![]() |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
|
Идея технологической интеграции элементов электрических схем в кристалле полупроводника, приведшая к созданию интегральных схем (ИС), возникла в процессе применения группового метода изготовления транзисторов, освоенного в конце 50-х годов.
Сущность этого метода состоит в том, что на пластине кремния в едином технологическом процессе изготовляется множество транзисторов. Затем пластина разрезается на сотни отдельных кристаллов, содержащих по одному транзистору, после чего они помещаются в корпуса. В процессе же изготовления схем приходилось выполнять обратную операцию – соединение этих транзисторов и других элементов схем в единую конструкцию при помощи пайки. Ясно, что применение такой технологии производства электронной аппаратуры в большинстве случаев нерационально.
При использовании принципа интеграции на полупроводниковой пластине вместо отдельных транзисторов создаются все компоненты, необходимые для построения некоторого функционального узла (транзисторы, диоды, резисторы и т. п.), а также соединения между ними, причем соединения выполняются в виде металлических полосок, напыляемых на поверхность пластины. Для этого необходимо, чтобы выводы электродов всех компонентов схемы находились в одной плоскости. Такую возможность обеспечивает специальная технология изготовления ИС, называемая и планарной.
Таким образом, интегральной схемой (микросхемой) называется изготовленное в едином технологическом процессе изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов, которое с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации рассматривается как единое целое. Раздел электроники, охватывающий вопросы исследования, разработки и применения ИС, называется микроэлектроникой.
При разработке радиоэлектронной аппаратуры на основе ИС отпадает необходимость в большом числе паяных соединений. Благодаря этому резко уменьшаются габариты и масса (отсутствие корпусов и внешних выводов у компонентов схем) и существенно повышается надежность аппаратуры. За счет же исключения множества монтажных и сборочных операций значительно уменьшается стоимость аппаратуры на ИС.
Интегральные схемы, элементы которых выполнены в поверхностном слое полупроводникового кристалла, называются полупроводниковыми. Эти ИС составляют основу современной микроэлектроники.
Помимо полупроводниковых существуют еще пленочные ИС, элементы которых выполняются в виде разного рода пленок, наносимых на поверхность диэлектрической подложки. Пленочная технология позволяет создавать только пассивные элементы. Если пленочную ИС дополнить активными компонентами в дискретном исполнении, то получается смешанная ИС, называемая гибридной.
Показатель степени сложности микросхемы К, определяемый числом содержащихся в ней элементов N, называется степенью интеграции, причем , где скобки обозначают округление до ближайшего целого в сторону увеличения.
Интегральные схемы малой степени интеграции 1 и 2 называются просто интегральными схемами (ИС). Средние (СИС) и большие (БИС) интегральные схемы имеют степень интеграции соответственно 3 и 4. Сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) имеют степень интеграции 5 и более. БИС и СБИС составляют элементную базу современных ЭВМ, которые принято относить к четвертому поколению ЭВМ. Большая степень интеграции способствует дальнейшему повышению надежности ЭВМ и уменьшению их габаритов.
Технология полупроводниковых ИС основана на легировании пластины кремния (подложки) донорными и акцепторными примесями, врезультате чего образуются слои с разными типами проводимости и р–n переходы. Отдельные слои используются в качестве резисторов, а р–n переходы – для создания транзисторов, диодов и емкостей. Характерная особенность полупроводниковыхИС – отсутствие среди их элементов катушек индуктивности (и тем более трансформаторов), поскольку планарная технология не приспособлена для их создания.
Омические контакты со слоями полупроводника, межэлементные соединения и контактные площадки для выводов создаются с помощью металлизации. Основным материалом для металлизации служит алюминий, который в условиях глубокого вакуума напыляется на поверхность изделия из парообразного состояния. После удаления пленки с отдельных участков остается нужная металлическая разводка.
Структуру ИС можно уяснить с помощью рис. 4.8 а, на котором показана часть ИС, содержащая транзистор, диод и резистор. Электрическая схема этой части приведена на рис. 4.8 б (квадратами обозначены контактные площадки).
![]() | ![]() |
А б
Рис. 4.8. Структура интегральной микросхемы: а – часть микросхемы, содержащая транзистор, диод и резистор; б – электрическая схема указанной части микросхемы
Полупроводниковые ИС обычно изготовляются групповым методом, при котором на одной пластине размещается множество одинаковых схем. После завершения всех операций пластина разделяется на отдельные кристаллы. Годные кристаллы далее монтируются в корпуса. Соединение контактных площадок на кристалле с выводами корпуса осуществляется с помощью тонких алюминиевых и золотых проволок.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие материалы называются полупроводниками?
2. Как влияет температура на электропроводность полупроводника?
3. Какие виды внешних воздействий приводят к разрыву электронов с атомами?
4. Какой вид связи между атомами называется ковалентной связью?
5. Как создается электронная проводимость в полупроводнике?
6. Какой электрон называется «электроном проводимости»?
7. Какой вид электрической проводимости называется дырочной?
8. Какой вид проводимости в материале полупроводника создают доноры?
9. Какой вид проводимости создают акцепторы?
10. Нарисуйте схему p-n перехода.
11. Как формируется электрическое поле в p-n переходе?
12. Чем отличается p-n переход от n-p перехода?
13. Каков механизм стабилизации напряженности электрического поля в p-n переходе?
14. Объясните возникновение динамического равновесия токов через p-n переход.
15. Нарисуйте график вольт-амперной характеристики p-n перехода. Объясните работу p-n перехода в различных областях графика этой характеристики.
16. Почему график вольт-амперной характеристики p-n перехода имеет нелинейный характер?
17. Объясните механизм лавинного пробоя p-n перехода.
18. Каким образом можно изменить емкость p-n перехода?
19. Почему проводимость p-n перехода сильно зависит от величины и знака приложенного к нему напряжения?
20. Схематично изобразите структуру транзистора и объясните его работу при включенных источниках питания.
21. Что понимается под рекомбинацией носителей тока в полупроводниках?
22. Для улучшения усилительных свойств транзистора необходимо увеличить или уменьшить толщину области базы?
23. Объясните назначение трех основных структур транзистора: эмиттера, базы и коллектора.
24. В чем заключается различие между p-n-p и n-p-n транзисторами?
25. Чем определяется величина напряжения база-эмиттер, при которой через транзистор начинает протекать ток?
26. Каким образом в транзисторе обеспечивается возможность при помощи слабого напряжения, приложенного между базой и эмиттером, управлять большим током в коллекторной цепи?
27. В чем заключается идея технологической интеграции элементов электрических схем в кристалле полупроводника, приводящая к созданию интегральных микросхем?
28. В какой последовательности в интегральной микросхеме создается транзистор?
29. Какие интегральные микросхемы называются полупроводниковыми? пленочными? гибридными?
30. Определите понятие степени интеграции в микросхеме.
Дата публикования: 2014-11-18; Прочитано: 1108 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!