Mikroelektronik

D **Mikroelektronik** isch èn Teilgebièt vo dè Elegtronik, gnauer d Halbleiterelegtronik, un d Mikrotechnig. D Mikroelegtronik bschäftigt sich mit èm Entwurf, dèe Entwicklig un dè Herschtellig vo miniaturisyrtè, elegtronischè Schaltigè, hüt vo allem mit integryrtè Schaltigè. Selli Schaltigè, wo uff Halbleiter basyrè düèn. bruuched vill elegtronischi Bauelemènt, wiè si au in normalè elegtronischè Schaltigè vowendet wörrè, byschpillswys Transischtorè, Kondenser, Diodè un Widderschtänd.

I dè Gschichtè vo dè integryrtè Mikroelegtronik hèn sich voschideni Schaltchreisfamilliè (TTL, CMOS etc.) usèbildet, wo sich hysichtlich èm ygsetztè Funktionsbrinzyp (zum Byschpill bipolari un unipolari Bauelemènt/Transischtòrè) un dè dõmit vobundenè schaltungstechnischè Eigèschaftè (Leischtigsbedarf, Schaltgschwindigkeit etc.) unterscheidè. Durch neui Entwurfs- un Fèrtigungsvofaarè hèn Aawender hüt d Möglichkeit, nebbè Standardschaltchreis (Mikrocontroller, Spycherbauschtei etc.) au spezièlli aawendigsspezifischi integryrti Schaltigè (ASIC) rentabel fèrtigè z lõ un yzsetzè

## Merkmõl vo dè Mikroelegtronik

Mikroelegtronischi Schaltigè zeichned sich gegèübber konventionèllè elegtronischè Schaltigè durch zwei Hauptmerkmõl uus: d Integration un d Miniaturisyrig.

Unter Integration voschtòt mò s Zämmèfassè vo allènè Bauelemänt (Transischtòrè, abber au Widderschtänd, Kondensatorè un anderi Halbleiterbauelemänt) un Vodròòtigè zuè nèrè elegtronischè Schaltig uff eim gmeinsamè Subschtràt. Bi mikroelegtronischè Schaltigè wörred selli zuèsätzlich in èm gmeinsamè Arbètsprozèss gfertiget.

Unter *Miniaturisyrung* voschtòòt mò i sellem Zämmèhang, dass di! einzelnè Bauelemänt (un dõmit d Schaltig als Ganzes) kontinuyrlich vochlynerèt wörred. So sin d Abmessigè für s wichtigschte Bauelemènt, dè Transischtòr, i dè Aafangszit no bi übber zee Mikrometèr glägè. Dõgegè stôn d Abmessigè vo Transischtòrè hützudaag (2014) bi 28 Nanometer, wènniger isch in Uussicht. Durch selli Miniaturisyrig lônn sich integryrti Schaltigè mit mee als einerè Milliardè Transischtòrè uff eim Siliziumschtugg mit èrè Kantèlängi von wènnigè (tûpisch 9 Atom vo dè CZ-Ingots. D Ingots wörred in Abhängigkeit vom Durchmessèr in 0,5–1,5&nbsp;mm dünno Schiibè, diè sog. Wafer, vosägèt. Diè hüt i dè Massèbroduktion vowendetè Siliziumwafer hèn Durchmesser vo 150, 200 odder 300&nbsp;mm (hüüfig au als 6, 8 odder 12 Zoll bezeichnèt). Si erhaalted durch voschideni Ätz-, Schlyf- un Bolyrbrozèss è fascht perfèkti ebeni Obberflächi mit Unebbèheitè i dè Größèorning vo wennigè als eim Nanometer, sell heißt mit Obberflächèrauheitè vo nu wènnigè Atomlagè.

### Hèrschtellig vo dè Bauelemènt

#### Front-End

S sogenannti *Front-End* bi dè Fèrtigung vo integryrtè Schaltchreis beschäftigt sich mit dè Hèrschtellig vo dè elegtrisch aktivè Bauelemänt (Transischtòrè, Kondenser, usw.), dè sognanntè *[[Front-End-of-Line]]* (FEOL), un dennè iri Vodròòtig (Metallisyrig), èm sogenanntè *[[Back-End-of-Line]]* (BEOL). Zum Ysatz chömmed voschidenschti Vofaarè vo dè Halbleitertechnig zum Schichtuffbau (Epitaxie, Sputterdeposition, Bedampfè, CVD usw.), Schichtabdraag, un Strukturyrig (Fotolithografy). Witerhy wörred Vofaarè zu dè Änderig vo Matriaaleigèschaftè (zum Byschpilll Dotyrig) ygsetzt.

