Федосеева - Основы электроники и микроэлектроники (989598), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Иногда в качестве критерия сложности и микроминиатюризации ИМС применяют термин «плотность упаковки». Плотностью упаковки называют количество элементов, обычно транзисторов, на единицу объема или площади кристалла. В настоящее время она может превышать 10" элементов/мм~. Элементы любых электронных схем делят на активные и пассивные. Активным элементом называют элемент, обладающий свойством преобразования электрической энергии — выпрямлении, усиления, генерирования, управления. К ним относятся, например, диоды, транзисторы и т. д.
Пассивными элементами являются резисторы, конденсаторы, катушки нндуктнвности. 5.2.2. Классификация интегральных микросхем Интегральные микросхемы можно классифицировать по разным признакам: по конструктивно-технологическому исполнению, по функциональному назначению, по степени интеграции, по физическому принципу работы активных элементов и др. По конструктивно-технологическому признаку ИМС могут быть полупроводниковыми, пленочными, гибридными и совмещенными.
Полулроводниковая интегральная микросхема — это ИМС, все активные и пассивные элементы которой и межэлементные соединения выполнены в объеме и на поверхности монокристалла полупроводника в общем технологическом процессе. Кристалл полупроводника, в котором формируются элементы, называют активной подложкой. В полупроводниковых ИМС в качестве исходного материала используют кристалл кремния. Выбор кремния обусловлен тем, что он допускает более высокую рабочую температуру и мощность рассеяния, чем германий, а также имеет большую, чем германий, ширину запрещенной зоны и позволяет получить больший диапазон сопротивлений при создании на его основе резисторов микросхемы. Изготовление полупроводниковой микросхемы в конечном счете сводится к образованию системы электронно-дырочных переходов в кристалле кремния; при этом формируются локальные области кристалла, эквивалентные электрорадиодеталям обычных электронных схем и их соединениям.
Изоляция этих областей, т. е. элементов ИМС, осуществляется с помощью р-и переходов, смещенных в обратном направлении, нли двуокиси кремния, являющейся диэлектриком. Двуокись кремния также защищает поверхность кристалла от загрязнения. Размеры участка кристалла, занимаемого одним элементом, измеряются микрометрами, а площадь одной микросхемы — единицами и долями квадратного миллиметра.
Готовый кристалл с созданными элементами и межсоедннениями представляет собой монолитную структуру, которая после присоединения к ней внешних выводов и герметизации может быть использована в качестве блока электронной аппаратуры. Пленочной интегральной микросхемой называют ИМС, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены только в виде пленок различных материалов, нанесенных на общее 8 1ббз основание.
110 технологии изготовления различают тонкопленочные и толстопленочные ИМС. Интегральные микросхемы с толщиной пленок до 1 мкм относят к тонкопленочным. а микросхемы с толщиной пленок более ! мкм — к голстопленочным. Пленки наносят на диэлектрическую подложку, называемую пассивной (стекло, керамика, пластмасса). Пленочные интегральные микросхемы содержат обычно только пассивные элементы — резисторы, конденсаторы, высокочастотные катушки нндуктивности — и их соединения. Это вызвано большими затруднениями, имеющимися в настоящее время в области создания пленочных транзисторов и диодов с достаточно стабильными и устойчивыми характеристиками. Ведутся исследования по созданию пленочных активных элементов, удовлетворяющих современным требованиям. При изготовлении тонкопленочных интегральных микросхем пассивные элементы в виде тонких пленок токопроводящих и изоляционных материалов создаются путем предварительного нагрева и испарения требуемого материала с последующим осаждением его на более холодную подложку.
