28. Классификация имс. Полупроводниковые имс.

Интегральной микросхемой, или сокращено ИМС, называют монолитное изделие, предназначенное для исполнения функций заданного каскада или целой системы, компоненты которого соединены между собой определенным образом, и которые нельзя отделить один от другого демонтажными операциями.

Микроэлектроника – это одно из направлений электроники, которое призвано создать миниатюрную высоконадежную аппаратуру с малой потребляемой мощностью, низкой стоимостью и прочим.

Различают аналоговые микросхемы, которые непрерывно отслеживают и воздействуют на сигнал, и цифровые микросхемы, которые дискретно преобразуют и обрабатывают информацию.

Микроэлектроника является новым направлением электроники, позволяющим с помощью сложного комплекса физико-химических, технологических, конструктивных и схемотехнических методов решить проблему создания высоко надежных и экономичных элект­ронных элементов и устройств.

В соответствии с принятой терминологией микросхема — это микроэлектронное изделие, имеющее плотность монтажа не менее пяти элементов в одном кубическом сантиметре объема, занимае­мого схемой, и рассматриваемое как единое конструктивное целое.

Интегральная микросхема (ИМС) представляет собой микро­схему, все или часть элементов которой нераздельно связаны и электрически соединены между собой так, что устройство рассмат­ривается как единое целое.

Гибридная интегральная микросхема — это интегральная мик­росхема, часть элементов которой имеет самостоятельное конструк­тивное оформление.

Полупроводниковая интегральная микросхема — интегральная микросхема, элементы которой выполнены в объеме и (или) на поверхности полупроводникового материала.

В зависимости от количества элементов в схеме различают:

ИМС первой степени интеграции, содержащие до 10 элементов;

2. ИМС второй степени интеграции, содержащие от 10 до 100 элементов;

3. ИМС третьей степени интеграции, содержащие от 100 до 1000 элементов и т. д.

Интегральные микросхемы, содержащие более 100 элементов принято называть большими интегральными схемами (БИС).

Повышение степени интеграции микросхем и связанное с этим уменьшение размеров элементов имеют определенные пределы. Интеграция свыше нескольких десятков тысяч элементов оказы­вается, экономически нецелесообразной и технологически трудно выполнимой. Поэтому весьма перспективным направлением дальнейшего развития электронной техники является функциональная микроэлектроника, позволяющая реализовать определенную функ­цию аппаратуры без применения стандартных базовых элементов. В функциональной микроэлектронике используются разнообраз­ные физические явления, положенные в основу оптоэлектроники, акустоэлектроники, криоэлектроники, хемотроники, магнетоэлектроники и др.

В таблице 1 приведена классификация ИС по степени интеграции в зависимости от типа ИС и применяемого класса транзисторов.

Классификация ИМС:

1. По технологии изготовления:

- полупроводниковые - все элементы и межэлементные соединения выполнены в объеме и на поверхности полупроводника;

- гибридные - ИМС, пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности) которой выполнены посредством нанесения пленок на поверхность диэлектрической подложки, а активные элементы (транзисторы, диоды) - бескорпусные полупроводниковые приборы;

- совмещенные.

2. По характеру выполняемых операций:

- аналоговые – работают с сигналами в виде непрерывных функций;

- цифровые – предназначены для преобразования и обработки дискретных сигналов (в виде последовательности импульсов).

3. По плотности упаковки:

малые - МИС большие – БИС средние - СИС сверхбольшие - СБИС

4. По типу активных элементов:

- биполярные;

- униполярные.

Недостатки интегральных микросхем:

- в ИМС нельзя реализовать некоторые классические дискретные элементы: трансформаторы, катушки индуктивности, конденсаторы большой емкости, настоечные элементы;

- не все элементы ИМС имеют аналоги среди дискретных элементов;

- электрические связи между элементами ИМС зависят от паразитных связей через общую подложку, поэтому принципиальная схема не полностью воспроизводит процессы и характеристики ИМС;

- диапазон номиналов значений параметров элементов ограничен;

- сложно сделать элементы с малыми допусками на некоторые электрические параметры.

Полупроводниковая ИМС — полупроводнико­вый кристалл, в толще которого выполняются все компо­ненты схемы и межэлементные соединения.

Полупроводниковые ИМС обладают следующими осо­бенностями:

1. В кристалле полупроводника могут быть выполнены полупроводниковые приборы (диоды, транзисторы, поле­вые транзисторы) и полупроводниковые резисторы. В каче­стве конденсаторов с емкостью до 200—400 пФ используют емкости полупроводниковых диодов, смещенных в обрат­ном направлении. Наиболее предпочтительными элемента­ми являются те, которые занимают наименьшую площадь на кристалле, это, в первую очередь, полевые транзисторы МДП - типа, затем другие полупроводниковые приборы. Конденсаторы большей емкости и магнитные элементы (дроссели, трансформаторы) в составе полупроводниковых ИМС невыполнимы.

2. Точность воспроизведения параметров компонентов полупроводниковой ИМС невелика, но одинаковые элемен­ты на одном кристалле имеют практически идентичные па­раметры.

3. Технология ИМС очень сложна, и их выпуск может быть налажен лишь на крупном специализированном пред­приятии.

4. Затраты на подготовку выпуска нового типа ИМС ве­лики, поэтому экономически оправдан выпуск этих изделий только очень крупными сериями.

5. Масса и габариты полупроводниковых ИМС очень малы, на одном кристалле кремния (размером несколько квадратных милиметров) могут располагаться сотни тысяч отдельных элементов схемы.