Читальный зал -->  Промышленная электроника 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 [ 35 ] 36 37 38 39 40

вать готовый полупроводниковый прибор (транзистор, диод) или микросхему без внешних выводов и корпуса.

Интегральная микросхема содержит элементы и компоненты.

Элементом интегральной микросхемы называют ее часть, которая выполняет функцию какого-либо одного электрорадиоэлемента, например транзистора, диода, резистора, и не может быть отделена от ИМС как самостоятельное изделие. Элемент нельзя отдельно испытать, упаковать и эксплуатировать, так как он изготовляется неразрывно с кристаллом ИМС.

Компонентом интегральной микросхемы также называют часть ИМС, выполняющую функцию какого-либо электрорадиоэлемента, но эта часть перед монтажом является самостоятельным комплектующим изделием в специальной упаковке и может быть отдельно испытана и принята, а затем установлена в изготовляемую ИМС. Компонент в принципе может быть выделен из изготовленной ИМС (например, бескорпусный транзистор в гибридной микросхеме).

Функциональная сложность схемы, показывающая уровень развития интегральной техники, характеризуется степенью интеграции.

Степень интеграции микросхемы - это показатель сложности ИМС, определяемый числом содержащихся в ней элементов и компонентов. Суммарное число элементов и компонентов N, входящих в ИМС, называют уровнем интеграции. Степень интеграции k вычисляется как десятичный логарифм от уровня интеграции N, округленный до ближайшего большего целого числа: k=\gN.

Например, ИМС первой степени интеграции содержит до 10 элементов и компонентов включительно, второй степени - от 11 до 100 включительно, третьей степени - от 101 до 1000, четвертой - от 1001 до 10000 и т. д.

Сложность интегральной микросхемы характеризуют еще следующим образом: при yV< 10 (/г<1) ИМС называют простой; при yv от 11 до 100 -средней; при N от 101 до 10000 - большой интегральной схемой (БИС); при yv> 10000 {k>A) - сверхбольшой (СБИС).

Иногда в качестве критерия сложности и микроминиатюризации ИМС применяют термин плотность упаковки . Плотностью упаковки называют количество элементов, обычно транзисторов, на единицу объема или площади кристалла. В настоящее время она может превышать 10* элементов/мм.

Элементы любых электронных схем делят на активные и пассивные.

Активным элементом называют элемент, обладающий свойством преобразования электрической энергии - выпрямления,

усиления, генерирования, управления. К ним относятся, например, диоды, транзисторы и т. д.

Пассивными элементами являются резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности.

5.2.2. Классификация интегральных микросхем

Интегральные микросхемы можно классифицировать по разным признакам: по конструктивно-технологическому исполнению, по функциональному назначению, по степени интеграции, по физическому принципу работы активных элементов и др.

По конструктивно-технологическому признаку ИМС могут быть полупроводниковыми, пленочными, гибридными и совмещенными.

Полупроводниковая интегральная микросхема - это ИМС, все активные и пассивные элементы которой и межэлементные соединения выполнены в объеме и на поверхности монокристалла полупроводника в общем технологическом процессе. Кристалл полупроводника, в котором формируются элементы, называют активной подложкой.

В полупроводниковых ИМС в качестве исходного материала используют кристалл кремния. Выбор кремния обусловлен тем, что он допускает более высокую рабочую температуру и мощность рассеяния, чем германий, а также имеет большую, чем германий, ширину запрещенной зоны и позволяет получить больший диапазон сопротивлений при создании на его основе резисторов микросхемы.

Изготовление полупроводниковой микросхемы в конечном счете сводится к образованию системы электронно-дырочных переходов в кристалле кремния; при этом формируются локальные области кристалла, эквивалентные электрорадиодеталям обычных электронных схем и их соединениям. Изоляция этих областей, т. е. элементов ИМС, осуществляется с помощью р-п переходов, смещенных в обратном направлении, или двуокиси кремния, являющейся диэлектриком. Двуокись кремния также защищает поверхность кристалла от загрязнения. Размеры участка кристалла, занимаемого одним элементом, измеряются микрометрами, а площадь одной микросхемы - единицами и долями квадратного миллиметра.

