Микроэлектрониканың интегралдық схемалары

Пән: Электротехника
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

МИКРОЭЛЕКТРОНИКАНЫҢ ИНТЕГРАЛДЫҚ СХЕМАЛАРЫ

Жалпы мағлұматтар

Қазіргі таңдағы радиоэлектрондық аппараттарға (РЭА) қойылып отырған талаптарға сұраныстарды қанағаттандыру, микроминиатюралық құрылғылардың көмегімен жүзеге асырылады. Мұндай микроминиатюралық-электрондық құрылғылар өте күрделі және көпэлементті болып келеді. Бұл бағыттағы жұмыстарда, электрондық құрылғыларды жасағанда, олардың құрамына кіретін элементтерді кішірейту және сол элементтерді атқаратын қызметіне қарай топтастыру маңызды мәселе.

Осы заманғы физиканың, химияның, металлургияның және басқа да салалардың қол жеткен жетістіктерінің арқасында, 1 мм ² ауданшаға бірнеше мыңдаған элеметттерді интеграциялау (жинақтау) дәрежесіне қарай интегралдық схемалар алуға мүмкіндік туды.

Интегралдау дәрежесі дегеніміз активтік заттың бір өлшем ауданына, не бір өлшем көлеміне, келетін элементтер саны. Элементтерінің саны 10 ³ және одан да көп болған микросхемаларды, көбіне үлкен дәрежеде интеграцияланған микросхемалар деп атайды.

Интегралдық микросхема (ИМС) деп, кристалға біріктірілген активтік және пассивтік элементтердің байланысқан электрлік жиынынан тұратын микроэлектрондық бұйымдарды немесе ортақ төселімде тораптың функциялық біткен түрін айтады. Электр радиобөлшектерінің дайындалып жасалуы және олардың араларының қосылып біріктірілген технологиялық процестерін интегралдық деп атайды. Технологиялық әдіспен дайындалуына байланысты микросхемалар жартылай өткізгіштік, пленкалы, бірлескен және гибридтік деп бөлінеді.

Жартылай өткізгішті кристалда немесе диэлектрлік төселімде активтік және пассивтік элементтер бір-бірінен изоляцияланып орналасады және сым арқылы қосылады.

Активтік элементтерге - транзисторлар мен диодтар , ал пассивтіктерге - резисторлар , конденсаторлар және индуктивтік элементтер жатады. Өткізгіштер ретінде, көбіне, алюминий пленкасының жолақтары, сол сияқты асыл металдар және олардың құймалары (Al, Au, Ag, Pt және т. б. ) алынады.

Интегралдық схемалардың түрлері

Жартылай өткізгіштік ИМС. Мұндай түрдегі ИМС-лар монокристалды немесе поликристалды жартылай өткізгіштің көлемінде, оның бетін пайдаланатындай етіп орындалады. Активтік және пассивтік элементтерінің электрлік қосылыстары изоляцияланған қабаттармен бөлініп, локальдық (жергілікті) облысты алып тұрады. Жартылай өткізгішті ИМС-тің интеграциясы жоғарғы дәрежеде болады: 1 м ³ көлемдегі элементтердің тығыздығы бірнеше мыңға жетіп жығалады; олардың бір-біріне қосылу (жалғану) саны минимумға жеткізілгендіктен, олар максимал сенімділік қасиетке ие болады. ИМС үшін қажетті материал кремний, себебі оның технологиялық және жұмыс сипаттамалары жақсы және параметрлерінің тұрақтылығына қанағаттанарлық; оның тотығының пленкасы Si 0 ₂ , қорғаныстық (изоляциялық) қасиеті айрықша болып келеді. Ол мынада: ИМС-тің барлық активтік және пассивтік элементтері бір кристалға топталған, өзара бір-бірінен электрлік изоляцияланған, сонымен қоса олар бір-бірімен функциялық тәуелділіктеріне қарай жалғанған.

Диаметрі З0 . . . 60мм, қалыңдығы 0, 15 . . . 0, 2мм, меншікті кедергісі р ≈ 5∙10 Ом∙см жоғары Омды п- немесе - р- түріндегі кремний пластинасы барлық ИМС-тің ортақ төселімі болып саналады. Онда транзисторлардың, резисторлардың және т. б. элементтердің құрылымдық схемасын жасау үшін, үш ретті диффузияланатын планарлық және эпитаксиальды-планарлық технологиялық, фотолитографиялық, химиялық өңдеу және басқа да әдістерді қолданады. Технологиялық процесс 100-ден артық амалдардан тұрады, ережеге сай, автоматтандырылған және ЭЕМ-мен басқарылады.

