Н.М. Изюмов, Д.П. Линде - Основы радиотехники (1083412), страница 114
Текст из файла (страница 114)
Введение в определенные участки донорных и акцепторных примесей создают области с разными типами проводимости; роль изолятора играет пленка окисла кремния, которая может быть получена запхала Эа Вар Важады Эпи пап ер п,р база юрюеиюййп паллаетеа Раиса кремнии а1 РГапаю Стая Рис.
14.11. Транзисторы планарного типа: о — биполярный; б — полевой Рис. 14.12. Типовые формы пленочных резисторов 369 путем термической обработки кристалла в атмосфере кислорода. Эти операции производят последовательно при защите участков, не требующих воздействия, маской соответствующей конфигурации. Таким образом, активные элементы могут создаваться в единой цепи технологических операций над пластиной кремния. Легко убедиться, что н пассивные элементы радиотехнических устройств могут быть созданы аналогичными процессами на той же пластине. Во-первых, резисторы и конденсаторы могут быть выполнены как элементы тех же полупроводниковых диодов или транзисторов; во-вторых, нх можно получить в виде обычных пластннчатых форм на (поверхности 'кремниевой пластины с толсто- или тонкбпленочным исполнением.
При толстопленочной технологии на поверхность пластины через окна специальных трафаретов наносят особые -пасты, которые затем высушивают и вжигают в поверхность кристалла. В первом случае роль резистора может, например, играть область р-и перехода, образующая полупроводниковый диод. Если подать на переход обратное смешение, он будет играть роль элемента с балыкам омическим сопротивлением. Пространственное ограничение используемой области можно получить изолирующим слоем окисла кремния.
Размеры таких резисторов составляют обычно 10 — 30 мкм. Для получения миниатюрных высокоомных резисторов применяют также полевые транзисторы. При этом используют воэможность изменения эквивалентного сопротивления канала 1от сотен ом до нескольких мегом) за счет подбора напряжения на затворе. С одной стороны, такие управляемые наприжением резисторы удобны, с другой — необходимость подачи стабильного напряжения, наличие паразитной р ++++ р ел 7 л 7юаюал - — рз — рз' емкости, значительные температурные уходы определяют и ряд эксплуатационных неудобств, поэтому большее распространение получили пленочные резисторы, создаваемые по указанной выше технологии или напылением слоя металла на поверхность пластины.
Типичные формы подобных резисторов показаны на рис. 14,12. Ширина поло- сок берется обычно около 0,2 мм, а толщина в десятые доли микрона. Прн такой малой толщине удельное сояротивление полоски становится весьма значительным. Но ширина пластин в масштабах микроэлектроники, где размеры отдельных элементов измеряются единицами микрон, является весьма значительной величиной, препятствующей увеличению «плотности упаковки» элементов.
Лучшие с этой точки зрения показатели имеют тонкопленочные резисторы, создаваемые, напылением е толщиной в десятые и сотые доли микрона при ширине в десятые и сотые доли миллиметра. Обладая меньшим уровнем шумов, чем толстонленочные элементы, они имеют л1ечшую температурную стабильность, меньшую ~паразнтную емкость, не зависящую от напряженая, но позволиют рассеивать значительно меньшие мощности.
Как и при создании резисторов, роль конденсаторов могут выполнять барьерные емкости р-и переходов между областями с различным характером легирования, управляемые эапирающи. ми напряжениями. Они формируются при изготовлении микросхемы одновременно с изготовлением активных элементов. Обычно площадь таких конденсаторов не превышает 1 ммз. Они имеют существенный недостаток — значительное сопротивление потерь за счет токов неосновиых носителей через запертые переходы и зависимость параметров от напряжения смещения, поэтому область их использования ограничена.
Широкое применение в качестве конденсаторов нашли МДП структуры (металл — диэлектрик — полупроводник), в которых роль диэлектрика выполняет слой окиси кремния, а в качестве металлических обкладок — слои алюминия, меди или серебра. Удельные емкости здесь меньше, но онн не зависят от приложенных напряжений, меньше сопротивление потерь и зависимость от температуры. Значительно чаще все же находят применение толсто- и тонкопленочные конденсаторы. На рис. 14.13 изображе- Металл апзленгздаи Рис. 14.13.
Пленочный конденсатор на типовая конструкция пленочного конденсатора. С помощью таких конденсаторов удается получить емкости в несколько тысяч пикофарад. В толстоплеиочных ,конденсаторах толщина диэлектрического разделительного слоя составляет 10 — 40 мкм, а в тонкопленочных, изготавливаемых методом напыления, 0,1 1 мкм, при использовании метода анодирования— даже до 0,02 — 003 ыкм.
Утоньшение пленки диэлектрика приводит к увелииенню емкости, но вынуждает снижать действующие напряжения. В качестве проводящих пластин используют обычно 370 пленки алюминия или меди толщиной от 30 до 1 мкм. Наибольшие трудности возникают при получении индуктивных элементов. Обычно их выполняют в виде концентрических спиралей (ряс. 14.14). При зу Рис.
14.14. Пленочная спиральная индуктивность работе в диапазоне СВЧ, где ие требуются индуктивностн свыше десятков наногенри, они занимают площадь ие более 1 — 1,5 мм' и имеют в диапазоне ДПВ добротности в десятки единиц. Пока не удается получить индуктивности более 5 мкГн, что создает определенные трудности при разработке устройств, работающих на частотах ниже 30 МГц. Ограничение в возможности получения емкостей и индуктивностей, заставляет в ряде случаев прибегать к использованию гибридных микросхем, в которых к интегральным микросхемам присоединяют навесные внешние дискретные элементы: конденсаторы, катушки, трансформаторы и т. д. В тех случаях, когда все-таки желательно из. готовить устройство в виде единой ин.
тегральной ~микросхемы, прибегают к искусственному приему. Такие электронные схемы можно создать только на базе резисторов, конденсаторов небольшой емкости и транзисторов, которые будут иметь входное сопротивление, растущее с частотой нри входном токе, отстающем от напряжения нз 90'. Такое устройство называют гиратором, оно ведет себя как большая индуктивность. Хотя все устройство и усложняется, но оно может быть выполнено в едином интегральном ' исполнении.
Аналогично можно создать электронную схему, эквивалентную большей емкости. Как видно из приведенных описаний,,все элементы, нак активные, тан .и пассивные могут ~быть изготовлены по единой технологии, что позволяет разработать процесс одновременного производства их в виде законченных функ- циональных узлов — иятегралнных (объединенных) схем. Познакомимся вкратце с общими чертами процесса их изготовления.
Он начинается с того, что на пластинку кристаллического полупроводника (чаще всего кремния) толщиной в десятые доли миллиметра наносят тонкую монокристалличеокую пленку того же материала (эпнтаксиальный процесс), осаждаемую из газообразного нагретого до 1200' С кремния. Вводимая при этом дополнительная примесь придает пленке и-тип проводимости. Затем на пленке путем нагрева пластины в присутствии кислорода создается тонкий защитный слой двэлектрика — двуокиси кремния.
На эту пленку наносят тонкий слой специального состава,. называемого фоторезистом, который чувствителен к свету подобно фотоэмульсии. На него проектируют, фотографию участков схемы, которые должны обладать свойствами проводника. Освещенные места так изменяют свой состав, что на нем при проявлении получают изображение засвеченных мест, а незасвеченнме участки удаляют.
На пластину действуют кислотой, которая вытравливает незашишенные фоторезистом участки в слое окисла кремния. Далее пластину нагревают в парах фосфора или бора, который диффундирует через «окна», протравленные . в пленке окисла в кремний, где создаются участки с л- или р-типом проводимости. Эти участки образуют коллекторы транзисторов, базы диодов и резисторы. Эатем проводят второй цикл аналогичных операций создания окис,пой пленки и фотолитографии для г(олучения следующего слоя электродов полупроводниковых приборов.
Прн третьем цикле создаются области с третьим типом проводимости для траязисторов и контактные выводы активных и пассивных элементов схемы. Элементы соединяют прп четвертом цикле, когда после травления папыляют на поверхность пластины тонкое металлическое покрытие. Таким способом на одной пластине одновременно изготовляют несколько сотен микросхем. Пластину разрезают на отдельные микросхемы, которые затем помещают в корпуса, снабженные выводами для присоединения я другим элементам радиоустройства, На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
