chip-Mikrorechner; 5. Generation (erst nach 1990 von größerer Bedeutung): Funktionalelektronik (Molekularelektronik). Die Mikroelektronik ist ein Kernstück der wissenschaftlich-technischen Revolution. Als Schlüsseltechnologie führt sie zu einer neuen Qualität der Intensivierung der Produktion.