- •Электроника
- •Содержание
- •1.1 Основы алгебры логики………………………………………………..5
- •1 Цифровые интегральные микросхемы
- •1.1 Основы алгебры логики
- •1.1.1 Основные определения
- •1.1.2 Некоторые логические функции и реализующие их логические элементы
- •1.1.3 Основные законы и соотношения алгебры логики
- •Сочетательный закон
- •Распределительный закон
- •1.2 Параметры цифровых интегральных микросхем
- •1.2.1 Параметры цифровых интегральных микросхем (цимс), имеющие размерность напряжение.
- •1.2.2 Параметры, соответствующие размерности тока.
- •1.2.3 Параметры, имеющие размерность мощности.
- •1.3.2 Характеристики дтл.
- •1.4 Транзисторно – транзисторная логика.
- •1.5 Ттл со сложным инвертором.
- •1.6 Ттл с открытым коллекторным выходом.
- •1.7 Ттл с тремя состояниями на выходе
- •1.8 Транзисторно-транзисторная логика Шоттки
- •1.9 Комплиментарная мдп логика
- •2 Операционные усилители
- •2.1 Параметры и характеристики оу
- •2.3 Дифференциальный усилитель
- •2.4 Составной транзистор
- •2.5 Источник тока
- •2.6 Схема сдвига уровня
- •2.7 Эмиттерный повторитель
- •2.8 Инвертирующий усилитель на оу.
- •2.9 Неинвертирующий усилитель
- •3 Технологические основы производства полупроводниковых интегральных микросхем
- •3.1 Подготовительные операции
- •3. 2 Эпитаксия
- •3.3 Термическое окисление
- •3.4 Литография
- •3.5 Легирование
- •3.5.2 Ионная имплантация.
- •3.6.1 Термическое (вакуумное) напыление.
- •3.6.2 Катодное напыление.
- •3.6.3 Ионно-плазменное напыление.
- •4 Полупроводниковые
- •4.1 Методы изоляции элементов в ппимс
- •4.1.1 Изоляция элементов обратно смещенными pn-переходами.
- •4.1.2 Резистивная изоляция.
- •4.1.3 Диэлектрическая изоляция
- •4.2 Планарно-эпитаксиальный биполярный транзистор
- •4.2.1 Этапы изготовления
- •4.2.2 Распределение примесей.
- •4.2.3 Эквивалентная схема.
- •4.3 Планарно-эпитаксиальный биполярный транзистор
- •4.4 Разновидности биполярных транзисторов
- •4.4.1 Многоэмиттерный транзистор.
- •4.4.2 Транзистор с барьером Шоттки.
- •4.4.3 Транзисторы р-n-р
- •4.5 Интегральные диоды
- •4.6 Полевые транзисторы
- •4.6.1 Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом
- •4.6.3 Мноп-транзистор.
- •4.7 Полупроводниковые резисторы
- •4.7.1 Диффузионные резисторы.
- •4.7.2 Ионно-легированные резисторы.
- •4.8 Полупроводниковые конденсаторы
- •5.1 Подложки гимс.
- •5.2 Резисторы.
- •5.3 Конденсаторы
- •5.4 Катушки индуктивности
4.6.3 Мноп-транзистор.
Особое место среди МДП-транзисторов занимает так называемый МНОП-транзистор, у которого диэлектрик имеет структуру «сэндвича», состоящего из слоев нитрида и окисла кремния (рисунок 4.16б). Слой окисла получается путем термического окисления и имеет толщину 2-5 нм, а слой нитрида - путем реактивного напыления и имеет толщину 0,05-0,1 мкм, достаточную для того, чтобы пробивное напряжение превышало 50-70 В.
Главная особенность МНОП-транзистора состоит в том, что его пороговое напряжение можно менять, подавая на затвор короткие импульсы (100 мкс) напряжения разной полярности, с большой амплитудой (30-50 В). Так, при подаче импульса - 30 В устанавливается пороговое напряжение UЗИО=4В (рисунок 4.16в). Это значение сохраняется при дальнейшем использовании транзистора в режиме малых сигналов (UЗИ 10 В); в таком режиме МНОП-транзистор ведет себя как обычный МДП-транзистор с индуцированным p-каналом. Если теперь подать импульс +30 В, то пороговое напряжение сделается равным UЗИ0= 20 В и, следовательно, сигналы UЗИ=10В не смогут вывести транзистор из запертого состояния. Как видим, благодаря гистерезиcной зависимости UЗИ0 МНОП-транзистор можно с помощью больших управляющих импульсов переводить из рабочего в запертое состояние и обратно. Эта возможность используется в интегральных запоминающих устройствах.