Готовый кристалл с созданными элементами и межсоединениями представляет собой монолитную структуру, которая после присоединения к ней внешних выводов и герметизации может быть использована в качестве блока электронной аппаратуры.

Пленочной интегральной микросхемой называют ИМС, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены только в виде пленок различных материалов, нанесенных на общее

основание. По технологии изготовления различают тонкопленочные и толстопленочные ИМС. Интегральные микросхемы с толщиной пленок до 1 мкм относят к тонкопленочным, а микросхемы с толщиной пленок более 1 мкм - к толстопленочным. Пленки наносят на диэлектрическую подложку, называемую пассивной (стекло, керамика, пластмасса).

Пленочные интегральные микросхемы содержат обычно только пассивные элементы - резисторы, конденсаторы, высокочастотные катушки индуктивности - и их соединения. Это вызвано большими затруднениями, имеющимися в настоящее время в области создания пленочных транзисторов и диодов с достаточно стабильными и устойчивыми характеристиками. Ведутся исследования по созданию пленочных активных элементов, удовлетворяющих современным требованиям.

При изготовлении тонкопленочных интегральных микросхем пассивные элементы в виде тонких пленок токопроводящих и изоляционных материалов создаются путем предварительного нагрева и испарения требуемого материала с последующим осаждением его на более холодную подложку. Это осуществляется в вакууме через специальные трафареты, так что пленки имеют определенную конфигурацию в соответствии с заданным расположением элементов микросхемы.

При изготовлении толстопленочных ИМС на керамическую подложку через трафареты наносятся различные пасты: резистивиые и проводящие - для получения резисторов, соединительных проводников и контактов, а также обкладок конденсаторов и индуктивностей; диэлектрические - для изоляции элементов и создания диэлектриков конденсаторов. Пассивные пленочные ИМС как самостоятельные изделия не получили широкого применения.

Гибридная интегральная микросхема представляет собой ИМС, в составе которой имеются пленочные пассивные элементы, выполненные на диэлектрической подложке, и навесные микроминиатюрные активные компоненты, изготовленные как дискретные транзисторы и диоды (обычно в бескорпусном исполнении) и вмонтированные в подложку. В составе гибридных микросхем могут быть не только простые навесные компоненты (транзисторы и диоды), а и сложные - бескорпусные ИМС.

Более сложные ИМС явились результатом совмещения двух основных технологий изготовления интегральных микросхем - пленочной и полупроводниковой. Такие схемы называют совмещенными.

Совмеиенная интегральная микросхема - это ИМС, в которой активные элементы выполнены в кристалле полупроводника, а пассивные элементы и межсоединения - в виде пленок. При этом используются два способа сочетания технологии полупро-

водниковых и пленочных микросхем. Первый способ состоит в том, что в активной полупроводниковой подложке формируются транзисторы и диоды, как в полупроводниковой ИМС, затем на поверхности этого кристалла создается изолирующая пленка путем окисления кремния, а на нее наносятся пленочные резисторы, конденсаторы и межсоединения. В другом варианте совмещенной микросхемы, как в гибридных схемах, пассивные элементы и часть межсоединений создают в виде пленок на ди-

Рис. 5.3. Конструкции интегральных микросхем: а ночные; б - гибридные; в, г - полупроводниковые; / 2 - со снятым корпусом

тонкопле-в корпусе;

П П П П П П П ЯЙД> ГДД

Рис. 5.4. Расположение выводов микросхем: о - типа К140УД2; б -типа К553УД2; в - типа К174УН7

электрической подложке, а активные элементы и основные соединения формируются по технологии полупроводниковых ИМС в кремниевом кристалле, который монтируется на этой подложке!

Технология совмещенных интегральных микросхем позволяет использовать преимущества пленочных и полупроводниковых ИМС и создавать как активные, так и пассивные элементы с требуемыми параметрами и стабильными характеристиками.

По способу герметизации для защиты от внешних воздействий различают корпусные интегральные микросхемы, помещенные в специальный корпус или опрессованные в пластмассу (вакуумная

герметизация), и бескорпусные - покрытые эпоксидным защитным лаком. Интегральные микросхемы в различном конструктивном исполнении показаны на рис. 5.3, а расположение выводов - на рис. 5.4.