Это осуществляется в вакууме через специальные трафареты, так что пленки имеют определенную конфигурацию в соответствии с заданным расположением элементов микросхемы. При изготовлении толстопленочных ИМС на керамическую подложку через трафареты наносятся различные пасты: резистивные и проводящие — для получения резисторов, соединительных проводников и контактов, а также обкладок конденсаторов и индуктивностей; диэлектрические — для изоляции элементов и создания диэлектриков конденсаторов. Пассивные пленочные ИМС как самостоятельные изделия не получили широкого применения. Гибридная интегральная микросхема представляет собой ИМС, в составе которой имеются пленочные пассивные элементы, выполненные на диэлектрической подложке, и навесные микроминиатюрные активные компоненты, изготовленные как дискретные транзисторы и диоды (обычно в бескорпусном исполнении) н вмонтированные в подложку.
В составе гибридных микросхем могут быть не только простые навесные компоненты (транзисторы и диоды), а и сложные — бескорпусные ИМС. Более сложные ИМС явились результатом совмещения двух основных технологий изготовления интегральных микросхем— пленочной и полупроводниковой. Такие схемы называют совмещенными. Совмещенная интегральная микросхема — это ИМС, в которой активные элементы выполнены в кристалле полупроводника, а пассивные элементы и межсоединения — в виде пленок. При этом используются два способа сочетания технологии полупро- водниковых и пленочных микросхем. Первый способ состоит в том, что в активной полупроводниковой подложке формируются транзисторы и диоды, как в полупроводниковой ИМС, затем на поверхности этого кристалла создается изолирующая пленка путем окисления кремния, а на нее наносятся пленочные резисторы, конденсаторы и межсоединения.
В другом варианте совмещенной микросхемы, как в гибридных схемах, пассивные элементы и часть межсоединений создают в виде пленок на ди- б в г Рис. Б.З. Конструкции интегральных микросхем: о — тонкопленочные; б — гибридные; е, г — полупроводииковие; ! — в корпусе; 2 — со снятым корпусом 14 люч Рис. 5.4. Расположение выводов микросхем: о — типа К140УД2; б — типа КЬЗЗУД2; в — типа К!74УН7 ' электрической подложке, а активные элементы и основные соединения формируются по технологии полупроводниковых ИМС в кремниевом кристалле, который монтируется на этой подложке.
Технология совмещенных интегральных микросхем позволяет использовать преимущества пленочных и полупроводниковых ИМС и создавать как активные, так и пассивные элементы с требуемыми параметрами и стабильными характеристиками. По способу герметизации для защиты от внешних воздействий различают корпусные интегральные микросхемы, помещенные в специальный корпус или опрессованные в пластмассу (вакуумная В' 211 210 герметизация), и бескорпусные — покрытые эпоксидным защитным лаком. Интегральные микросхемы в различном конструктивном исполнении показаны на рнс. 5.3, а расположение выводов — на рис.
5А. По характеру функционального назначения интегральные микросхемы делят на аналоговые, цифровые и комбинированные — аналого-цифровые. Аналоговые (линейные) И?ИС предназначены для генерирования и усиления гармонических сигналов, а также для детектирования, модулирования и т. д. Цифровые (логические) ИМС используют для цифровой обработки информации, т. е. электрических сигналов, соответствующих двоичному или другому цифровому коду, в вычислительной технике, цифровых измерительных приборах, устройствах автоматики. По выполняемой функции все микросхемы подразделяют на подгруппы; например, усилители, генераторы, фильтры, детекторы, логические элементы ЭВМ и др.
Каждую подгруппу делят на виды; например, усилители низкой частоты, усилители высокой частоты, усилители постоянного тока и т. д. Классификация по физическому принципу работы зависит от типа создаваемых в микросхеме основных и наиболее сложных элементов — транзисторов. На их структуре базируется формирование и других элементов.
В полупроводниковых интегральных микросхемах применяют как биполярные транзисторы, так и полевые МДП-транзисторы. В гибридных интегральных микросхемах в качестве навесных компонентов применяют биполярные бескорпусные транзисторы. Комтрольные вопросы 1. Чем занимается микроэлектроника? 2. Что представляет собой интегральная микросхема? 3. Что называют элементом и компонентом интегральной микросхемы? 4. Что показывает степень интеграции микросхемы? б.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
