ไมโครอิเล็กทรอนิกส์

ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ เป็นสาขาย่อยของอิเล็กทรอนิกส์ ที่เกี่ยวข้องกับการศึกษา การออกแบบ และ การผลิต อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (เช่น ทรานซิสเตอร์, ตัวเก็บประจุ, ตัวเหนี่ยวนำ, ตัวต้านทาน, ไดโอด, หลอด LED, มอเตอร์ เป็นต้น)  โดยเฉพาะปัจจุบันนิยมให้ความสำคัญกับอุปกรณ์หรือการประกอบอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กมาก เช่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บน แผ่นสารกึ่งตัวนำ, วงจรรวม (ไมโครชิป), อุปกรณ์แบบฟิล์มบางบนจอแสดงผล และ LCD เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ความหมายของ "ไมโคร" นี้เป็นไปเพื่อระบุความต่างจาก "อิเล็กทรอนิกส์" ที่เน้นไปทางการศึกษากว้างๆเกี่ยวกับไฟฟ้า, อุปกรณ์, วงจร และการประยุกต์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์เท่านั้น อาจไม่เกี่ยวข้องกับขนาดของอุปกรณ์ในระดับไมโครเมตร (ไมครอน) เสมอไป อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับไมโครอิเล็กทรอนิกส์จึงอาจใหญ่กว่าหรือเล็กกว่านี้ก็ได้ เช่น ไมโครชิปที่มีอุปกรณ์เล็กกว่าไมโครเมตรประกอบอยู่, ไมโครเซนเซอร์ทีมีขนาดในระดับมิลลิเมตร, ไมโครชิปชีวภาพทีมักมีขนาดโดยรวมใหญ่ระดับเซนติเมตร (Biochip), ไมโครมอเตอร์แบบอัลตราโซนิกส์ทีมีขนาดใหญ่กว่าไมโครเมตร เป็นต้น 

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้ส่วนใหญ่สร้างจากวัสดุประเภท สารกึ่งตัวนำ, (อย่างไรก็ดี อาจเป็นวัสดุอื่น ๆ ทั้ง  ฉนวน และตัวนำ ก็ได้) โดยการผลิตนั้นนิยมใช้กระบวนการที่เรียกว่า โฟโตลิโทกราฟี (photolithography) ด้วยเครื่องฉายแบบซ้ำ (stepper) แบบแสงที่มีความถี่สูงมาก เช่น DUV/EUV รวมกับวิธีการทางเทคโนโลยีวัสดุอื่น ๆ เช่น sputtering, E-beam evaporation, planar diffusion, chemical vapor deposition, ion implantation เป็นต้น นอกจากนี้งานวิจัยทางไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่นิยมในปัจจุบันยังรวมถึงการสร้างอุปกรณ์ที่มีการทำงานทาง กลไกไฟฟ้า, แสงและชีวการแพทย์ด้วย เช่น MEMS, MOEMS, microfluid chip, micro TAS, microarray (Biochip) เป็นต้น ตัวอย่างอุปกรณ์เหล่านี้ที่พบได้ในชีวิตประจำวันคือ DMD chip ที่ใช้ในโปรเจกเตอร์แบบ DLP, เซนเซอร์วัดความเร่ง, เข็มทิศดิจิทัล เป็นต้น

เมื่อเทคนิคต่าง ๆ เพิ่มขึ้น ขนาดของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ก็มีขนาดลดลงตามลำดับ เป็นที่รู้กันทั่วไปว่าการลดขนาดวงจรอิเล็กทรอนิกส์ส่งผลกระทบต่อการทำงานและคุณสมบัติทางไฟฟ้าอย่างมาก ทั้งวงจรแบบดิจิทัลและแอนะลอก จึงต้องมีวิธีการเฉพาะ ตัวอย่างกรณของ วงจรรวม ที่ ประกอบด้วยตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ ส่วนของตัวเหนี่ยวนำนั้นใช้ในวงจรแอนะลอกความถี่สูงบางแบบ แต่มักจะใช้พื้นที่ของชิปขนาดใหญ่ หากใช้ที่ความถี่ค่ำ โดยอาจต้องใช้ gyrator แทน นอกจากนี้เส้นทางของสัญญาณยังเกียวข้องกับผลแฝงของวงจรสมมูลทางไฟฟ้า เรียกว่า parasitic effects ส่งผลต่อความถูกต้องในการรับส่งสัญญาณ (signal integrity) ซึ่งเป้าหมายของวิศวกรไมโครอิเล็กทรอนิกส์ จะต้องต้องหาทางชดเชย หรือลดผลกระทบเหล่านี้ให้เหลือน้อยที่สุด ขณะเดียวกันก็ทำให้อุปกรณ์มีขนาดเล็กลง ทำงานเร็วขึ้น และราคาถูกลง

เนื่องจากอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่ถูกให้สำคัญอย่างมากในปัจจุบันคือ วงจรรวม ที่มี วงจรขนาดใหญ่มากประกอบอยู่ (VLSI) และสร้างขึ้นบน แผ่นสารกึ่งตัวนำที่เป็นซิลิคอน จึงมักมีการเรียกด้วยชื่อเฉพาะแทนคำว่าไมโครอิเล็กทรอนิกส์โดยตรง เช่น VLSI design, semiconductor engineering, IC planner เป็นต้น สำหรับขั้นตอนการออกแบบวงจรรวมนี้ จะนิยมใช้ซอฟต์แวร์ที่เรียกว่า Electronic Design Automation (EDA) เพื่อให้การออกแบบได้รับการตรวจสอบให้เป็นไปตามมาตราฐานเทคโนโลยี่ในการผลิต (Design Rules) และจำลองการทำงานด้วย SPICE สำหรับวงจรทั่วไป, RTL simulator สำหรับวงจรดิจิทัลสวิทช์, CEM สำหรับวงจรสื่อสารความถี่วิทยุ (RF micro devices/circuits), multiphysics สำหรับ MEMS เพื่อดูพฤติกรรมของอุปกรณ์ที่ออกแบบ นอกจากนี้วิธีการออกแบบด้วยภาษาอธิบายฮาร์ดแวร์ (HDL) เช่น VHDL, Verilog, AHDL จะช่วยลดความยุ่งยากในการทำงานกับวงจรที่ซับซ้อนสูง แล้วทดสอบบนอุปกรณ์ประเภท Field Programmable Gate Array (FPGA) สำหรับวงจรดิจิทัล หรือ VHDL-AMS/Verilog-AMS สำหรับ วงจรรวมสัญญาณผสม เมื่อผลเป็นที่ยอมรับแล้วจึงผลิตจริง กลุ่มบริษัทที่ทำการออกแบบจะถูกเรียกว่า fabless hub ในขณะที่บริษัทที่ทำการผลิตจะถูกเรียกว่า fabrication foundry, fab node, หรือ foundry อย่างไรก็ตามบางกลุ่มบริษัทอาจออกแบบและผลิต เช่น Intel, STmicroelectronics, Samsung electronics, Texas Instruments, Analog devices เป็นต้น นอกจากนี้ บริษัทให้บริการในเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง เช่น ซอฟต์แวร์ออกแบบ, ซอฟต์แวร์จำลองการทำงาน เครื่องสร้างภาพด้วยวิธีโฟโตลิโทกราฟี, สารเคมี, สารไวแสง เป็นต้น ก็มีความสำคัญอย่างมากในอุตสาหกรรมนี้ ตัวอย่างบริษัทเหล่านี้ คือ Cadence Design Systems, Synopsys, Ansys, ASML Holding, Lam Research เป็นต้น

 ดูเพิ่ม
 วิศวกรรมไฟฟ้า
 วงจรดิจิทัล
 วงจรแอนาลอก

 แหล่งข้อมูลอื่น
 Canadian Microelectronics Corporation (CMC)
 ERMETIS Microelectronics and Reconfigurable Systems Research Laboratory
 MIXDES - International Conference 'MIXed DESign of Integrated Circuits and Systems'
 IEEE Virtual Museum, Let's Get Small: The Shrinking World of Microelectronics

มไมโครอิเล็กทรอนิกส์