- •Микроэлектрониканың дамуының негізгі жағдайы және бағыты.
- •§ 1.1 Электронды аппаратураның элементтерінің ықшамдау (миниатюризация) және микроықшамдау (микроминиатюризация) кезеңдері.
- •1.1 Сурет. «Элемент-2» типті жазық модулдің құрылысы.
- •1.2 Сурет фэ типінің жазық модулі:а – монтажды плата; б – сыртқы түрі;
- •1.3 Сурет. Этажеркалы микромодуль:
- •1.4 Сурет. Микроэлементтер:
- •1.5 Сурет. Қалқаланған этажеркалы микромодульдің жалпы түрі
- •§ 1.2. Микроэлектрониканың жалпы сипаттамасы.
- •1.6 Сурет. Интегралды микросхемалардың сыртқы түрі
- •§ 1.3. Микроэлектрониканың дамуының тарихы.
- •1.7 Сурет. Транзисторларды дайындаудың топтық әдісі:
- •1.8 Сурет. Интегралды микросхемаларды дайындаудың топтық әдісі:
- •§1.4 Интегралды микросхемалардың классификациясы және микроэлектрониканың өнімі (изделие)
- •1.9 Сурет. Микроэлемктрониканың негізгі өнімдері (изделия)
- •§ 1.5. Интегралды микросхемалардың белгілеуінің жүйесі.
- •§ 2.1 Интегралдымикроэлектроникадақолданылатынқұбылыстар (явление), процесстержәнеәдістер.
- •2.1 Сурет Интегралды микроэлектроникада қолданылатын физикалық құбылыстар, процесстер және әдістер.
- •§ 2.2. Имс жұмыс істеуін анықтайтын, құбылыстардың және процесстердің жалпы сипаттамасы.
- •2.2 Сурет. Тасушы зарядтардың қозғалғыштығының қоспаның концентрациясына және температураға тәуелділігі.
- •2.3 Сурет. Бірқалыпты p-n-өткелдің облысында таралуы.
- •2.4 Сурет. Тура (а) және кері (б) бағыттарда түсірілген, сыртқы кернеу кезіндегі, p-n-өткелдегі зарядты тасушылардың таралуы және энергетикалық диаграммасы
- •2.5 Сурет. Оңзарядтың бетінде бар болуы (б– г) және бетіне жақын кезде жоқ болуы (а)планарлыp-n-өткелінің құрылымы.
- •§ 2.3. Микроэлектронды құрыллымдарды құрудың базалық физика – химиялық әдістері.
- •2.6 Сурет. Кремнидің термиялық тотығуын орнату құрылғысы
- •2.7 Сурет. Фотолитографияның процессінің схемасы:
- •2.9 Сурет. Екізоналы диффузионды қондырғының схемасы
- •2.10 Сурет. Бірзоналы диффузионды қондырғының схемасы: 1 – газды беруге арналған магистраль; 2 – сұйық диффузиант үшін қоректендіргіш; 3 – кварцты труба; иг – инертті газ; гн – газ –тасушы
- •2.11 Сурет. Ионды легірлеуге арналған қондырғының схемасы
- •Травление.
- •Глава 3 Шалаөткізгішті интегралды микросхемалар
- •§ 3.1 Типтік конструкциялар және шалаөткізгішті имс құрылымы.
- •§3.2 Биполярлы транзисторлар.
- •Планарлы-эпитаксиальды транзисторлар.
- •Шоттки барьері бар транзисторлар.
- •Көпэмиттерлі транзисторлар.
- •Әр түрлі структурадағы мдп-транзисторлардың параметрлері.
- •§ 3.4 Диодтар
- •Әр түрлі схема бойынша қосылған транзисторлық структура негізіндегі диодтың параметрлері
- •§3.5 Шалаөткізгіш резисторлар.
- •Диффузионды резисторлардың параметрлері. 3.3-таблица
- •§3.6 Шалаөткізгіш конденсаторлар
- •3.7. Биполяр имс дайындау технологиясы
- •Планарлы-эпитаксиалды технология.
- •Қосарлы технология.
- •Изопларлы технология.
- •§ 3.9. Имс шалаөткізгішінің герметизациясы мен бүрмесі
- •§ 3.10. Шалаөткізгішті имс - ны жобалау және өңдеу этаптары
- •4 Тарау
- •§ 4.1. Гибридті имс конструкциясы
- •§ 4.2. Қалыңпленкалы гибридті имс элементтері
- •§ 4.3. Жіңішке пленкаларды алу әдістерді
- •§ 4.4. Гибридті имс - ға арналған подложка
- •§4.5. Пленкалы резисторлар
- •4.15 Сурет. Жұқа пленкалы резисторлардың конструкциялары:
- •4.16 Сурет. Пленканың салыстырмалы кедергісінің оның еніне тәуелділігі: і-тунельді эффекттің облысы, іі-бұзылған беттің облысы, ііі-көлемдік қасиеттерінің облысы
- •§4.6. Пленкалы конденсаторлар
- •4.17 Сурет. Жұқа пленкалы конденсатордың жалпы түрі: 1-жоғары өтетін қоршау; 2-диэлектрлік пленка; 3-төменгі өтетін қоршау; 4-подложка.
