ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
Микроэлектроника представляет собой раздел электроники, включающий исследование, конструирование, и производство интегральных микросхем. Интегральные микросхемы это микроэлектрон ные изделия, выполняющие определенную функ цию преобразования, накопления, обработки, и отображения информации и состоящее из большого количества соединенных друг с другом элементов. Элемент это часть микросхемы, выполняющая определенную функцию, но не являющуюся самостоятельным изделием (диод, транзистор, резистор, конденсатор и т. д. ). Компонент часть микросхемы, представляющая собой самостоятельное изделие, изготовленное в отдельном технологическом цикле.
Интегральная микросхема
Сложность микросхем и их насыщенность элементами и простыми компонентами характеризуется: l плотностью упаковки (отношение числа элементов к объему микросхемы без учета выводов); l плотностью упаковки (отношение числа элементов к объему микросхемы без учета выводов). Количественно степень интеграции К характеризу ется округленным до ближайшего большего целого числа логарифмом количества элементов в микросхеме: К = ln(N)
Классификация l микросхемы первой степени интеграции содержат до 10 элементов, l второй от 10 до 100, l третей от 100 до 1000, четвертой от 1000 до 10000 и т. д. l микросхемы с числом элементов до 105 принято называть большими (БИС), l до 106 сверхбольшими (СБИС), l более 106 – ультрабольшими (УБИС).
По функциональному назначению микросхемы подразделяются на: l Цифровые микросхемы предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции(логические элементы, триггеры, элементы памяти и запоминающие устройства, микропроцессоры, приборы с зарядо вой связью и т. д. ). l Аналоговые микросхемы обрабатывают сигналы, описываемые непрерывными функциями (операционные усилители, дифференциальные усилительные каскады, каскады формирователей тока, выходные каскады, устройства интегрирования аналоговых сигналов и др. ).
По конструктивно технологическому использованию интегральные схемы делятся на: l В полупроводниковой микросхеме все элементы и соединения выполнены в объеме и на поверхности кристалла полупроводника. l Пленочные микросхемы формируются на подложке путем создания отдельных элементов в виде тонкопленочных слоев. l Гибридные интегральные микросхемы содержат пленочные пассивные элементы и навесные компоненты, которыми могут являться бескорпусные дискретные элементы или полупроводниковые микросхемы.
Структура и электрическая схема простейшей микросхемы, состоящей из биполярного р n р – перехода и резистора.
Элементы интегральных микросхем Элементарная база интегральных микросхем включает в себя две группы элементов: l АКТИВНЫЕ (диоды, транзисторы(в современных микросхемах чаще применяются МДП транзисторы (до 70 %) и реже биполярные (до 30 %). ) l ПАССИВНЫЕ (резисторы, конденсаторы, изоляторы, проводники)
Структурные схемы биполярного n р n транзистора ◄ с изоляцией n р переходом , ◄ диэлектриком, ◄ комбинированной изоляцией.
Широкое применение МДП транзисторов в интегральных схемах связано с: l относительной простотой их изготовления l высоким входным сопротивлением. Структурная схема МДП транзистора с n – индуцирован ным каналом. Два МДП транзистора с n и р каналами образуют КОМПЛЕМЕНТАРНУЮ ПАРУ, которая отличается высоким быстродействием и широко применяется в ключевых системах.
РЕЗИСТОРЫ. Простейшим резистором является область полупроводника внутри кристалла, имеющая определенный тип проводимости и заданную величину концентрации примесей диффузионные.
l В качестве резистора может быть использован встроенный канал МДП структуры, причем величина сопротивления подбирается и регулируется напряжением на затворе. l Одним из вариантов резистора является полевой транзистор с n р переходом, величина сопротивления которого также подбирается и регулируется изменением напряжения на затворе.
КОНДЕНСАТОРЫ l ДИФФУЗИОННЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ, в которых используется емкость n р перехода, включенного в обратном направлении, причем величина емкости может регулироваться изменением напряжения на n р переходе l МДП КОНДЕНСАТОРЫ, в которых используется емкость подзатворного диэлектрика соответствующего транзистора.
Особенности интегральных микросхем l Не все дискретные элементы могут быть реализованы в микросхеме(не удается выполнить трансформаторы тока и напряжения, катушки индуктивности, конденсаторы с большими емкостями, настроечные элементы). l Не все элементы ИМС имеют аналоги среди дискретных элементов(отсутствует дискретный аналог RC структуры, приборов с зарядовой связью, логических схем с инжекционным питанием). l Отличия электрических характеристик интегральных и дискретных элементов( интег ральный диффузионный резистор характе ризуется большей паразитной емкостью). l Взаимное влияние электрических характеристик близкорасположенных элементов интегральных микросхем и появление паразитных связей через общую подложку(учет паразитных эффектов важнейший момент конструирования микросхем, проектирование микросхем осуществляется в комплексе с их технологией их производства).
Скачать презентацию ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ Микроэлектроника представляет собой раздел
1 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ.ppt