Справочное пособие - микросхемы и их применение (1086445), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Методом напыления иногда изготавливают также резисторы и конденсаторы.Рис. 1.3. Основные части микросхемыРис. 1.4. Интегральный биполярныйтранзистор, изолированный электроннодырочным переходомРис.1.5.Интегральныйэмиттерный транзистормного-Изготовление полупроводниковых микросхем осуществляют групповым методом, при котором на однойпластине 1 (рис.

1.3) одновременно создают большое число (до 300 — 500) одинаковых функциональныхструктур (наборов элементов и межсоединений). Одновременной обработке подвергается до 20 пластин. Послевыполнения всех операций по формированию элементов и межсоединений пластину разрезают на отдельныеплаты 2, называемые кристаллами. Каждый кристалл содержит одну функциональную структуру. Егозакрепляют на основании корпуса 3, контактные площадки соединяют с выводами микросхемы с помощьютонких проводничков, затем на основание надевают крышку корпуса 4 и корпус герметизируют, чемобеспечивается защита кристалла от воздействий окружающей среды.Рассмотрим теперь особенности устройства элементов полупроводниковых микросхем, которыеобусловлены необходимостью изоляции элементов от тела кристалла, обладающего заметной электрическойпроводимостью.

Изоляцию элементов осуществляют либо с помощью дополнительного электронно-дырочногоперехода, находящегося под обратным напряжением, либо с помощью тонкого слоя диэлектрика, напримердвуокиси кремния. Первый способ более прост и дешев и поэтому наиболее распространен, но он не позволяетполучить ток утечки на тело кристалла менее 10 нА и емкость элемента по отношению .к телу кристалла менее2пФ. Второй способ более сложен и дорог, но снижает ток утечки в тысячи раз, а емкость — в десятки раз.Биполярные транзисторы.

Структура транзистора, изолированного электронно-дырочным переходом,показана на рис. 1.4. Электрод коллектора К расположен в интегральных транзисторах на верхней поверхностикристалла, там же находятся электроды эмиттера Э и базы Б. Чтобы в этих условиях обеспечить низкоомныйпуть для коллекторного тока к электроду коллектора K, под n-областью коллектора создают скрытый слой n+,обладающий повышенной проводимостью. Изо тирующий переход образуется вдоль линии, разделяющей «область коллектора и «+-область его скрытого слоя от р+-областей и р-области тела кристалла.Рис.1.6.Интегральныеполупроводниковые диоды (схема соединения)Рис.

1.7. Интегральный МДП-транзисторТранзисторы полупроводниковых микросхем могут иметь не сколько отдельных эмиттеров при одной базе иодном коллекторе. Такие транзисторы называются многоэмиттерными. Их устройство показано на рис. 1.5, аспособы использования рассмотрены в гл 4 Если в полупроводниковой микросхеме применяют диэлектрическую изоляцию элементов, то транзисторы имеют такую же двухпереходную структуру, как и их дискретныеаналоги.Значения параметров интегрального биполярного транзистора определяются, как обычно,концентрационным профилем структуры, площадью переходов, электрофизическими параметрами материала.Максимальный коллекторный ток может достигать 50 мА коэффициент передачи тока базы от 20 до 50,обратные токи переходов менее 10 нА, максимальное коллекторное напряжение до 40 В ппе-дельная рабочаячастота до 1000 МГц.

Освоены способы изготовления транзисторных структур имеющих коэффициентпередачи тока базы до нескольких тысяч [13].Полупроводниковые диоды. Для упрощения технологического цикла диоды изготавливают на основетранзисторных структур Для быстродействующих диодов используют эмиттерный переход пои соединенном сбазой коллекторе (рис. 1.6,а). Для диодов, которые должны иметь большое пробивное напряжение, используютколлекторный переход, а эмиттер соединяют с базой (рис 1 66) Во втором случае скорость переключенияполучается в десятки раз ниже из-за большего значения неравновесного заряда, накапливающегося не только вобласти базы, но и в области коллектора а также из-за большей емкости перехода.МДП-транзисторы.

Эти приборы не нужно специально изолировать от тела кристалла, так как у нихобласть «сток — канал — исток» уже изолирована от тела кристалла электронно-дырочным переходом,образующимся вдоль линии, разделяющей р-область тела кристалла от л+-области истока, л-области канала ил+-области стока, и этот переход имеет обратное смещение в рабочем режиме (рис.

1.7). Площадь, занимаемаяна подложке МДП-структурой оказывается при этом в сотни раз меньше, чем у биполярных структур, чтопозволяет получить значительно большую плотность размещения элементов на подложке.Интегральные МДП-транзисторы имеют следующие значения параметров: ток стока до 10 мА, напряжениестока до 30 В входное сопротивление — десятки МОм, предельная частота — сотни МГц Таким образом,интегральные МДП-транзисторы являются сравнительно низкочастотными элементами, что обусловленобольшими межэлектродными емкостями.Конденсаторы. В полупроводниковых микросхемах применяют в основном р — n-конденсаторы, в качествекоторых используют коллекторный переход 1 транзисторной структуры (рис 1 8) Эмиттер-ную область вданном случае не формируют. Изолирующий р — n-переход 2 отделяет р — «-конденсатор от тела кристалла.Выводами конденсатора являются алюминиевые электроды 3, 4 Конденсаторы, один вывод которых долженбыть соединен с телом кристалла, могут выполняться на основе изолирующего перехода.Емкость р—n-конденсатора определяется площадью перехода и обычно не превышает 100 пФ.

