Электроника. Курс лекций - часть 5

Р

Р

засветка

фоторезист

Si O

2

Si

n

n

n

n

Полупроводниковые интегральные микросхемы: 
Все   элементы   из   полупроводников   в   глубине   полупроводникового   кристалла.
Межсоединения - на поверхности кристалла.

Планарная   технология 

-   обеспечивает   возможность   создания   сложных

полупроводниковых   структур   в   глубине   кристалла   с   выводом   электродов   на   одну
поверхность.
Способ получения узора, требуемого технологией путем нанесения фоторезиста, его
засветки и вытравливания.
Фоторезист - материал, меняющий свои свойства от воздействия света.
Легирование   -   внесение   примеси   в   кристалл   полупроводника   путем   диффузии   из
газообразной среды.
2) Выращивание п/п с примесью P.

3) Засветка фоторезиста через шаблон.

4) Вытравливание.

5) Стравливание окиси.

6) Легирование определенным видом примеси n.

7) Стравливается оставшийся фоторизист.

2 этап:
(окислили)

n

p

p

n

P

пластина процара-

пывается и ломается

    чип

n

n

p

p

n

n

Выводы

корпус

чип

7 шагов

3 этап:
7 шагов

4 этап:
1. Отверстия под будущие электроды. Окисление.
2. Нанесение слоя фоторезиста.
3. Засветка.
4. Стравливание засвеченного фоторезиста.
5. Стравливание открытого окисла.
6. Стравливание оставшегося фоторезиста.

5 этап:
1. Создается   требуемое   межсоединение.   Вся   поверхность   пластины   покрывается

алюминиевой пленкой путем осаждения из газообразной среды.

2. Поверхность покрывается фоторезистом.
3. Фоторезист засвечивается в соответствии с шаблоном.

4. Смывается засеченный фоторезист.
5. Открытая алюминиевая пленка стравливается.
6. Стравливается оставшийся фоторезист.

Si O

2

(высокая изоляция)

n

n

p

p

n

n

Контактные
отверстия

Подложка

p

n

n

p

p

p

Проблема изоляции эл-тов в глубине п/п:

1. Изоляция автосмещением

Один из диодов всегда смещен в обратном направлении.

Здесь, за счет больших емкостей снижается быстродействие.

2. На глубине диэлектрические стаканы

          Данная технология дороже, чем предыдущая, и имеет меньший процент выхода
годности (ПВГ = 5 %)

Биполярные транзисторы

Контактные площадки делаются 
больше по площади, что повышает 
быстродействие.

Требуется 1 дополнительный технологический цикл, стоимость возрастает.

Э

p

p

К

p

Б

n

p

n

К

p

Э

p

Э

1

p

n

p

Э

2

Э

3

Э

4

Э

1

Э

2

Э

3

Э

4

К

МЭТ

Диод Шотки

p

n

p

n

M

Многоэмиттерные транзисторы:

Условное обозначение:

Транзисторы Шотки:

Условное обозначение:

     У В-полярных транзисторов:



  200,

f

гр

 = 500 Мгц,

U

 пробоя К-Э

 = 50 В,

Емкость = 5 нФ. 

Э

К

Б

а)

б)

в)

г)

д)

p

n

p

З

С

И

n

З

С

И

n

Со встроенным
каналом

p

n

З

С

И

n

С индуцированным
каналом

p

Диоды в составе ИМС:

5 вариантов реализации диодов на основе данных структур:

Полевые транзисторы:

Технология производства схем на основе полевых 
транзисторов более эффективная.

Если имеем МОБ транзистор, то:

p

n

З

С

И

n

p

p

n

Al пленка

Диэлектрик

p

n

Резисторы:

В качестве сопротивления используют сопротивление одной из областей:

В качестве резистора может быть использован полевой транзистор:

Конденсаторы: 

Обычно в качестве емкостей используют обратно смещенные p-n 
переходы.

Варикан - диод, использующийся в качестве конденсатора (переменной емкости).

Совмещенная технология - активные элементы изготавливаются в глубине 
полупроводника, а пассивные - на поверхности диэлектрика по пленочной 
технологии.

