Интегральные схемы

Интегральная схема — выполняющее определенные функции микроэлектронное изделие (усилитель, генератор, счетчик импульсов и т.д.), изготовленное в едином технологическом цикле и заключенное в один корпус.

По конструкции и технологии изготовления различают полупроводниковые и гибридные интегральные схемы (ИС).

В полупроводниковых ИС все элементы создаются в одном кристалле кремния. При изготовлении полупроводниковых ИС используют процессы эпитаксии — наращивания кристалла за счет осаждения паров кремния — и диффузии — проникновения атомов примеси в кристалл. Исходным материалом служит пластина Р-кремния. На этой пластине с помощью эпитаксии наращивают слой N -кремния. Эпитаксиальный слой имеет однородную структуру и, следовательно, хорошие электрические свойства, поэтому элементы ИС создают в эпитаксиальном слое. После эпитаксии поверхность пластины кремния окисляют. Затем, удалив на определенных участках пластины окисел, с помощью диффузии в кристалл через незащищенные окислом участки атомов донорной или акцепторной примеси в кристалле формируют необходимые для получения транзисторов, диодов и резисторов структуры чередующихся слоев Р- и N -кремния. В качестве конденсаторов в полупроводниковых ИС применяется /W-переход, работающий при обратном напряжении. Соединение элементов ИС между собой производят с помощью напыления на кристалл в вакууме токоведущих дорожек из алюминия или золота. На участках, где окисел удален, токоведущие дорожки контактируют с полупроводником и обеспечивают надежное соединение элементов в заданную схему (рис. 13.9).

Для электрической изоляции элементов полупроводниковых схем друг от друга основание из Р-кремния соединяют с точкой ИС, имеющей самый низкий электрический потенциал. Тогда все PN- переходы между основанием из Р- кремния и внешней областью элементов из N - кремния оказываются закрытыми и изолируют элементы друг от друга.

Возможен другой способ изоляции — с помощью тонкого слоя диэлектрика между элементами ИС и основанием Р-кремния. Качество изоляции в этом случае намного выше, но повышается и стоимость ИС.

Структура полупроводниковой интегральной схемы

Рис. 13.9. Структура полупроводниковой интегральной схемы

Линейные размеры элементов и расстояния между элементами в полупроводниковых ИС очень малы — единицы микрон. Плотность размещения элементов в полупроводниковых ИС составляет до 104 элементов в 1 см3. Применение полупроводниковых ИС позволяет обеспечить наименьшие габариты, массу и стоимость электронных устройств.

Недостатком полупроводниковых ИС является низкое качество резисторов и конденсаторов: ограниченный диапазон номиналов, большой разброс параметров, малая стабильность параметров при изменении температуры.

В гибридных ИС элементы размещают на диэлектрическом основании из стекла или керамики. Резисторы, конденсаторы и соединительные проводники формируются с помощью пленок толщиной около 1 мкм из различных металлов и диэлектриков, нанесенных на поверхность основания. Транзисторы и диоды в гибридных ИС используются навесные бескорпусного микроминиатюрного исполнения. Выводы транзисторов и диодов привариваются или припаиваются к контактным площадкам из металлической пленки на поверхности основания. Плотность размещения элементов в гибридных ИС значительно меньше, чем в полупроводниковых ИС— до 150 эл./см3. Но элементы гибридных ИС имеют больший диапазон номиналов, меньший разброс параметров и более высокую температурную стабильность, чем элементы полупроводниковых ИС.

Создание и применение ИС позволило за последние годы значительно увеличить надежность, снизить потребляемую мощность, массу, габариты и стоимость электронных устройств. Существенно расширились их функциональные возможности, повысилось быстродействие. Благодаря созданию больших ИС, содержащих десятки тысяч элементов, появились микропроцессоры и микро-ЭВМ, внедрение которых открывает широкие возможности для автоматизации производственных процессов, управления объектами и системами, улучшения бытовых условий жизни людей.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >