Guillem Camarasa

Camarasa, Guillem

Hemeroteca Cientifica Catalana

. ,  . ClenCla�-----------------------------------------------, LA MI CROÈLECTRÒNICA DE L' EUREKA Guillem Camarasa El programa de l 'Eureka en el camp de la microelectrònica defineix dos projectes clara­ment diferenciats pel que fa als ASIC (Application Specific Integrated Circuits). Amb aquesta estratègia Europa vol posar remei a la forta dependència tecnològica actual res­pecte dels EUA i el J ap6. ANT ECEDEN TS Com és prou sabut, e l  c lar avantatge tecnològic dels EUA i e l  J ap6 respecte d ' Europa en el camp de la  m icroe lectrò­nica és una vel la  realitat. En aquest sentit ,  l ' esperit de l 'Eu­reka vol posar remei a aquesta si tuaci6 de forta dependència tecnològica en què es troba tota la  indústria europea i es­tablir  una estratègia de futur ben particular. L ' avenç i el canvi rapidíss im que experimenten les  necessi­tats industrials  en e l  terreny de l 'e lectrònica fan que sovint  les  tecnologies de fabricació i disseny dels circuits electrò­nics esdevinguin ràpidament obsoletes. Aquest podria ser e l  cas dels circuits integrats estandardi t z ats,  que ja s 'estan ressentint de la  creixent de-Fig. 1 - Estructures de diòxid de silici . vistes al microscopi electrò­nic d'escandaUatge (SEM). 30 ( 3 1 0Nolum 5/octubre ciència) manda de circuits  e lec t rònics "a m ida" anomenats també ASIC (Appl icat ion Speci f ic I n ­tegrated Circuits ) .  QUÈ ÉS UN CIRCU IT  ASIC ? Aquest t ipus de circuits  e lectrònics, d ' una banda,  han de respondre a les especi fica­cions ben concretes de cada fabiicant i ,  d 'a ltra banda, l l ur consum es redueix a sèries de fabricació re la t ivament pet i tes en comparació dels circuits de t i pus estàndard (de gran con­sum). Aquest fet ha i m posat un canvi en la  m a teixa f i loso­fia de fabricació en  el  camp de la  m icroe lectrònica i ,  àd­huc,  en les tècniques i les tec­nologies de fabricació m és o m enys tradicionals o convenci-0nas.  D ' a l tra  part ,  una de les condicions que requereixen els circuits "a m ida" és que l lur temps de d í sseny, f abr icaci 6 ver i f icació sigui m o l t  m és curt.  ELS CIRCUIT S  A MIDA ! L'EUREKA Per donar una resposta tec­nològica de fabricació a aques­ta  necess i tat  l 'Eureka ha enge­gat dos projectes. U n  d ' e l l s,  e l  const i tueix l ' associació entre Thomson ( França) i l 'empresa bri tànica General Electric Crop. ( GEC)  a m b  vista a crear un  laboratori de desenvo lupa­ment de circuits  i ntegrats es­pecífics en t e m ps re lat ivament  curts .  La  fi loso fia d ' aquest projecte rau a em prar, per tal  de produir c i rcui  ts específics, "m acrocè l . l u l es" que ja  conte­nen m i lers de transistors que han estat prèv iament  rea l i t zats  en e l  c ircu i t  i n tegrat i a t rac­tar-les co m b locs específics. Aquestes cè l . l u les o b locs di fe­renciats seran connectades en­tre s i  segons un diagra m a  es­pecífic d ' in terconnexions, de m anera que hom estalviarà molt  temps des del punt de vista del  disseny i l a  rea l i  t za­ció pràct ica de circuits  proto-(3 1 1 /Yolum 5/octubre ciència) 3 1  Fig. 2 - Oblies de silici durant el procés de difusi6. t ipus podrà fer-se m o l t  ràpi­dament.  Les m àscares específi­ques per rea l i t zar  les i ntercon­nexions seran produ"(des amb tècni ques de fe ix  electrònic i les connexions sobreres seran e l i m i n ades per l àser. A part ir  d ' aquesta tècnica hom creu po­der arribar a produi r  una ob l ia  de  s i l i ci a m b  e l  corresponent nom bre de c ircuits  a m i da en un sol dia.  