НДП - конденсатор:

Вид сверху:

S=23,04 мкм

2

S=27,04 мкм

2

4,8 мкм

5,2 мкм

5 мкм

Проблемы создания и производства больших интегральных схем (БИС)

Развитие электроники, направления:

1).   Повышение   степени   интеграции   (миниатюризация   -   повышение   степени
плотности на ед. площади).
2). Увеличение площади чипа (кристалла).
3). Смешанное (гибридное) направление.

1) Повышение степени интеграции 

1. Проблема теплоотвода (большая тепловая выделяемая мощность). 

Микропроцессор с вентилятором.  5 Вт на см

2

  - допустимая мощность.

2. Проблема неравномерности примеси.  

0,25 технология. Стахостическая диффузия - разное число примесей в прямоуг.,
следовательно,   имеет   место   большая   разность   в   свойствах   (разброс
параметров).

3. Проблема допусков.

Площадь   прямоуг.   неодинакова,   большое  

расхождение. 

0,25 мкм - технология сейчас. 
0,18 мкм - технология будет. 

4. Проблема напряженности электрического поля.

Питание идет 3,5 В.
Если расстояние 5 мкм и U=0,2 В, то Е= 400 В/см.
Если расстояние 0,2 мкм и U=0,2 В, то Е= 1000 В/см.
Следовательно, возможны пробои и т.д.

2) Увеличение площади чипа.

Чем больше площадь чипа, тем больше процент выхода годности (ПВГ), т.к.
большая площадь охватывает большее число дефектов.

Чем чище полупроводник, тем больше можно сделать площадь чипа.

Общие проблемы 2-х направлений:
1. Проблема   межсоединений.   25   000   000   элементов,   миллиарды   межсоединений

(фотошаблоны). Создаются локальные схемы, потом идет их соединение.

2. Проблема контроля параметров. 100 выводов микропроцессора. 50 - входных, 50 -

выходных. 2

50

 входных сигналов  10

15

      и проанализировать выходные сигналы

невозможно (25 лет, если требуется 1мксек на 1 комбинацию).

3. Проблема металлизации соединений.

а)    Метод фиксированных соединений:

- металлизация
- контроль годности

б) Метод избирательных межсоединений - создается функциональная 
избыточность (элементов больше, чем нужно)

4. Проблемы сложности и экономичности.

а) Функциональная избыточность. На основе одной и той же микросхемы
изготавливают различные приборы (калькуляторы, электронные игры)

б)  Перепрограммируемые электронные схемы (используется микропроцессор)

Источник питания

P

0

Нагрузка

P

2

Р

2

 > Р

1

(U

2

 > U

1

)

(I

2

 > I

1

)

У

Источник

входного сигнала

Р

1

e

c

Z

вх

R

вх

R

c

E

вых

Z

вых

R

вых

Z

н

Сравнительная характеристика показателей интегральных микросхем

60 гг.

70 гг.

80 гг.

90 гг.

99г.

Диаметр диска, мм

Al,Si

25

50

100

200

?

Площадь чипа, мм

2

1

20

40

100

?

Сторона структуры,

мкм

20

6

3

1

0,25 (0,18)

Степень интеграции

1

1 000

1 000 000

3 000 000

25 000 000

Усилители. Классификация. Основные характеристики. 

Показатели работы.

Усилитель - электронное устройство, предназначенное для усиления мощности

входного сигнала.

Р

0

, Р

1

, Р

2

 - мощность                     

Усилитель регулирует с помощью Р

1

  мощность Р

0

 к Р

2

.

R  - действительные значения.
Обычно  Z  -   комплексные   числа,   но   мы   исследуем,   где   они   становятся
действительными.

Различают 3 типа усилителей:
1. Усилитель с потенциальным входом   R

c

 << R

вх

Здесь R

н

 >> R

вых

2. Усилитель с токовым входом R

c

 >> R

вх

Здесь R

н

 << R

вых

3. Если R

c

  R

вх

 , то согласованный вход или усилитель мощности. 

Здесь R

н

  R

вых

Методы обеспечения режима работы усилителей на полевых транзисторах