Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники (1266569), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Под электрорадиоэлементом понимают транзистор, диод, резистор, конденсатор ндр. Компонентом интегральной микросхемы называют ее часть, реализующую функции радиоэлемента, которая может быть выделена как самостоятельное иэделие с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации. Интегральная схема, все элементы и межэлектродные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника, называется полупроводниковой.
Если же элементы и межэлектродные соединения выполнены в виде пленок, то микросхема называется пленочной. Кристаллом называют часть полупроводниковой пластины, в объеме и на поверхности которой сформированы элементы полупроводниковой микросхемы, межэлементные соединения н контактные площадки, к которым присоединяются выводы и перемычки. Число элементов и компонентов, содержащихся в одной интегральной микросхеме, определяет ее степень интеграции. Так, в микросхемах 1-й степени интеграции содержится до 10 элементов н компонентов включительно, 2-й степени — 10 †1, 3-й — 100— 1000, 4-й — 10' — 10', 5-й — 104 †1. Схемы 1-й и 2-й степеней интеграции называют интегральными микросхемами (ИС), схемы 3-й степени интеграции — средними (СИС), схемы 4-й — большими (БИС), а 5-й — сверхбольшими (СВИС).
Из всех ИС наибольшее распространение получили полупроводниковые микросхемы, изготовляел|ые по планарной технологии групповым методом, при котором на пластине кремния диаметром 50 мм и более одновременно изготовляется множество микросхем, имеющих форму прямоугольника со сторонами 4 — б мм. Особенности полупроводниновых интегральных схем. Наиболее широко применяемые полупроводниковые микросхемы имеют следующие основные особенности: отсутствие индуктивностей; применение лишь малых емкостей — не более нескольких десятков пикофарад, да н то очень редко (объясняется это тем, что конденсаторы даже небольшой емкости занимают площадь, в несколько раз большую, чем транзисторы); малые сопротивления резисторов (редко превышают несколько килоом: это объясняется тем, что для резистора с большим сопротивлением требуется большая площадь); невысокая точность номинальных значений параметров транзисторов и резисторов — порядка 30%.
Однако два одинаковых по форме интегральных элемента, расположенных рядом, имеют взаимный разброс параметров порядка 1%, Особенно ценно то, что при изменении температуры этот разброс параметров почти не нз меняется; благодаря малым размерам отдельных элементов они обладают хорошими частотными характеристиками и высоким усиление' при очень малых токах питания, иногда измеряемыми микронаноамперами (вместо токов в дискретных транзисторах, измеряе: мых миллиамперами). Однако вследствие большой плотности элементов выделяемое в микросхемах тепло рассеивается плохо.
Пленочные микросхемы. Различают два вида пленочных мик.=' росхем: тонкопленочные и толстопленочные. В тонкопленочны микросхемах для изготовления резисторов, конденсаторов и соеди-; нений используются пленки толщиной до 10-' м. Пленки наносят ся на поверхность стеклянной нли керамической пластинки осаж; дением илн распылением соответствующего вещества и другим'' способами. В качестве резисторов используют пленки из нихрома, илн тантала, выполняемые в виде длинных, узких и тонких поло$ сок. Тонкопленочные конденсаторы обычно выполняют в виде дв пленок из металла, например алюминия, разделенных пленко диэлектрика, например моноокиси кремния.
В толстопленочных микросхемах толщина пленки всегда боль ше 10-' м и обычно равна 10 — 20 мкм. Элементы в них наносятся методом шелкографии. Толстопленочная микросхема выполняетс на керамической пластинке — подложке, на которуюсначала через сетчатые трафареты наносятся соединительные линии из проводящей пасты. При температуре 600 — 800'С паста вжигается в кеч рамическую подложку.
Для изготовления толстопленочных микро; схем кроме проводящей пасты используются резистивные и диэлектрические пасты, которые также обжигаются. Гибридные микросхемы. Микросхема, содержащая кроме эле: ментов компоненты и (или) кристаллы, называется гибридной ин-.' тегральной минросхемои. Так как по пленочной технологии не удается изготавливать активные элементы — диоды и транзисторы:,: то обычно пленочные микросхемы дополняют активнымн компо нентами, в результате чего они становятся гибридными. В про-'' стейших гибридных микросхемах в качестве компонентов исполь4 зуются бескорпусные диоды и транзисторы, а в больших гибридиык микросхемах компонентами являются бескорпусные полупровод; пиковые микросхемы.
Глава 6 ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ вп. ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР С УПРАВЛЯЮШИМ р-л ПЕРЕХОДОМ Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, в котором". выходной ток управляется входным напряжением. Транзистор на-' Исаи зыв ывается полевым, так как входное напряжение создает электрическое поле, влияющее на выходной ток. В биполярных транзисторах, описанных в предыдущей главе, ушественную роль играют два типа носителей электрического тока; основные и неосновные.