Жартылай өткізгіштік ИМС-тің көлемдік бөлігі 1. 1-суретін де көрсетілген. Монокристалдың қалыңдығында (1) тереңдетіп ойылған (қалталар) 4, олардың беттері тотық қабатымен (6) жабылып, изоляцияланған. Тереңдікке (4) қалыңдығы 50 мкм болатын п- түріндегі кремний қабаты отырғызылған. Ажарланғаннан , жылтыратқаннан, өңдегеннен және жуғаннан кейін, диффузиялық әдіспен р- түріндегі (2) аймақты, 3 және 5 жақсы электрөткізгіштік қоспалар аймағын қалыптастырады. Сол процестердің біріне тоқталайық.

Диффузия деп, Менделеев кестесінің үшінші немесе бесінші тобындағы элементтердің қоспасын таза жартылай өткізгіш кристалға ендіріп, қоспалауды айтады. Диффузия р-п ауысуларын жасау үшін қолданылады. Диффузиялық қабаттың қалыңдығы 3 . . . 5 мкм-дан аспайды. Кедергі мынадай шамалардан тәуелді болады:

R = ρl/w,

мүндағы ρ - ұзындығы l ені w болатын бөліктің меншікті кедергісі.

1. 1 сурет

Тотығу деп, 1000° С температураға дейін қыздырылған кристалдың бөлігіне, қыздырылып аса қаныққан су буымен әсер етіп, сол кристалдың бетінің бөлігінде Si тотығының пленкасын алуды айтады. Пленканың қалыңдығы және оның өсуі бу фазасындағы ауа концентрациясынан және температурадан тәуелді болады. Көбіне, қалыңдық 1, 5 мкм-дан аспайды.

Фотолитография деп, кристалдың бетін химиялық жолмен өңдеуді айтады. Фотолитография фотомаска-трафареттерді қорғаушы паста - фоторезистаны кристалл бетіне жағып, олардың кристалдармен қосылуын, ультракүлгін сәулелермен сәулелендіру және келесі химиялық өңдеуге, жуу және кептіруге дайындау болып табылады.

Фотолитография әдісінің ажыратқыштық қабілеті бір миллиметрге 200 және одан да артық сызықтарға шейін барады. Сондықтан бұл әдіспен 2 мкм өлшемді элементтерді қалыптастыруға болады.

Химиялық өңдеу. Бұл әдіспен кремнийді өңдеу тұрақтандырғыш реаганаттардың қатысумен сұйық немесе бу тәрізді қышқылда, әр түрлі қышқылдың қоспасында немесе сілтілерде жүргізіледі.

Эпитаксия дегеніміз кремнийлік төселімге атомдық кремнийді тұндыру процесінде алынған пленка, ол құрылымның негізінің жалғасы ретінде қызмет етеді. Көбіне, бір құрылымды (мысалы, п -түрлі) қоспалы пленканы, р -түрлі басқа құрылымды қоспаның негізіне тұндырады. Әр түрлі электр өткізгіштік жағдайында пленка мен негіздердің шекарасында р-п ауысуы туады. Эпитаксиальдық-планарлық құрылымда пленканың қалыңдығы 25 мкм-ға дейін жетеді, онда ИС-ның барлық элементтерді орналасады; 200 мкм қалыңдыққа дейінгі пластина конструктивтік элементі болып табылады.

Жартылай өткізгіштік ИС топтау әдісімен жасалады. Диаметрі 60 мм бір пластинаға элементтер және аралық байланыстар - 300 . . . 500 құрылымдар жиыны теріледі; 20 . . . 30 партия пластиналары параллель өңделеді. Одан әрі кристалды бөліктерге бөліп кеседі, олар корпустарға бекітіледі.

Пленкалық ИС жұқа және қалың пленкалы болып бөлінеді. Жұқа пленкалы ИС-ның төселімінің негізі сапфирадан, керамикадан, шыныдан немесе басқа диэлектрлік материалдан тұрады. Оларда активтік, пассивтік элементтер, изоляциялық қабаттар, жұқа металл қабаттары түріндегі жалғастыру сымдары, жартылай өткізгішті немесе 1 мкм-ге дейінгі қалыңдықты диэлектрлік пленкалар қалыптасады. Төселімге трафарет-маска арқылы тозаң ендіріліп пленка қапталады. Тозаңдатудың әр түрлі әдістері қолданылады. Термиялық тозаңдау вакуумде жүргізгенде, кейбір металдардың булану температурасы қайсыбір материалдың балқу температурасынан төмен болады, мысалы, хром (t _6ал ≈1800, t _булан ≈1200°C), титан (t _бал ≈1720, t _булан ≈1540°С), магний (t _бал ≈650, t _булан ≈440°С), кремний (t _бал ≈1415, t _6улан ≈1340°С) және т. б, электронды-сәулелік буландырғыштарда баяу балқитын материалдар (металдар, диэлектриктер) жоғары үдеткіш кернеулермен (10кВ-қа дейін) қыздырылады, буланады, иондалады, маска арқылы бұйымга тұндырылады (шөгеді) .

Металдар мен диэлектриктерді жанама жолмен қыздырып , буландыру да жиі кездеседі.

Бейтарап төселімдерге белгілі бір бірізділікпен түсірілген (әкелінген) металл, диэлектрик, жартылай өткізгіш пленкалар жұқа пленкалы ИМС болып табылады.

Температураға төзімді және жылу өткізгіштігі жоғары керамикалық төселімдерден, мысалы, 96% А1 ₂ 0 ₃ қалың пленкалы ИМС дайындалады. Төселімге өткізгіш және резистивтік паста - органикалық сұйықпен байланыстырылған, өлшенген, шынылар, металл тотықтары және асыл металдардың ұнтақтары әкелініп салынады. Әкелінген паста трафарет-маска тор арқылы жағылады. Күйдіріп алғаннан кейін төсеніште пассивтік элементтер, қосу өткізгіштері және түйіспелі ауданшалар түзіледі. Пленканың қалыңдығы 20 мкм-ге дейін жетеді. Қалың пленкалы элементтердің негізгі кемшілігі параметрлерінің айтарлықтай шашыралқылығы.

Бірлескен (гибридтік) ИМС -те жартылай өткізгіштік және пленкалық ИМС-тің қасиеттері бірлескен болып саналады. Жартылай өткізгіштің көлемінде барлық активтік элементтер жасалады, ал сонан соң осындай төсеніштің бетінде, пленкалық пассив ті элементтер және ток өткізгіш жолдар қалыптасады.

Басқа варианттағы бірлескен ИМС-тің негізгі диэлектриктік төселімді пленкалық ИМС болып табылады. Оған дискретті дайындалған активтік микрокомпоненттер қойылады (ілінеді) . Мұндай ИМС-терді гибридтік деп атайды. Күшейткіштік каскадтың гибридтік ИМС-нің жалпы түрі 1. 2, а-суретінде келтірілген. Диэлектрлік төселімге жұқа пленкалы әдіспен күшейткіш схемасының пассивті элементтері бекітілген (1. 2, ә-сурет) : конденсатор 3, резисторлар 4, 5 және 9, сол сияқты 2, 6, 8, 10, 11 түйіспе ауданшалары. Пленкалық бөлшектер - конденсатор, резисторлар, түйіспе ауданшалары диэлектрикті және металдарды термиялық әдіспен тозаңдату арқылы орындалған. ИМС-тің активтік компоненті корпуссыз транзистор (7) болады. Ол төселімге бекітіліп, схеманың тиісті нүктелеріне қосылады.

1. 2 сурет

Интергалдық микросхемалардың активтік элементтері

ИМС-ның активтік элементтеріне биополярлық, көп эмиттерлік және өрістік транзисторлар, диодтар, тиристорлар және компоненттерін күшейте алатын немесе сигналдың түрін өзгерте алатын элементтер жатады. Элементтердің ең күрделісі транзисторлар болып табылады.

Интегралдықпен дайындалған транзисторлардың ерекше бір айырмашылқтары бар, атап айтқанда, олардың үш шығысы-базасы, эмиттер мен коллектор пластинаның бір жағына орналасқандығы, оған қоса барлық транзисторлар және ИМС-ның басқа элементтері бір-біріне жақын орналасқан, сондықтан, кейде жұмыс сипаттамаларына олардың өзара ықпалдары да себеп болады.

ИМС-да р-п-р транзисторлары да, п-р-п құрылымды транзисторлар да қолданыла береді, бірақ осының ішінде ең көп қолданылатын п-р-п түрі. Оның себебі мынада: олардың әсері ету өте тез жүреді және дайындау технологиясы да қарапайым.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.