- •Л.А. Торгонский
- •Содержание
- •1 Введение 6
- •2 Проектирование элементов и кристаллов биполярных имс 19
- •3 Элементы и кристаллы имс на полевых структурах 197
- •1 Введение
- •1.1 Термины и определения предметной области
- •1.2 Классификация микросхем
- •1.3 Обозначение имс
- •1.4 Конструкции и состав имс
- •1.5 Цели и задачи изучения дисциплины
- •1.6 Этапы проектирования микросхем
- •2 Проектирование элементов и кристаллов биполярных имс
- •2.2 Состав радиоэлементов бпт имс
- •2.3 Материалы имс
- •2.3.1 Введение
- •2.3.2 Кристаллические материалы имс
- •2.4 Изоляция элементов
- •2.5 Технологические слои структур бпт имс
- •2.6 Кремниевые пластины с эпс
- •2.7 Кремниевые пластины с эпс и скрытыми слоями
- •2.8 Кремниевые пластины с полной диэлектрической изоляцией карманов
- •2.9 Арсенид галлия в производстве имс
- •2.10 Технологические варианты структур бпт
- •2.11 Параметры слоев структур бпт имс
- •2.11.1 Оценка параметров слоя
- •2.12 Проектирование бпт
- •2.12.1 Введение
- •2.12.2 Функциональные параметры бпт
- •2.12.3 Расчетные соотношения оценки параметров бпт
- •2.12.4 Проектирование топологии бпт
- •2.12.5 Объемные формы и габаритные размеры элементов имс
- •2.12.6 Межэлектродные сопротивления бпт
- •2.12.7 Зависимость коэффициента передачи от топологии
- •2.12.8 Параметры быстродействия транзистора
- •2.13 Алгоритм проектирования бпт
- •2.14 Диоды ис
- •2.14.1 Общие замечания
- •2.14.2 Структуры интегральных диодов
- •2.14.3 Топологические конфигурации диодов
- •2.14.4 Проектные параметры диодов
- •2.14.5 Схема замещения диода
- •2.14.6 Алгоритм проектирования диодов
- •2.14.7 Диоды Шоттки в структурах бпт
- •2.15 Модификации бпт специального назначения
- •2.15.1 Общие сведения
- •2.15.2 Многоэмиттерный бпт
- •2.15.3 Многоколлекторный бпт
- •2.15.4 Транзисторы с контактными переходами Шоттки
- •2.15.5 Транзисторы с продольной структурой
- •2.15.6 Транзисторы со сверхтонкой базой
- •2.15.7 Транзисторы приборов совмещенных технологий
- •2.16 Резисторы полупроводниковых имс
- •2.16.1 Общие замечания
- •2.16.2 Структуры резисторов полупроводниковых имс
- •2.16.3 Топологические конфигурации резисторов
- •2.16.4 Проектные параметры резисторов
- •2.16.5 Расчетные соотношения
- •2.16.6 Алгоритм проектирования полупроводниковых резисторов
- •2.17 Конденсаторы биполярных имс
- •2.17.1 Общие сведения
- •2.17.2 Конденсаторы на основе р-n-перехода
- •2.17.3 Конденсаторы со структурой моп
- •2.17.4 Параметры конденсаторов бпт имс
- •2.17.5 Алгоритм проектирования конденсаторов бп имс
- •2.18 Соединения и контакты бпт имс
- •2.18.1 Общие сведения
- •2.18.2 Материалы и структуры соединений и контактов
- •2.18.3 Параметры и размеры соединений и контактов
- •2.19 Базовые элементы цифровых биполярных микросхем
- •2.19.1 Введение
- •2.19.2 Элементы транзисторно-транзисторной логики
- •2.19.3 Элементы ттл с приборами Шоттки
- •2.19.4 Элементы эмиттерно-связанной логики
- •2.19.5 Элементы инжекционной логики (и2л)
- •2.19.6 Элементы и2л с диодами Шоттки
- •2.20 Кристаллы ис
- •2.20.1 Введение
- •2.20.2 План кристалла
- •2.20.3 Сокращение потерь площади рабочей кристалла
- •2.20.4 Проектирование топологии ис на бпт
- •3 Элементы и кристаллы имс на полевых структурах
- •3.1 Проектирование полевых структур
- •3.1.1 Введение
- •3.1.2 Структуры и классификация мдп-транзисторов
- •3.1.3 Вольтамперные характеристики мдп-транзистров
- •3.1.4 Параметры мдп-транзистора и расчетные соотношения
- •3.1.5 Конструкции мдп-транзисторов
- •3.1.6 Алгоритмы проектирования мдп-транзисторов имс
- •3.2 Элементы цифровых имс на мдп-транзисторах
- •3.2.1 Введение
- •3.2.2 Защита конструкций мдп-микросхем
- •3.2.3 Логический инвертор с пассивной нагрузкой мдп
- •3.2.4 Логический инвертор с активной нагрузкой мдп
- •3.2.5 Логические элементы на мдп-структурах
- •3.2.6 Совмещенные биполярнополевые структуры
- •3.2.7 Полевые элементы устройств хранения информации
- •3.2.8 Проектирование топологии ис на мдп
- •3.3 Полевые структуры с зарядовой связью
- •3.3.1 Введение
- •3.3.2 Приборы с зарядовой связью (пзс)
- •3.3.3 Варианты структур элементов пзс
- •3.3.4 Ввод и детектирование заряда в пзс
- •3.3.5 Параметры пзс
- •3.3.6 Транзисторы с зарядовой связью (тзс)
- •3.3.7 «Пожарные» мдп-цепочки
- •3.3.8 Проектирование пзс
- •Список литературы
2.13 Алгоритм проектирования бпт
Проектирование БПТ ИМС рекомендуется выполнить в следующем порядке:
формулировка исходных требований на параметры прибора (если они не определены техническим заданием);
подготовка исходных сведений по параметрам технологической структуры в части электрической прочности переходов, параметров слоев, включая удельные взаимные емкости;
подготовка исходных ограничений технологии формирования размерных фрагментов (линейные погрешности, погрешности совмещения, минимально-допустимые размеры);
проверка на соответствие структуры предъявленным требованиям по электрической прочности p-n-переходов;
первичный выбор и оформление простейшей топологии прибора с однополосковыми электродными областями;
оценка технологических и конструктивных промежутков между границами областей для топологии прибора;
оценка рационального значения плотности тока в эмиттере;
оценка по рабочему току предельных значений размеров эмиттера, принятие решения о корректировке его формы и размеров;
оценка размеров контактов, базы, коллектора разделительных областей между коллекторами смежных коллекторных «карманов»;
оценка межэлектродных сопротивлений, в том числе сопротивления между электродами коллектор-база БПТ в режиме насыщения (Rke), сопоставление с требованиями к ключевым свойствам и корректировка форм и размеров коллекторной области и контактов к ней по необходимости;
оценка коэффициента передачи тока базы транзистора с учетом боковой инжекции эмиттера (полагая перенос с боковой поверхности через базу с эффективной ее шириной Wbnэф), сопоставление с требованиями и подготовка заключения по соответствию требованиям задания;
оценка площадей электродов, емкостей, задержек, постоянных времени для схемы замещения к расчетам переходного режима или ориентировочной оценки времени переключения тока в приборе.
В результате выполнения предложенной последовательности формируется база выходных параметров конструкции прибора (параметры функционального назначения БПТ, эскиз его структуры и топологии с размерами областей, схема замещения и параметры ее элементов). В свою очередь, после соответствующего накопления и обработки, сведения по конкретным топологическим конфигурациям БПТ могут быть помещены в библиотеку элементов системы автоматизированного проектирования конструкций интегральных электронных узлов для применения в качестве базовых конструкций.
Соотношения по выполнению последовательности расчетных оценок приведены в п. 2.12.
2.14 Диоды ис
2.14.1 Общие замечания
В качестве диодов в ИМС применяются разнообразные структуры, исполненные преимущественно на основе слоев транзисторной структуры [1, 3, 4, 7, 8]. В зависимости от предъявленных схемотехнических требований исполняются диоды с одним, двумя, тремя p-n-переходами. Одним из электродов интегрального диода с одним p-n-переходом является пластина (основание), которая обычно электрически соединена с общим проводом электронного узла. Такой диод не может быть включен в схемы, где соединение любого из электродов диода с общим проводом электронного узла не предусмотрено. Конструкцию диода с одним p-n-переходом, исполненную без применения диэлектрической изоляции, принято именовать «неизолированной», и ее схемотехническое применение ограничено. Конструкции интегральных диодов на основе двух и более p-n-переходов относятся к «изолированным» исполнениям независимо от применения диэлектрической изоляции в конструкции. В интегральных структурах диодов с числом p-n-переходов более одного образуются транзисторные и тиристорные структуры, которые искажают статические и динамические характеристики проектируемых диодов. Создание диодных структур на основе структуры БПТ коммутацией электродных областей открывает определенные возможности управления свойствами «изолированных» диодов.
Наряду с исполнением диодных структур на основе p-n-переходов транзисторных структур в современных конструкциях микросхем применяются выпрямляющие контакты со структурой металл-полупроводник, известные как переходы Шоттки. Конструкции и совместимость диодов Шоттки со структурами БПТ микросхем обсуждаются в п. 2.14.7.