Pel  que fa al  t e m ps de l l iurament  dels c ir­cui ts,  dependrà evidentment  de l l u r  com plex i tat ,  però hom creu que s ' escurçarà i esdevi n­drà  in ferior a un mes ,  la  qual  cosa consti tu irà  una f i ta  veri­tab lement  i m portant si pensem que amb les tècniques conven­cionals de disseny i fabricació ac tua lment  en ús aquest perío­de s ' a l l arga a mo l ts  m esos. La m a nca d ' opt i m i t z ació de la superfíc ie de s i l ic i  e mprada en aquest projecte no sembla  una qüesti6 gai re i mportant atès que es tracta de sèries curtes i e ls  avantatges esmen-tats pel que fa a la  rapidesa s6n . evidents. L ' acord entre ambdues empreses electròni­ques preveu l 'establ iment  d ' un servei m ancom unat de disseny assistit per ordinador amb el corresponent arxiu o biblioteca de "m acrocèl . lules". E� SEGON pROJECTE TECNOLOGIC El segon projecte de l 'Eureka s ' anomena European Silicon Structure (ES2) i compta amb la  participaci6 de set  pa'ï'sos ( França, Bèlgica, Finl àndia, Gran Bretanya, Suècia, Su'ï'ssa i Austria)  i obeeix a tota una a l tra concepci6, tot i que vol ser una resposta  a les matei­xes necessitats del  mercat. L 'objectiu d ' aquesta nova soci ­etat ,  en la qual  hi ha  i nverti t  capital  exclusivament europeu, preveu fornir en temps extre­m ament curts  i a preus com ­petitius tota mena de protot i­pus  de circuits integrats "fu l l  custom", és a d ir ,  circuits e lectrònics molt específics i concebuts segons les necessi­tats específiques de cada c l i ­ent .  E ls  serveis que  vo l  donar aquesta empresa van des de la formació del m ateix cl ient en la concepci6 i e l  disseny del circuit específic fins a l  seu ensinistrament en les tecnolo­gies de fabricació adients a cada cas. Hom preveu, d 'a­questa m anera, aconseguir en m enys de dues setm anes la  re­a l i tzaci6, a partir de les dades del cl ient,  del disseny complet del circui t integrat,  incloent -hi e l  corresponent program a  de veri ficaci6 e lectrònica. Els  mi tjans em prats preveuen la sim ulació de funcionament del circuit mit jançant programes específics. Pel  que fa a la  fa­bricació dels prototipus en  pe­tites sèries, les tecnologies que hom pensa e m prar seran cap­davanteres ( feix d 'e lectrons, implantaci6 iònica, etc. ) .  La data en què hom preveu que funcionarà aquesta instal . lació serà vers l ' estiu de 1 987 i es trobarà prop d'Ais de Proven­ça. La capaci tat de producció serà d ' uns 50.000 circuits per Fig. 3 - Geometries d' 1,3 microns d'amplada observades amb el micrQSCO­pi electr()nic d'escandallatge. cada sèrie, tot i que ja exis­teix un acord amb Philips que garantirà unes produccions o sèries majors de circuits en cas necessari. D ' a ltres poss ib i­l itats que preveu e l  projecte ES2 s6n l ' assistència i la co l . ­laboració a m b  d 'a l tres centres de disseny que existeixen arreu ( París, Londres, MGnic ) .  