Звоните! 
 (926)274-88-54 
 Бесплатная доставка. 
 Бесплатная сборка. 
Ассортимент тканей

График работы:
Ежедневно. С 8-00 до 20-00.
Почта: soft_hous@mail.ru
Читальный зал -->  Электронные вычислительные машины 

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 41 42 [ 43 ] 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69


дают по сравнению с кремниевым в 5 раз большим быстродействием, меньшей мощностью рассеяния и более значительной радиационной стойкостью. Арсенид галлия применяют в оптоэлектронных и других устройствах, где используются его специфические свойства. Широкое использование его ограничивается трудностями получения монокристаллов больших размеров и создания изолирующих слоев. Преодоление этих трудностей может сделать этот

материал основным при изготовлении полупроводниковых интегральных схем.

Элементами полупроводниковых микросхем являются транзисторы, диоды, резисторы и конденсаторы. Транзисторы и диоды - основные элементы. Они имеют те же характеристики, что и в дискретном исполнении.

Транзисторы. В интегральных микросхемах используют биполярные и униполярные (полевые) транзисторы.

Биполярные транзисторы разделяются на пла-нарные и планарно-эпитакси-альные (рис. 17.1).

Планарный транзистор (рнс. 27.1, а) отличается тем, что все слои, соответствующие эмиттеру (Э), базе (Б) и коллектору (К), выходят на одну поверхность. Коллекторг ные токи при этом проходят протяженный горизонтальный участок под базой, прежде чем достигнут контакта. Повышенное сопротивление коллектора снижает быстродействие транзистора.

Планарно-эпитаксиальный транзистор имеет высоколегированный захороненный слой Ы+-типа с малым омическим сопротивлением (рис. 17.1,6), который уменьшает сопротивление коллектора. Транзисторы имеют форму прямоугольника шириной50... 200 мкм и длиной 75...300 мкм. Глубина эмиттерной области составляет несколько микрометров. Большинство биполярных транзисторов изготовляют со структурой N-P-N, что обеспечивает более высокое быстродействие по сравнению со структурой


Рис. 17.1. Структуры биполярны.х

транзисторов: а - планарный; б - плаиарно-эпитакси-альный; в - планарно-эпитаксиальный с барьером Шотки: 1 - алюминиевый контакт; 2 -диоксид кремния; 3 - кристалл кремния

P-N-P. так как подвижность электронов в 2...3 раза превышает подвижность дырок.

На рис. 17.1, в показана структура планарно-эпитаксиального транзистора с барьером Шотки. Она представляет собой транзистор Л-Р-Л+-типа, в котором металлический контакт базы расширен на коллекторную область. Такой контакт обладает выпрямляющими свойствами и работает как диод. Транзисторы с барьером Шотки характеризуются высоким быстродействием и большим коэффициентом усиления. Изготовление таких транзисторов не требует дополнительных операций, а площадь незначительно превышает площадь обычного транзистора.

Рис. 17.2. Структура МОП-траизистора с индуцированным (а) и встроенным (б) каналами: / - алюминиевый контакт; 2 - диоксид кремния; 3 - кристалл кремния; 4 - канал ЛГ-типа

Униполярный (полевой) транзистор имеет структуру металл - оксид - полупроводник (МОП) и может быть выполнен с индуцированным или встроенным каналом (рис. 17.2), который создается технологическим путем.

МОП-транзистор с индуцированным каналом (рис. 17.2, а) представляет собой конденсатор, верхней, обкладкой которого является металлический затвор (3), нижней - полупроводник (кремний Р-типа), а диэлектриком - слой ЗЮг.- Когда к затвору приложено положительное напряжение, на поверхности кремния между диффузионными областями iV-типа индуцируется (наводится) канал проводимости iV-типа от истока (И) к стоку (С).

С помощью напряжения на затворе можно менять в широких пределах ток от истока к стоку, (от 10- до 10-2 д)

Максимальное напряжение на затворе (10 В) ограничивается электрической прочностью изолятора. Малое расстояние между диффузионными областями (10 мкм) и тонкий оксидный слой (0,2 мкм) обеспечивают максимальное изменение проводимости от истока к стоку.

Важнейшим свойством МОП-транзисторов является высокое входное сопротивление, что объясняется хорошей изоляцией затвора слоем диоксида кремния. МОП-транзисторы имеют простую структуру и малую по сравнению с обычными транзисторами паразитную емкость. Площадь МОП-транзистора примерно в 10 раз меньше, чем планарного.

9-673 257



Диод. Диод образуется путем создания Я-Л-перехода между диффузионным слоем и монокристаллом полупроводника (рис. 17.3). Технология изготовления таких диодов идентична технологии изготовления транзисторов. На практике в качестве диодов используют транзисторные структуры, что значительно упрощает процесс их изготовления. Для получения диодов на основе транзисторных структур используют различные схемы диодного включения транзисторов.

Резисторы. По значимости они занимают следующее место после полупроводниковых приборов. Резисторы применяют двух типов: полупроводниковые и тонкопленочные.

Полупроводн и к о в ы е резисторы получают методом диффузпи (рис. 17.4, а). Они имеют малые размеры с номиналь-


5) ,

Рис. 17.3. Структура диода:

/ -днокснд кремния; 2 - алюминиевый контакт; 3 - кристалл кремния

Рис. 17.4. Резисторы полупроводниковых микросхем:

а - диффузионны11; б - тонкоплеиоч-ный; i - диоксид кремния; / - алюминиевый контакт; 3 -кристалл кремния; i - пленка иихрома

нЫми значениями от 25 Ом до 25 кОм. Такие резисторы отделяют от остальной части методом изолирующей диффузии. Значение сопротивления зависит от размеров резистивного слоя. Сопротивление диффузионной области может быть выражено в единицах поверхностного сопротивления материала рк:

НКИЬ, (17.1)

где L -длина резистора; ft -ширина резистора.

Контактные площадки, расположенные на концах диффузионного резистора, вносят дополнительное сопротивление, которое учитывают поправочным коэффициентом. При R - A кОм и рк= =200 Ом/П

i/ft = =4000/20 = 20/1.

Из технологических соображений ширина резистора Ъ принимается равной 25 мкм; следовательно, L=500 мкм. Точность диффузионных резисторов составляет ±(10...20)%. Она зависит от

равномерности распределения примесей и точности выполнения конфигурации резистивного слоя.

Максимальная допустимая мощность, рассеиваемая диффузионными резисторами, достаточно велика и определяется главным образом возможностями осуществления теплоотвода. Абсолютные значения сопротивлений имеют сравнительно большой разброс в разных образцах, но обеспечивают достаточно хорошее согласование сопротивлений в одной схеме.


Piic. 17.5. Конденсаторы полупроводниковых микросхем:

а - диффузионный; 6 - МОП-тнпа; в - тонкопленочный; / - днокснд кремния; 2 - алюминиевый контакт; 3 - квисталл кремния

Тонкопленочные резисторы (рис. 17.4,6) представляют собой пленку материала с большим сопротивлением, расположенную на пленке диоксида кремния. Наибольшее применение имеют резисторы пз нихрома. Наличие хрома в составе резистора обеспечивает хорошее сцепление пленки со слоем диоксида кремния.

Типичные тонкопленочные резисторы имеют сопротивление от 15 до 800 Ом/G, а температурный коэффициент 5-10 1/°С.

Преимущества тонкопленочных резисторов заключаются в возможности размещения их.на меньшей площади и лучшей изоляции. Значение паразитных емкостей у них значительно меньше, чем у диффузионных. Такие резисторы можно выполнять с точностью до ±1%. Однако использование тонкопленочпых резисторов требует введения дополнительных операций технологического процесса, которые приводят к удорожанию схемы. Тонкопленочные резисторы обычно применяют в тех случаях, когда требуются стабильные и точные сопротивления больших номиналов.

Конденсаторы полупроводниковых микросхем. Они имеют следующие разновидности (рис. 17.5): диффузионные, металл-оксидно-полупроводниковые (МОП-конденсаторы) и тонкопленочные.

Диффузионные конденсаторы (рис. 17.5, а) образуются смещенным в обратном направлении р-Л-переходом. Для



данного материала емкость является функцией площади перехода, концентрации примесей и приложенного напряжения. Емкость P-iV-перехода имеет линейную зависимость от напряжения. Точность диффузионных конденсаторов составляет ±20%. При использовании кремния можно получить конденсаторы емкостью до 1000 пФ и пробивным напряжением в 7 ... 10 В.

