- •1 Движение электрона в кристалле. Уравнение Шрёдингера, волновая функция
- •1.2 Движение электронов в атоме
- •1.3 Зонная теория твердого тела
- •Глава 2. Электропроводность полупроводников
- •2.1 Собственные и легированные полупроводники. Уравнение электронейтральности
- •2.2 Статистика электронов и дырок
- •2.2.1 Заполнение электронами зон вырожденного полупроводника
- •2.2.1 Заполнение электронами и дырками зон невырожденного полупроводника
- •2.2 Положение уровня Ферми и расчет концентрации носителей
- •2.2.1 Донорный полупроводник
- •2.3 Электропроводность полупроводников
- •2.3.1 Электронная проводимость
- •2.3.2 Дырочная проводимость
- •2.3.3 Собственная проводимость
- •Глава 3. Неравновесные электронные процессы
- •3.4 Диффузионный и дрейфовый токи
- •3.2. Неравновесные носители в электрическом поле
- •3.2.1. Уравнение непрерывности тока
- •5 Контакт электронного и дырочного полупроводников
- •5.1 Возникновение потенциального барьера. Контактная разность потенциалов.
- •5.2 Вольтамперная характеристика p-n-перехода
- •5.3 Температурные зависимости вах pn-перехода
- •5.3 Влияние генерационно-рекомбинационных процессов на вах pn-перехода.
- •5.4 Барьерная емкость pn-перехода
- •5.5 Диффузионная емкость pn-перехода
- •5.6 Пробой pn-перехода
- •5.6.1 Лавинный пробой pn-перехода
- •5.6.2 Туннельный (полевой, зинеровский) пробой pn-перехода
- •5.6.3 Тепловой пробой pn-перехода
- •5.7 Влияние сопротивления базы на вах pn-перехода. Полупроводниковый диод
- •5.8 Выпрямление на полупроводниковом диоде
- •5.8.2 Переходные процессы в полупроводниковых диодах
- •5.9 Полупроводниковые диоды
- •5.9.1 Выпрямительные диоды
- •5.9.2 Стабилитроны
- •5.9.3 Туннельные диоды
- •6 Биполярные транзисторы
- •6.1 Включение транзистора по схеме с общей базой
- •6.1.1 Статические вольт-амперные характеристики транзистора, включенного по схеме с общей базой
- •6.1.2 Усиление транзистора, включенного по схеме с общей базой
- •6.2 Включение транзистора по схеме с общим эмиттером
- •6.2.1 Статические вольт-амперные характеристики транзистора, включенные по схеме с общим эмиттером
- •6.3 Включение транзистора по схеме с общим коллектором
- •6.4. Дифференциальные параметры биполярного транзистора
- •6.4.1 Температурная зависимость параметров биполярных транзисторов
- •6.5 Работа транзистора в импульсном режиме
- •7 Тиристоры
- •7.1 Вольт-амперная характеристика тиристора
- •7.2 Типы тиристоров
- •8 Униполярные транзисторы
- •8.1 Полевой транзистор с управляющим pn- переходом (птуп)
- •8.1.1 Вольт-амперные характеристики птуп
- •Мдп–структура
- •1. Идеальная мдп-структура
- •2 Вольт-амперные характеристики мдп-транзистора
- •8.2.2 Схемы включения мдп-транзистора
- •4.2. Барьер на границе металла с полупроводником (барьер Шоттки)
- •4.2.1 Выпрямление тока на контакте металла с полупроводником
- •Фотоэлектрические полупроводниковые приборы
- •7.2. Полупроводниковые источники оптического излучения
- •10 Классификация интегральных микросхем
- •10.2 Условные обозначения микросхем
- •10.3 Элементы микросхем
- •10.4 Технология изготовления микросхем
- •10.4.1 Корпуса микросхем
10 Классификация интегральных микросхем
Интегральная микросхема – микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию обработки сигналов и имеющее высокую плотность размещения электрически соединенных элементов и компонентов.
Элемент ИС – часть ИС, выполняющая функцию транзистора, резистора или другого электрорадиоэлемента, изготовленного в едином технологическом цикле (при создании ИС) и не представляющая собой самостоятельного изделия.
Компонент ИС – представляет собой самостоятельное комплектующее изделие, которое устанавливается в ИС в процессе ее изготовления.
В зависимости от технологии изготовления интегральные микросхемы могут быть полупроводниковыми, пленочными или гибридными (рис. 10.1).
Рис. 10.1 Классификация ИМ |
Полупроводниковая микросхема - микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.
Рис. 10.2 Полупроводниковая ИС: а – разрез схемы; б – электрическая схема |
Пленочная микросхема - микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены только в виде пленок проводящих и диэлектрических материалов. Вариантами пленочных являются тонкопленочные и толстопленочные микросхемы.
Различие между тонкопленочными и толстопленочными микросхемами может быть количественным и качественным. К тонкопленочным условно относят микросхемы с толщиной пленок менее 1 мкм, а к толстопленочным - микросхемы с толщиной пленок свыше 1 мкм.
Гибридная микросхема - микросхема, содержащая кроме элементов простые и сложные компоненты (например, кристаллы микросхемы полупроводниковых микросхем) (рис. 10.3).
Рис. 10.3 Гибридная ИС: а – расположение элементов пленочного модуля; б – электрическая схема пленочного модуля: 1, 2, 6 – пленка алюминия; 4, 5 – высокоомная пленка, образующая резисторы; 3 – диэлектрик конденсатора |
Одним из видов гибридной микросхемы является многокристальная микросхема.
