Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В первой части гл. 3 рассматриваются различные типы источников постоянного тока — одного нз основных элементов многих ИС. Во второй части исследуются источники напряжения с низким входным сопротивлением, а последняя часть дает представление об источниках опорного напряжения с температурной компенсацией. Гл. 4 посвящена дифференциальным усилителям. Вопросы проектирования дифференциальных усилителей на биполярных транзисторах даны в первой части этой главы, затем рассматриваются дифференциальные усилители на полевых транзисторах с рп-переходом и на МОП-транзисторах. Схемы активной нагрузки тесно связаны со схемотехникой дифференциальных усилителей. Анализ этих схем проведен в конце гл. 4, причем рассмотрены схемы активной нагрузки как на биполярных, так и па полевых транзисторах.
Самый распространенный тип аналоговых ИС вЂ” операционные усилители, которым посвящены гл. 5 н 6. Гл. 5 начинается с анализа схемы «идеальногоь ОУ с обратной связью. Затем рассматриваются характеристики неидеального ОУ: входное напряжение смещения, входной ток смещения, входное и выходное сопротивления, коэффициент усиления синфазного сигнала, шумовые характеристики усилителя и влияние на его работу шумов во внешних резисторах. Как и в любой системе с обратной связью, важным является вопрос устойчивости работы усилителя с обратной связью, Этот вопрос также рассматривается в гл. 5 наряду с изложением методов коррекции частотной характеристики, которая необходима для обеспечения запаса устойчивости. Далее в этой главе представлено большое количество примеров применения ОУ. Одной из важных областей применения ОУ являются активные фильтры, которым посвящен материал заключительной части главы.
Здесь же кратко рассмотрены фильтры на переключаемых конденсаторах. Гл. 5 в основном направлена на изучение применений ОУ во внешних схемах; основное внимание гл. 6 уделено внутренней схемотехнике ОУ. Снача,ла исследуется базовая внутренняя схема ОУ и проводится обобщенный анализ частотной характеристики Усилителя без обратной связи, включая частотный анализ единичного усилении. Далее исследуются характеристики «большого сигнала», такие, как скорость нарастания выходного напряжения и ширина полосы пропускания при максимальной мощности. Затем в качестве примеров проведен анализ нескольких внутренних схем ОУ.
Он включает в себя оценку смещения усилителя по постоянному току, малосигнальиого коэффициента усиления по напряжению каждого каскада и всего усилителя в целом и некоторые другие характеристики, такие, как коэффициент ослабления синфазного сигнала, коэффициент ослабления помех из-за нестабильности источника питания, частотная характеристика ОУ без обратной связи, эквивалентные входные шумовые напряжение и ток. Одной из важных разновидностей ОУ являются усилители на полевых транзисторах (только во входном каскаде или во всей схеме); пм посвягцепа заключительная часть гл. 6, где представлен ряд схем на полевых ~ранзисторах с рп-переходом и на МОП-транзисторах. Наиболее близким к ОУ типом ИС является компаратор напряжения.
В гл. 7 подробно рассмотрены его основные характеристики и проведен сравнительный анализ с ОУ. Затем в качестве примера приведено несколько компараторов напряжения. Особое внимание уделяется одному из основных параметров компаратора напряжения — времени переключсння; приведены методы сокращения этого времени, Использование комплементарных МОП- транзисторов в компараторах в ряде случаев дает преимущества, особенно там, где необходимы низкая потребляемая мощность и повышенная степень интеграции. КМОП-инверторы и КМОП- компараторы рассматриваются в конце данной главы. Самый распространенный тип аналоговых ИС вЂ” это ОУ, второе место по распространению занимают компараторы напряжения.
В то же время существует множество других типов аналоговых ИС. Этим схемам посвящена гл. 8, в которой кратко рассматриваются некоторые нз них, такие, как стабилизаторы напряжения, усилители мощности, видеоусилители. Затем кратко описаны 11С, которые применяются в различных областях: связь, управление, обработка сигналов, оптоэлектроника, цифровые системы, интерфейсы компьютеров, Сидни Соклоф Глава 1. Технология изготовления интегральных схем 1.1. Основные операции в технологии изготовления кремниевых приборов Для изготовления различных кремниевых приборов, таких, как диоды, транзисторы н интегральные схемы (ИС), используются следующие основные операции: !) диффузия (и ионное легированне), 2) окисление, 3) фотолитография, 4) химическое осаждение из газовой фазы (в том числе эпитаксиальное наращивание), 5) нанесение металлизации. С помощью перечисленных операций из пластин монокристал.
лического кремния можно получить функционнру|ощие дискретные приборы (т. е. отдельные диоды и транзисторы) и ИС. На одной пластине кремния могут помещаться десятки, сотни или даже тысячи дискретных приборов илн ИС. Для получения отдельных приборов пластину разделяют на криспиллы. Зти кристаллы затем помещаются в корпус. Существует большое разнообразие типов корпусов н методов сборки. Сборка кристаллов в корпус преследует две пели: !) герметизировать кристалл, чтобы защитить его от внешних воздействий, и 2) обеспечить удобный доступ к различным частям кристалла с помощью набора выводов, выполняемых таким образом, чтобы они легко устанавливались в контактные отверстия нлп припаивались к контактным площадкам, предназначенным для присоединения прибора к электронной системе. Перечисленные выше основные операции обычно выполняются несколько раз на протяжении технологического цикла, особенно в случае ИС, когда операции фотолитографии, окисления и диффузии могут повторяться до !О раз.
1.2. Подготовка кремниевых пластин Исходным материалом для изготовления кремниевых приборов служат пластины монокристаллического кремния, которые различаются по типу проводимости и уровню легирования. Подготовка кремниевых пластин состоит из следующих основных этапов: с2 Глава ! !) вырашнвание кристалла с одновременным его легированием, 2) обрезка концов слитка и его шлифовка, 3) резка слитка на пластины, 4) полировка и травление пластин, 5) отмывка пластин.
Ниже приводится краткое описание этих этапов. 1.2.!. Вьсращссванссе кристалла. Цель процесса вырашивання кристалла — получение монокристаллического слитка кремния определенного типа проводимости и с определенным уровнем легирооания. Исходным материалом для выращивания монокристалла служит поликристаллический кремний высокой чистоты. «1истота этого материала обычно характеризуется цифрой, превышасошей 99,9999999 ьсь, или «9 девяток», н соответствует концентрации примеси менее 1 атома на миллиард (10») атомов кремния. В единице объема (! см') содержится 5,0 10" атомов кремния, так что относительное содержание атомов примеси 1: 10' соответствует нх абсолютной концентрации 5 10" см ', Эта остаточная примесь, как правило, состоит преимущественно из акцепторных атомов, таких, как атомы бора, а удельное сопротивление кремния, соответствующее указанной концентрации примеси, составляет приблизительно 300 Ом.см.
Промышленность выпускает поли- кристаллический кремний с содержанием примесей менее чем 1 . 10»« Для вырасцивания монокрнсталлических слитков кремния чапсе всего используется метод Чохральского. Поликристаллический кремний вместе с соответствующим количеством легирующей примеси или легированного кремния помещается в кварцевый тигель, который затем устанавливается в печи для выращивания. с'1атернал разогревается до температуры. немного превышасошей температуру плавления кремния, которая составляет 1420 'С.
Затем в расплав окунается небольшой стержень из монокристаллического кремния, так называемый затраоочньсй кристалл. Он медленно вытягивается из расплава, как показано на рис. 1.1. Благодаря отводу тепла через затравочный кристалл температура расплава в месте его контакта с кристаллом оказывается несколько ниже температуры плавления кремния. В результате кремний затвердевает, осаждаясь на конце затравочного кристалла, и, по мере того как кристалл медленно вытягивается из расплава, вместе с ним вытягивается затвердевшая масса кремния, которая имеет такую же кристаллическую структуру, как затравка. И затравочный кристалл, и тчгель вращаются, но в противоположных направлениях в процессе вытягивания, что обеспечивает получение слитков круглого сечения.
Вытягивание кристалла производится в атмосфере инертного газа, обычно аргона или гелия, а иногда и в вакууме. Диаметр Теснологнк изготовления интеадольных гхел слитка определяется скоростью вытягивания и температурой расплава и составляет обычно от !00 до !50 мм. Длина слитков нега" нриртаяа браилеяиг я ия Рис. !.1. Выращивание кристалла методом Чокральского, а — установка аа- травки; б — вытягивание кристалла. в большинстве случаев составляет примерно !ОО см.
Для вытягивания такого слитка требуется несколько часов. Для получения монокристаллических слитков кремния, особенно в тех случаях, когда требуется материал с очень высоким удельным сопротивлением ()!00 Ом см), используется метод Глава ! зонноп плавки. Слиток из поликристаллического кремния диа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