МОП-конденсаторы (рис. 17.5,6) обладают лучшими характер ристиками. Они создаются непосредственно на полупроводниковой пластине. Диэлектриком здесь является слой диоксида кремния, образованный на полупроводнике. Одним из электродов является область кремния Л+-типа, лежащая под оксидом, а другим -проводящая пленка-алюминия, нанесенная на слой оксида. Такой конденсатор обладает хорошей линейностью, высоким пробивным напряжением (до 50 В), низким температурным коэффициентом. Удельная емкость МОП-конденсаторов составляет до 10 пФ/см. Практически это значение ограничивается пределами 300... 1000 пФ. МОП-конденсаторы обладают высокой стабильностью, их емкость не зависит от напряжения. Температурный коэффициент может быть получен меньше 0,03%. Основным недостатком МОП-конденсаторов является большая паразитная емкость относительно подложки.

Тонкопленочные конденсаторы (рис. 17.5, в) получаются путем осаждения пленки диэлектрика между двумя проводящими пленками из алюминия, образующими пластины конденсатора. Одна из них наносится на слой диоксида кремния. В качестве диэлектрика применяют диоксид кремния ЗЮг или оксид тантала ТзгОз. Благодаря хорошей изоляции от подложки слоем SiOz конденсатор имеет высокое напряжение пробоя, достигающее сотен вольт. Емкость тонкопленочного конденсатора может достигать 900 пФ/мм2, когда в качестве диэлектрика применяется ЗЮг, и до 3500 пФ/мм2, если диэлектриком является ТзгОз. Точность конденсатора составляет ± (5 ... 10) %-

17.2. Получение монокристалла кремния и его первичная обработка

Кремний является основным материалом, применяемым для изготовления полупроводниковых интегральных микросхем. Он представляет собой сравнительно легкий материал (плотность 2,3 г/см) серого цвета с температурой плавления 1420°С. Максимальная температура обработки не должна превышать 1300°С, так как при более высокой температуре возможна деформация заготовки.

В качестве исходного материала для полупроводниковых микросхем используют монокристаллический кремний высокой чистоты с удельным сопротивлением -100 Ом/см. Такой кремний содержит один атом примеси на 10 атомов кремния. Его обычно


называют беспримесным или кремнием с собственной проводимостью.

Кремний получают восстановлением SiOg с помощью углерода в электрической печи. На этой стадии кремний имеет степень чистоты -98% и не может быть использован для изготовления полупроводниковых интегральных микросхем.

Для получения чистого кремния используют методы зонной очистки и бестигельной плавки.

Метод зонной очистки (рис. 17.6) Слиток кремния 1 помещают в графитовую лодочку 4. С помощью кольцевого электронагревателя 2 создается расплавленная зона 5, равная 0,1 длины слитка. Она проходит через весь слиток со скоростью 0,1...2 мм/мин. При перемещении такой зоны вдоль материала примеси будут скапливаться в жидкой фазе и концентрироваться в конце слитка, который после окончания процесса очистки отрезается. Процесс производится Рис. 17.6. Схема зонной в защитной атмосфере азота N2. очистки кремния:

Для получения кремния необходимой - направление движения , слнтка; Б - направление

чистоты надо повторить процесс зонной движения расплавленной зо-

очистки или создать несколько расплав-ленных зон.

Метод бестигельной плавки (рис. 17.7). Слиток кремния 2 устанавливается между верхним I и нижним 5 штоками внутри герметизированной вакуумной камеры 6, заполненной инертным газом. Расплавление узкой зоны 5 материала обеспечивается индуктором 4. В результате движения индуктора расплавленная зона перемещается от одного конца слитка к другому. Кроме того, верхняя и нижняя части слитка вращаются в разные стороны, что обеспечивает хорошее перемешивание расплава. Это способствует перемещению примеси, скапливаемой в верхней части слитка, которая затем удаляется. При такой очисткерасплавленный кремний не реагирует с материалом тигля, так как отделен от него потоком инертного газа. Недостатком метода является низкая производительность, так как может быть создана только одна расплавленная зона и процесс очистки приходится многократно повторять.

Очищенный материал надо получить в виде монокристалла *, так как границы раздела между отдельными кристаллами уменьшают подвижность носителей и ухудшают характеристики микросхем.

Метод Чохральского. Выращивание монокристалла кремния производится по методу Чохральского (рис. 17.8). Определенное

* Монокристалл - единичный кристалл с непрерывной кристаллической решеткой,



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 41 42 [ 43 ] 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69



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
.