Полупроводниковые твердые схемы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Твердые схемы представляют собой устройства, состоящие из кристаллов полупроводника, выполняющих функции активных и пассивных элементов схемы без внешних соединений. Активные элементы в таких схемах формируются из р --п - и п --р-переходов, создаваемых путем внесения донорных или акцепторных примесей.
Транзисторы в твердых схемах образуются двумя р -- n переходами, получаемыми на одном монокристалле полупроводника. Диоды выполняют методом планарной (плоской) структуры в едином технологическом цикле с изготовлением транзисторов. Первоначально диодам придают транзисторную структуру, а затем в зависимости от назначения диода пользуются р --п - или n --р-переходами.
Резисторы образуются методом диффузии с номинальными значениями до 500 кОм. Отделение их от остальной части схемы осуществляется методом изолирующей диффузии. Точность диффузионных резисторов составляет ±10 %.
Конденсаторы в твердых схемах выполняют с помощью барьерной емкости р --л-перехода. Для заданного материала емкость таких конденсаторов зависит от ширины и площади перехода.
Таким образом, в твердых схемах электронные элементы получают путем создания в полупроводниковой пластине участков, которые в совокупности выполняют функции, аналогичные функциям электронных схем. Создание самых разнообразных схемных решений обеспечивается надежной изоляцией отдельных областей, которая, как правило, осуществляется включением дополнительных переходов в обратном направлении. Внутрисхемные соединения и контактные площадки для присоединения внешних выводов выполняют напылением пленки алюминия на поверхность пластины кремния. Внешние выводы присоединяют методом термокомпрессии. Для защиты от внешних механических и климатических воздействий готовую схему герметизируют в корпус, имеющий два ряда жестких штырьковых выводов круглого или прямоугольного сечения.
Основным элементом аналоговых микросхем являются транзисторы (биполярные или полевые). Разница в технологии изготовления транзисторов существенно влияет на характеристики микросхем. Поэтому нередко в описании микросхемы указывают технологию изготовления, чтобы подчеркнуть тем самым общую характеристику свойств и возможностей микросхемы. В современных технологиях объединяют технологии биполярных и полевых транзисторов, чтобы добиться улучшения характеристик микросхем.
Микросхемы на униполярных (полевых) транзисторах -- самые экономичные (по потреблению тока):
МОП-логика (металл-окисел-полупроводник логика) -- микросхемы формируются из полевых транзисторов n-МОП или p-МОП типа;
КМОП-логика (комплементарная МОП-логика) -- каждый логический элемент микросхемы состоит из пары взаимодополняющих (комплементарных) полевых транзисторов (n-МОП и p-МОП).
Микросхемы на биполярных транзисторах:
РТЛ -- резисторно-транзисторная логика (устаревшая, заменена на ТТЛ);
ДТЛ -- диодно-транзисторная логика (устаревшая, заменена на ТТЛ);
ТТЛ -- транзисторно-транзисторная логика -- микросхемы сделаны из биполярных транзисторов с многоэмиттерными транзисторами на входе;
ТТЛШ -- транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки -- усовершенствованная ТТЛ, в которой используются биполярные транзисторы с эффектом Шоттки;
ЭСЛ -- эмиттерно-связанная логика -- на биполярных транзисторах, режим работы которых подобран так, чтобы они не входили в режим насыщения, -- что существенно повышает быстродействие;
ИИЛ -- интегрально-инжекционная логика.
КМОП и ТТЛ (ТТЛШ) технологии являются наиболее распространенными логиками микросхем. Где необходимо экономить потребление тока, применяют КМОП-технологию, где важнее скорость и не требуется экономия потребляемой мощности применяют ТТЛ-технологию. Слабым местом КМОП-микросхем является уязвимость от статического электричества -- достаточно коснуться рукой вывода микросхемы и ее целостность уже не гарантируется. С развитием технологий ТТЛ и КМОП микросхемы по параметрам сближаются и, как следствие, например, серия микросхем 1564 -- сделана по технологии КМОП, а функциональность и размещение в корпусе как у ТТЛ технологии.
Микросхемы, изготовленные по ЭСЛ-технологии, являются самыми быстрыми, но и наиболее энергопотребляющими, и применялись при производстве вычислительной техники в тех случаях, когда важнейшим параметром была скорость вычисления. В СССР самые производительные ЭВМ типа ЕС106х изготавливались на ЭСЛ-микросхемах. Сейчас эта технология используется редко.
По состоянию на 2009 год альянс ведущих разработчиков и производителей микросхем работает над тех. процессом 32 нм.
Современная интегральная микросхема состоит из десятков миллионов простейших "МОП-транзисторов. Остановимся более подробно на процессе изготовления микросхем, первый этап которого - получение кремниевых подложек.