Nõch dè Metallisyrig erfolgt hützdaag (2009) au oft è stichprobèartigs odder kompletts Brüèfè vo dè Schaltchreis mit Nòdelteschter im Schybèvobund, vo allem für d Beschtimmig vo dè Uusbeuti un als Rüggmeldig vo technologischè Parameter. Dõmit spart mò sich s Vokappè vom deilwys erheblichè Uusschuss. Für d Beschtimmig vo dè technologischè Parameter erfolgt d Brüèfig (byschpillswys Schichtdickèbrüèfig) meischtens dirèkt nõch èm jewyligè Brozèss, dõ isch es mitunter wichtig, au diè jewyligè Aalagè! mitzerfassè, well au bauglychi Aalagè mit dè glychè Parameter Abwychigè erzüüged, welli ußerhalb vom Toleranzberych ligè könnè.

#### Back-End

Im nõchfolgendè Fèrtigungsabschnitt, èm *Back-End*, wörred d ICs aaschlièßend voeinzelt. Sell bassyrt im allgemeinè durch Sägè (seltè auch durch Ritzè un Brechè) vom Wafer zu *[[Die (Halbleitertechnik)|Dies]]* (dè sognanntè Chips).
Bim nõchfolgendè *Vopackè* (ängl. ) wörred diè einzelnè ICs denn in èm Ghüüs ybrocht un kontaktyrt, s sogenannte Bpndè. Dõby chömmed je nõch Tùp unterschidlichi Vofaarè zum Ysatz, byschpillswys Chipbondè odder Dròòtbondè.

S Vokappè (*Yhuusè*) diènt dè hermetischè Versigelig gegèübber Umweltyflüss – für rein elegtrischi Schaltchreis muè s Ghüüs gas- un lichtdicht sy – sowiè zu dè besserè Vpwendbarkeit: entwedder wörd dè Chip samt Bonddrôôht in eim Hoolraum (Blèch, Keramik, ggf. mit Fenschter) ygschlossè odder mit Kunschtharz umhüllt (ygossè). D Aaschlüss nõch ußè wörred byschpillswys als Dual in-line package (DIL) odder Plastic Leaded Chip Carrier (PLCC) uusgfüürt. Hochkomplexi Schaltchreis (meischtens für mobili Aawendigè) wörred neuerdings (2009) au ooni Sockelghüüs ygsetzt un dirèkt uff diè jewyligè Platinè glötet (vgl. Ball Grid Array). 

Zum Abschluss gits nòmolls è Fungtionstescht, dõby wörred zuègsicherti Eigèschaftè an allnè Schaltchreis brüèft. D Tûpbrüèfig erfolgt denn stichprobèartig odder nu i dè Entwickligsphasè. S Stüggbrüèfig diènt èm Sortyrè in Schaltchreis vo unterschydlichè Güèteklassè (zum Byschpill nõch Offset-Spannig bi Operationsvoschtärker). Brüèfergebnis un d Art vo dè Vokappig bschtimmèd s Ysatzgebièt. So wörred hochi Qualidätè für erwiterti Ysatztemperaturè un Umwèltaaforderigè gfertigèt (sog. MIL-Standard für milidärischi un Raumfaart-Aawendigè). Höcheri Toleranzè un Plaschtik-Vokappigè chömmed für Massèaawendigè (Konsuèmgüèter) infrõg.

Nebbè dè monolithischè Schaltchreis git s au sognannti Dickschicht-Hûbridschaltchreis. Dõby wörred einzelni Fungtionè vo dè Schaltig in unterschidlichè Halbleiterchips realisyrt un uff eim zuèsätzlichè Drägermatriaal uffbrocht un druggtechnisch im Sybdruggvofaarè vodròòtet, uff selli Wys chönned nebbè Vobindigsleitigè au passivi Bauelemänt realisyrt wörrè.