В основе работы МНОП-транзистора лежит накопление заряда на границе нитридного и оксидного слоев. Это накопление есть результат неодинаковых токов проводимости в том и другом слоях, где оба тока зависят от напряжения на затворе и меняются в процессе накопления заряда. При большом отрицательном напряжении U3 на границе накапливается положительный заряд. Это сопровождается уменьшением порогового напряжения. При большом положительном напряжении UЗИ на границе накапливается отрицательный заряд. Это приводит к увеличению порогового напряжения.
При малых напряжениях UЗИ токи в диэлектрических слоях уменьшаются на 10 - 15 порядков , так что накопленный заряд сохраняется в течение десятков тысяч часов. Вместе с ним сохраняется и пороговое напряжение.
4.7 Полупроводниковые резисторы
Первоначально в полупроводниковых ИС применялись только диффузионные резисторы, основу которых составлял один из диффузионных слоев, расположенных в изолированном кармане. В настоящее время большое распространение получили также ионно-имплантированные резисторы.
4.7.1 Диффузионные резисторы.
Для диффузионных резисторов чаще всего используется полоска базового р-слоя с двумя омическими контактами (рисунки 4.17а и б), расположенного в коллекторном n-слое. Для изоляции резисторов на n-слой подается максимальное положительное напряжение.
Рисунок 4.17
Для такой полосковой конфигурации сопротивление резистора записывается в виде , (4. 1)
где - удельное сопротивление полупроводника, l, b, d – длина, ширина и глубина резистивного слоя (рисунок 4.17а и б). Поскольку удельное сопротивление и глубина р-слоя у всех резисторов одинаковы, то обозначим RS =/d и назовем это - удельное сопротивление слоя. Отношение l/b называется коэффициент формы резистора КФ. Тогда
R=RSКФ. (4.2)
И длина, и ширина резистора ограничены. Длина l не может превышать размеров кристалла, т. е. лежит в пределах 1-5 мм. Ширина b ограничена возможностями фотолитографии, боковой диффузией, а также допустимым разбросом (10—20%). Практически минимальная ширина составляет 10-15 мкм.
Подставляя в (4.2) значения RS=200 Ом/ и l/b =50, получаем максимальное значение сопротивления RМАКС=10 KOм. Это значение можно повысить в 2-3 раза, используя не полосковую, а зигзагообразную конфигурацию резистора (рисунок 4.17в).
Количество «петель» в конечном счете, ограничено площадью, отводимой под резистор. Обычно n 3, в противном случае площадь резистора может достигать 15-20% площади всего кристалла. Максимальное сопротивление при
n= 3 не превышает 20-30 кОм.
Температурный коэффициент резистора, выполненного на основе базового слоя, составляет 0,15- 0,30%/0С, в зависимости от значения RS. Разброс сопротивлений относительно расчетного номинала составляет ± (15-20)%. При этом сопротивления резисторов, расположенных на одном кристалле, меняются в одну и ту же сторону. Поэтому отношение сопротивлений сохраняется с гораздо меньшим допуском (+3% и менее), а температурный коэффициент для отношения сопротивлений не превышает ± 0,01 %/°С. Эта особенность играет важную роль и широко используется при разработке ИМС.
Если необходимые номиналы сопротивлений превышают20-30 кОм, можно использовать так называемые пинч-резисторы. Структура пинч-резистора показана на рисунке 4.17г. По сравнению с простейшим резистором пинч-резистор имеет меньшую площадь сечения и большее удельное сопротивление (так как используется донная, т. е. слабо легированная часть базового р-слоя). Поэтому у пинч-резисторов удельное сопротивление слоя RS обычно составляет 2-5 кОм/ и более, в зависимости от толщины. При таком значении RS максимальное сопротивление может достигать значений 200-300 кОм даже при простейшей полосковой конфигурации.
Недостатками пинч-резисторов являются: больший разброс номиналов (до 50%) из-за сильного влияния изменения толщины р-слоя, больший температур- ный коэффициент сопротивления (0,3- 0,5%/°С) из-за меньшей степени леги -рования донной части р-слоя, нелинейность вольтамперной характеристики при напряжениях более 1-1,5 В. Последняя особенность вытекает из аналогии между структурами пинч-резистора и полевого транзистора. ВАХ пинч-резис- тора совпадает с ВАХ полевого транзистора, если напряжение на затворе последнего положить равным нулю (поскольку у пинч-резистора слои n+ и р соединены друг с другом металлизацией). Пробивное напряжение пинч-резисторов определяется пробивным напряжением эмиттерного перехода (обычно 5-7 В).
Если необходимые номиналы сопротивлений составляют 100 Ом и менее, то использование базового слоя нецелесообразно, так как ширина резистора должна быть меньше его длины, что конструктивно трудно осуществить. Для получения резисторов с малыми номиналами сопротивлений используют низкоомный эмиттерный слой. При значениях RS= 5-15 Ом/, свойственных этому слою, удается получить минимальные сопротивления 3-5 Ом с температурным коэффициентом 0,01- 0,02%/°С.