固体电路,也称为固体组件,是无线电技术中崭新而又尖端的东西。它主要是由半导体材料形成某种无线电电路,也就是在一小块半导体薄片中构成某种晶体管化的电路,在这个电路里,不仅可以包含有如二极管、三极管等有源元件,而且还包含有电阻、电容等无源元件。这种超小型化电路的出现,是与半导体技术的飞跃发展有着密切关系的。
我们知道,半导体晶体管具备着体积小、重量轻、机械性能好等许多优点。使用晶体管和小型无线电元件,可以大大地减少了无线电装置的体积和重量,而且不像电子管设备那样脆弱,它能耐受很强的震动。可是半导体固体电路除了保持这些优点之外,还有它更奥妙的地方。专家们已经设想到,在将来,这种固体电路在每立方厘米大小的体积里,可以含有上万个的元件。这样,一架复杂的数字电子计算机采用半导体固体电路组件组成,将不再是那么庞大笨重,可以随身携带,甚至可以放在衣袋里。尽管由于元件与元件间需要连接,需要占据一定的体积,同时要考虑到散热和线路间的隔离等等问题的存在,达到那样大的元件密度还有很多困难,但是可以指出,这样设想的可能性是会成为现实的。而且,固体电路减少了电路中元件间的较长引线,这在无线电传输上,特别是在微波传输上,会有重要意义,甚至可以想象传输毫米波,或是更短波段的无线电波不再应用波导管,这样即将导致微波技术的大变革。再则由于固体电路减少了不同材料的接触,电路机械性能会更为理想。这一点在运用上是非常有价值的。此外,通过形成电路时适当地选取材料和控制工艺过程,还可以制出低噪音的电路元件。
半导体固体电路的制造,主要是用真空扩散的方法,有时也与电化沉积和化学沉积结合起来。一般说来,除了原材料半导体薄片和最后的晶体管引线以外,半导体固体电路中的各种不同要求的元件都是用扩散的方法制成。它是通过控制薄片形状和电流通路来取得的。用这样方法可以形成各种不同类型的电路。

现在先让我们看看固体电路元件是怎样制造的。在一小块半导体薄片上的两点上接出两个欧姆接触电极A和B,即可成为一个电阻(图1)。这种欧姆接触电极也是由扩散方法制成。电极的材料随不同的半导体材料而有所不同,通常多用金、铝、银等,并掺入小量杂质。制成电阻的阻值是由选取半导体材料的电阻率、电极间距离和通路的截面积等来决定,控制好这些因素,便能得到需要的阻值。有时也用碳来做成碳阻。固体电路里的二极管、三极管也是应用平常扩散法制造的。晶体的PN结有一个结电容,其电容量与PN结上所加电压的立方根成反比。这种电容所耐电压要看结的击穿电压高低,要耐压达几百伏还是可以做到的。三极管的设计多采用扩散基极晶体管。这种晶子在高频特性等许多方面都有不少优点。
这些单个元件的制造方法是十分巧妙的,更巧妙的是一些电路的构成。就所知道的,目前用固体电路已经能够制成RC滤波器、载波振荡器、双稳定多谐振荡器、调谐音叉振荡器、计数器、分频器、直流放大器,以及某些特殊电路。这里就以最为简单的RC滤波器,以及较具代表性的调谐音叉振荡器来说明它们的结构和制造过程。

在一片原材料上,如图2示意,复盖上一层薄的电阻材料和导电材料,再通过电极把电阻电容连接起来,就构成了RC滤波网路。电路里若有三极管,可先将三极管焊接好,然后再用同样方法,进行制作。在制造中,按照一定的电路要求,首先必须考虑元件如何安排,那些元件在内部,那些在外边。图3便是经过重新安排后的振荡器线路。然后再考虑元件如何嵌镶,以及根据元件的布局和规格要求选取锗片、电阻材料、导电材料和绝缘物质。在制造上,其制作顺序也是很重要的关键问题,实际制造上是需要大量复杂的工艺技术的。图4说明像图3的电路可以全部装在一块小锗片上,主要利用真空扩散蒸发的办法,使得导电材料、电阻材料和绝缘材料的交互嵌镶、复盖制成振荡器。在这一块小片上,它包含有两个晶体三极管、一个二极管、四个电容器和九个电阻。


半导体固体电路技术还存在着一些有待克服的困难。例如在元件中,电感的制作就很不容易。另外许多元件的规格还受到限制等等。所以目前只是做出一些特殊电路,而且还限于结构比较简单的。固体电路技术问世不久,但是由于导弹,人造卫星、计算技术、航空、通信、以及宇宙航行这些方面飞跃发展的要求,使它显示出更大的重要性,最近在制造方法上,已经有了新的进展,估计它的前途是无限宽广,今后的发展必然是一日千里的。(林彧)