Els  32 (3 1 2/Volum 5/octubre ciència) usuaris potencials d ' aquests serveis  abracen tota mena d 'a­pl icacions: m i l i t ars, indGstria aerospacia l ,  fabricants d'ordi­nadors,  de béns de consum ,  etc. E l  m ercat anual per a acjuest t ipus de components e lectrònics pot arribar a ésser d ' uns 700 m i l ions de dòlars d ' ací a un pare l l  d ' anys. Fig. 4 - Transport automiltic de les oblies de silici durant l 'aplicació de resines totosenslbles. (3 1 31Volum 5/octubre ciência) 33 ASPECTES T ECNOLOGICS Les tecnologies de  fabricació actuals  perm eten d'obtenir in­dustri a l m ent geom etries de 2 , 5  m icrons. En aquest sent i t ,  e l  següent pas  vers l a  m iniaturi t ­zaclO preveu asso l i r  1 , 2 m i ­crons d ' ací a u n  pare l l  d ' anys per arribar f inalment a la  tec­nologia adient per a geometr i­es  de  0, 5 m icrons. D ' a l tra part,  l a  f iabi l i tat  de ls  components electrònics fa que l lur creixent complexi­tat esdevingui una tasca cada vegada més complexa a l ' hora de veri ficar-los electrònica­m ent un per un,  pas que cal  fer abans de com provar l lur  fiab i l i tat  per · m ostreig. Donat que és i m possib le  controlar o evitar que en e l  procés de fa­bricació hom introdueixi un nom bre determ inat de defectes o i m perfeccions, és necessari establ ir  un programa de veri f i­cació electrònica per a cadas­cuna de les funcions del cir­cuit ,  l a  qual  cosa és una tasca extre m a m ent co mplexa, ja que per poder estab l i r  un progra m a  de verificació adient i rea l i t ­zab le  en temps raonablement curts  cal  concebre uns  progra­mes de verificació de grups de parà metres i/o funcions, de manera que, com provant o ve­ri ficant,  so lament  el m l m m  possible d e  funcions d e l  cir­cui t ,  aquest pugui ser conside­rat bo o dolent ( de fectuós) i ,  per tant, rebutjable.  En aquest sent i t ,  la complexitat és supe­rior a la  dels C I  estandard i t­zats. E l  programa Eureka pre­veu un projecte per reso ldre aquesta di ficu ltat ,  que es basa en e l  desenvolupament de s is­temes de veri  f icació electròn i­ca de ls  circuits ASIC que e m ­praran sistem es automilt ics de veri ficació basats en la inte l . ­l igència arti ficial  (vegeu siste­m es experts ) .  L ' e m presa fran­cesa Serge Dassault i l a  suYssa CSEM són les encarregades de construir i desenvolupar aquests nous s istemes de ver i­ficació. Les  tècniques que permetran asso l i r  aquests ob-Fig. S - Geometries d ' I  micr6 d'amplada de resina damunt de graons de polisi lici. jectius són, pel que fa a la  veri ficació sense contactes, co­negudes avui a n ive l l  de labo­ratori ( la m icroscòpia  e lectrò­nica de contrast en sò l ids . • •  ) . L ' augment de la  in tegració (YHIS) genera tanmateix l i m i ­tacions i nous problemes de caire tecnològic. Així, en pas­sar a produi r  memòries d 'un megabit  a a lguns megabits ,  les d imensions en volum i super fí­cie no serven la m ateixa pro­porcional i tat  (una memòria d 'un megabit ,  per exemple,  ocupa una superfície de s i l ic i  de 60 m m 2 aprox im adament i les de 1 6  megabi ts hauran de tenir  una superfície sem b lant ) .  pROBLEMES TECNOLÒGICS (EL SIL I C I) Com és sabut,  el s i l ici m o ­nocristal. lí ha estat e l  materi­al  sem iconductor gracIes al qual ha estat possib le  l ' espec­tacular avenç de la m icroelec­trònica a part i r  dels anys 60. Tan m ateix,  les exigències i m ­posades a l s  futurs components e lectrònics ( l '  augment progres­siu de la densi tat  d ' i n tegració, la  dism inució del  temps de com m u t ació, etc . )  i m p l iquen que la tecnologia del  s i l ici as­so le ix i  els seus propis lím i ts. Per aquesta raó,  d ' a l t res m a te­r ia ls  estan actua lment  en estu­di per poder ser e m prats en apl icacions específiques en sub­st i  tució del s i l ici m onocristal .­!r, entre d ' a l t res l ' arseniür de gal.  l i .  