Классификация изделий микроэлектроники

ЛЕКЦИЯ 12

 

Интегральные микросхемы

 

План лекции:

Классификация изделий микроэлектроники

Интегральные активные элементы

Пассивные интегральные элементы

Типовые технологические процессы и операции создания полупроводниковых интегральных схем

 

Классификация изделий микроэлектроники

Микроэлектроника − современное направление электроники, включающее 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.

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.

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 представляет собой 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, то есть имеющие степень интеграции .

Важным показателем качества технологии и конструкции ИС является плотность упаковки, т.е. число элементов в объёме ИС без учёта объёма выводов.

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. Аналоговая интегральная микросхема – это ИС, предназначенная для преобразования и обработки непрерывных сигналов. Наиболее распространённой аналоговой ИС является операционный усилитель. Цифровая интегральная микросхема – это ИС, предназначенная для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции.

По конструктивно-технологическому показателю различают полупроводниковые, гибридные и совмещённые ИС.

Интегральные микросхемы, все элементы и межэлементные соединения которых выполнены в объёме и на поверхности полупроводника, называют полупроводниковыми интегральными микросхемами. Интегральную микросхему, часть которой может быть выделена как самостоятельное изделие с точки зрения требований к испытаниям, приёмке, поставке и эксплуатации, называют гибридной интегральной микросхемой. Интегральные микросхемы, в которых транзисторы изготовляются в полупроводниковом кристалле, а плёночные резисторы, конденсаторы и проводники – на изолирующем слое двуокиси кремния, называют совмещёнными интегральными микросхемами. Совмещённые ИС являются промежуточными между интегральными и гибридными.

 

12.2. 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.

 

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 n-p-n -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 супербета-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).

2) транзистор с барьером Шотки (транзистор Шотки).

Транзистор Шотки был разработан для увеличения быстродействия работы транзистора в ключевом режиме путём включения полупроводникового диода между базой и коллектором.

3) многоэмиттерные транзисторы.

4) многоколлекторные транзисторы.

Интегральные p-n-p -транзисторы применяются мало, так как по сравнению с n-p-n -транзисторами имеют меньшие значения и граничной частоты усиления.

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 ().

 

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: