Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 60
Текст из файла (страница 60)
6. Нарисуйте и объясните эквивалентную схему полевого транзистора 7. Какова роль паразитных емкостей полевого транзистора? 8. Какие физические явления ограничивают частотный диапазон и быстродействие полевого транзистора? 9. Нарисуйте и объясните временные диаграммы токов и напряжений при работе полевого транзистора в импульсном режиме. 10. Сравните крутизну полевого транзистора с крутизной биполярного. 11. Поясните принцип работы приборов с зарядовой связью. Глава 6 Структуры и технология интегральных микросхем Неуклонное развитие злектроники привело к возникновению микрозлектроники. Так принято называть область науки и техники, занимающуюся физическими и техническим проблемами создания высоконадежных и зкономичных микрозлектронных схем и устройств, называемых интегральными микросхемами (ИМС).
Интегральными они названы потому, что в них все злементы нераздельно связаны между собой и схема рассматривается как единое целое. Элементом называют часть ИМС, в которой реализуется функция какого-либо радиозлемента (транзистора, диода, резистора и т. д.) и которую нельзя отделить от схемы и рассматривать как самостоятельное изделие. Элементы формируются на полупроводниковой пластине в едином технологическом процессе. В некоторых случаях в состав ИМС входят компоненты (бескорпусные транзисторы, навесные конденсаторы, резисторы и т. д.), которые устанавливают при выполнении сборочно-монтажных операций. Компоненты являются самостоятельными изделиями, они могут быть отделены от изготовленной ИМС и заменены другими.
Сложность ИМС оценивают степенью иивгеграции, определяемой козффициентом К = 1ййг, значение которого округляется до ближайшего большего целого числа, где У вЂ” число злементов и компонентов, входящих в ИМС. Микросхемы первой степени интеграции (К = 1) содержат до 10 злементов и компонентов, второй степени интеграции (К= 2) — от 11 до 100 и т.д.
Микросхемы третьей и четвертой степеней интеграции называют большими интегральными схемами (БИС), а ИМС, содержащие более 10' злементов, называют сверхбольшими ИМС (СБИС). По способу изготовления и получаемой при зтом структуре различают две разновидности ИМС: полупроводниковые и гибридные. В полупроводниковых ИМС (ПП ИМС) все злементы и межзлементные соединения выполняются в объеме и на поверхности полупроводниковой пластины. В гибридных ИМС (ГИМС) пассивные злементы (резисторы, конденсаторы и др.) выполняются в виде пленок 320 Глава 6. Структу ы и технология интегральных микросхем на поверхности диэлектрической подложки, а активные элементы реализуются в виде навесных компонентов. В зависимости от способа нанесения пленок на поверхность диэлектрической подложки и их толщины различают тонкопленочные ГИМС (толщина пленок менее 1 мкм) и толстопленочные ГИМС (толщина пленок порядка 20-40 мкм).
По функциональному назначению ИМС подразделяют на аналоговые и цифровые. Аналоговые ИМС предназначены для обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции, цифровые — для обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции. 6.1. Гибридные интегральные микросхемы Конструктивной основой ГИМС является подложка из диэлектрического материала, на поверхности которой формируются пленочные элементы и межэлементные соединения. В качестве подложек применяют электровакуумные стекла, ситаллы, керамику и ряд других.
Стекло, обладая очень гладкой поверхностью и хорошей адгезией (сцепляемостью) с материалами, наносимыми на его поверхность, вместе с тем имеет плохую теплопроводность и невысокую механическую прочность. Керамика, обладая повышенной механической прочностью и теплопроводностью, имеет сравнительно высокую шероховатость поверхности. Поэтому она применяется в основном для толстопленочных ГИМС. Наиболее широкое применение для подложек тонкопленочных ГИМС находят ситалл и фотоситэлл. Ситалл является стеклокерамическим материалом, получаемым путем термообработки (кристаллизации) стекла. Фотоситалл получают кристаллизацией светочувствительного стекла.
Его теплопроводность в несколько раз превышает теплопроводность ситалла. Пленочные резисторы Как показано на рис. 6.1, конструктивно резистор состоит из резистивной пленки 1, имеющей определенную конфигурацию, и контактных площадок 2. Низкоомные резисторы имеют прямоугольную форму (рис. 6.1, а), высокоомные— форму меандра (рис. 6.1, б). Сопротивление пленочного резистора определяется по формуле ! )! =р„—, "Ы' где р„— объемное удельное сопротивление резистивного материала; ! — длина резистора; б — ширина резистора; Ы вЂ” толщина пленки.
