Епітаксія.

Створення монокристалічних шарів на основі монокристалічних підкладок.

Класифікації:

• За матеріалом відрізняє методи гетеро епітаксія чи гомо епітаксія. Гетеро – на підкладці Б зростає шар А, гомо – матеріали шару і підкладки однакові.

• За фазовим станом середовища: епітаксія з розчину – розплаву(рідинно-фазова), з газового середовища , епітаксія з молекулярних пучків – молекулярно-фазова.

Розчин Ga пересичений атомами фосфору. Стан розчину підкоряється закону взаємодії розплаву.

Ga-> P  As

При певній температурі показують відношення конденсації атомів матеріалів у рівноважному стані.

Якщо зменшувати цю температуру, то система вийде з рівноваги. Для встановлення рівноваги

При цьму відбуваються процеси адсорбції атомів з підкладкою, міграція їх по поверхні, закріплення на певних її точках і далі процес повторюється. У інших методах епітаксії принцип організації процесу схожий. Ми підкладку розташовуємо у середовищі, пересиченими атомами майбутнього шару.

Великі інтегральні схеми. Основи конструкції та технології.

Це прилад, який має підвищений ступень інтеграції і максимальну щільність упаковки елементів 10¹⁴ел*см³. Цей напрямок має свою схемотехніку, свої конструкторсько-технологічні особливості, які не властиві малим і середнім ІМС.

Конструкторські засади створення ВІс

Будь який апарат, чи обчислювальна техніка має умовно 4 конструкторських рівня:

1. Рівень найменших елементів

2. Друкованих плат

3. Панелі, на які встан. Друковані плати

4. Рівень корпусів ШАВ

У ткій системі надійність зменшується у напрямку від максимальної до мінімальної. Тому при створенні складних РЕА для підвищення надійності необхідно всі електричні зв’язки переводити з максимальних рівнів на попередні. В нашому випадку перевід зв’язків на мікроелектронний рівень – макроінтегральних мікросхем. Таку задачу вирішують ВІС.

19.04.12

Тому перехід зв’язків на мікроелектронний рівень забезпечує наступні переваги:

1. Значно зростає загальна надійність складної системи, тому, що з’єднання на МЄ рівні значно надійніші, ніж традиційні – зварні, паяні.

2. Суттєво зростає швидкодія системи. Причина – значне зменшення довжини провідників з’єднань. В сучасних РЕА швидкість розповсюдження сигналів 15 см/нс, а довжина провідників - ~ дес.см. У ВІС довжина – мм.

3. Суттєво спрощується компоновка системи. Причина: зменшується число модулів всіх рівней конструкції, зменшується кількість з’єднань у високих конструкціях. У ряді випадків знищується такі рівні, як шафи і панелі, залишаються мікросхеми і ДП.

4. Суттєво зменшується маса та габарити системи. Причина: заміна 10-100 корпусів ІС середнього ступеня інтеграції на 1 корпус ВІС.

5. Скорочуються виробничі витрати на розробку та виготовлення складних систем. Причини – див. все. Попереднє.

6. Розширюються функціональні можливості систем, на приклад за можливістю с причин використання розподілених обчислень.

Класифікація ВІС

(самостійно, Великі інтегральні схеми, Свечніков)

Параметри ВІС. ВІС оцінюються за рівнем інтеграції за допомогою умовної одиниці еквівалентний логічний вентиль.

За рівнем інтеграції ІС поділяються таким чином:

МІС – 1-10 л.в.

СІС – 10 – 100 л.в.

ВІС,НВІС> 100-100 л.в.

Ще одна одиниця – вентиль/контакт

МІС - <1

ВІС - >10

1 е.л.в. – 1-8 елементів.

Схемо - технологічні варіанти ВІС

РТЛ – резистивно-транзисторна логіка

ЕТЛ – емітерно - транзисторна логіка

ЕЗЛ – логіка з емітер ними зв’язками

ТТЛ – транзисторно-транзисторна логіка

ДШ – діод Шоттки

І²Л – інтегрально - інжекційна логіка

Діод Шоттки – уніполярний діод. Це без інерційний прилад.

Діод шотки шунтує частину струму на насичення, не додаючи додаткову затримку. Режим насичення відходить(може наступати при більшому значенні Ік).

Покращує динамічні параметри біполярного транзистора.

Польова технологія.

Затвор керує провідністю каналу.

1. З вбудованим каналом

2. Індукований канал

КМДН – комплементарний МДН прилад.

МНДН – польовий прилад із складним діелектриком. Діелектрик н – нітрид кремнія

ПЗЗ – прилад із зарядовими зв’язками

Накопичуються заряди. Штучний сапфір.

Технологія КНС дозволяє раціонально створювати тільки структуру КНДН.

Серед всіх перелічених новими є технології і схемні варіанти І²Л, І²Л+ДШ і за польовою технологією КМДН. Всі інші – традиційні.

Порівняння біполярної та МДН технології.

1. Технологія виготовлення МДН приладів(польових) простіша, ніж стандартних біполярних.

Найбільш праце ємка технологія – дифузія. Для створення біполярного дифузійного приладу необхідно 2 процесу.

2. МДН прилади забезпечують більшу щільність упаковки елементів ІС. Для біполярних необхідна ізоляція від підкладки і інших приладів МДН прилади самоізолюються. По-друге, в МОМ приладах високоомним резистором може служити сам МДН прилад.

У біполярній технології високоомні резистори створюються як плівкові на поверхні підкладки, тому ми створюємо резистори на поверхні ІС у разі біполярної технології.

3. МДН ВІС мають нижчу вартість в розрахунку на 1 елемент ніж БІПОЛЯРНІ. Причини попередні.

4. Споживча потужність НДН технології нижча ніж у біполярній. Причини: НДН прилади порогові. Вони працюють в режимі вкл./вик. Біполярні прилади у режимі холостого ходу споживають потужність від джерела напруги.

Швидкодія.

Тау = R*C/

МДН прилад: вхідний ланцюг включає затвор. Він має великий опір і велика ємність

Біполярна технологія: опір – прямо зміщений емітер ний перехід – одиниці ома. Ємність такого

п-н переходу мала, дифузійна. Тому тау у біполярного набагато менше ніж у МДН.

Висновок: МДН технологія використовується для створення ВІС з малою споживчою потужністю.

Біполярна технологія використовується для створення ВІС підвищеної швидкодії.

Нова схемотехніка МДН ВІС.

26.04.12

Нова схемотехніка МОН ВІС.

Основний варіант такої схемотехніки – КМОН ВІС – комплементарні МОН транзистори.

У об’ємі с1 комплементовано ще 1 транзистор. Затвори включаються паралельно, а самі транзистори – послідовно.

Переваги такої структури: мінімальні значення споживчої потужності, завдяки різному типу провідності одночасно працює тільки 1 один транзистор. Для такої структури необхідна додаткова ізолююча область. Наслідок цього – зменшення щільності упаковки, тобто ступеня інтеграції в таких схемах. Тому призначення такої схемотехніки РЕА і інформаційні прилади з малою споживчою потужністю.

2-й варіант такої схемотехніки – використання сапфіру, як ізолюючої підкладки. Це об’єднання технології КМОН і КНС. Додаткові переваги цього сполучення – зменшення паразитних зв’язків і як наслідок – підвищення швидкодії в 2-3 рази.

Pспож* tau_з=W