Создание таких подложек начинается с выращивания цилиндрического по форме монокристалла кремния. В дальнейшем из таких монокристаллических заготовок (болванок) нарезают круглые пластины (wafers), толщина которых составляет приблизительно 1/ 40 дюйма, а диаметр -- 200 мм (8 дюймов) или 300 мм (12 дюймов). Это и есть кремниевые подложки, служащие для производства микросхем.
При формировании пластин из монокристаллов кремния учитывается то обстоятельство, что для идеальных кристаллических структур физические свойства в значительной степени зависят от выбранного направления (свойство анизотропии). К примеру, сопротивление кремниевой подложки будет различным в продольном и поперечном направлениях. Аналогично, в зависимости от ориентации кристаллической решетки, кристалл кремния будет по-разному реагировать на какие-либо внешние воздействия, связанные с его дальнейшей обработкой (например, травление, напыление и т. д.). Поэтому пластина должна быть вырезана из монокристалла таким образом, чтобы ориентация кристаллической решетки относительно поверхности была строго выдержана в определенном направлении.
Как уже отмечалось, диаметр заготовки монокристалла кремния составляет либо 200, либо 300 мм. Причем диаметр 300 мм -- это относительно новая технология. Понятно, что на пластине такого диаметра может разместиться далеко не одна микросхема, даже если речь идет о процессоре Intel Pentium 4. Действительно, на одной подобной пластине-подложке формируется несколько десятков микросхем (процессоров), но для простоты мы рассмотрим лишь процессы, происходящие на небольшом участке одного будущего микропроцессора.
Похожие статьи
-
Микроэлектроника - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Интеграмльная (микро)схемма (ИС, ИМС, м/сх, англ. integrated circuit, IC, microcircuit), чип, микрочимп (англ. microchip, silicon chip, chip -- тонкая...
-
Нанесение защитной пленки диэлектрика (Si02) - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
После формирования кремниевой подложки наступает этап создания сложнейшей полупроводниковой структуры. Для этого в кремний нужно внедрить так называемые...
-
Схемы ЭСЛ _ эмиттерно-связанной логики - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Цифровые микросхемы эмиттерно-связанной логики имеют более высокое быстродействие, чем схемы ТТЛ (даже ценой большей рассеиваемой мощности), достигшее в...
-
Схема ДТЛ - диодно-транзисторной логики - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Основная схема ДТЛ приведена на рисунке 2.16,а. Здесь диоды VD1, VD2, VD3 и резистор R1 представляют собой конъюнктор (И), элементы VT, R2, R3 _ инвертор...
-
Перспективы развития электроники - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Современные состояние развития электроники заключается в переход от микротехнологии к нанотехнологии. Прогресс в развитии науки и технологии,...
-
Схемы ТТЛ _ транзисторно-транзисторной логики - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Разновидности схем ТТЛ Также широко используются на практике разновидности схем ТТЛ: А) схема ТТЛ с тремя состояниями выхода Схемы базовых ТТЛ нельзя...
-
Основные параметры логических интегральных микросхем Входное U1вх и выходное U1вых напряжения логической единицы - значение высокого уровня напряжения на...
-
"Физические явления при контакте твердых тел" - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
При образовании кристаллической решетки металла внешние валентные электроны оказываются настолько слабо связанными со своими ядрами, что под воздействием...
-
1. Физическая Т-образная эквивалентная схема На рисунке 5.12 приведена физическая Т-образная эквивалентная схема транзистора с общей базой, где:?...
-
Входная и выходная характеристики транзистора с ОЭ несколько отличаются от характеристик транзистора с ОБ. Входной характеристикой транзистора,...
-
Для целенаправленного изменения свойств полупроводники легируют, т. е. вводят в небольшом количестве атомы примесей, позволяющие управлять типом...
-
Полевые транзисторы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Полевой транзистор - это полупроводниковый прибор, работа которого основана на модуляции сопротивления полупроводника поперечным электрическим полем...
-
"Введение, этапы развития электроники" - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Электроника-область науки, техники и производства, охватывающая изучение физических основ, исследование, разработку и принципы использования приборов,...
-
Для реальных структур Сопротивление эмиттерного перехода мало (сотни омов), а сопротивление коллекторного перехода составляет сотни килоом. Допустим, в...
-
Ключевой режим работы транзистора - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
1. Транзисторный ключ с общим эмиттером Наибольшее распространение в цифровой и импульсной технике имеет ключ с общим эмиттером. В схеме - коллекторная...
-
Биполярные транзисторы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Транзисторами называются полупроводниковые приборы, способные усиливать электрическую мощность, имеющие три или более выводов, один или более p-n...
