Поляков В.И., Стародубцев Э.В. - Проектирование тонкопленочных ГИС (1051262)
Текст из файла
В.И. Поляков, Э.В. СтародубцевПроектирование тонкопленочныхгибридных интегральныхмикросхемУчебное пособие по дисциплине«Конструкторско-технологическоеобеспечение производства ЭВМ»Санкт-Петербург2013МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИСАНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИВ.И. Поляков, Э.В. СтародубцевПроектирование тонкопленочныхгибридных интегральныхмикросхемУчебное пособие по дисциплине«Конструкторско-технологическоеобеспечение производства ЭВМ»Санкт-Петербург20131УДК 621.38.049.77(075)Поляков В.И., Стародубцев Э.В. Проектирование гибридных тонкопленочных интегральных микросхем: учебное пособие по дисциплине«Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ» –Санкт-Петербург: НИУ ИТМО, 2013. – 80 c.Впособииизложенматериалпопроектированиютонкопленочных гибридных интегральных схем.
Описаны методыполучения тонких пленок. Рассмотрены основные принципыпроектирования топологии гибридных интегральных схем и методикарасчета тонкопленочных резисторов и конденсаторов. В приложенииприводятся варианты заданий.Пособие предназначено для самостоятельной работы студентовспециальностей230100 и 231000, изучающих дисциплину«Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ».В 2009 году Университет стал победителем многоэтапного конкурса, в результате которого определены 12 ведущих университетовРоссии, которым присвоена категория «Национальный исследовательский университет». Министерством образования и науки РоссийскойФедерации была утверждена программа его развития на 2009–2018 годы.
В 2011 году Университет получил наименование «СанктПетербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики». Санкт-Петербургский национальный исследовательскийуниверситет информационных технологий, механики и оптики, 2013 В.И. Поляков, Э.В. Стародубцев, 20132СодержаниеВведение41. Классификация интегральных микросхем52.
Тонкие пленки в электронно-вычислительной аппаратуре2.1. Методы получения тонких пленок2.2. Материалы подложек ГИС88183. Разработка топологии ГИС3.1. Алгоритм разработки ГИС3.2. Данные для расчета размеров элементов ГИС3.3. Основные ограничения на топологию ГИС3.4. Основные принципы проектирования топологии ГИС3.4.1. Определение оптимального удельного поверхностногосопротивления ρ□ резистивной пленки3.4.2.
Определение удельной емкости С0 диэлектрической пленкиконденсаторов3.4.3. Определение общей площади контактных площадокв микросхеме3.4.4. Определение площади пленочных конденсаторов3.4.5. Определение площади пленочных резисторов3.4.6. Определение необходимой площади подложки микросхемы3.4.
Компоновка принципиальной электрической схемы устройства3.5. Компоновка топологической структуры ГИС21212223242525262626272829324. Пленочные элементы гибридных интегральных схем324.1. Пленочные резисторы354.1.1. Расчет тонкопленочных резисторов384.1.2. Конструкции точных пленочных резисторов384.2. Тонкопленочные конденсаторы4.3. Конструирование пленочных межсоединений и контактных42площадок434.4. Проектирование защитного слоя5. Активные элементы43Заключение44Литература45Контрольные вопросы46Приложение 147Приложение 2483ВведениеПри конструировании современной электронно-вычислительнойаппаратурыиспользуютсяновыеразработкивобластимикроэлектроники и нанотехнологии. Но вопрос получения ииспользования тонких пленок до сих пор актуален, т.к. на их основеразрабатываются гибридно-пленочные интегральные микросхемы.Тонкопленочные элементы применяются не только в гибридных,но и в некоторых полупроводниковых микросхемах, например,аналоговых СВЧ диапазона на арсениде галлия.
В кремниевыхцифровых БИС используются резистивные слои поликристаллическогокремния. В СВЧ диапазоне также используются тонкопленочныеконденсаторы с емкостями порядка десятых долей пикофарады.В настоящем учебном пособии рассматриваются вопросыпроектирования и расчета различных пленочных элементов.В первой главе приведена классификация интегральныхмикросхем.Во второй главе представлены общие сведения о технологииполучения тонких пленок, особенности методов их получения иприведены характеристики материалов подложек для изготовлениягибридных пленочных интегральных микросхем (ГИС).Третья глава посвящена изучению последовательности(алгоритма) разработки топологии гибридных пленочных интегральныхмикросхем. В ней также приведены необходимые данные дляпроектирования и расчета структуры ГИС, изложены основныепринципы проектирования ГИС и приводятся ограничения,накладываемые на конструкцию ГИС.В четвертой главе рассмотрены различные конструкциитонкопленочных резисторов и методика их расчета.
Приведеныописание различных конструкций тонкопленочных конденсаторов иметодика расчета конденсаторов.Описана методика выбора материалов для резистивных идиэлектрических пленок, контактных площадок и соединений, а такжепоследовательность расчета вышеуказанных элементов.Полученные знания можно проверить с помощью контрольныхвопросов.В приложении 1 приведен пример ГИС.В приложении 2 приведены варианты заданий длясамостоятельной работы студентов.41. Классификация интегральных микросхемИнтегральная микросхема (ИМС) – это конструктивнозаконченноемикроэлектронноеизделие,выполняющееопределенную функцию преобразования информации, содержащеесовокупность электрически связанных между собой элементов(транзисторов, диодов, резисторов и др.), изготовленных в единомтехнологическом цикле. Термин «интегральная микросхема» отражаетсуммирование, объединение значительного числа элементовисоединяющих их проводников в единую конструкцию (конструктивнаяинтеграция), выполнение функций преобразования более сложных посравнению с функциями отдельных дискретных приборов(схемотехническая интеграция), создание одновременно всех элементови межэлементных соединений в едином технологическом цикле(технологическая интеграция).
