 |
Классификация изделий микроэлектроники
|
|
|
|
ЛЕКЦИЯ 12
Интегральные схемы
План лекции:
Классификация изделий микроэлектроники
Типовые технологические процессы и операции создания полупроводниковых ИС
Интегральные активные элементы
Пассивные интегральные элементы
Классификация изделий микроэлектроники
Микроэлектроника − современное направление электроники, выключающее исследование, конструирование и производство интегральных схем (ИС) и радиоэлектронной аппаратуры на их основе.
Основная задача микроэлектроники – создание микроминиатюрной аппаратуры высокой надёжности и воспроизводимости, низкой стоимости, низким энергопотреблением и высокой функциональной сложности [1].
Интегральная схема или микросхема – микроминиатюрное изделие, выполняющее определённую функцию преобразования, обработки сигнала, накопления информации и имеющее высокую плотность электрически соединённых элементов, которые с точки зрения требований к испытаниям, приёмке, поставке и эксплуатации рассматриваются как единое целое [1].
Элемент – часть ИС, которая выполняет некоторую сложную функцию или функцию какого-либо электрорадиоэлемента и которая не может быть выделена как самостоятельное изделие.
Компонент – часть ИС, которая реализует функцию отдельного электрорадиоэлемента и может быть выделена как самостоятельное изделие. Компоненты устанавливают на подложку микросхемы при выполнении сборочно-монтажных операций. Простыми компонентами являются бескорпусные полупроводниковые диоды и транзисторы, специальные типы конденсаторов и резисторов и др. Сложные компоненты содержат несколько элементов.
|
|
|
Критерием сложности ИС является коэффициент 
, называемый степенью интеграции и указывающий максимально возможное количество элементов и простых компонентов, которое может быть размещено в ИС:
где 
число содержащихся в ИС элементов, а значение всегда округляют до ближайшего большего целого числа. Поэтому = 1 соответствует первой степени интеграции, когда ИС может содержать максимально 10 элементов, = 2 соответствует второй степени интеграции, когда ИС может содержать от 11 до 100 элементов включительно, + 3 – третья степень интеграции, когда ИС может содержать от 101 до 1000 элементов включительно, и т.д.
Интегральные схемы, изготовленные по биполярной технологии и содержащие 500 и более элементов, или изготовленные по МДП-технологии и содержащие более 1000 элементов, называют большими интегральными схемами (БИС). Если число элементов 
ИС превышает 10000, то такие ИС называют сверхбольшими интегральными схемами (СБИС). В настоящее время на смену СБИС приходят ультрабольшие интегральные схемы (УБИС), содержащие на одном кристалле более нескольких сотен тысяч элементов, УБИС – интегральные схемы, имеющие степень интеграции 
.
Важным показателем качества технологии и конструкции ИС является плотность упаковки элементов на кристалле, т.е. число элементов на единице площади кристалла.
Уровень технологии характеризуют минимальным технологическим размером 
, т.е. наименьшим достижимым размером легированной области в полупроводниковом слое или плёночном слое на поверхности. Уменьшение технологических размеров приводит к повышению быстродействия полупроводниковых элементов ИС и увеличению крутизны полевых транзисторов.
По функциональному назначению ИС делят на аналоговые и цифровые. Наиболее распространённой аналоговой ИС является операционный усилитель.
По конструктивно-технологическому показателю различают полупроводниковые, гибридные и совмещённые ИС.
|
|
|
12.2. Типовые технологические процессы и операции создания
полупроводниковых ИС
К типовым технологическим операциям относят:
− получение (выращивание) монокристалла полупроводника:
− методом Чохральского или
− методом зонной плавки,
− эпитаксию,
− термическое окисление поверхности пластины монокристалла полупроводника,
− легирование монокристаллического полупроводника,
− травление поверхности пластины монокристалла полупроводника,
− литография и
− нанесение тонких плёнок на поверхность пластины монокристалла полупроводника,
− создание плёночных проводниковых соединений и контактов,
− разделение пластин на кристаллы и
− сборочные операции.
К типовым технологическим процессам относят процессы электрической изоляции элементов интегральных схем:
− изоляция p-n-переходом,
− изоляция коллекторной диффузией,
− изоляция диэлектрическими плёнками,
− совместная изоляция p-n-переходом и диэлектрическими плёнками и
− изоляция путём создания ИС на непроводящих подложках.
12.3. Интегральные активные элементы
В интегральном транзисторе для его изоляции от соседних структур используют, как правило, изолирующий p-n-переход. Кроме того, все выводы интегрального транзистора расположены с одной стороны кристалла. Эти две особенности значительно влияют на параметры основного транзистора.
Структура интегрального n-p-n-транзистора, изготовленного по планарно-эпитаксиальной технологии, приведена на рис. 12.1. Этот транзистор получил самое широкое распространение, так как обладает лучшими, чем у p-n-p-транзистора, параметрами и более прост в изготовлении [1].
Рис. 12.1. Структура интегрального n-p-n-транзистора
Для создания n-p-n-транзистора необходима кремниевая подложка p-типа, в которой за счёт диффузии доноров создают локальные 
слои.
Разновидностями интегральных 
транзисторов являются:
1) супербета-транзистор − т.е. транзистор с очень тонкой базой.
Ширина базы этого транзистора находится в интервале от 0,2 до 0,3 мкм при токе коллектора 20 мкА.
Этот транзистор обладает высоким значением коэффициента передачи тока коллектора в схеме с ОЭ (
) и необходим для создания входных каскадов операционных усилителей.
|
|
|
Недостатком транзистора является низкое напряжение пробоя коллектор-эмиттер (1,5 … 2 В), что связано с эффектом Эрли и возможного слияния границ коллекторного и эмиттерного переходов ("прокол" базы) [1].
2) транзистор с барьером Шотки (транзистор Шотки)
Транзистор Шотки был разработан для увеличения быстродействия работы транзистора в ключевом режиме.
3) многоэмиттерные транзисторы
4) многоколлекторные транзисторы.
Интегральный p-n-p-транзистор
Интегральные диоды создают на основе структуры интегрального транзистора путём различного способа соединения выводов транзистора по схеме:
1) БК-Э – на основе перехода база-эмиттер и закорачиванием базы с коллектором (
),
2) Б-Э – на основе перехода база-эмиттер с разомкнутой цепью коллектора (
),
3) БЭ-К – на основе перехода база-коллектор и закорачиванием базы с эмиттером (
),
4) Б-К – на основе перехода база-коллектор с разомкнутой цепью эмиттера (
),
5) Б-ЭК – закорочены эмиттер с коллектором (
).
|
|
|