-
Оптоэлектронные полупроводниковые приборы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Оптоэлектроника - область электроники, занимающаяся вопросами преобразования оптических сигналов в электрические и наоборот. Новое направление в...
-
Полупроводниковый резистор - это полупроводниковый прибор с двумя выводами, построенный на полупроводнике, равномерно легированном примесями. В...
-
Переключательные полупроводниковые приборы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
К переключательным полупроводниковым приборам относятся тиристоры, однопереходные и лавинные транзисторы. Тиристоры - это многослойные переключающие...
-
Микросхема диэлектрический биполярный полупроводниковый Полупроводниковая ИС - это микросхема, которая представляет собой кристалл полупроводника, в...
-
Описание структурной схемы - Разработка радиопередающего устройства
Рис. 1. Структурная схема РПУ. Проектирование любого устройства начинается с составления структурной схемы. Структурных схем частотной манипуляции много,...
-
Расчет схемы электрической принципиальной цифрового матрицирующего устройства. Рассмотрим систему обозначений сигналов, принятую в цифровом телевидении...
-
Помимо аналого-цифровых преобразователей (АЦП), работой цифровой логики могут управлять операционные усилители (ОУ) и компараторы, преобразующие...
-
Генератор тактовых импульсов должен вырабатывать прямоугольные импульсы частотой 190 Гц. В качестве токового возьмем мультивибратор на логических...
-
Выбор и обоснование принципиальной схемы предварительного усилителя ФПУ В соответствии со структурной схемой приведенной ранее, ФПУ конструктивно делится...
-
В таблице приведены усредненные типовые значениянекоторых параметров микросхем, выполненных по различным технологиям. В различных справочникахприведенные...
-
Обоснование выбора электрической принципиальной схемы - Умножитель частоты
Выбранная структурная схема является однокольцевым УЧ. В настоящее время характеристики, указанные в техническом задании, хорошо реализуются на...
-
Построение структурной схемы автомата (рис. 10) осуществляется по результатам минимизаций функций по картам Карно. Схема состоит из четырех блоков:...
-
Принципиальная схема устройства - Радиосистема пожарной сигнализации
Исходя из технических требований и структурной схемы, выберем схемы и элементную базу для устройства. В качестве генератора колебаний используем простой...
-
Для n-логических переменных (аргументов) существует 2n их комбинаций или двоичных наборов. На каждом таком наборе может быть определено значение функции...
-
СХЕМА СРАВНЕНИЯ КОДОВ - Цифровые устройства и микропроцессоры
Два кода X и Y считаются равными, если попарно равны их одноименные разряды. Можно ввести функцию F(X==Y), которая равна 1, если xi=yi для всех i, иначе...
-
Расчет элементов эквивалентной схемы - Разработка радиопередающего устройства
Резистивная и реактивная составляющая входного сопротивления транзистора Zвх=rвх+jXвх Zвх=2.131+j-0.112 Мощность возбуждения Коэффициент усиления...
-
Рассчитываем элементы схемы автогенератора, Расчет ГУНа - Разработка радиопередающего устройства
Для улучшения стабильности частоты целесообразно выбрать контур с высокой добротностью (Qнен - добротность ненагруженного контура ) и большим...
-
Технология изготовления ППИС на БТ. Элементы ППИС необходимо изолировать друг от друга что бы необходимые соединения осуществлялись только путем...
-
Цель: вычислить потребляемую мощность схемы программатора. Данные по элементам и рассчитанная мощность сведены в таблицу 2. Таблица 2 - Потребляемая...
-
Выбор и описание элементной базы - Конструирование СВТ
На сегодняшний день существует 6 основных технологий [1, 4, 5, 6, 7] изготовления микросхем по: 1. Транзисторно-транзисторной логике (ТТЛ); 2....
-
Элементы промышленной электроники - Общая электротехника и электроника
Выпрямители . Выпрямитель - это устройство, предназначенное для преобразования переменною напряжения в постоянное. В зависимости oт числа фаз питающего...
-
Схемы устройств согласования и защиты - Рельсовые цепи тональной частоты
Схема устройства согласования и защиты зависит от решаемых задач (см. п. 2.4.1) и условий применения. Условия применения определяются наличием или...
-
Электрическая функциональная схема арифметического устройства для выполнения сложения и вычитания десятичных чисел представлена на рис. 2.4. Отдельно...
-
Разработка функциональной схемы устройства - Разработка автомобильной охранной сигнализации
Функциональная схема автомобильной сигнализации показана на рисунке 6. Функциональная схема брелока управляющего автомобильной сигнализацией показана на...
Полупроводниковые твердые схемы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств