Сандық интегралдық микросұлбалардың негізгі параметрлері және шартты белгілену жүйесі, классификациясы

Пән: Математика, Геометрия
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

Кіріспе

Қазіргі таңдағы радиоэлектронды аппараттарға 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 элементтерді интеграциялау (жинақтау) дәрежесіне қарай интегралдық схемалар алуға мүмкіндік туды.
Интегралды 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 гибриттік деп бөлінеді.
Интегралдық схема (ағылш. integrated circuit) -- өзара байланысты элементтерден (диод, транзистор, резистор және т.б.) тұратын және жартылай өткізгішті кристалдың ішіне немесе бетіне технологиялық топтау тәсілдерімен біріктіріліп орнатылған электрондық микросхема; түрлендіру мен сигналдар өңдеудің белгілі бір функцияларын орындайтын, қабылдауға, тұтынушыға жеткізуге, сынауға, жұмысқа қосуға қойылатын талаптар тұрғысынан Карағанда бір бүтін зат болып саналатын және электрлі қосылған элементтері мен кристалдарын жайғастыруда жоғары тығыздыгы болатын микроэлектрондық бұйым. Интегралдық схемалар ақпаратты сақтау немесе өңдеуге байланысты операцияларды орындайды, олардың төменгі, орта деңгейде біріктірілген түрлері болды, ал қазіргі кезде өте жоғары деңгейде кішірейтіле тығыздалып біріктірілген тығыз интегралдық схема (БИС) және өте тығыз интегралдық схема (СБИС) қолданылады.
Көптеген күрделі техникалық мәселелерді шешуде электронды құрылғыларды қолдану олардың электр тізбектерінің шиеленісуіне алып келеді. Сонымен қатар жартылай өткізгішті құрылғылардың өлшемдері бір шама кішірейген. Бір актив элементтің өлшемі 1х1х0,2 мкм - ге дейін кішірейіп, бір микросхеманың ішіне 106 (миллион) элементке дейін сыйдыру мүмкіншілігіне ие болды. Соңғы кезде сансыз көп элементті жаңа электронды құрылғылар құру микроэлектроника негізінде жүзеге асуда. Микроэлектроника дегеніміз электрониканың жаңа ғылыми-техникалық микроминиатюралық электронды құрылғылар құру мәселесімен шұғылданатын бағыты болып, бұл құрылғылар сенімді, арзан бағалы, тезәрекетті және энергияны аз пайдаланатындығымен ерекшеленеді. Микроэлектрониканың негізгі конструктивті-техникалық принципі - элементтік интеграциясы - бұл күрделі миниатюралық элементтің ішінде бірнеше қарапайым элементтердің (диодтар, транзисторлар, резисторлар және т.б.) біріктірілуі. Осындай күрделі түрдегі микроэлементтер жиынтығын интегралды микросхемалар(ИМС) деп атайды.
Интегралды микросхема - бір технологиялық үрдіспен жасалған, өзара электрлік жалғанған, құрамында бесеуден кем болмаған актив (транзисторлар, диодтар) және пассив (рези - сторлар, конденсаторлар, дроссельдер) элементтері бар бүтін бір корпустың ішінде орналастырылған микроэлектронды құрылғы.
Интегралды микросхемалардың негізгі параметрлері болып жинақталу тығыздығыменинтеграция дәрежесі саналады.Жинақталу тығыздығы- интегралды микросхемалардың бірлік көлеміндегі элементтер санын, алинтеграция дәрәжесі- интегралды микросхема құрамына кіруші элементтер санын сипаттайды. Интегралды микросхемалар жасалу технологиясы бойынша жартылай өткізгішті, гибридті және қабыршақты болып бөлінеді.
Жартылай өткізгішті интегралды микросхемалар -барлық элементтері мен элементтер ара байланыстары жартылай өткізгіштің бетінде немесе бүкіл көлемінде орналастырылатын құрылғы.
Гибридті интегралды микросхема деп пассив элементтері шыны, керамика, ситалл немесе сапфир сияқты диэлектрик қабаттың үстіне әртүрлі қабрышақты жалату жолымен орналастырылған, ал актив элементтері корпуссыз іліндірілген жартылай өткізгішті құрылғыларды атайды.
Қабыршақты интегралды микросхема деп дараланған элементтері мен элементтер ара байланыстары диэлектриктің беткі қабатына жартылай өткізгішті материалдары қабыршақ (пленка) жолымен жалатылған құрылғыны атайды. Қабыршақты элементтерді жасаудағы жоғары дәлдігі біріктірілген технология бойынша жасалған микросхемаларда пайдалануы мүмкін болып, онда актив элементтері мен пассив элементтердің бір бөлігі жартылай өткізгіш көлемінде, ал пассив элементтердің қалған бөлігі оның беткі қабатында қабыршақты етіп жалату жолыменорналастырылады. Мұндай екі технологияны бірден қолдану микросхемалардың бағасын жоғарылатады, дегенмен олардың параметрлерінің дәлдігінің жоғары болғандықтан,көп қолданыста болады. Соңғы кездерде гибридті микросхемалардың іліндірілген актив элементтері ретінде жартылай өткізгіштік микросхемалар қолданылатын біріктірілген технологиялар көп қолданылуда. Мұндай технологиялар тезәрекетті электронды-есептеу машинасы үшін қолданылады.
Интегралды микросхемалардың параметрлері. Жартылайөткізгіш диодтар мен транзисторларға қарағанда инте - гральды микросхемалар жеке элемент емес, электр сигналдарын өзгертуге арналған біртұтас функциональдық құрылғы.Қолдануына қарай интегралды микросхемалар сызықтық-импульстік және логикалық болып екіге бөлінеді.
Сызықты - импульстік микросхемаларға кірмелі және шықпалы сигналдары арасында шамамен пропорциалық тәуелділікке әкелетін микросхемаларды жатады. Кірмелі сигнал ретінде кернеу болады, ал кірмелі тоқ өте сирек болады, шықпалы сигнал - шықпалы кернеу.
Логикалық интегралды микросхемалар, бірнеше кірмесі және шықпасы бар құрылғы. Оларда кірмелі, шықпалы кернеулері тек бір қалыпты көрсеткішке ие болады, ал шықпалы кернеуі әртүрлі кірмесіндегі құрылғылардағы кернеудің бар немесе жоқ болғанына байланысты болады. Бұл микросхемалардың басты параметрлері кірмелі және шықпалы кернеуі және жылдамдығы. Микроэлектрониканың дамуы барысында дискретті электрондық схемаларға тән емес, дискретті аспаптар ретінде шығарылмайтын п-р-птранзисторлардың бірнеше түрі пайда болды. Төменде осылардың ең маңыздылары қарастырамыз.
Көпэмиттерлік транзистор. Көпэмитерлі транзисторлар ТТЛ схемалары деп аталатын ИМС - дың сандық сыныбының негізін құрайды. Эмиттерлерінің саны 58 немесе оданда көп болуы мүмкін. КЭТ-ды базалармен, коллекторлармен қосылған бөлек-бөлек транзисторлардың косындысы ретінде қарауға болады. Біріншіден, көршілес эмиттерлердің әрбір р-қабатымен бөлініп жатқан парапарлы базамен горизонталдықn+-p-n+типті транзисторларды құрайды. Егер бір эмиттерге тура кернеу әсер етсе, ал екіншісінде керісінше болса, онда біріншісі электрондарды инжектрлейді, ал екіншісі эмитерлердің арасында рекомбинациясыз эмиттердің бір жанынан инжектрленген болады. Екіншіден, КЭТ-да инверсиялық тоқ беру коэффициенті аз болғаны маңызды. Керісінше жағдайларда инверсиялық режимде эмиттерлерде кері кернеу, ал коллекторларда тура кернеу болады. Коллектормен инжектірленген электрондар керісінше жылжуына қарамастан жоғары мөлшерде эмиттерге жетуге тырысады, паразиттік эффект жоғарыдағы айтылғандардай болады.

1. Интегралды микросхемалардың активтік

МДП-транзисторлары биполярлық секілді жартылай өткізгішті ИМС-да кеңінен қолданылады. Олар өрістік транзисторларға жатады. Олардың жұмысы көлденең электр өрісі мен жартылай өткізгіштің өткізгіштік қабатын модуляциялауға негізделген. МПД-транзисторлары р- және n- түріндегі өткізгіш және индукцияланатын каналмен дайындалады. Индукцияланатын р- каналды транзистордың құрылымы 3 - суретте көрсетілген. Ол қалыңдығы 0,2...0,4 мм, бастапқы концентрациясы 1 см3 көлемге, реті 1014...1016 атомдардан келетін және меншікті кедергісі 1...10 ОМ болатын n- түріндегі кремний төселімінен тұрады. Жоғарғы 2-қабатта 10...20 мкм қашықтықта SiO2 тотығынан терезе өңделеді. Сонан соң бұл терезеге диффузия әдісімен төселімнің таңбасына қарама-қарсы таңбалы қоспа ендіріледі. Соның нәтижесінде р[+] түріндегі А ағып келу, Б бастау облыстары түзіледі; қабаттың тереңдігі 2...3 мкм-ге жетеді. Бастаудың, ағып кетудің және бекітпенің шығыстары металл буымен тозаңдатылған пленка (4) болады. МДП- жартылай өткізгіш, ал диэлектригі- SiO2 тотық пленкасынан тұратын конденсаторды еске түсіреді. Егер бекітпеге кернеу түсірсе, онда каналдағы бастау мен ағып кету арасында зарядтарды тасымалдаушылардың қайта бөлінуі басталып, электродтар арасындағы кедергі және ток өзгереді. МДП-транзисторлары өнеркәсіпте қарапайым, параметрлерінің тұрақтылығы үшін қолданылуда жан-жақтылығымен ерекшеленеді. МДП - транзисторларының басты артықшылығы оларды тек активтік элементтер ретінде пайдалану ғана емес, пассивтік элементтер - резисторлары және конденсаторлары ретінде де пайдаланудың мүмкіншілгінің барлығында.