З21 6.1. Гибридные интегральные микросхемы 2 1 2 Подложка э б Рис. Е.1 Уравнение (6.1) легко преобразуется к виду (6.2) Я= р,Кы где р„ = р„/а — удельное поверхностное сопротивление пленки (сопротивление квадрата пленки); К, = 1/Ь вЂ” коэффициент формы резистора. В тонкопленочных ГИМС в качестве резистивных материалов используются металлы и их сплавы (тантал, хром, титан, нихром и др.), а также специальные резистивные материалы — керметы, которые состоят из частиц металла и диэлектрика.
В толстопленочных ГИМС для изготовления резисторов используют резистивные пасты, наносимые на подложку'через трафареты; эти пасты после термообработки превращаются в твердые пленки толщиной 20-40 мкм. Удельное поверхностное сопротивление пленок лежит в пределах от 100 до 10 000 Ом.
Пленочные конденсаторы В большинстве случаев пленочный конденсатор представляет собой трехслойную структуру (рис. 6.2, а), состоящую из нижней (проводящей) обкладки 1, диэлектрической пленки 2 и верхней проводящей обкладки 3. В качестве обкладок тонкопленочного конденсатора используется алюминий, в качестве диэлектрика— монооксид германия или кремния, диоксид кремния, оксид тантала и др.
В толстопленочных конденсаторах для создания обкладок используется проводящая паста, а для диэлектрика — диэлектрическая паста. Емкость пленочного конденсатора рассчитывается по известной формуле С = 0 885 — = СО5 е5 (6.3) где Я вЂ” плошадь взаимного перекрытия обкладок, см; е — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика; а' — толщина диэлектрика, см; С, = 0,0885 е/а' — удельная емкость, пФ/см.
Диэлектрическая проницаемость применяемых материалов лежит в пределах от 3 до 25. З2г Глава 6. Ст ктуры и технология интегральных мик схем в 'ББ Рис. 6.2 Структура, представленная на рис. 6.2, а, применяется в том случае, когда площадь верхней обкладки составляет не менее 10 мм'. При площади 5 = 5-10 мм' конденсаторы выполняют в ваде двух пересекающихся проводников 1 и 3, разделенных диэлектрическим слоем 2 (рис.
6.2, б). При активной площади менее 5 мм' применяют последовательное соединение конденсаторов (рис. 6.2, в). При активной площади 5 = 1 мм' применяют гребенчатые конденсаторы (рис. 6.2, г). Распределенные ВС-структуры Распределенные ЯС-сиц;укглуры представляют собой интегрированную совокупность пленочных резисторов и конденсаторов, распределенных по всей пленке, а не сосредоточенных в пределах отдельных локальных областей (рис.
6.3). Конструкция ЯС-структуры с распределенными параметрами образует тонкопленочный конденсатор, нижняя обкладка 1 которого заменена резистивным слоем, выполняющим функции резистора, в результате емкость конденсатора оказывается распределенной вдоль резистора. Рис. В.З Пленочные индуктивности Пленочные индуктивносгли создают путем напыления металлической пленки в виде плоской спирали, имеющей круглую или квадратную форму (рис. 6.4). 323 6.1. Гибридные интег альные микросхемы В современных ИМС площадь, занимаемая спиральной катушкой, не превышает 1 см'. Максимальное число витков, которое можно разместить на.этой площади, определяется разрешающей способностью технологического процесса создания катушки индуктивности.
При оптимальном соотношении внутреннего и внешнего диаметров спирали Р,„/Р„= 0,4 и ширине пленки 50 мкм величина индуктивности не превышает 10 мкГн при добротности в пределах 80...120. При необходимости в ГИМС применяют миниатюрные кольцевые катушки индуктивности с сердечником из порошкообразного железа или специальных ферритов.
Рис. 6.4 Пленочные проводники и контактные площадки Пленочные проводники и контактные ллокотдки предназначены для объединения элементов ГИМС в единую схему (рис. 6.5). В местах соединения пленочных проводников 1 с другими пленочными элементами, например резисторами 2, проводящие пленки образуют контактные переходы 3. г 11 г з Подложка Рис. 6.6 Для присоединения внешних выводов микросхемы и выводов навесных элементов пленочные проводники заканчиваются контактными площадками 4. В тонкопленочных ГИМС для напыления проводящих пленок и контактных площадок используют золото, медь и алюминий. Для улучшения адгезии к подложке проводящую пленку напыляют на подслой хрома нли нихрома, а для защиты от окисления проводящие пленки покрывают слоем никеля. В результате проводящие пленки оказываются трехслойными. В толстопленочных ГИМС для создания проводников и контактных площадок применяют проводящие пасты. З24 Глава 6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
