РОЗДІЛ 2 ІНТЕГРАЛЬНІ СХЕМИ

АКТИВНІ І ПАСИВНІ ЕЛЕМЕНТИ ІНТЕГРАЛЬНИХ СХЕМ

Загальні питання. терміни та визначення

Мікроелектроніка - це розділ електроніки, що включає створення і принципи застосування якісно нового типу електронних приладів, які називаються інтегральними мікросхемами (схемами).

Характерною особливістю мікроелектроніки є єдність фізичних, конструктивно-технологічних і схемотехнічних аспектів.

Мікроелектроніка є природним етапом розвитку електроніки, що характеризується безперервним ускладненням функцій, які виконуються електронною апаратурою, а також вимогами забезпечення електронними приладами високої надійності, малих габаритів, маси, малої споживаної потужності і т. Д.

Інтегральна мікросхема (інтегральна схема - ІС) як електронний прилад є сукупністю великої кількості таких взаємопов'язаних компонентів, як транзистори, діоди, конденсатори, резистори і т. Д., Виготовлених одночасно в єдиному технологічному циклі на єдиній підкладці. ІС виконує певну функцію перетворення інформації.

Що Їх ІС функції є істотно більш складними в порівнянні з функціями окремих компонентів (транзисторів, діодів і т. Д.), Які називаються елементами ІС. Елементи ІС за своїми характеристиками і параметрами відрізняються від дискретних приладів і компонентів.

Для виготовлення інтегральних схем використовуються груповий метод виробництва, планарная технологія і заключна операція - корпусування. Основні технологічні методи і прийоми, які використовуються в мікроелектроніці, включають такі операції: підготовчий технологічний етап, епітаксії, термічне окислення, легування, травлення, техніку масок, нанесення тонких плівок, металлизацию і складальні операції. Більшість з перерахованих технологічних етапів (операцій) коротко описані в гл. 3 (п. 3.1.3).

Груповий метод виробництва полягає в тому, що на одній напівпровідниковій пластині одночасно виготовляється велика кількість ІС (іноді одночасно можуть оброблятися десятки таких пластин). Після проведення більшості із зазначених вище операцій пластина розрізається на окремі кристали (чіпи), кожен з яких є ІС.

При планарной технології всі елементи і їх складові створюються в ІС через площину (поверхня).

Корпусування як фінальна операція виготовлення ІС полягає в розміщенні ІС в корпусі з приєднанням контактних майданчиків до висновків ІС.

Всі інтегральні схеми можна розділити на чотири типи: напівпровідникові, плівкові, гібридні і суміщені.

В даний час розрізняють наступні напівпровідникові ІС: біполярні, МДП (МОП - метал-окисел-напівпровідник) і БІМОП. У БІМОП інтегральних схемах комбінуються біполярні і МОП ІС.

У напівпровідникової ІС всі елементи виготовляються в при поверхневому шарі напівпровідникової підкладки.

У плівкових ІС елементи формуються у вигляді різного роду плівок, нанесених на поверхню діелектричної підкладки. Розрізняють тонкоплівкові ІС (товщина плівок <1 ... 2 мкм) і товстоплівкові ІС (товщина плівок > 10 ... 20 мкм).

У гібридних ІС комбінуються плівкові пасивні елементи і дискретні активні елементи (транзистори, діоди), змонтовані на одній загальній діелектричної підкладці. У суміщених ІС активні елементи виготовлені в напівпровідниковому кристалі, а пасивні нанесені у вигляді плівок на поверхню кристала, яка попередньо ізольована.

Характерною особливістю напівпровідникових ІС є відсутність котушок індуктивності і трансформаторів. Крім того, елементи біполярної ІС необхідно ізолювати один від одного, щоб виключити їх взаємодія. Розміри кристалів напівпровідникових ІС досягають 20 х 20 мм.

Функціональна складність ІС характеризується ступенем інтеграції , яка визначається кількістю елементів (Л0 на кристалі. За ступенем інтеграції розрізняють наступні види ІС:

N < 100 - інтегральна схема;

  • 100 < N <1000 - ІС середнього ступеня інтеграції (СІС);
  • 1000 велика ІС (ВІС);

N> 10 5 - надвелика ІС (НВІС).

Іншим показником складності ІС є щільність упаковки - кількість елементів на одиницю площі кристала. Цей показник в даний час приблизно дорівнює 1000 елементів на мм 2 .

Підкреслимо особливості ІС як нового типу електронних приладів.

Подібно дискретним приладам ІС являє собою єдину конструкцію, виконує певну функцію, задовольняє певним вимогам при випробуваннях і експлуатації, тому ІС є специфічним типом електронних приладів.

Головною особливістю ІС як електронного приладу є самостійне виконання закінчених складних функцій на відміну від інших електронних приладів (транзисторів, діодів, електронних ламп, за винятком електровакуумних приладів НВЧ-діапазону і т. Д.), Що вимагають наявності багатьох різнорідних компонентів для виконання аналогічних функцій.

В ІС підвищення функціональної складності не погіршує, а часто покращує основні експлуатаційні показники (надійність, вартість, термін служби і т. Д.). Кількість технологічних операцій з виготовлення ІС не сильно перевищує число операцій при виготовленні окремого транзистора, тому вартість одного елемента ІС в сотні і тисячі разів менше в порівнянні з вартістю дискретного компонента. Крім цього, підвищення надійності досягається відсутністю в ІС паяних і зварних з'єднань, властивих дискретним приладам.

Ще однією характерною особливістю ІС є переважне використання, на відміну від дискретної техніки, активних елементів, а не пасивних. В ІС задається не вартість елемента, а схеми в цілому, тому на кристалі розміщується по можливості якомога більшу кількість елементів з мінімальною площею. В ІС транзистори і діоди мають меншу площу в порівнянні з пасивними елементами.

Оскільки в ІС окремі елементи розташовуються на дуже малій відстані один від одного (частки або одиниці мкм), то відмінність електрофізичних характеристик матеріалу вкрай незначно, що визначає малий розкид параметрів у суміжних елементів, т. Е. Їх параметри взаємопов'язані. Цей взаємозв'язок не порушується при зміні температури, що підвищує температурну стабільність ІС.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >