БИС и СБИС для построения процессоров и памяти. Часть 3.

Разработка элементной базы на основе арсенида галлия GaAs открывает новые возможности создания сверхбыстродействующих ЭВМ и перехода к машинам V поколения.

В свое время кремний стал основным материалом (вместо германия) для твердотельных электронных приборов, что повлияло на технологическое оснащение электронной промышленности. Произошло это по двум причинам. Во-первых, кремниевые элементы обладают возможностью работы в более широком диапазоне температур; во-вторых, кремний обеспечивает повышенную стабильность и возможность применения планарной технологии, которая дала начало интегральным микросхемам.

Арсенид галлия является полупроводниковым материалом, но обладает большим температурным диапазоном, чем кремний, и, самое главное, позволяет получить полуизоляционную подложку, которой нет ни у кремния, ни у германия. Такую подложку можно считать идеальной для технологии планарных приборов с полностью ионной имплантацией. Арсенид галлия, как известно, не имеет естественного оксида и поверхность его кристаллов стабилизируется состоянием поверхностных дефектов. Последнее обстоятельство позволяет создавать на базе Ga As радиационно стойкие микросхемы. Однако поверхностные свойства Ga As удорожают производство кристаллов высокой степени интеграции, а отсутствие пассивации исключает возможность формирования МОП-схем, которые составляют основу самого обширного класса кремниевых СБИС.

Чтобы создать надежно функционирующие ИС на базе GaAs, потребовалось длительное время (с 60-х годов). Это объясняется сложностью технологического процесса создания арсенид-галлиевых транзисторов. Первые попытки в этом направлении потерпели неудачу из-за сложности процесса внесения примесей методом диффузии, а также из-за потери свойств полуизоляционных подложек при повышении температуры.

Реальные возможности создания ИС на базе GaAs появились после замены диффузионного способа способом ионной имплантации, а также после выяснения причины перехода подложек в проводящее состояние при повышении температуры. При этом были приняты структуры полевых транзисторов с диодами Шотки и полевые транзисторы с p-n-переходом.

При создании ИС на базе GaAs два свойства GaAs привлекли внимание заказчиков и специалистов: большая подвижность электронов исходного материала и его высокая радиационная стойкость. Второе свойство приобретает особое значение при создании СЭВМ, работающих в экстремальных условиях, в частности на космических аппаратах, при создании высоконадежных, потребляющих малую мощность, радиационно стойких процессоров сигналов. При этом в качестве основного показателя принимается не просто производительность, а производительность, отнесенная к единице мощности (млн. команд/на 1 Вт).