Wenn bsunders kompakti Bauschtein erforderlich sin, byschpillswys in Mobildelefòn, wörred au meereri Einzelschaltchreis uff kürzeschtem Wäg elegtrisch vobundè un in eim gmeinsamè Ghüüs unterbrocht, luèg bi Multi-Chip-Modul.

### Fungtionstescht

Um scho früèzitig uff Brozèssschwankigè z reagyrè, fäälerhafti Brozèss gegèbènèfalls zu korrigyrè odder gar Wafer odder Lose uss dè Broduktion z nää, wörred diè nõ unfèrtigè ICs nõch vylnè Brozèssschritt teschtet. Im Front-End handlèt s sich dõby meischtens um Stichprobè. Nõch èm Front-End wörred i dè Regel alli ICs vor dè Witervoarbeitig uff iri Fungtion teschtet. Deilwys sin bschtimmti Fungtionè (Hochfrequènzschaltigè odder spôter nit uff Pins usègfüürti Aaschlüss vom Chip) nu uff dè Die teschtbar. Vo allem muè uss Koschtègründ vohinderèt wörrè, dass nit fungtionsfähigo ICs im nõchfolgendè Hèrschtelligsbrozèss witervoschafft wörred.

Schlièßlich wörd au dè ghüüste Chip vor dè Abliferig eim endgültigè Tescht unterzogè, um Fääler i dè Back-End-Fèrtigung feschtzschtellè. Au wörred einigi Eigèschaftè teschtet, wo sich durch s Packaging voänderèd bzw. dennè iri Messig ooni Ghüüs nit möglich isch, wiè zum Byschpill s Bonding odder bschtimmti Hochfrequènzeigèschaftè. Dè Chip im Ghüüs cha denn zu dè Leiterblattèbeschtückig gòò.

Obwoll selli Messigè uff spezièlli Teschtsischteem (Automatic Test Equipment) vollautomatisch ablaufed, hèn diè dõmit vobundenè Koschtè bi hochintegryrtè Prozessorchips schu fascht d Hèrschtelligskoschtè erreicht. Sell lyt vo allem dõ draa, dass nu bedingt Skalèeffèkt bim Teschtè gryfè (è Barallelisyrig isch byschpillswys nu bi reinè Digitalschaltigè möglich) un neueri ICs immer mee Fungtionè hèn, wo nõchènand muè teschtet wörrè könnè.

## Ökonomy

Dè Induschtryzweig, wo sich mit dè Hèrschtellig von mikroelegtronischè Baudeil beschäftiget – d Halbleiterinduschtry – zeigt zwei Eigèschaftè, wo nèn von anderè unterscheidè duèt.

*Großi Skalèeffèkt: * Halbleiterfabrikè für d Massèfèrtigung vo Bauschtei vo dè jewyls kleinschtmöglichè StrukturgröÐi sin èrscht ab èrè gwissè Größi rentabel. Witerhy sin selli Fabrikè um Größèordnigè düürer als voglychbari Fèrtigungsschtättè vo anderè Branchè: hüt (2004) liged d Koschtè für dè Bau un d Uusrüschtig von èrè Hochvolumèfabrik uff èm Stand vo dè Technig bi öppè 2&nbsp;Milliardè USD. Beides zämmè füürt zum sognanntè Schweinezûklus: Es git nu eini voglychswys gringi Aazaal a aktuellè Halbleiterfabrikè wältwit. Wenn s dè Branchè guèt gòt, heißt desi i dè Regel, wenn s Aagebot a Halbleiterbauschtein chlyner isch wiè d Nõchfròg, bauèt si iri Fèrtigungskapazitätè uus, well diè meischtè Unternèmmèn nu denn diè Summè für dè Uusbau uffbringè könnè. Jedi neui Fabrik, wo in Broduktion gòt, erhöht s Wältmarktvolumè vo vofüègbarè Bauschtein gly um Brozèntpünkt, well si jò uss Rentabilitätsgründ zimli groß sy müèn. Dè schlagartigi Aaschtyg vom vofüègbarè Volumè füürt zuè nèm entsprèchend starkè Briisvofall vo dè Bauelemänt, wellè sich widder yschwingt, sobald d Nõchfròg vom Aagebot widder ygholt hèt. Durch dè Briisvofall sin villi Unternemmè è Zit lang nit i dè Laag gsi, iri Fèrtigungskapazidätè uuszbauè – es läuft uff diè nägschst Voknappung vom Aagebot zuè. Denn widderholt sich dè Zûklus.

*Zuèschrybig vo dè strategischè Bedütig: * Villi Staatè schrybed dè Halbleiterinduschtry è strategischi Bedütig zuè. Meischtens begründet sich sell i èm „Keimzellèeffèkt“ für anderi Hochtechnologiè. Im Umfäld vo dè Halbleiterinduschtriè entwickled sich nit nu hochqualifizyrti Zuèliferer uss dè Chemy un èm Aalagèbau, sondern au uss dè Abnèmmerinduschtriè vo dè Bauelemänt, zum Byschpill d Computer- un Elektronikinduschtry. In mengè Fäll wörd diè strategischi Bedütig au milidärisch begründet. So schätzed d USA d Bedütig vo dè Mikroelegtronik für Rüschtigsprogramme so wichtig y, dass sowoll Gräät für d Hèrschtellig vo aktuellè ICs als au Schaltigsentwürf un sogar d Schaltigsentwicklungssoftware Gegèschtand vo dè Exportkontrolllischtè sin. Selli hoch ygschätzti Bedütung hèt zu dè Folg, dass è Viölzaal vo Staatè d Aasidelig vo dè Halbleiterinduschtry in villerlei Wys förderèd: vo Aschubfinanyrungè, besunders Stüèergschtaltigè, staatlichè Kreditgarantiè bis zu dè staatlich gfördertè Forschung an Universitären un induschtrièllè Forschigszentrè etc. Selli FörderungP sin au glegèntlich Gegèschtand vn ökonomischè Ussènandersetzogè zwûschè Staatè un Unternèmmè – so bassyrt zletscht im Johr 2003. Dõmòlls isch dè DRAM-Hèrschteller Hynix vprgworfè worrè, übber d Maßè vom südkoreanischè Staat in sinèrè Finanzkrisè gstützt worrè z sy. D Wettbewerber vo Hynix hèn druffhy Strõfzöll uff dè Import vo Brodukt vo sellèm Unternèmmè i dè USA, dè Europäischè Union un zletscht au z Japan gforderèt, wogegè Südkorea broteschtyrt hèt.

*Geschäftsmodèll: * Wiè in è Huufè anderè Branchè au git es dè Vollhèrschteller –  (IDM) benamst. È IDM erschtellt s Broduktdesign, entwickelèt d Fèrtigungstechnology, fèrtigt s Baudeil un vokauft s sèlbscht. Denebbè git s abber au no diè „Fabless Design Houses“ un „Foundries“.  erschtellèd s Broduktdesign entsprèchend dè Vorgaabè bzw. in Kooperation mit dè Foundry, wo s spôter gfertiged wörd, un vokaufed s fèrtige Brodukt. D Foundry entwicklèt d Fèrtigungstechnologiè, stellt irè Kundè technologyspezifischo Hilfsmittel zum Chipentwurf (EDA) parat un fèrtigt diè ICs. Kombinationè vo sellnè Gschäftsmodèll un Nischèmodèll sin i dè Braxis au z findè.

## Literadur
* Simon M. Sze: *Physics of Semiconductor Devices.* 2. Ufflaag. John Wiley and Sons, 1981, ISBN 0-471-05661-8.
* Ulrich Hilleringmann: *Silizium-Halbleitertechnologie.* Teubner, 2004, ISBN 3-519-30149-0.
* Ulrich Tietze, Christoph Schenk, Eberhard Gamm: *Halbleiter-Schaltungstechnik.* 12. Ufflaag. Springer, 2002, ISBN 3-540-42849-6. Au als *Biblè* benamst vo dè Elegtrotechnig-Studentè.
* Michael Reich: *Halbleiter-Bauelemente.* Springer, 2004, ISBN 3-540-21384-8.
* Paul R. Gray, Paul J. Hurst, Stephen H. Lewis, Robert G. Meyer: *Analysis And Design Of Analog Integrated Circuits.* 4. Ufflaag. John Wiley and Sons, 2001, ISBN 0-471-32168-0.

## Einzelnõchwys


, 1934 (Heil) und 1945 (Heinrich Welker)