По характеру функционального назначения интегральные микросхемы делят на аналоговые, цифровые и комбинированные - аналого-цифровые.

Аналоговые (линейные) ИМС предназначены для генерирования и усиления гармонических сигналов, а также для детектирования, модулирования и т. д.

Цифровые (логические) ИМС используют для цифровой обработки информации, т. е. электрических сигналов, соответствующих двоичному или другому цифровому коду, в вычислительной технике, цифровых измерительных приборах, устройствах автоматики.

По выполняемой функции все микросхемы подразделяют на подгруппы; например, усилители, генераторы, фильтры, детекторы, логические элементы ЭВМ и др. Каждую подгруппу делят на виды; например, усилители низкой частоты, усилители высокой частоты, усилители постоянного тока и т. д.

Классификация по физическому принципу работы зависит от типа создаваемых в микросхеме основных и наиболее сложных элементов - транзисторов. На их структуре базируется формирование и других элементов. В полупроводниковых интегральных микросхемах применяют как биполярные транзисторы, так и полевые МДП-транзисторы.

В гибридных интегральных микросхемах в качестве навесных компонентов применяют биполярные бескорпусные транзисторы.

Контрольные вопросы

1. Чем занимается микроэлектроника?

2. Что представляет собой интегральная микросхема?

3. Что называют элементом и компонентом интегральной микросхемы?

4. Что показывает степень интеграции микросхемы?

5. Назовите виды интегральных микросхем и объясните, что представляет собой каждый из этих видов.

Глава 5.3.

ЭЛЕМЕНТЫ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

5.3.1. Элементы полупроводниковых интегральных микросхем

Полупроводниковые интегральные микросхемы содержат активные и пассивные элементы, формируемые в кристалле кремния в едином технологическом процессе. Эти элементы должны быть изолированы друг от друга и соединены согласно электри-

ческой схеме. По типу основного активного элемента - транзистора - полупроводниковые ИМС делят на биполярные и МДП-микросхемы. Соответственно, отличается и технология изготовления микросхем на базе структур биполярных и МДП-транзисторов. Рассмотрим кратко, как формируются активные и пассивные элементы в этих двух разновидностях полупроводниковых микросхем.

Транзисторы. Наиболее важным и сложным элементом при изготовлении интегральной микросхемы является транзистор. Его структура служит базой для формирования всех остальных элементов ИМС (как активных, так и пассивных).

Большинство биполярных транзисторов создается со структурой п-р-п, электрические характеристики которой лучше, чем у структуры р-п-р; но для реализации некоторых электрических схем требуются транзисторы с противоположным типом электропроводности, так что используют и транзисторы типа р-п-р. Транзисторы типа п-р-п характеризуются большим быстродействием и возможностью получения большего коэффициента передачи тока а, так как подвижность электронов в несколько раз превышает подвижность дырок.

Для изготовления элементов на основе транзисторной структуры используется планарная технология. При такой технологии элементы имеют плоскую структуру: их р-п переходы и контактные площадки выходят на одну плоскость полупроводниковой пластины - подложки, на поверхности и в объеме которой создаются элементы.

Разновидности планарной технологии - планарно-диффузи-онная и планарно-эпитаксиальная технология.

При планарно-диффузионной технологии для создания слоев полупроводника п-типа и р-типа примеси вводятся методом диффузии - перемещения частиц при их тепловом движении в направлении, где их концентрация меньше.

При планарно-эпитаксиальной технологии используют метод эпитаксии: на пластину полупроводника, служащую подложкой, наращивают слои, кристаллическая решетка которых повторяет кристаллическую структуру пластины, как бы продолжая кристалл. Одновременно с эпитаксиальным наращиванием полупроводниковых слоев в них вводят требуемые примеси, получая области п-типа и р-типа.

Для формирования биполярных транзисторов п-р-п типа основой служит монокристаллическая, т. е. имеющая правильную кристаллическую решетку, пластина кремния р-типа толщиной не более 50 мкм. Она служит подложкой. При планарно-диффузионной технологии (рис. 5.5) на поверхности этой подложки путем различных технологических процессов создают пленку двуокиси кремния ЗЮг, которая является защитной и изоляционной (/).

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 [ 35 ] 36 37 38 39 40

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.