8.7. Полупроводниковые приборы как элементы интегральных микросхем

Интегральную микросхему (ИС) или сборку можно получить либо в пластине твердого материала, либо на ее поверхности. В первом случае в теле полупроводникового материала создают слои резисторов, структуры транзисторов, диодов и конденсато­ров, несущие заданные электронные функции. Такие ИС называ­ются полупроводниковыми. На рис. 8.12 показаны электрическая схема и профиль структуры полупроводниковой ИС.

В о втором случае все элементы интегральной схемы (кроме активных) наносят на диэлектрическую пластину (подложку) в виде поликристаллических или аморфных слоев (пленок), выпол­няющих заданные функции пассивных элементов. Полученную ИС при необходимости помещают в корпус с внешними выводами. Активные элементы (диоды и транзисторы) навешивают на пле­ночную схему, в результате чего получают смешанную (пленочно-дискретную) ИС, которую называют гибридной. Электриче­ская схема и профиль структуры гибридной ИС показаны на рис. 8.13.

Наиболее распространены на практике и перспективны полу­проводниковые ИС, так как они позволяют создавать надежные и достаточно сложные в функциональном отношении электронные устройства малых размеров при незначительной их стоимости.

Характерной особенностью полупроводниковой ИС является отсутствие среди ее элементов катушки индуктивности и тем бо­лее трансформатора. Это объясняется тем,

что до сих пор не уда­лось использовать в твердом теле какие-либо физические явле­ния, эквивалентные электромагнитной индукции.

Поэтому при разработке ИС стараются реализовать необходимую функцию без использования индуктивностей или применяют навесные индук­тивные элементы.

Различают два класса полупроводниковых ИС — биполярные ИС и МДП ИС. Основной элемент биполярных ИС — n-p-n-транзистор, а МДП ИС — МДП-транзистор с индуцированным каналом. Все остальные элементы схемы (диоды, резисторы и кон­денсаторы) изготовляют на базе основного элемента и одновре­менно с ним.

Функциональную сложность ИС принято характеризовать сте­пенью интеграции, т. е. числом элементов (чаще всего транзисто­ров), входящих в состав интегральной схемы. Для количественной оценки степени интеграции используют условный коэффициент K= lg N, где N — число элементов, входящих в ИС. При K≤ 1 (т.е. N < 10), схему называют простой ИС; 1< K ≤2 — средней ИС (СИС); 2< K≤3 — большой ИС (БИС); K > 3 (т.е. N > 1000) - сверхбольшой ИС (СБИС).

Применение ИС вместо дискретных элементов в качестве эле­ментной базы электронных устройств дает значительные преиму­щества по надежности, габаритным размерам, стоимости и дру­гим показателям. Это связано с тем, что при использовании ИС отпадает необходимость в многочисленных паяных соединениях --- основном источнике ненадежности, резко сокращаются габарит­ные размеры и масса электронных устройств (благодаря отсут­ствию корпусов и внешних выводов у каждого элемента ИС), су­щественно снижается их стоимость за счет исключения множе­ства сборочных и монтажных операций.