1.4.9 Корпуса для имс

Они должны иметь:

а) достаточную механическую прочность;

б) минимальные размеры;

в) форму, позволяющую осуществить компактную сборку и легко осу-ществить электрические соединения;

г) минимальные паразитные емкости и индуктивности;

д) хороший теплоотвод.

Они должны быть герметичными, защищать от внешних воздействий – излучений, химических воздействий, влажности.

В основном используется три вида:

а) металлостеклянные квадратные;

б) металлостеклянные круглые;

в) металлостеклянные пенального типа.

1.4.10 МДП-структуры

В полупроводниковых ИМС наряду с биполярными находят широкое применение МДП-транзисторы. Важным преимуществом МДП-структур является возможность их использования не только в качестве активных элементов, но и пассивных (резисторов, конденсаторов). В ИМС легко реализовать МДП-транзисторы с каналами p- и n-типов. Это позволяет просто осуществлять согласование и реализацию универсальных логических функций. Поэтому большинство логических ИМС строят на базе МДП-структур. Применение полевых транзисторов с изолированным затвором в интегральных схемах обусловлено особенностями МДП-структур:

1. высоким входным сопротивлением (~10¹⁶ Ом);

2. отсутствием необходимости в изоляции;

3. возможностью использования поверхности кристалла, созданной в результате однократной диффузии, для стоков и истоков большой группы транзисторных элементов;

4. возможностью применения их в качестве резисторов с высоким сопротивлением вследствие особенности входной характеристики;

5. малой потребляемой и, следовательно, рассеиваемой мощностью;

6. возможностью получения высокой плотности элементов.

Кроме этого технология изготовления ИМС на МДП-транзисторах проще, чем на биполярных. МДП-транзисторы имеют более низкое напряжение отсечки (или пороговое напряжение) по сравнению с аналогичными дискретными компонентами. Это позволяет, в частности, снизить напряжение питания ИС на полевых транзисторах до уровня напряжения питания ИС на биполярных транзисторах и тем самым о беспечить условия для их совместного эффективного применения.

Основным элементом МДП-ИМС является транзистор с индуцированным каналом. На рисунке 1.11,а приведен МДП-транзистор с индуцированным каналом, где 1- исток, 2 - затвор, 3 –диэлектрик, 4-сток; на рисунке 1.11,б – МДП со встроенным каналом, где добавлен встроенный канал 5.

В качестве резистора используется канал исток - сток.

При создании конденсатора диэлектрик изготавливают вместе с подзатворным слоем, а полупроводниковые обкладки с истоком и стоком.

В схемах с высокой степенью интеграции интенсивно используются комплементарные МОП-элементы (КМОП), обладающие рядом ценных свойств: малой потребляемой мощностью в статическом режиме, относительно высоким быстродействием, хорошей помехоустойчивостью, большой нагрузочной способностью и высоким уровнем интеграции.

С реди полевых транзисторных элементов (ТЭ) особое место занимают МНОП ТЭ (МНОП — металл ‑ нитрид ‑ окисел ‑ полупроводник), у которых диэлектрик затвора состоит из слоев нитрида и оксида кремния (рисунок 1.12,а).

Характерной особенностью МНОП ТЭ является гистерезисная зависимость порогового напряжения U_{зи пор} от напряжения затвора. На рисунке 1.13,б в качестве примера показана зависимость U_{зи пор} (U_зи ) для одного из МНОП элементов. Из рисунка видно, что при подведении к затвору ТЭ напряжений, больших 30 В и меньших -30 В, у ТЭ устанавливаются различные пороговые напряжения. В качестве управляющих сигналов обычно используют импульсы напряжения длительностью около 0,1 мс. Так, при по-даче импульса напряжения U_m = 30 В устанавливается пороговое напряжение U_{зи пор} = -5 В, которое сохраняется при работе ТЭ в режиме малых сигналов. В таком режиме МНОП-элемент ведет себя как обычный МОП ТЭ с индуцированным р-каналом. Если теперь подать напряжение U_3U = -30 В, то установится другое пороговое напряжение U_{зи пор} = -20 В и ТЭ окажется закрытым.

В основе работы МНОП ТЭ лежат процессы накопления носителей заряда вблизи границы между нитридным и оксидным слоями. При напряжении затвора, превышающем 25 В, через слой диэлектрика протекают токи проводимости, различные по значению и зависящие от напряжения затвора (при малых напряжениях затвора эти токи пренебрежимо малы). Локализация и, соответственно, накопление носителей заряда происходят в слое нитрида кремния. Накопленный заряд индуцирует на поверхности подложки заряд противоположного знака, в результате чего изменяется пороговое напряжение. После снятия напряжения затвора заряд в нитриде кремния может сохраняться в течение нескольких лет. Это обстоятельство позволяет использовать МНОП ТЭ в запоминающих устройствах с неразрушаемой энергонезависимой памятью.

При относительно большом отрицательном напряжении затвора ток проводимости, протекающий через слой окиси кремния, превышает ток, протекающий через нитрид, что приводит к накоплению положительного заряда в слое нитрида и увеличению отрицательного порогового напряжения. При относительно большом положительном напряжении затвора в слое нитрида накапливается отрицательный заряд, что приводит к уменьшению отрицательного порогового напряжения.

Для снятия накопленного заряда достаточно приложить к затвору относительно высокое напряжение обратной полярности.

МДП-структуры не нуждается в специальной изоляции, что является существенным достоинством по сравнению с биполярными структурами.

Схемы на МДП-транзисторах широко используются при производстве запоминающих устройств, микропроцессоров, электронных калькуляторов, часов, медицинской электронной аппаратуры.

Недостатками МДП-ИМС по сравнению с биполярными ИМС являются:

1. меньшее быстродействие из-за больших емкостей между затвором и стоком и затвором и истоком;

2. необходимость применения более высоковольтных источников питания.