Сурет 1. транзисторларды диодтық қосудың бес вариантының схемасы
Диодтар цифрлық және аналогтық МДП-транзисторларында кеңінен қолданылады. Оларды биополярлық транзисторлар секілді, p-n ауысулардың және диффузиялық немесе эпитаксиальдық қабаттардың негізінде іске асырады. Сурет 1 транзисторларды диодтық қосудың бес вариантының схемасы көрсетілген. Диодтық схема (1) коллектор мен базаны тұйықтаудан пайда болған, эмиттерлік ауысу жұмысшы болып табылады; 2-схемада база эмиттермен қосылған және диод коллекторлық ауысудан тұрады; 3-схемада эмиттер мен коллектор тұйықталған, коллекторлық және эмиттерлік ауысулар жұмысшы болып табылады; 4-схемада тек эмиттерлік ауысу жұмыс жасайды, коллекторлық изоляцияланған, 5-схемада керісінше, коллекторлық ауысу жұмыс жасайды. Әрбір диодтың бес схеманың әр түрлі статикалық және динамикалық параметрлері бар болады.
ИМС-ның пассивтік элементтеріне резисторлар, конденсаторлар және индуктивтік элементтер жатады.
Резисторларды әр түрлі тәсілдермен алуға болады. Микрокөлемнің резистор немесе жартылай өткізгіштік кристалдың бетінің бөлігі немесе тура не кері бағыттағы p-n ауысуы, тағы сол сияқты МДП-транзисторларының каналы болуы мүмкін. Интегралдық жұқа- және қалың пленкалық резисторлар кең тараған. Резисторлардың негізгі параметрлері: номинальдық кедергісі (оммен), ауданға қатысты меншікті кедергісі рs , Омквадрат, жіберілуге тиісті максималь қуаты Рmax, Вт, жіберілуге тиісті максималь тогы Imax, резистордың температуралық кедергі коэффициенті (РТК,%). Бұл параметрлер резистордың алғашқы материлдарынан, дайындау тәсілінен және конфигурацияларынан тәуелді болады.
Диффузия әдісі бойынша жартылай өткізгіш бетінің бөлігінде орындалған резистор 2-суретінде көрсетілген. Кристалдың денесінде 10 мкм тереңдікке дейін ойылып қалта жасалған. Онда пластинаға қатысты қарсы таңбалы өткізгіштік поликристалды қабат өсірілген. Эпитаксиальдық қабат бетіне қоспалау үшін қоспа ендіріледі. Бет тотық қабаты SiO2 мен қорғалады, терезелеріне металл пленкасы 5 тозаңдандырылған. Эпитаксия кезінде түзілген p-n ауысуы резисторды кристалдың басқа бөліктерінен изоляциялайды. Кедергінің номиналь мәні, тасымалдаушының N конденсациясынан, резистордың геометриялық параметрлері - l ұзындығынан, w енінен, d терендігінен, сол сияқты электронның q және олардың қозғалғыштығы u-ден тәуелді болады. Сонда келергі R=1quNwd=plwd, мұндағы p=1quN .

