3 Элементы и кристаллы имс на полевых структурах 197

3.1 Проектирование полевых структур 197

3.1.1 Введение 197

3.1.2 Структуры и классификация МДП-транзисторов 198

3.1.3 Вольтамперные характеристики МДП-транзистров 202

3.1.4 Параметры МДП-транзистора и расчетные соотношения 205

3.1.5 Конструкции МДП-транзисторов 209

3.1.6 Алгоритмы проектирования МДП-транзисторов ИМС 218

3.2 Элементы цифровых ИМС на МДП-транзисторах 220

3.2.1 Введение 220

3.2.2 Защита конструкций МДП-микросхем 221

3.2.3 Логический инвертор с пассивной нагрузкой МДП 223

3.2.4 Логический инвертор с активной нагрузкой МДП 228

3.2.5 Логические элементы на МДП-структурах 230

3.2.6 Совмещенные биполярнополевые структуры 233

3.2.7 Полевые элементы устройств хранения информации 236

3.2.8 Проектирование топологии ИС на МДП 242

3.3 Полевые структуры с зарядовой связью 242

3.3.1 Введение 242

3.3.2 Приборы с зарядовой связью (ПЗС) 243

3.3.3 Варианты структур элементов ПЗС 250

3.3.4 Ввод и детектирование заряда в ПЗС 256

3.3.5 Параметры ПЗС 258

3.3.6 Транзисторы с зарядовой связью (ТЗС) 259

3.3.7 «Пожарные» МДП-цепочки 262

3.3.8 Проектирование ПЗС 264

Список литературы 265

1 Введение

Развитие радиоэлектроники и электронно-вычислительной техники проявило совокупность противоречий между усложнением функционального состава современной аппаратуры, с одной стороны, и надежностью, затратами на проектирование, производство, эксплуатацию, массогабаритными показателями и энергопотреблением с другой стороны. Преодолеть названные противоречия в значительной мере позволили успехи такого научно-технического направления электроники, как микроэлектроника. К понятию «микроэлектроника» принято относить специфические методы проектирования электронных схем, конструкций и процессы производства основных изделий микроэлектроники — микросхем.

Для микроэлектроники характерен высокий уровень интеграции (объединения) схемотехнических, конструкторских, технологических решений, направленных на интенсивное производство микросхем. В производстве микросхем используются групповые и супергрупповые технологические процессы обработки, когда на одной технологической операции одновременно обрабатываются миллионы приборов. Именно в микроэлектронике получили распространение такие термины, как «интегральная микросхема (ИМС)», «интегральная электроника», «интегральная технология».

Специалист, работающий в области микроэлектроники, должен в равной мере владеть ее физическими, технологическими, схемотехническими основами. В свою очередь, огромное число элементов в составе микросхем обязывает к широкому применению в их проектировании современных средств вычислительной техники и компьютерных технологий.

Подготовка специалистов в области проектирования изделий микроэлектроники представляется достаточно сложной проблемой и, по-видимому, может рассматриваться, как многоэтапный процесс теоретической подготовки с накоплением практического опыта на специализированных производственных предприятиях.

В составе многоэтапной теоретической подготовки специалистов важное место отводится конструкторской подготовке, опирающейся на знания микросхемотехники проектируемых ИМС и возможности технологических процессов их производства. Конструктор ИМС должен решать совокупность задач проектирования в пространстве ограничений: «параметры назначения микроэлектронных приборов и ИМС в целом — ограничения технологии — ограничения условий эксплуатации».

Образовательным стандартом специальности 210202 предусмотрено изучение совокупности дисциплин физической, схемотехнической, технологической и конструкторской подготовки специалистов в области микроэлектроники.

Источниками теоретических сведений по конструкторскому проектированию изделий микроэлектроники являются изданные в предшествующие годы учебные пособия, основные из которых поименованы в прилагаемом списке литературы.

Проводимая коррекция образовательных стандартов специальности и необходимость комплексного обеспечения процесса обучения методическими материалами по дисциплине «Проектирование интегральных микросхем (ИМС) и микропроцессоров» определили подготовку предлагаемого учебного пособия.

В пособии предпринята попытка объединить материалы, относящиеся к основным положениям образовательного стандарта по дисциплине, предложить прозрачные методики выбора конструкций и расчета размеров электронных приборов и ИМС на биполярных и полевых транзисторах. Рассмотрены вопросы проектирования, оценки показателей качества и подготовки конструкторской документации на микросхемы и микросборки.