Аппаратура

Для выполнения работы требуется следующая аппаратура:

1) лабораторный макет, состояний из кассеты с полупроводниковыми микросхемами;

2) микроскоп типа ММУ-3 или его аналог.

Теоретические сведения Термины и определения.

Полупроводниковая интегральная схема - микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводниковой пластины.

Аналоговая интегральная схема - микросхема, предназначенная для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции во времени.

Частным случаем аналоговой интегральной схемы является микросхема с линейной характеристикой (линейная микросхема).

Цифровая интегральная схема - микросхема, предназначенная для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции во времени.

Частным случаем цифровой микросхемы является логическая микросхема.

Полупроводниковая пластина – заготовка из полупроводникового материала, используемая для изготовления полупроводниковых интегральных схем.

Кристалл - часть полупроводниковой пластины, в объеме и на поверхности которой сформированы элементы полупроводниковой микросхемы, межэлементные соединения и контактные площадки.

Тип интегральной схемы – микросхема конкретного конструктивно-технологического исполнения, выполняющая определённые функции и имеющая собственное обозначение.

Серия интегральных схем – совокупность типов интегральных схем, обладающих конструктивной, электрической и, при необходимости, информационной и программной совместимостью, и предназначенных для совместного использования. Микросхемы одной серии выполняют различные, взаимодополняющие функции.

Рис.1. Иерархическая структура конструкции ПМС

Иерархическая структура конструкции пмс.

На все конструкции устройств, в том числе микросхем, их элементы, компоненты, детали, узлы и т.п. распространяются законы существования, развития и изменения объектов материального мира. Один из законов говорит об органической связи явлений и предметов, об их зависимости друг от друга и взаимной обусловленности.

Конструкцию современного электронного устройства следует рассматривать как некоторое структурное образование, отдельные части которого находятся в иерархической соподчиненности (связи). Под иерархической соподчиненностью в конструкции понимается последовательное объединение простых, конструктивно законченных единиц (элементов, компонентов, интегральных микросхем, узлов и т.п.) в более сложные. На рис. I приведена иерархическая структура конструкции ПМС в металлостеклянном корпусе.

Резисторы пмс

Резисторы ПМС формируются на основе слоев биполярного транзистора: эмиттерного и базового (диффузионные резисторы), коллекторного (эпитаксиального), а также на основе слоев, полученных ионным легированием. В ПМС, выполненных по совмещенной технологии, используются пленочные резисторы.

Широкое использование диффузионных резисторов в ПМС определяется возможностью формирования их в едином технологическом процессе одновременно с змиттерными или базовыми областями биполярных транзисторов. Это существенно снижает количество операций изготовления ПМС и упрощает технологический процесс.

а) б)

Рис. 2. Эскиз конструкции(а) и эквивалентная схема(б) диффузионного резистора на базовом слое.

На рис.2, а, б показаны конструкция диффузионного резистора на основе базового p-слоя и его эквивалентная схема.

Наличие паразитных элементов и связей в диффузионном резисторе (см. рис. 2, б) приводит к определенным схемотехническим ограничениям. Так, паразитный р-п-р транзистор должен быть всегда включен в режиме отсечки. В этом режиме эмиттерный и базовый р-п переходы смещены в обратном направлении и транзистор закрыт. В противном случае, при включении эмиттерного перехода паразитного р-п-р транзистора в прямом направлении ток не потечет через резистор, а будет шунтироваться с усилением паразитным транзистором и уходить в пластину.

Наличие паразитных емкостей С1 и С2 р-п переходов, имеющихся в структуре резистора (см. рис. 2, а), ухудшает частотные свойства диффузионных резисторов.

Действительно, с ростом частоты w уменьшаются емкостные сопротивления I /wC1 и

I /wC2 . В результате переменная составляющая тока с ростом частоты будет уходить в подложку, не проходя через резистор из-за его шунтирования емкостями С1 и С2.

Рис. 3. Эскиз конструкции диффузионного резистора на эмиттерном слое.

Рис. 4. Эскиз конструкции резистора на коллекторном (эпитаксиальном) слое.

Рис. 5. Эскиз конструкции пинч-резистора (поджатого) на базовом слое.

На риc. З приведена конструкция диффузионного резистора на эмиттерном п⁺- слое. На п⁺- слое изготавливаются низкоомные резис торы, их применение ограничивается низким пробивным напряжением (5 - 7 В) р-п перехода эмиттер-база. Пробивное напряжение резисторов (см. рис.2) на базовом слое составляет 30 - 100 В.

Находит применение и конструкция резистора на коллекторном (эпитаксиальном) слое, показанная на рис. 4.

На рис. 5, 6 приведены конструкции пинч-резисторов на базовом и коллекторном слоях. У пинч-резисторов уменьшение площади поперечного сечения осуществляется за счёт их поджатия выше расположенным слоем, отделённым от тела резистора обратно-смещённым р-п переходом. В результате, можно существенно повысить значение удельного поверхностного электрического сопротивления _s.такого резистора (табл. 1).

Рис.6. Эскиз конструкции пинч-резистора, выполненного на коллекторном слое.

Рис.7. Эскиз конструкции резистора, сформированного ионным легированием (имплантацией) примеси n-типа в базовый слой.

Конструкция резистора, полученного ионным легированием, показана на рис. 7. Технология процесса ионного легирования (ионной имплантации) позволяет получать тонкие слои с высокими значениями удельного поверхностного электрического сопротивления _s.

В табл.1 даны типичные значения толщин слоев, удельных поверхностных электрических сопротивлений и допусков на номинал резисторов ПМС, конструкции которых приведены на рис. 2-7. Общими недостатками полупроводниковых резисторов ПМС являются низкая точность и сложные эквивалентные схемы, отражающие наличие в их конструкциях паразитных элементов и связей.

Таблица 1

Основные параметры резисторов ПМС

Тип конструкции резистора	Толщина слоя резистора d, мкм	Удельное поверхностное эл. сопротивление s, Ом/	Допуск на номинал сопротивления , %
Диффузионный на базовом слое	2,5-3,5	100-300	_+15-20
Диффузионный на эмиттерном слое	1,5-2,5	1-10
Эпитаксиальный на коллекторном слое	7,0-10,0	(0,5-5)103
Пинч-резистор на базовом слое	0,5-1,0	(2-15)103
Ионно-легированный	0,1-0,2	(2-10)102	_+10-20