Добротностьнизкая — не более 10 отклонение от номинала большое — до 30%, температурный коэффициент емкости до10~3 град-1. vРис. 1.8. Интегральный конденсаторРис. 1.9. Диффузионный резисторМалый диапазон емкостей, низкая добротность, высокий температурный коэффициент и зависимостьемкости от приложенного напряжения не позволяют в ряде случаев использовать р — n-конден-саторы. Тогдаприменяют пленочные конденсаторы типа «металл — диэлектрик — металл». Их выполняютпоследовательным напылением трех тонких слоев (проводящего, изолирующего и проводящего) наизолирующую пленку двуокиси кремния, находящуюся на поверхности полупроводниковой пластины.

Емкостьтаких конденсаторов достигает 500 пФ при отклонении от номинала не более 5 — 10%, добротность — до 100,температурный коэффициент до 10~4 град-1, рабочее напряжение — до 60 В.Применяют также конденсаторы типа МДП, у которых нижнюю обкладку образует эмиттерный слойтранзисторной структуры, диэлектриком является пленка двуокиси кремния, а верхняя обкладка —металлическая.

Вследствие большого сопротивления потерь нижней (полупроводниковой) обкладки такиеконденсаторы несколько уступают конденсаторам с металлическими обкладками, но проще их в изготовлении.По сравнению с парамерами р — n-конденсаторов параметры МДП-конденсаторов значительно выше.Резисторы. Для формирования в полупроводниковой пластине области, обладающей требуемымэлектрическим сопротивлением, обычно используют базовый слой транзисторной структуры (рис. 1.9) и,иногда, эмиттерный или коллекторный слои.

Такие резисторы называются диффузионными. Алюминиевыемежсоединения 1 имеют контакт с резистивным элементом 2 через окна в изолирующей пленке двуокисикремния. Электронно-дырочный переход 3 изолирует резистивный элемент от тела кристалла.Поскольку такие параметры диффузионных слоев, как толщина, концентрация и распределение примеси,задаются требованиями к транзисторным структурам, необходимое сопротивление резистив-ного элементаможет быть получено лишь путем выбора слоя и его ширины и длины. Эмиттерный слой, имеющий болеевысокую концентрацию примесей, используют для получения резисторов с малым сопротивлением (от 2 до 30Ом), а базовый слой — с большим сопротивлением (от 100 Ом до 20 кОм).

Отклонение от номинала достигает20%, предельная частота — до 100 МГц, максимальное рабочее напряжение 5 и 20 В соответственно итемпературный коэффициент 1-10-4 град-1 и 1-10-3 град-1, соответственно.В полупроводниковых микросхемах обычно применяют диффузионные резисторы, но если требуемыйноминал сопротивления не может быть с их помощью реализован, то в качестве резистивного элементаиспользуют дорожки из пленки высокоомного металла напыленные, как и межсоединения, на изолирующуюпленку двуокиси кремния, покрывающую поверхность кристалла.

Эти резисторы называются пленочными, ихустройство рассмотрено в § 1.2.2.Рис. 1.10. Кристалл полупроводниковой микросхемыВ качестве резисторов в полупроводниковых микросхемах используют также канал МДП-транзистора.Сопротивление при этом может регулироваться изменением напряжения, подаваемого на затвор (минимальноесопротивление около 10 Ом).Размещение элементов, межсоединений и контактных площадок на поверхности и внутри кристаллаполупроводниковой микросхемы иллюстрирует рис.

1.10. На рис. 1.10,а показана принципиальная схемафункционального узла, выполненного в виде данной микросхе-мы. Это логический элемент ИЛИ-НЕ,состоящий из двух транзисторов Т, и Т2 и трех резисторов R,, R2 и я3. Принцип действия этого элементарассмотрен в гл. 4. На рис. 1.10,6 показан кристалл полупроводниковой микросхемы, представляющий собойданный функциональный узел (вид сверху). Обозначения те же что и на принципиальной схеме. Области,занятые транзисторными структурами, отмечены буквами Т, и Т2, выводы их эмиттеров — Э коллекторов-K,баз -Б, пленочные резисторы Rь R2, R3 (отмечены точками). Межсоединения и контактные площадки 1, 2, 3, 4, 5отмечены штриховкой.

Область, занимаемая элементами на кристалле имеет размеры 1x1 мм. На рис l.l0.eпоказан разрез кристалла по А-А. Видны эмиттерная n+-область транзистора Т1 и вывод его эмиттера Э, базоваяр-область и ее вывод Б, коллекторная n-область и ее вывод K, а также изолирующий слой двуокиси кремния наповерхности подложки (заштрихован) и пленочные резисторы R1 и R3 (отмечены точками).Рассмотренная полупроводниковая микросхема имеет пять ЭЛР ментов: два транзистора и три резистора. Ввыпускаемых промышленностью микросхемах число элементов на кристалле значительно больше, иногда оноисчисляется десятками и даже сотнями тысяч.1.2.2. Пленочные интегральные микросхемыВторой разновидностью микросхем являются пленочные микросхемы, подразделяемые на тонкопленочные итолстопленочные. Более совершенны и шире распространены тонкопленочные микросхемы.

Характеристики

Список файлов книги