Микросхемы изготовляют групповымметодомпоматериалосберегающейтехнологии,тиражируяодновременно в одной партии от нескольких десятков до несколькихдесятков тысяч микросхем.Подложка – диэлектрическая плата, предназначенная длявыполнения на ней пленочных элементов.Контактная площадка – электропроводящая площадка наподложке, предназначенная для контактирования (подсоединения)навесных элементов, внешних выводов и контроля параметровпленочных элементов.Слой – часть пленочной микросхемы, выполненная за однутехнологическую операцию, с применением одного трафарета(резистивный слой, проводящий слой, диэлектрический слой,защитный слой и т.д.).Топология – взаимное расположение и геометрическая формапленочных элементов микросхемы.Защита – предохранение с помощью материалов иконструкций, устраняющие влияние внешней среды на электрическиепараметров гибридных микросхем.Поконструктивно-технологическомуисполнениюмикросхемы делят на четыре группы: пленочные, гибридные,полупроводниковые и совмещенные (рис.
1.1.).Пленочная микросхема – микросхема, все элементы имежэлементные соединения которой выполнены только в виде пленокпроводящих и диэлектрических материалов. Вариантами пленочныхявляются тонкопленочные и толстопленочные микросхемы.К тонкопленочным условно относят микросхемы с толщинойпленок менее 1 мкм, а к толстопленочным – микросхемы с толщинойпленок свыше 1 мкм.5ИМСпленочныесовмещенныеполупроводниковыегибридныетонкопленочныетолстопленочныетонкопленочныетолстопленочныеоднокристальныемногокристальныекремний на сапфиреРис. 1.1. Классификация ИМСГибридная микросхема – микросхема, пассивные элементыкоторой (резисторы, конденсаторы и индуктивности) выполнены в видепленок (толстых или тонких), а активные (бескорпусные диоды,транзисторы и кристаллы микросхем) элементы - навесные.
Одним извидов гибридной микросхемы является многокристальная микросхема.Полупроводниковая микросхема — микросхема, все элементыи межэлементные соединения которой выполнены в объеме и наповерхности полупроводника.Совмещенная (смешанная) микросхема — микросхема,которая,кромеполупроводниковогокристалла,содержиттонкоплёночные(толстоплёночные)пассивныеэлементы,размещённые на поверхности кристалла. По сравнению сполупроводниковыми интегральными схемами совмещенные ИСимеют больший диапазон номинальных значений и более высокуюстабильность пассивных элементов; однако их достоинствадостигаются за счёт увеличения числа технологических операций инарушения единства технологического цикла.В зависимости от функционального назначения интегральныемикросхемы делятся на аналоговые, цифровые и аналого-цифровые.Аналоговые микросхемы предназначены для преобразования иобработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции.Частным случаем этих микросхем является микросхема с линейнойхарактеристикой – линейная микросхема.
С помощью цифровыхмикросхем преобразуются, обрабатываются сигналы, изменяющиеся позакону дискретной функции. Частным случаем цифровых микросхемявляются логические микросхемы, выполняющие операции с двоичнымкодом, которые описываются законами логической алгебры. Аналогоцифровые микросхемы совмещают в себе формы цифровой ианалоговой обработки сигналов.В зависимости от степени интеграции применяются следующиеназвания интегральных схем:6• малая интегральная схема (МИС) — до 100 элементов вкристалле;• средняя интегральная схема (СИС) — до 1000 элементов вкристалле;• большая интегральная схема (БИС) — до 10000 элементов вкристалле;• сверхбольшая интегральная схема (СБИС) — более 10 тысячэлементов в кристалле.В полупроводниковой интегральной микросхеме все элементы имежэлементные соединения выполнены в объеме и на поверхностиполупроводниковой подложки. На рис. 1.2 а, б показаны два вариантаизготовления фрагмента интегральной схемы (ИС), содержащеготранзистор, резистор и конденсатор.
В первом варианте (гибридная ИС)все пассивные элементы выполнены по тонкопленочной, а транзисторпо полупроводниковой технологии.Во втором варианте(полупроводниковая ИС) транзистор, резистор и одна из обкладокконденсатора сформированы в полупроводниковой подложке.абРис. 1.2. Фрагмент ИС: а – гибридной, б – полупроводниковой ИСЭлемент интегральной микросхемы это ее неотделимаясоставная часть, выполняющая какую-либо функцию. Поэтомутранзисторы, диоды, конденсаторы, резисторы микросхемы называютинтегральными, в отличие от отдельно изготовляемых транзисторов,диодов, конденсаторов, резисторов, которые в этом случае называютдискретными.72. Тонкие пленки в электронно-вычислительнойаппаратуреТермин «тонкие пленки» обозначает покрытия толщиной неболее 1 мкм.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
