Читальный зал -->  Электронные вычислительные машины 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 [ 55 ] 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

рина определенной конфигурации могут вести себя как молекуляр ная электрическая цепь, включаемая светом. Сложные логические] вычислительные устройства, созданные на основе молекулярной электроники, будут иметь очень малые размеры {1 см), а и± быстродействие будет в 800 раз и более выше быстродействия любого полупроводникового устройства.

В будущем молекулярная электроника станет естественным преемником кремниевой технологии.

19.5. Особенности производства микросхем

Современное производство полупроводниковых микросхем пред. ставляет собой комплекс большого числа сложнейших технологиче-д ских и контрольных операций, для выполнения которых требуетсй. около сотни единиц специального оборудования. Очень высокие требования предъявляются к качеству основных и вспомогательных материалов, точности оборудования и условиям производства.

Необходимыми условиями производства микросхем являются обеспечение в производственных помещениях стабильного микрс климата и высокой чистоты окружающей среды.

Микроклимат характеризуется температурой и относи-; тельной влажностью воздуха. Для помещений первой категорий относительная влажность воздуха составляет (45±5)%, темпера* тура зимой 21 °С, а летом (23±1) °С.

Чистота воздушной окружающей среды опреде- ляется наличием пыли. В 1 л городского воздуха содержится 10 взвешенных частиц, а в производственных помещениях допускает-! ся не более четырех частиц пыли со средним размером 1 мкм на! 1 л воздуха.

Обеспечение требуемых условий в производственных помеще-1 ниях достигается созданием специальных герметизированных зон, где обеспечивается многократная фильтрация поступающего воз-< духа, его подогрев или охлаждение. Отделка внутренних помеще- НИИ производится материалами с высокой влаго- и эрозионной стой-: костью. Доступ в герметизированную зону разрешается только уз-t кому кругу непосредственных исполнителей в специальной одежде j и обуви, не выделяющей пыли. Все исполнители должны строго соблюдать правила личной гигиены, не применять косметические средства и не вносить личные вещи.

При производстве БИС внутри геркетизированных зон создают чистые комнаты, в которых предельные размеры пылинок не должны превышать 0,3 мкм. По мере перехода к СБИС потребовалось создание сверхчистых комнат, где допускается перепад температур в пределах ±0,1 °С, влажности в пределах ±1% и не более одной пылинки размером 0,1 мкм на 30 л воздуха.

Основным источником пыли в чистых помещениях является человек. Снижение загрязненности помещения потребует обеспече-

ния работающих специальной одеждой, не выделяющей пыли и снабженной устройствами, улавливающими продукты выдыхания.

Важным фактором снижения загрязненности является сокращение продолжительности технологического процесса на основе комплексной автоматизации с переходом к безлюдному производству.

Обеспечение необходимых требований к микроклимату и чистоте окружающей среды связано с большими затратами. Для снижения расходов на фильтрацию воздуха полупроводниковые предприятия располагают в зеленых зонах вне города. Операции технологического процесса, к которым предъявляются общие требования, целесообразно группировать в одном помещении. Отдельные сборочные операции выполняют в скафандрах, куда под небольшим давлением вводят очищенный и осушенный газ, что препятствует проникновению наружного воздуха в скафандр. Для обеспечения сборочных операций скафандр снабжают микроскопом.

Одной из важнейших проблем является контроль чистоты в технологических помещениях. Наиболее важными объектами контроля являются параметры микроклимата и характеристики аэрозольных частиц. В чистых технологических помещениях контролируются также степень освещенности, газовый состав воздуха, уровень вибрации и т. д.

Благоприятные условия для выполнения технологических операций имеются в космосе. Такие условия (невесомость, глубокий вакуум и др.) создать на Земле трудно или вообще невозможно.

При получении полупроводниковых материалов в состоянии невесомости существенно изменяются силы, действующие на материалы, и уменьшается роль тепловой конвенкции.

Первые технологические эксперименты по получению полупроводниковых материалов были проведены на космическом корабле Союз (1969 г.) и повторялись в последующие годы. На станции Салют-7 была создана установка Корунд , на которой были получены монокристаллические слитки арсенида галлия с более совершенной структурой.

Космическая технология имеетогромный потенциал. Она не только дополняет земную технологию, но и в перспективе имеет возможность разгрузить планету от целого ряда нежелательных производств.

Важной задачей является обеспечение безопасных условий работы на всех этапах производства микросхем.

В современных технологических процессах, связанных с производством полупроводниковых интегральных микросхем, применяются разнообразные ядовитые и взрывоопасные вещества (цианистый калий, плавиковая кислота, горячая серная кислота, водород и др.). При работе с ними надо соблюдать ряд мер предосторожности.