Сурет 2. Диффузия әдісі бойынша жартылай өткізгіш бетінің бөлігінде орындалған резистор.
Тасымалдаушылардың ең үлкен концентрациясы бетке жақын жерде байқалатындықтан, меншікті диффузиялық кедергіні шартты түрде беттік деп есептейді ол ом квадратпен өлшенеді және квадраттан тәуелсіз болады. Сонда R=p lw. Суреттен байқалатыны, бір тқтас технологиялық циклда, диффузиялық резисторларды транзисторларды транзисторлармен бірге бір мезгілде қалыптастырады.
Пленкалық резисторлар жазық диэлектрлік төселімдерде әр түрлі конфигурациялы жіңішке металл жолағы түрінде жасалады. Резисторлар жұқа пленкалы және қалың пленкалы деп ажыратылады. Жұқа пленкалы резисторларды вакуумда маска арқылы дайындайды. Кедергінің номинальдық мәні резисторлардың геометрялық өлшемінен тәуелді және пленкаматериалының меншікті кедергісі мына өрнекпен есептеледі: R= plwd (р- материалдың меншікті кедергісі, l- жолақтың ұзындығы, w және d - пленканың ені мен қалыңдығы). Сеткография әдісімен дайындалатын қалың пленкалы резисторлар да кең тараған: төселімге тор трафарет арқылы резистивтік пастаны жағып, қыздырыпжасытады. Жұқа пленкалының да қалың пленкалы резисторлардың түзетілуі (корректірленуі) лазер сәулелерінің көмегімен 0,1% дәлдікпен жүргізіледі. Пленкалық резисторлардың номинальдық мәндерінің диапазоны бірнеше омнан басталып 500 кОм-ға дейін жетеді.
ИМС-ның МДП-резисторлары бірдей технологиялық циклда транзисторларға ұқсас әдістермен дайындалады. Каналдың конфигурациясынан тәуелді болатын кедергі транзисторлардың каналы резистор болып саналады және бекітпедегі жабық кернеуде 0,1-ден 500 кОм-ға дейінгі мәніне жетеді.
ИМС-конденсаторы транзисторлық құрылым негізінде де, пленка негізінде де жүзеге асырылуы мүмкін. Конденсаторлар біраз орын алатындықтан оларды негізінен аналогтық ИМС-да қолданады. Көбіне, конденсатор ретінде кері бағытта ығысқан p-n ауысуы пайдаланады- биполярлық транзисторлардың эмиттерлік және коллекторлық ауысуларының параллель қосылуы болып табылады. Мұндай конденсатордың сыйымдылығы жұмыс кернеуді Uжұм =25...50 В болғанда, 100 пФ-дан аспайды. Төзілімділігі Q=110.
МДП-конденсаторлары барша көп таралған. Конденсатордың төменгі астарры төселімнің жартылай өткізгіштік күшті қоспаланған қабаты болып табылады, диэлектрик ретінде қалыңдығы 1 мкм-ға дейін жететін SiO2 қабаты қызмет атқарады, ал жоғарғы астарының ролін алюмимен тозаңдатылған пленка атқарады. Мұндай конденсатордың сыйымдылығы 500 пФмм[2]-қа дейін жетеді; ол тұрақты кернеудің полярлығымен тәуелді емес; тесілу кернеу 50 В-ке дейін болады.Q

Сурет 3 Пленкалық конденсатор
Пленкалық конденсаторларды (3-сурет) көп қабатты пленкалар қалыптасатын диэлектрлік төселімдерде дайындайды: төменгі-металл қабаты 2, диэлектрлік қабаты 3, металл қабаты 4 және т.б.; екі астардан ток өткізетін жол 5 тозаңдатылған. Пленкалық конденсаторлар параметрлерінің өте жоғары тұрақтылығымен айрықшаланады. Жазық конденсатордың сыйымдылығы мына түрде анықталады: мұндағыεr-салыстырмалы диэлектрик - өтімділік; ε0-8,86*10[-12]фм- электрлік тұрақтылық; S-астарлардың ауданы; d-диэлектриктің қалыңдығы.
Қазіргі кездегі ИМС-да қолданылатын пленкалық конденсаторлардың сыйымдылығы 10[5] пФ (шегі +20%), тесілу кернеуі 500 Вмм[2]-қа дейін, сыйымдылықтың температуралық коэффициенті 5*10[-4][ ]С[-1].
Индуктивтілігі 30 мкГн-ге дейінгі индуктивтік элементтерді ИМС-ның бетіне жазық спиаль түрінде жұқа магниттік пленкаларды орналастыру арқылы алады. Егер индуктивтіктің мәні үлкен болу керек болса, онда гибридтік ИМС қолданылады.

1.1 Аналогтық интегралдық микросхемалар

Аналогты электроника қондырғыларының қалыпты көрсеткіші байланыс қондырғылары, радиохабар,телехабар болып табылады. Аналогты қондырғыларға қойылатын жалпы талап - минималды тозу. Бұл талаптарды орындауға ұмтылу электрлі сұлбалардың және қондырғы құрылысының қиындауына соқтырады. Аналогты электрониканың басқа мәселесі - керекті бөгет тұрақтылыққа жету, әйтпесе байланыстың аналогты каналында шулар тоқтамайды.
Санды дабылдар транзисторлары не ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.