39. Роль и методы изоляции элементов интегральных схем.

Роль: Закрытый p-n переход идеальной изоляции не обеспечивает. В нём протекает небольшой обратный ток, у p-n перехода есть также некоторая барьерная ёмкость. То и другое должно учитываться при разработке ИС ,разработок топологии, способов изготовления фотошаблонов, совершенствования методов фотолитографии, способов и методов изоляции ИС.

Методы изоляции: Изоляция обратно смещенным p–n-переходом, Изоляция диэлектриком, Комбинированные методы изоляции.

Основным методом изоляции элементов от подложки является изоляция закрытыми p-n переходами. Поскольку внешние, граничащие с подложкой слои всех элементов являются полупроводником n-типа, а подложка – полупроводник р-типа, между элементами и подложкой существуют p-n переходы. Достаточно закрыть эти переходы подачей обратного напряжения, чтобы перевести их в закрытое состояние, в котором тока в переходе почти нет.

На рис. 13 показано, как такая изоляция осуществляется в ИС с n-канальными МДП-транзисторами. Диоды здесь условно отображают существование p-n переходов между всеми частями транзистора и подложкой.

40. Корреляция параметров элементов интегральных схем.

Важнейшим общим свойством элементов ИС всех типов является сильная корреляция параметров. Функция корреляции – отражает степень близости случайных величин или функций.

Параметры элементов ИС – это всегда случайные величины. Реальные параметры всегда, пусть незначительно, отличаются от идеальных из-за погрешностей производства. ИС создаются на основе принципа группового изготовления, т.е. изготавливаются сразу все элементы ИС. Поэтому погрешности технологических операций скажутся на отклонении толщин слоёв и параметров всех элементов одинаково. Их параметры будут отличаться от идеала на один и тот же процент (сильная корреляция).

41. Особенности схемотехники цифровых интегральных схем.

Технология изготовления ИС практически не ограничивает разработчика в количестве элементов, но ограничивает количество их типов до 2 – 3, иногда даже одного типа. Это особенно характерно для цифровых ИС (ЦИС). Ещё одна особенность ЦИС – использование ключей одного типа во всех её частях. Параметры:

Скорость изменения состояния ключей, которое определяет быстродействие (тактовую частоту fC) ЦИС. Чаще всего быстродействие оценивается средним временем переключения t: t = (t01 + t10) / 2,

Энергопотребление ключей оценивается средней потребляемой мощностью Р:

Р = (Р0 + Р1) / 2,

Главным критерием качества ключей ЦИС является средняя энергия переключения Pt – энергия, затрачиваемая на одно изменение состояния ключа.

Особенностью ЦИС является также высокая помехоустойчивость

42. Ключ на мдп транзисторах с одинаковым каналом.

Ключ на МДП-транзисторах с каналом одного типа проводимости (обычно -канальных как наиболее быстродействующих) используется для коммутации нагрузки в цепях постоянного тока. Схема и принцип работы В простейшем случае ключ состоит из одного транзистора, включенного последовательно с нагрузкой .

• Состояние «Закрыто»: На затвор подается напряжение . Канал не сформирован, сопротивление транзистора очень велико (десятки и сотни МОм), ток через нагрузку не течет. Все напряжение питания падает на транзисторе.

• Состояние «Открыто»: На затвор подается напряжение (обычно значительно выше порогового для минимизации потерь). Под затвором образуется инверсионный слой (канал). Транзистор переходит в крутую область ВАХ, где его сопротивление в открытом состоянии составляет доли Ома. Почти всё напряжение питания приложено к нагрузке. Режимы работы и характеристики

1. Статический режим:

• В открытом состоянии мощность потерь равна .

• В закрытом состоянии мощность пренебрежимо мала и определяется токами утечки.

2. Динамический режим (переключение): Основное ограничение быстродействия связано с перезарядом входной емкости затвора через сопротивление источника управляющего сигнала . Время включения/выключения определяется постоянной времени .

3. Управление: Для -канального ключа, включенного в «нижнее плечо» (между нагрузкой и землей), управление осуществляется положительным относительно земли сигналом. Если ключ стоит в «верхнем плече» (между питанием и нагрузкой), для его открытия требуется напряжение на затворе, превышающее напряжение питания на величину . Схемы с активной нагрузкой В интегральных схемах вместо резистора часто используют второй МДП-транзистор того же типа проводимости.

• Ключ с нагрузочным транзистором обедненного типа: затвор нагрузочного транзистора соединен с его истоком. Он выполняет роль источника тока, что обеспечивает более крутой фронт переключения по сравнению с резистивной нагрузкой.

• Ключ с нагрузочным транзистором обогащенного типа: требует дополнительного источника смещения или работает в режиме с потерей выходного напряжения на величину . Основные параметры

• Остаточное напряжение: .

• Коэффициент использования напряжения питания: отношение амплитуды выходного сигнала к .

• Помехоустойчивость: определяется величиной и размахом входного сигнала. Хотите разобрать временные диаграммы процессов заряда емкостей при переключении?