Материал: Конспект

•3-й елемент: ЛА – логічний елемент І – НЕ; ЕН – стабілізатор напруги; ТВ – JК тригер; ТМ – D-тригер; ТМ − D-тригер; ТР – RS-тригер; ІP – регістр; ІE – лічильник; СА – компаратор; ПВ – АЦП; ПА – ЦАП; УВ – підсилювач ВЧ; УР – підсилювач проміжної частоти; УН – підсилювач НЧ; УВ – відеопідсилювач; УЕ – емітерний повторювач; ФВ – фільтр ВЧ; ФН – фільтр НЧ; ГС – генератор синусоїдних сигналів.

Номер серії

1 40 УД 7

Порядковий номер розробки даної ІС в серії (за функціональною ознакою)

Функціональне призначення ІС (У – підсилювач, Д - операційний)

Порядковий номер розробки даної серії

Конструктивно-технологічне виконання ІС

ГІБРИДНІ IC

•Основою мікроелектроніки є метод інтеграції (об'єднання) елементів. При цьому сукупність елементів ІС і міжз'єднань виготовляється в єдиному технологічному процесі – одержують закінчений функціональний вузол. Автономно або разом із додатковими елементами цей вузол власне утворює інтегральну схему.

•Застосовуються дві основні технології виготовлення ІС – гібридна і

напівпровідникова.

До технології виготовлення ІС ставлять 2 суперечливі вимоги:

1 Підвищений ступінь інтеграції (щільності упакування).

2 Необхідно мати універсальні ІС.

•Втім, збільшення ступеня інтеграції ІС обмежує сферу її застосування, тобто призводить до зниження універсальності схеми.

•Наявність двох технологій – гібридної і напівпровідникової – дещо розв'язує цю суперечність. Максимальну щільність упакування дає напівпровідникова технологія, проте вона є складною, і властивості елементів, виготовлених за нею, не завжди задовольняють вимогам ТУ (наприклад, розкид параметрів і т. ін.) Гібридна технологія є більш економною і пристосованою до спеціальних прецизійних пристроїв, дозволяє одержати ІС із кращими властивостями, хоча при цьому з низьким ступенем інтеграції.

•Варто пам'ятати, що, крім напівпровідникових і гібридних ІС, існують ще й

плівкові ІС.

•Плівкова ІС – це така, у якої елементи і міжз'єднання виготовляються з плівок необхідної форми з різними електрофізичними властивостями і розміщуються на поверхні діелектричної підкладки або діелектричної плівки. Однак плівкова технологія не дозволяє виготовляти активні елементи із задовільними параметрами. Відтак чисто плівкові ІС – це пасивні схеми (переважно резистивні розподільники напруги, набір резисторів і конденсаторів, резистивно-ємнісні схеми). Тому всі переваги плівкової технології застосовуються у високопрецизійних гібридних ІС.

ГІБРИДНА ТЕХНОЛОГІЯ

•Гібридна технологія полягає у наступному (рис.). На відшліфовану діелектричну підкладку (скло, кераміка) за допомогою масок наносяться плівки резистивних і провідникових матеріалів, а також контактні площадки. Активні елементи за плівковою технологією, як уже зазначалося, не виготовляються, а виробляються окремо, у безкорпусному виконанні, а потім підпаюються. Підкладка розрізається на окремі ІС, які вкладаються до корпусів і приєднуються до контактних площадок виводів. Корпуси герметизуються і маркуються.

•Розрізняють два різновиди плівкових ІС:

•товстоплівкові, у яких товщина нанесених плівок d > 10 мкм;

•тонкоплівкові, у яких d ≤ 1-2 мкм.

•Нанесення резистивних і провідникових плівок здійснюється через випарювання у вакуумі різноманітних матеріалів за допомогою трафаретів: ніхрому, двоокису олова і т.ін.

•Плівкові резистори (рис.) мають значно більший діапазон номінальних значень і менший розкид параметрів порівняно з дифузійними резисторами (виготовленими за напівпровідниковою технологією).

•Опір плівкового резистора залежить від товщини і ширини плівки, її довжини і матеріалу. Для створення більших опорів застосовуються з'єднання кількох плівок, резистори зигзагоподібної форми тощо.

Плівкові резистори:

1 – резистивна плівка (ніхром);

2 – провідникова плівка (алюміній);

3 – діелектрична підкладка

ПЛІВКОВІ КОНДЕНСАТОРИ

•Плівкові конденсатори створюються шляхом почергового нанесення на діелектричну підкладку провідникових і діелектричних плівок (рис.1).

•Плівкова технологія дозволяє виконувати також індуктивності (у тому числі і трансформатори) у вигляді плоских спіралей прямокутної форми (рис. 2). На площі, яка не перевищує 25 мм², можна одержати індуктивність L ≤ 0,5 мкГн. Наноситься також феромагнітна плівка для формування осердя.

ТЕХНОЛОГІЯ СТВОРЕННЯ IC

•Напівпровідникова (монолітна, твердотільна) технологія більш придатна для масового виробництва ІС з високим ступенем інтеграції, характеристики яких не критичні щодо розкиду параметрів пасивних елементів, їх температурної нестабільності і впливу паразитних зв'язків. За напівпровідниковою технологією виготовляється більшість цифрових інтегральних схем і багатофункціональних аналогових ІС. Надійність напівпровідникових мікросхем значно вища, ніж у

гібридних ІС, внаслідок невеликої кількості припаювань.

•Усі елементи напівпровідникових ІС виконані всередині напівпровідникового кристала – чіпа.

Товщина чіпа – 200-300 мкм, горизонтальні розміри – від 1,5 1,5 мм до 6,0 6,0 мм.

•Планарно-дифузійна технологія виготовлення біполярних напівпровідникових інтегральних схем

•На кремнієвому кристалі (рис.) створюється тонкий шар двоокису SiO2. На нього наноситься шар 1 фоторезиста. Це речовина, яка під дією опромінення стає кислотостійкою. Фоторезист опромінюється ультрафіолетовими променями через фотошаблон 3 (фотопластинка з відповідним рисунком із прозорих і непрозорих ділянок). Опромінені ділянки 5 витравлюються травником. Цей процес називається фотолітографією. На ділянках 5 утворюються вікна, через які здійснюється процес дифузії донорних атомів із нагрітого газу 6.

Технологія виготовлення біполярних структур ІС

•Таким чином, у кремнієвому кристалі формуються n – області (так звані «кишені»), які відповідають емітерам усієї сукупності біполярних транзисторів цієї ІС. При повторенні операцій послідовно формуються області бази, потім − колектора. Паралельно формуються пасивні елементи, а на поверхні кристала – міжз'єднання і контактні площадки.

•Планарно-дифузійна технологія має такі недоліки:

•нерівномірний розподіл домішок у областях;

•нерівномірний опір колектора і збільшення його значення;

•відсутні чіткі межі переходів, що призводить до зменшення напруги пробою між колектором і підкладкою;

•підкладка дуже впливає на електричні параметри транзистора ІС.

•Натомість біполярні інтегральні транзистори, виготовлені за планарноепітаксійною технологією, відзначаються рівномірним розподілом домішок (рис.

).

•У них на p-підкладці вирощується колектор n - типу. Для зменшення опору колектора, а отже, зниження втрат потужності і ступеня впливу підкладки створюють прихований n+- шар, який має менший порівняно з епітаксійним n -

шаром опір. Цей прихований шар створюється за допомогою додаткової дифузії донорних домішок у відповідні ділянки підкладки.

Планарно-епітаксійна біполярна структура

ТЕХНОЛОГІЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ІНТЕГРАЛЬНИХ МДНСТРУКТУР

•Послідовність операцій цієї технології показана на рис. Вирощується товстий (до

1,5 мкм) шар окису кремнію SiO2 (а); за допомогою фотолітографії витравляється «вікно» (б); це вікно покривається тонким шаром SiO2 (0,2 мкм) (в); потім уся пластина покривається шаром матеріалу затвора (алюміній, хром, молібден) (г); за допомогою фотолітографії залишається шар металу тільки над тією областю, де буде затвор (д); шляхом дифузії та іонного легування створюються p+- області витоку і стоку (причому електрод затвора служить маскою) (е).

Технологія виготовлення МОН (МДН) - структур

ІЗОЛЯЦІЯ

•Усі елементи напівпровідникових інтегральних схем містяться в єдиному кристалі. Тому ізоляція елементів від кристала і один від одного є дуже важливою. Застосовуються такі способи ізоляції:

•1. Ізоляція за допомогою p-n – переходу (рис. а). Перехід зміщується у зворотному напрямі за допомогою негативного потенціалу (порядку кількох вольтів), який стало подається на підкладку. Перехід має дуже високий опір (кілька мегомів). Це зумовлене застосуванням кремнію з шириною забороненої зони ∆W=1,12 еВ.

•Ізоляція цього виду найбільш проста і дешева. У «кишенях» в подальшому формуються активні та пасивні елементи.

•2. Ізоляція за допомогою шару діелектрика (рис. б). Між «кишенями» і кристалом кремнію утворюють тонкий діелектричний шар двоокису кремнію SiO2. Якість

ізоляції поліпшується, але виготовлення ускладнюється. Порівняно з попереднім способом ізоляції зменшується паразитна ємність між «кишенею» і кристалом.

Різновиди ізоляції напівпровідникових ІС

БІПОЛЯРНІ ТРАНЗИСТОРИ

•При виготовленні транзисторів напівпровідникових ІС, як правило,

використовується кремнієва підкладка p - типу. Отже, інтегральні біполярні транзистори мають n-p-n – структуру. Завдяки застосуванню кремнію, збільшується допустима робоча температура (до 150 0C); зменшуються зворотні

струми; легко можна через окиснення одержати захисний шар SiO2. n-p-n – структура поліпшує частотні властивості транзисторів, оскільки електрони мають більшу рухливість, ніж дірки. Біля колекторного переходу область колектора повинна мати знижену концентрацію донорних домішок, щоб при зростанні товщини переходу зменшувалася його бар'єрна ємність і зростала напруга пробою. Область емітера n+-типу – для зменшення опору і збільшення рівня інжекції. Для біполярних транзисторів ІС; =200; fгр=500 МГц; СКП =0,5 пФ; UKпроб ≤ 50 В; UЕпроб ≤

8.

•У інтегральних біполярних транзисторів, як правило, відсутнє джерело зміщення

бази. Отже, для них режим відсічки – це активний режим при малих струмах (IK<

IKmin, рис.).

Прохідні характеристики інтегральних біполярних транзисторів

БАГАТОЕМІТЕРНІ ТРАНЗИСТОРИ

•Чотирьохемітерні біполярні транзистори з об'єднаними колекторами і базами

–це сукупність чотирьох незалежних транзисторних структур (оскільки взаємодія електродів через електрично нейтральну базу практично відсутня). До кожного

емітера багатоемітерного транзистора E1, E2, E3, E4 (рис.) може бути ввімкнене своє джерело відпираючої напруги. До інших джерел такий імпульс напруги не потрапляє, оскільки емітерні переходи, що не працюють у цей момент, перебувають під зворотною напругою. Кількість емітерів у такому транзисторі