- •Введение
- •Развитие электроники
- •Особые свойства электронных приборов
- •Глава 1. Физические основы проводимости полупроводников
- •1.1. Общие сведения о полупроводниковых материалах
- •1.1.1. Энергетические зонные диаграммы кристаллов
- •1.1.2. Прохождение тока через металлы
- •1.2. Собственная проводимость полупроводников
- •1.3. Примесная проводимость полупроводников
- •1.3.1. Электронная проводимость. Полупроводник n-типа
- •1.3.2. Дырочная проводимость. Полупроводник p-типа
- •1.4. Однородный и неоднородный полупроводник
- •1.5. Неравновесная концентрация носителей
- •1.6. Прохождение тока через полупроводники
- •1.7. Уточнение понятий “собственные” и “примесные” полупроводники
- •Глава 2. Количественные соотношения в физике полупроводников
- •2.1. Распределение Ферми. Плотность квантовых состояний
- •2.2. Функция распределения Ферми – Дирака
- •2.3. Плотность квантовых состояний
- •2.4. Концентрация носителей в зонах
- •2.5. Собственный полупроводник
- •2.6. Примесный полупроводник. Смещение уровня Ферми
- •Глава 3. Электронно-дырочный переход
- •3.1. Образование и свойства р-п перехода
- •3.1.1. Виды p-n переходов
- •3.1.2. Потенциальный барьер
- •3.1.3. Токи р-n перехода в равновесии
- •3.1.4. Электронно-дырочный переход при внешнем смещении
- •3.2. Вольт-амперная характеристика р-п перехода
- •3.2.2 Влияние температуры на характеристику и свойства р-п перехода
- •3.2.3. Емкость р-п перехода
- •Глава 4. Полупроводниковые диоды
- •4.1 Диоды
- •4.1.1. Реальная вольт-амперная характеристика (вах) диода
- •4.1.2. Параметры диода
- •4.2. Разновидности диодов. Точечные и плоскостные диоды
- •4.2.1. Выпрямительные и силовые диоды
- •4.2.2. Тепловой расчет полупроводниковых приборов
- •4.2.3. Кремниевые стабилитроны (опорные диоды)
- •4.2.4. Импульсные диоды
- •4.2.5. Туннельные и обращенные диоды. Туннельный эффект. Туннельные диоды (тд)
- •4.2.6. Варикапы
- •4.4. Обозначение (маркировка) несиловых диодов
- •Глава 5. Биполярный бездрейовый транзистор
- •5.1. Устройство и принцип действия
- •5.2. Основные соотношения для токов. Коэффициент передачи тока
- •5.2.1. Возможность усиления тока транзистором
- •5.3. Три схемы включения транзистора
- •5.4. Статические характеристики транзистора
- •5.5. Предельные режимы (параметры) по постоянному току транзистора
- •5.6. Малосигнальные параметры и эквивалентные схемы транзистора
- •5.6.1. Зависимость внутренних параметров транзистора от режима и от температуры
- •5.6.2. Четырехполюсниковые h-параметры транзистора и эквивалентная схема с h-параметрами
- •5.6.2.1. Определение h-параметров по статическим характеристикам
- •5.6.2.2. Связь между внутренними параметрами и h-параметрами
- •5.7. Частотные свойства транзисторов. Дрейфовый транзистор
- •5.7.1. Частотно-зависимые параметры
- •5.7.2. Дрейфовый транзистор
- •Глава 6. Полевые (униполярные) транзисторы
- •6.1. Унитрон
- •6.3. Параметры и эквивалентная схема полевого транзистора
- •6.4. Обозначение (маркировка) и типы выпускаемых транзисторов
- •Глава 7. Тиристоры
- •7.1. Устройство и принцип действия тиристоров
- •7.2. Закрытое и открытое состояние тиристора
- •7.2.1. Закрытое состояние тиристора (ключ отключен)
- •7.2.2. Открытое состояние (ключ включен)
- •7.3. Включение и выключение тиристора
- •7.4. Параметры тиристора
- •7.5. Типы и обозначения силовых тиристоров
- •Глава 8. Интегральные микросхемы.
- •8.1 Общие сведения о микросхемах.
- •8.1.1 Классификация микросхем.
- •8.1.2. Обозначения имс
- •8.2. Сведения по технологии получения имс
- •8.2.1. Исходные материалы
- •8.2.2. Групповой метод. Планарная технология
- •8.3. Планарно – эпитаксиальный цикл.
- •8.3.1. Эпитаксия.
- •8.3.2. Окисление поверхности кремния.
- •8.3.3. Первая (разделительная) диффузия.
- •8.3.4. Вторая (базовая) и третья (эмиттерная) диффузии.
- •8.3.5. Металлизация (межсоединения).
- •8.3.6. Фотолитография.
- •8.4. Особенности и перспективы развития интегральных схем.
- •8.4.1. Особенности имс.
- •8.4.2. Перспективы развития.
- •Библиографический список
- •Глава 8. Интегральные микросхемы ……………………………………… 61 Библиографический список ……………………………………………….. 78
8.4. Особенности и перспективы развития интегральных схем.
8.4.1. Особенности имс.
Как уже отмечалось, интегральная схема относится к разряду электронных приборов, поскольку она, как транзистор, диод и др., представляет единое целое, выполняет определенную функцию и должна удовлетворять определенным требованиям при поставках и эксплуатации. Однако ИМС является качественно новым типом прибора (по сравнению с транзистором), обладающих рядом важных особенностей [1]:
1. Главная особенность – она самостоятельно может выполнять законченную, часто очень сложную функцию: она может быть усилителем, запоминающим устройством, даже – микропроцессором. Транзистор же может выполнять какие-либо функции (усиления, генерации, запоминания и т.д.) только в составе собранной (спаянной) схемы (иногда очень сложной), включающей в себя другие компоненты (резисторы, конденсаторы, и др.).
2. Повышение функциональной сложности этого прибора (по сравнению с дискретными) не приводит к ухудшению основных показателей – надежности, сложности и др. Более того, все эти показатели улучшаются.
3. В ИМС отдается предпочтение активным элементам перед пассивными. В дискретной электронике, наоборот, оптимален вариант схемы при минимальном количестве активных элементов (транзисторов), т. к. транзистор является наиболее дорогим компонентом схемы. В ИМС задается стоимость кристалла, а не компонента. Поэтому выгоднее размещать на кристалле (чипе) больше элементов с минимальной площадью. Активные элементы в ИМС минимальную площадь, пассивные (резисторы) – максимальную. Поэтому в ИМС стараются свести к минимуму количество резисторов и их номиналы.
4. Параметры смежных элементов взаимосвязаны (коррелированны). Эта корреляция сохраняется и при изменении температуры, т. к. у смежных элементов температурные коэффициенты параметров (например, ТКН, t, I0(t) и др.) практически одинаковы. Эта особенность обусловлена близостью расположения: смежных элементов друг от друга расположены, не дали 50100 мкм. На таких малых расстояниях различия электрофизических свойств материала маловероятны (исходные пластины изготовляются однородными). Значит маловероятен и значительный разброс параметров смежных элементов.
5. В ИМС не используют индуктивности, т. к. индуктивности занимают большую площадь на кристалле.
6. В ИМС по той же причине ограничено применение конденсаторов. В пастве конденсаторов (емкостей) используют барьерные емкости p – n переходов.
8.4.2. Перспективы развития.
Как уже указывалось, фотолитография исчерпала свои возможности из-за волновых свойств света (дифракции). Дальнейшее уменьшение размеров элементов обеспечивает рентгенолитография и электронная литография. Но и они имеют ограничения, обусловленные тем, что происходит существенные разупорядочение материалов за пределами окон фоторезиста. По прогнозам к 20102015 развитие микроэлектроники достигнет вершин своего развития. Степень интеграции N при этом достигнет 2030 миллионов и более. Что же далее? Далее по прогнозам специалистов на схему микроэлектронике прейдет наноэлектроника [1]. Уже разработаны нанотехнологические установки, при помощи которых можно «сортировать» атомы: удалять атомы, заменять атомы, формировать из атомов трехмерные элементы. При этом создаются квантовые проводники с поперечными размера порядка 20Å (ангстрем), в которых, кроме всего прочего, еще значительно сокращается расстояние энергии и, следовательно, резко увеличивается быстродействие. Например, изготовленный по нанотехнологии полевой транзистор (с размерами в пределах 4080 нм) имеет быстродействие терагерцовом диапазоне (1 ТГц = 1012 Гц). Уже в ближайшие годы будет достигнута сверхвысокая плотность записи информации – 1012 бит/см2, а длительность фронта изменения электрического сигнала будет достигать 10-14 с [1]. По оценкам специалистов уже к 2005 году удастся разработать технологические установки, обеспечивающие «сборку» атомов со скоростью в один кубический дециметр вещества в час.
Другие альтернативы микроэлектроники.
Одновременно с развитием микроэлектроники постоянно велись и ведутся исследования по созданию альтернативной базы. Уже шесть лет предсказывается, что на смену микроэлектронике прейдет функциональная электроника, оптоэлектроника, квантовая электроника и биоэлектроника. Во всех этих направлениях к настоящему времени достигнуты обнадеживающие результаты. Но ни в одном из упомянутых направлений не создано технологической базы, обеспечивающей экономически конкурентное производство высоконадежной элементной базы [1]. Ведь бурное развитие микроэлектроники обусловлено именно высокоэффективными технологиями.