Amb aquest material  han estat fabricats un bon nom bre de components e lectrònics. Pel  fet de tractar-se d 'un sem icon-duc tor d ' estructura e lectrònica di ferent del silici,  aquest ma­ter ia l  presenta propietats d i fe­renci ades en la res ist iv i tat ,  la freqüènc ia de transició,  la  fo­toconduct iv i tat ,  etc. Les ap l i ­cacions en  q u è  aquest m a teria l  presenta  un gran interès són l 'optoelectrònica ( díodes elec­trolum i n iscents, díodes làser) ,  les hiper freqüències ( fins a 1 00 GH z ) ,  entre d ' a l t res. Fig. 6 - Diferents geometries d'I  m icro inferiors · obtingudes amb el microscopi electr<lnic d'escandaUatge. 34 (3 1 4/Volum S/octubre ciència) De tota m anera, hom no preveu que l ' arseniür de gal. li arribi a desplaçar m a i  e l  silici atès que, d ' una part,  és un material  rar i, de l ' a l tra, la  seva tecnologia presenta serio­ses dif icultats comparant-la amb la  d 'aquest. LA TECNOLOGIA DE L ARSEN IUR DE GAL.LI Nogensmenys, e l  dom ini  d 'a­questa tecnologia - l '  AsGa és un m aterial  d ' interès tecnològic innegable- constitueix un dels program es de l 'Eureka, fona­m entat en l ' acord entre la  f irína Thomson (França) i l a  GEC ( Gran Bretanya ) ,  que  pre­veu la  recerca i e l  desenvolu­pament en comú de les tecno­logies de fabricació per a un bon nom bre de components electrònics rea l i t zats emprant l 'arseniÜr de gal. li  com a m a ­terial  s e m  iconductor. ELS COMPONENTS ELECTRONI CS CONVENCIONALS Pel que fa als  com ponents e lectrònics convencionals, l ' Eu­reka preveu també una estra­tègia concre ta. Així, en  el camp dels components de po­tència com els  tiristors, l a  co­operació entre Thomson i Mar­coni Electronic és un fet pel que fa als tiristors GTO (Gate Turn-off-Thyristor)l. que treba­llen a baixa frequència i amb corrents elèctrics d 'a l ta  inten­sitat  i a l t  voltatge ( 2.000 A i 1 . 500-4.000 V).  La principal apl icació dels tiristors de po­tència és e l  control de la  ve­locitat  d'un motor elèctric m i tjançant e l  vo l t atge i amb temps de com mutació d ' un m i ­l ionèsim de segon. L ' interès en aquests com ponents rau en l lur apl icació en el control· dels m otors elèctrics dels trens, que avui  necessi ten e m ­prar per realit z ar aquesta m a ­teixa funció un gran nom bre de tiristors ( 200-300). f.lur�a: Els components discrets formen part també dels programes de N0US MATERIALS D ' I NTERES Deixant de banda e l  desen­volupament tecnològic amb l ' arseniür de gal. l i ,  un nou ma­ter ia l  com e l  silici amorf es­devé un candidat potencia l  d ' interès tecnològic per  a la  m icroe lectrònica. Aquest m ate­rial ,  que fou in ici a l m ent objec­te de recerca com a substitut  del silici monocristal.lr en apli ­cacions sol ars ( fabricació de cèl . l ules solars fotovo l taiques) ,  (3 1 5Nolum 5/octubre ciência) 35 presenta propietats torça inte­ressants en d ' a l tres aplicaci­ons. Aquest material  és un  ex­cel .  lent  sem iconductor en  for­ma h idrogenada i form a  part del projecte Eureka, a m b  l ' as­sociació de l ' e m presa Solems ( França) i Messerschmidt 801-kow ( RFA).  La resposta espec­tral del silici amorf respecte de la l l um (ga irebé idèntica a la de l 'u l l  de l 'home) l i  atorga un i nterès especial  com a sensor l umínic en nom broses apl icaCions. 

La microelectrònica de l'Eureka

http://revistes.iec.cat/index.php/ciencia2/article/download/130227/128954

La microelectrònica de l'Eureka

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Hemeroteca Cientifica Catalana