Плавиковая кислота может вызвать сильные ожоги, которые появляются не сразу. Она гораздо опаснее обычных кислот, кото-

рые оказывают немедленное действие. Плавиковая кислота представляет угрозу для оборудования, так как энергично вступает в реакцию со многими веществами. Ее следует хранить в специальной таре и работать с ней только при надежной защите рук, глаз и др.

Немедленным обжигающим действием отличаются азотная, соляная й серная кислоты. Добавление воды к концентрированным кислотам приводит К взрывным реакциям, в результате которых кислота разбрызгивается на большие расстояния. Действие подобных реакций возрастает при повышенных температурах.

Некоторые кислоты реагируют с цианистым калием с образованием ядовитого цианистого газа. Сам цианистый калий очень ядовит.

Жидкий азот и другие сжиженные газы при длительном воздействии могут вызвать обморожение. Кроме того, необходимо предусматривать ограждения от направленного взрыва больших сосудов,; используемых для работы с жидким азотом.

Большую угрозу представляют используемые в диффузионных! и эпитаксиальных процессах мышьяк, сурьма и фосфор. Они могут воздействовать на организм человека в виде паров, жидких или твердых соединений.

Соблюдение всех правил техники безопасности позволяет сделать производство полупроводниковых интегральных микросхем безопасным.

Г Л А в А 20 ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ

20.1. Виды запоминающих устройств

Запоминающие устройства (ЗУ) цифровых вычислительных машин предназначены для записи, хранения и выдачи кодов чисел. Наиболее важными показателями ЗУ являются емкость и время обращения к ЗУ. Наряду с этим ЗУ характеризуются длительностью хранения информации, экономичностью, надежностью работы и габаритными показателями.

Наибольшее применение в настоящее время находят ЗУ с магнитной записью на носитель из материалов с прямоугольной петлей гистерезиса. Такие устройства отличаются большой емкостью и высокой скоростью записи информации.

Универсальные машины имеют два типа запоминающих устройств: внешние и внутренние (оперативные).

Внешние ЗУ по принципу действия и конструкции делят на устройства с последовательным поиском информации (магнитные ленты) и с произвольным обращением (магнитные барабаны, диски и карты). Устройство на магнитной ленте имеет боль-

Шую емкость и малую стоимость хранения информации (в 10... 15 раз меньшую, чем при записи на магнитные барабаны), однако время поиска информации очень велико.

Надежность памяти на магнитных барабанах и дисках за счет бесконтактной записи выше уровня надежности устройств, осуществляющих запись при непосредственном контакте головки и носителя.

Магнитные барабаны широко использовались на первом этапе внедрения ЕС ЭВМ. В настоящее время они применяются ограниченно вследствие малого объема хранимой информации. Особенностью накопителя на магнитном барабане является малое время обращения к ЗУ и высокая надежность, что позволяет эффективно его использовать в вычислительных системах (например, в системе Эльбрус ).

Наиболее перспективными являются устройства на магнитных дисках. По емкости хранимой информации они не уступают магнитным лентам, а стоимость хранения информации в них ниже, чем в магнитных барабанах. Запоминающие устройства на магнитных дисках позволяют осуществлять обмен записанной информации без перезаписи и создавать библиотеки информации.

Устройства на магнитных картах ввиду быстрого износа носителя и головок широкого применения не получили.

В качестве материала магнитного покрытия применяют ферро-лак, который состоит из магнитного порошка (75 ...80 %), связующего вещества (12... 14 %) и пластификатора. Магнитным порошком служат оксиды железа РегОз или Рез04, а иногда их композиция. Для получения более однородного покрытия зерна порошка должны иметь размер 0,3 ...0,8 мкм. Лучшие результаты обеспечивает феррито-кобальтовый порошок, состоящий из смеси оксидов железа и кобальта (95 ... 80 % РегОз; 5 ... 20 % СоОз)..

Связующее вещество, удерживающее магнитное покрытие на основе, состоит из нитроколлодия, растворенного в спиртоацетоно-вой смеси, составленной в отношении 2 :3. Пластификатор (обычно касторовое масло) придает ферролаку требуемую пластичность.

Ферромагнитные порошки характеризуются коэрцитивной силой (200 ...650 А/м) и остаточной индукцией (4 ... 9 сТл). Повышение коэрцитивной силы уменьшает эффект саморазмагничивания, но затрудняет стирание записанной информации.

Основные недостатки ферролакового покрытия - низкая остаточная индукция и малая механическая прочность. Большую механическую прочность имеют гальванические покрытия из сплавов вольфрама, кобальта и никеля.

Физической основой магнитной записи является свойство ферромагнитных материалов сохранить состояние остаточной намагниченности после воздействия внешнего магнитного поля. Последнее создается посредством магнитной головки (рис. 20.1, а). Магнитопровод головки состоит из двух половин. На каждой половине

и м м м м

Рис. 20.1. Схема магнитной записи:

а - продольной; б - вертикальной (перпендикулярной)

уложена обмотка. Одна обмотка служит для записи нуля, вторая - для записи единицы и считывания. Обмотки уложены так,* что они создают противоположно направленные магнитодвижущие! силы (МДС). Поэтому как ноль, так и единица записываются одно- полярными импульсами, направляемыми в ту или другую обмотку.] Ток, проходя по обмотке записывающей головки, создает напря- \ женность магнитного поля. Наиболее сильное магнитное поле об- j разуется в месте разрыва (рабочем зазоре). Это поле воздейству- ;

ет на слой ферромагнитного покрытия,-; изменяя его состояние. После выхода на- J магниченного слоя из-под головки в силу остаточного магнетизма состояние слоя ; остается памагппчеьным, образуя магнит-1 ный диполь (магнит малых размеров).! Располагаясь последовательно, диполиj образуют магнитную дорожку. Плот- ность размещения магнитных диполей на \ дорожке зависит от скорости движения J носителя и частоты импульсов тока. Зад- НИИ зазор служит для уменьшения оста-! точного намагничивания сердечника. I При считывании информации в обмот-1 ке головки наводятся разнополярные им-1 пульсы. В промежутках между импульса-1 ми носитель остается размагниченным. i Этот способ записи информации характеризуется малым уровнем! шумов (помех), но требует специальных устройств для распозна- вания считываемого сигнала. I

Часто применяется запись информации, при которой импульс тока, соответствующий единице, производит перемагничивание участка йосителя; импульс тока, соответствующий нулю, не производит перемагничивания. Импульсы ЭДС при считывании соответствуют только единицам, а отсутствие ЭДС соответствует нулю.

Значительное увеличение информационной емкости ЗУ на маг- нитных носителях и снижение стоимости хранения информации обеспечивают новый метод вертикальной (перпендикулярной) магнитной записи. Сущность метода состоит в том, что намагниченные участки на носителе (магнитные домейы) располагаются перпендикулярно поверхности носителя (рис. 20.1, б). Максимальная продольная плотность записи при этом ограничивается только толщиной магнитной стенки (несколько сотен ангстрем), разделяющей два отдельных магнитных домена. Теоретические пределы записи при вертикальном способе на порядок выше (4,8-10 бит/мм), чем при горизонтальном способе записи (4,0-10* бит/мм).

Перпендикулярную запись можно осуществить с помощью различных головок, но предпочтение отдается головкам с разнесенны-

ми полюсами, которые располагают по разные стороны носителя перпендикулярно его поверхности. Основной магнитный полюс контактирует с поверхностью носителя, а другой не соприкасается с носителем. Между полюсами головки создается магнитное поле, силовые линии которого располагаются перпендикулярно поверхности носителя. Воспроизводимость записи осуществляется с помощью обычных головок.

Внутренние (оперативные) ЗУ. Они выполняются на магнитных или полупроводниковых элементах. Долгое время оперативная память выполнялась на ферритовых сердечниках. За последнее десятилетие ферритовые оперативные ЗУ заменены полупроводниковыми, которые построены на биполярных и МОП-транзисторах.

Ба;кпь;мн достоинствами иолупроводпнковых ЗУ являются высокое быстродействие, малая мощность сигналов записи и достаточно большая амплитуда считываемых сигналов. Это позволяет отказаться от наличия в составе ЗУ мощных, формирователей токов записи и усилителей сигналов считывания.

В настоящее время ведутся работы в области создания полупроводниковых ЗУ с гистерезисными свойствами, которые способны сохранять заряды, накопленные на поверхности диэлектрических слоев, в течение нескольких месяцев идаже лет.

Наряду с широким внедрением полупроводниковых ЗУ проводятся экспериментальные работы по созданию оптоэлектронных, криогенных и других ЗУ.

20.2. Магнитные головки

Конструктивное выполнение магнитных головок весьма разнообразно й зависит от типа магнитного носителя и способа записи.

Для головок, работающих в ЗУ на магнитной ленте, весьма важное значение имеют состояние и длина рабочей поверхности, т. е. поверхности соприкосновения с лентой. Магнитная запись на барабанах и дисках бесконтактная, так что в процессе эксплуатации не происходит износа головки. При бесконтактной записи применяют плавающие головки, которые сохраняют стабильный зазор при определенной относительной скорости головки носителя. Подъемная сила, поддерживающая головку над поверхностью движущегося носителя, возникает в результате попадания воздуха, увлекаемого движущимся носителем под головку. Плавание головки обеспечивается за счет уравновешивания сил давления воздушной пленки, возникающей при вращении диска или барабана, и массы подвижных элементов.

Для одновременной записи на нескольких дорожках головки объединяют в блоки (рис. 20.2, а, б). Блок состоит из двух полублоков / и 2, скрепленных винтами. В них установлено десять магнитных головок. Они состоят из двух сердечников 3 с обмотками 4,

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 [ 55 ] 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.