В полевых транзисторах ток создается основным типом носителей, а неосновные существенной роли не играют. Поэтому когда желают подчеркнуть различие между транзисторами, то обычные транзисторы называют биполярными, а полевые транзисторы — уяиполярнылги.
В биполярном транзисторе управление выходным током осуществляется с помощью входного тока базы или эмиттера, что неизбежно связано со сравнительно малым входным сопротивлением, В ряде случаев это не является недостатком, а скорее преимуществом. Например, прн малом входном сопротивлении всякого рода наводки посторонних напряжений оказываются значительно меньшими, чем при высоком входном сопротивлении. Однако иногда крайне важно иметь очень большое входное сопротивление. Благодаря управлению электрическим полем входное сопротивление полевых транзисторов для постоянного тока н низкой частоты переменного тока может быть очень большим:.
10' — 10" Ом. Технология изготовления полевых транзисторов значительно проще, чем биполярных. Особенно важно, что полевые транзисторы в микросхемах занимают значительно меньшую площадь на один транзистор и потребляют гораздо меньший ток. Это позволяет создавать большие и сверхбольшие интегральные микросхемы (БИС и СБИС), содержащие на одной пластинке кремния со сторонами 4хб мм от нескольких тысяч до десятков тгясяч транзисторов и резисторов. Такие микросхемы применяются, например, в микрокалькуляторах и электронных наручных часах.
На рис. 6.1 дано схематическое изображение строения полевого транзистора с управляющим р-и переходом. В пластинке кристаллического кремния с проводимостью п-типа, диффузней акНептоРной пРимеси чеРез окно в слое окисла ЯОз обРазована область с проводимостью р-типа. Затем в этой же области диффузией донорной примеси образована область с проводимостью за мЬя лэгаа и з г и-типа с сильным легированием. Последующими операпиями в и „, и л изолирующем слое окисла образованы окна для контактных электродов и с помощью металлнзации созданы контакты н выводы электродов истока и, затвоРа з, стока с н подложки и.
ю алла а Обычно подложка соединяется с истоком, 1'ис. б.1. Схематическое изображейуеж ннс полевого транзистора с управ' ' ду н оком лнюшнм р-и переходом и каналом ~формирован проводящий канал р-типа р-типа. Толщина канала — около 1 мкм, длина — несколько микр ' метров, а ширина, перпендикулярная плоскости чертежа, завися' от мощности транзистора. Между каналом и затвором имеет мест' плоскостной р-л переход. Он становится проводящим при отрк, цательном напряжении между затвором н каналом более 0,6 Гз" Для нормальной работы транзистора этот переход должен оста-; ваться запертрям, поэтому напряжение затвора относительно ис". тока для транзистора с каналом р-типа должно быть положитель; ным или равным нулю.
Конечно, допустимо и неболыпое отриц ' тельное напряжение, еще не приводящее к отпиранию рперехода. Напряжение стока относительно истока, а следовательно, затвора должно быть отрицательным. Подача положительного на пряжения на сток вызвала бы нежелательное отпирание р-л и ' рехода.
Отрицательное напряжение сток — исток вызывает тои,.т' проводящем канале р-типа, изолированном от затвора и подложк" запертыми р-и переходами (так называемая диодиая изоляция) Затвор является управляющим электродом. Изменяя на не' напряжение, можно влиять на толщину проводящего канала, следовательно, изменять его сечение и сопротивление, что, в сво очередь, влияет на ток в проводящем канале и во внешней цепи На рис. 6,2 показана зависимость толщины и формы канал от приложенных напряжений. На рис. 6.2,а схематически изобра,'' жены обедненные слои, когда на электродах нет напряжений Между затвором и каналом обедненный слой распростраияетс' почти целиком только в материал типа р, так как область затвор' сильно легирована и распространение обедненного слоя в и ' ничтожно мало; р-и переход между каналом и подложкой имее' обедненные слои по обе стороны от границы раздела материало' типов р и и примерно равной толщины.
и 3 с и 3 с ь ) Рттс. бзв Схематическое изобра', жение расположения обедненны слоев в полевом транзисторе управляюптим р-л переходом каналом р.тттз; а — нанражевня ва влсктролах от. сутствуюи б — напряткение затвор веток равна наттряжению отсечкиу бс в — напряженке ватвор — исток мень ше напряжения отсечки, а вапряжв" нне сток — исток отрицательно, прк "зсьпзи т а) $44 рисунок 6.2, б соответствует случаю, когда исток и подложка единены между собой (это соединение на рисунке не показано) и на затвор относительно истока подано такое положительное напряжение, что обедненные слои двух переходов сичьно сужают „оводящий канал.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
