Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 79
Текст из файла (страница 79)
Емкость запоминающего конденсатора С, складывается из емкости между истоком 1 и конденсаторной шиной 4 и емкости р-и-перехода между истоком 1 и подложкой. Паразитная емкость Сг является суммой емкостей р-п-пере- 4ЗО Глава 8. Цифровые интегральные мик схемы хода между стоком 2 и подложкой и между шиной У и подложкой. Отношение С,/Ст пропорционально площади запоминающего конденсатора. При плошади всего элемента около 30 литографических квадратов С,/С„= 5-10. Контрольные вопросы 1.
В чем заключается основная особенность цифровых интегральных схем? 2. Что такое быстродействие электронного ключа и от чего оно зависит7 3. Какими параметрами оценивается быстродействие цифровых интегральных схем? 4. От чего зависит помехоустойчивость логических элементов? 5. Какими способами достигается повышение помехоустойчивости? 6. В чем состоят преимушества логических элементов на КМДП-структурах? 7. Как работает схема транзисторно-транзисторной логики? 8. Как работает схема эмиттерно-связанной логики7 9. Как работает схема инжекционной логики7 10. Как выполняются логические операции на МДП-транзисторах? 11. Нарисуйте схему и объясните работу триггера, 12.
Какие разновидности триггеров вам известны7 13. Как реализуются запоминающие устройства7 14. Чем отличаются элементы памяти динамического типа от элементов памяти статического типа? Глава 9 Основы Функциональной электроники Основной тенденцией развития микроэлектроники является повышение степени интеграции, оцениваемой логарифмом числа элементов и компонентов на кристалле. Если первые интегральные микросхемы содержали несколько десятков элементов на кристалле, то в современных сверхбольших интегральных микросхемах (СВИС) степень интеграции достигает 7.
Разработаны интегральные микросхемы ультрабальшой степени интеграции (УБИС), в которых степень интеграции более 7. 9.1. Проблемы повышения степени интеграции ИМС При создании СБИС и УБИС приходилось и приходится решать целый ряд конструкторско-технологических проблем, гз Проблема дефектов подложки. Чем больше плошадь кристалла, тем выше вероятность того, что дефект кристаллической структуры приведет к выходу нз строя какого-либо элемента интегральной микросхемы. Эта проблема решается совершенствованием технологии изготовления полупроводниковых подложек.
гз Проблема уменьшения размеров элементов ИС. Известно, что размеры элементов определяются литографией. Разрешающая способность фотолитографии ограничена длиной волны света (около 1 мкм). Современная субмикронная литография использует излучения со значительно меньшей длиной волны (электронные, ионные и рентгеновские лучи), позволяющие получить размер элементов менее 1 мкм (до 0,1 мкм). гз Проблема теплоотлоди. Уменьшение размера элементов и расстояния между ними ведет к увеличению удельной мощности, рассеиваемой единицей поверхности подложки. Практически величина этой мощности не превышает 5 Вт/см'.
Эта проблема решается применением микрорежимов работы логи- 4З2 Глава 9. Основы функциональной электроники ческих элементов. При этом предпочтительнее схемы КМДП и И'Л, потребляющие мощность менее 0,1 мВт на логический элемент. О Проблема межсоедияений. Огромное количество элементов, созданных на подложке, должно быть соединено между собой таким образом, чтобы обеспечить выполнение определенных функциональных преобразований сигналов. Достигается это многоуровневой разводкой. На первом уровне формируют простые логические элементы, на втором уровне формируют отдельные узлы (триггеры, сумматоры и т.
д.), на третьем уровне формируют блоки (регистры, дешифраторы и т. д.). Разводка может быть фиксированной и программируемой. Фиксированная разводка применяется при условии 100-процентной годности элементов. В этом случае заранее разрабатывается топология соединений. Наличие хотя бы одного дефектного элемента приводит к выходу из строя всей микросхемы.
В случае программируемой разводкл на кристалле создается избыточное число элементов, осуществляется контроль их работоспособности и составляется карта годности элементов. Затем с помощью ЭВМ разрабатывается топология соединений. Однако этот метод требует дополнительных технологических операций.
Решение проблемы повышения степени интеграции СБИС и УБИС состоит в применении новых конструкторско-технологических решений, качественно отличающихся от применяемых при разработке микросхем средней степени интеграции. Большое значение имеет разработка новых конструкций элементов, позволяющих добиться повышения степени интеграции при существующей разрешающей способности литографии.
В СБИС широко применяют функционально-интегрированные элементы, когда одна и та же полупроводниковая область совмещает функции нескольких простейших элементов. Примером может служить структура И'Л, в которой совмещены база горизонтального транзистора типа л-и-р с эмиттером вертикального транзистора типа л-р-л, а коллектор транзистора р-л-р одновременно является базой транзистора и-р-и.
Широко применяется совмещение коллекторной нагрузки с коллектором и ряд других конструктивных решений, позволяющих сократить количество боксов, в которых размещаются элементы ИС, и тем самым повысить степень интеграции. Для получения субмикронных размеров некоторых областей при разрешающей способности фотолитографии около 1 мкм в СБИС широко используют метод самосовмещения, в основе которого лежит использование ранее созданных слоев в качестве масок для получения последующих элементов. Одним из способов повышения степени интеграции является «трехмерная интеграция. В трехмерных структурах элементы формируют в разных слоях, чередующихся в вертикальном направлении.
Примером может служить вертикальная структура полевого транзистора, в которой исток и сток расположены друг нэд другом, а канал проходит в вертикальном направлении. Другим примером может служить создание двухслойных КМДП-структур. В этих структурах имеется общий затвор, под которым расположен л-канал, а нэд затвором — р-канал. Такая комплементарная пара вместе с соединениями занимает такую же площадь, как один транзистор с каналом л-типа. По сравнению с обычной КМДП-структурой, в которой транзисторы с п-каналом и р-каналом расположены в одной плоскости, двухслойная КМДП-структура позволяет повысить степень интеграции примерно в 3-4 раза. 433 9.2.Ф кциональная электроника В УБИС большую роль играет взаимодействие ее элементов.
В БИС с невысокой степенью интеграции каждый отдельный транзистор ведет себя одинаково как в «изолированном» состоянии, так и в составе интегральной структуры. В УБИС с субмикронными размерами изоляция одного транзистора от другого труднодостижима. Возможные механизмы взаимодействия транзисторов друг с другом многочисленны и включают в себя такие эффекты, как емкостная связь, туннелирование и перетекание зарядов. Повышение степени интеграции резко сужает сферу применения БИС, так как они становятся специализированными и вследствие этого изготавливаются ограниченными партиями. Сужение сферы применения конкретного типа микросхем приводит к необходимости разработки большой номенклатуры БИС и, следовательно, больших затрат времени и средств на их проектирование, подготовку производства и изготовление. Широкая номенклатура специализированных БИС при приемлемых затратах на проектирование и производство достигается путем использования базовых матричных кристаллов (БМК).
Базовый мшпричныйкриатиии представляет собой полупроводниковый кристалл, на котором в определенном порядке размещены на постоянных местах нескоммутированные активные и пассивные элементы (транзисторы, диоды, резисторы и т. п.). Определенное число активных и пассивных элементов сгруппировано в топологические ячейки (ТЯ), которые размещаются на БМК регулярно, образуя матрицу одинаковых повторяющихся ячеек. В одной топологической ячейке БМК последующим объединением элементов металлизированными соединениями можно создать несколько логических или запоминающих элементов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