В зависимости от функционального назначения интегральные микросхемы делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых ИС сигнал на выходе является непрерывной функцией сигнала на входе. Аналоговые микросхемы предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции. Частным случаем этих микросхем является микросхема с линейной характеристикой, линейная микросхема.
Рис. 10.3 Гибридная ИС: а – расположение элементов пленочного модуля; б – электрическая схема пленочного модуля: 1, 2, 6 – пленка алюминия; 4, 5 – высокоомная пленка, образующая резисторы; 3 – диэлектрик конденсатора |
Пример: генераторы, вторичные источники питания, устройства задержки, сравнения, усилители, коммутаторы, модуляторы, преобразователи, фильтры, формирователи и др.
С помощью цифровых микросхем преобразуются, обрабатываются сигналы, изменяющиеся по закону дискретной функции. Частным случаем цифровых микросхем являются логические микросхемы, выполняющие операции с двоичным кодом, которые описываются законами логической алгебры. В цифровых ИС сигналы имеют два дискретных уровня (0 и 1), т.е. служат для преобразования и обработки дискретных сигналов.
Пример: логические элементы, триггеры, цифровые устройства, запоминающие устройства, вычислительные устройства, см. также рис. 10.2.
Минимальный состав комплекта интегральных микросхем, необходимый для решения определенного круга аппаратурных задач, называется базовым.
После появления микропроцессоров были введены дополнительные термины. Микропроцессор определен как программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управления им. Это устройство изготовлено на основе одной или нескольких больших интегральных схем (БИС).
Микропроцессорной названа микросхема, выполняющая функцию МП или его часть. Совокупность этих и других микросхем, совместимых по архитектуре, конструктивному исполнению и электрическим параметрам, называется микропроцессорным комплектом.
В последние годы в классификацию ИС вводятся новые понятия: микросхемы общего назначения, заказные и полузаказные.
Рис. 10.2 |
Заказная микросхема - микросхема, разработанная на основе стандартных и (или) специально созданных элементов узлов по функциональной схеме заказчика предназначена для определенной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).
Полузаказная интегральная микросхема - микросхема, разработанная на основе базовых кристаллов ( в том числе матричных).
Система условных обозначений микросхем. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы разрабатываются и выпускаются предприятиями - изготовителями в виде серий. Каждая серия отличается степенью комплектности и содержит несколько микросхем, которые, в свою очередь, подразделяются на типономиналы. К серии микросхем относят совокупность типов микросхем, которые могут выполнять различные функции, но имеют единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначены для совместного применения. Как правило, с течением времени состав перспективных серий расширяется.
Тип интегральной микросхемы - интегральная микросхема конкретного функционального назначения и определенного конструктивно-технологического и схемотехнического решения, имеющая свое условное обозначение. Под типономиналом интегральной микросхемы понимается микросхема конкретного типа, отличающаяся от других микросхем того же типа одним или несколькими параметрами.
Группа типов микросхем - совокупность типов микросхем в пределах одной серии, имеющих аналогичное функциональное назначение и принцип действия, свойства которых описываются одинаковым или же близким составом электрических параметров.
Классификация по степени интеграции:
Наименование ИС |
Вид ИС |
Технология изготовления |
Число элементов и компонентов в корпусе N |
Малая ИС (МИС) |
Цифровая Аналоговая |
Биполярная, МДП Биполярная |
1…100 1…30 |
Средняя ИС (СИС) |
Цифровая
Аналоговая |
МДП Биполярная Биполярная, МДП |
101…1000 101…500 31…100 |
БИС |
Цифровая
Аналоговая |
МДП Биполярная Биполярная, МДП |
1001…10000 501…2000 101…300 |
СБИС |
Цифровая
Аналоговая |
МДП Биполярная Биполярная, МДП |
>10000 >2000 >300 |
Степень интеграции К = |lgN|:
К=1 N<=10
K=2 N<=100
K=3 N<=1000
K=4 N<=10000
K=5 N<=100000
K=6 N<=1000000
Ожидается К=7
Особенности ИС (на примере полупроводниковой):
ИС самостоятельно выполняет законченную, часто весьма сложную функцию. ИС может рассматриваться не только как элемент с определенными параметрами, но и как устройство с определенной электрической схемой.
Снимаются принципиальные ограничения по усложнению функций аппаратуры, которые были свойственны традиционному построению радиоэлектронных устройств на дискретных элементах.
На одном и том же кристалле можно реализовать узел различной сложности.
Элементы ИС отличаются от аналогичных дискретных элементов:
Большой разброс параметров относительно расчетных (из-за малых размеров, невозможностью подгонки и подстройки).
Ограничение номинальных значений – сопротивлений и емкостей (из-за малой площади). Индуктивность вовсе не реализуется.
Однотипные элементы одной ИС характеризуется высокой идентичностью параметров и характеристик.
Наличие ряда паразитных параметров (токи утечки в подложку, появление емкостных и индуктивных связей между близкорасположенными элементами, соединениями и подложкой).
В ИС при создании функционального узла предпочтение отдается активным элементам перед пассивными. При построении аналогичных узлов на дискретных элементах, наоборот, стремятся уменьшить количество дорогих активных элементов (транзисторов и т.п.).
В ИС реализуются некоторые типы элементов, которые не имеют дискретных аналогов (многоэмиттерные транзисторы, элементы с инжекционным питанием, структуры с распределенными параметрами и др.).
Основные достоинства ИС:
Высокая надежность.
Малые размеры и масса.
Экономичность.
Быстродействие.
Недостатки:
Небольшая выходная мощность.
Сложность проектирования.