- •4.18 Сурет. Кремний қышқылы негізіндегі пленкалы конденсатордың диэлектр өткізгіштігінің тәуелділігі:
- •4.19 Сурет. Қалдық газдардың әртүрлі қысымымен тозаңданған кремний моноқышқылы негізіндегі конденсаторлардың вас-ы:
- •§ 4.7. Пленкалы имс – дағы индуктивті элементтер
- •§ 4.8. Пленкалы өткізгіштер және контактілік алаңдар
- •§ 4.9. Қабатаралық изоляция
- •§ 4.10. Гибридті имс – ның пассивті элементтерінің әртүрлі конфигурацияларын алу әдісі
- •§ 4.11. Гибридті имс – ның навесный компоненттері
- •§ 4.12. Гибридті имс – ға арналған корпустар
- •4.13. Гибридті имс құрудың негізгі принциптері және жобалау кезеңдері
- •4.14. Гибридті имс жобалаудың бастапқы деректері
- •4.15. Гибридті имс топологиясын және құрылымын жобалау
- •5 Бөлім. Үлкен интегралды схемалар (үис)
- •5.1. Үис жалпы сипаттамалары және негізгі параметрлері
- •5.2. Үис классификациясы және қолдану аймақтары
- •5.3 Үис қарапайым базасы
- •5.4. Шалаөткізгішті үис құрылымы және жасау технологиясы
- •5.5. Гибридті үис құрылымы және дайындау технологиясы
- •5.6. Үис жобалаудың ерекшеліктері және негізгі кезеңдері
- •6 Бөлім. Байланыс құрылғыларна арналған негізгі микросхемотехникалар мен интегралды микросхемалар
- •6.1. Имс схемотехникалық ерекшеліктері
- •6.2. Биполяр транзистордағы сандық имс негізгі типтері
- •§6.4 Микроқуатты логикалық имс
- •§ 6.6 Сандық имс дамуының тенденциясы
- •§ 6.7 Аналогты (сызықты) имс негізгі типтeрі
- •§6.8. Аппаратуралық байланысқа арналған интегрлды микросхема
- •§6.9 Микропроцессор
- •§ 6.10 Аса жоғары жиілік (свч) диапазонының интегралды микросхемасы
- •Сапа, сенімділік және интегралды схемаларды қолдану
- •§ 7.1. Сапа теориясының негізігі түсінігі
- •§7.2. Сапа бақылау әдісі және имс сенімділік бағасы
- •§7.4 Имс сынағының санаттары мен түрлері
- •§7.6 Сапа көтерілуінің жолдары және имс сенімділігі
- •§7.7 Имс мен үис (бис)нің негізгі қолданыстары
- •§8.1. Функционалды микроэлектрониканың негізгі даму бағыттары
- •§ 8.2. Оптоэлектроника
- •249 Сериялы оптоэлектронды имс - ның электрлік схемасы
- •§ 8.3 . Акустоэлектроника
- •§ 8.4. Диэлектрлік электроника
- •§ 8.5. Хемотроника
- •§ 8.6. Биоэлектроника
- •§ 8.7. Микроэлектрониканың алдағы дамуы
§ 6.6 Сандық имс дамуының тенденциясы
Сандық ИМС-нің негізгі даму тенденциясы оның жоғарғы жылдамдығы, күрт жоғарлаумен шақырылған ЭВМ жылдамдығы. Сандық ИМС жылдамдығын технологиялық және схемотехникалық қабылдағыштардың көмегімен арттырады.
Қосылу уакытының төмен мәнін алу үшін жоғары шектелген жиілігі, аз сыйымдылықты жабылу қуаты және кедергісі бар транзисторлар қолданады. Қазіргі уақытта базалық диффузияның технологиялық жетістігі-0,6 мкм, базаның көлемі 0,2 мкм, эмиттердің ені мен ұзындығы 15 және 2,5 мкм мәнге сәйкес келеді. Ол тоқтату уақыт-0,65 нс, fпр>2 Ггц және Скб>0,2 пФ транзистордың шектіу жиілігінде шағылу қуаты 20 мВт/вентиль мәнге ие сандық ИМС алуға мүмкіндік береді.
Тоқтату уакытын төмендетуге тырысу қанықпаған режимде жұмыс істейтін транзистор негізінде структура жасауға алып келді. Бұл принцип Шоттки диодымен ТТЛ схемаларында және ЭСЛ схемаларында қолданылды. Бұл принципті қолдана отырып біріншіден температура мен қорек кернеуінен тәуелсіз, 15 және 50 пФ жүктеме сыйымдылығына тәуелсіз 3 және 5 нс/вентиль тоқтату (задержка) уакытын алды. Бұл кезде табалдырық облысында қашықтық жылдамдығы және құлау кернеуінің 1 В/нс құрауы мүмкін. Екіншіден, сигналдың тоқтату уақытын аз болуы, бірақ температура мен қорек кернеуден тәуелділігі жоғары болады,. Бұл ЭСЛ схемасының күрделенуіне алып келеді.
Сандық ИМС эффективтілігін шағылу қуаттының орта мәніндегі тоқтату (задержка) уакыты мәнімен бағалайды: мән ар болған сайын, эффективтілікте жоғары болады. Шоттки диоды бар ТТл схемасы үшін бұл көрсеткіш 50% ұңғыда және 15пФ жүктемеде 60 пДж құрайды (3 нс, 20 мВт). 10 МГц-тен жоғары жиілікт ол жоғарлайды. ЭСЛ схемалары үшін эффективтілік 50 пДж құрайды (2 нс, 25 мВт).
Егер тоқтату (задержка) уақыты қосқыш сымдар мен корпустармен емес, кристаллдың струтурасымен анықалсағ онда оны технологиялық және схемотехникалық әдіс төмендетуге болады. Ол үшін корпустағы схема санын немесе функциясын корсететін монтаж тығыздығын арттыру керек. Монтаж тығыздығын екі жолмен жүзеге асырады:
1) Элементтердің аз санды кристаллдарда схемалары бар гибридті БИС қолдану;
2) Схемалары бір кристаллда орындалатын монолитті БИС қолдану. Кремнийде планарлы технология кезінде бұл схемаларда жылдамдық 0,3-0,4 нс жетеді.
ТТЛ схемасы алдында шағылу қуаты тұрғысынан комплементарлы МДШ-ИМС маңызды басымдылыққа ие. Бұл схемалардың ТТЛ схемалардан басымдылығы- шуылтұрақтылығы жоғары болады. Аз қуатты ТТЛ схемалар 5 В қорек кернеуінде 0,4 В шуылтұрақтылыққа ие. Комплементарлы МДШ-транзисторлардағы схемалар 10 В кернеу кезінде шуылтұрақтылық 1,0 В құрайды, ал одан да жоғары кернеу кезінде 3 В-қа тең. Аз қуатты ТТЛ схемасының қорек кернеу диапазоны (4,5:5,5)± 0,5 В, ал комплементарлы МДШ-транзисторлар схемасында 3-15 В. ТТЛ схемаларында шығыс бойынша разветвления коэффициенті 10-ға тең, ал комплементарлы МДШ-транзистор схеаларында 1000-ға тең. Комплементарлы МДШ-транзисторлар схемасы ТТЛ схемасынан екі есе жылдамдықпен асып түседі.
Биполярлы логикалық ИМС-нің басқа типтеі ұсынылады- интегралды инжекционды логика схемасы (ИИЛ немесе И2Л) . Оларда көп коллекторлы транзисторлар қолданылады, онымен қоса әр қайсысына жарық және диод есебінен локальді заряд инжекциясы қолданылады. Схеманы дайындау үшін бес масок қажет, сонымен қатар жылдық буйымдардың шығарылу тиімділігі және сенімділі қамтамасыз етіледі. Бұл жағдайдың үздіксіз байланыс транзистор логикасынан айырмашылығы транзистордың база мен эмиттері ортақ облыста біріккен. Бұл элементтер арасындағы байланыста үнемдеуге мүмкіндік береді, одан басқа, жүктеме резисторладың үздіксіз байланысын қамтамасыз етеді. Осылайша, кристалл ауданы үнемделеді.
Инжекциялы қоректі микросхема келесідей маңызды басымдылықтармен сипатталады:
а) Кристаллда интеграцияның жоғары деңгейін алуға мүмкіндік береді;
б) Тоқтату (задержка) уақытында қуаттың аз мәніне иелік етеді (0,1 пДж дейін);
в) Жоғары шуылтұрақтылық қатынасына ие және жылдамдықтың пен қуаттың кең диапазонында жұмыс істей алады.
ИИЛ схемасының аз шағылу қуаты резисторлардың жоқ болуымен түсіндіріледі. Қолданыс қуатының аз мөлшерінде жылдамдықтың көп болуы паразитті сыйымдылықпен түсіндіріледі.