8.6 Интегральные микросхемы

В зависимости от технологии изготовления интегральные микросхемы (ИС) могут быть полупроводниковыми, пленочными или гибридными.

Пленочная интегральная микросхема – микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены только в виде пленок проводящих и диэлектрических материалов. Вариантами пленочных микросхем являются тонкопленочные и толстопленочные микросхемы. К тонкопленочным условно относятся микросхемы с толщиной пленок менее 1 км, а к толстопленочным – с толщиной свыше 1 мкм.

Полупроводниковую интегральную микросхему (ИС) можно получить в объеме твердого материала или на его поверхности. В первом случае в объеме полупроводникового материала создают слои резисторов, структуры транзисторов, диодов и конденсаторов, несущие заданные электронные функции. Во втором случае все элементы интегральной схемы (кроме активных) наносят на диэлектрическую пластину (подложку) в виде поликристаллических или аморфных слоев (пленок), выполняющих заданные функции пассивных элементов. Полученную ИС при необходимости помещают в корпус с внешними выводами. Активные элементы (диоды и транзисторы) «навешивают» на пленочную схему, в результате чего получают смешанную (пленочно-дискретную) ИС, которую называют гибридной. Гибридная ИС (ГИС) — это гибкий, дешевый, оперативно проектируемый тип ИС, хорошо приспособленный к решению специальных частных задач. Спецификой ГИС могут быть или высокие номиналы резисторов и конденсаторов, недостижимые в полупроводниковых ИС, или прецизионность резисторов, обусловленных тем, что их номиналы можно подгонять до завершения технологического цикла и помещения ГИС в корпус, или повышенная функциональная сложность. Одним из видов ГИС является многокристальная микросхема.

Однако наиболее распространены на практике и перспективны полупроводниковые ИС, так как они позволяют создавать надежные и достаточно сложные в функциональном отношении электронные устройства малых размеров при незначительной их стоимости. Характерной особенностью полупроводниковой ИС является отсутствие среди ее элементов катушки индуктивности и трансформатора. Это объясняется тем, что до сих пор не удалось использовать в твердом теле какие-либо физические явления, эквивалентные электромагнитной индукции. Поэтому при разработке ИС стараются реализовать необходимую функцию без использования индуктивностей или применяют навесные индуктивные элементы. В качестве резисторов и конденсаторов в полупроводниковых ИС используют соответственно сопротивление и зарядную емкость p-n-перехода, что позволяет обеспечить единый технологический цикл изготовления структур транзисторов, диодов, резисторов и конденсаторов при производстве полупроводниковых ИС.

Применение ИС вместо дискретных элементов в качестве элементной базы электронных устройств дает значительные преимущества по надежности, габаритам, стоимости и другим показателям.

В зависимости от функционального назначения интегральные микросхемы делятся на аналоговые и цифровые. Аналоговые ИС предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции. Частным случаем этих микросхем является микросхема с линейной характеристикой, т. е. линейная микросхема. С помощью цифровых микросхем преобразуются и обрабатываются сигналы, изменяющиеся по закону дискретной функции. Частным случаем цифровых микросхем являются логические микросхемы, выполняющие операции с двоичным кодом, которые описываются законами логической алгебры.

После появления микропроцессоров введены дополнительные термины. Микропроцессор определен как программно-управляемое устройство, которое осуществляет процесс обработки цифровой информации и управления этим процессом. Это устройство изготовлено на основе одной или нескольких больших интегральных схем (БИС). Микропроцессорной называется микросхема, выполняющая функцию микропроцессора или его часть. Совокупность этих и других микросхем, совместимых по архитектуре, конструктивному исполнению и электрическим параметрам, называется микропроцессорным комплексом. Классификация интегральным схем содержим и такие понятия: микросхема общего назначения, заказная или полузаказная. Заказная микросхема – микросхема, разработанная на основе стандартных или специально созданных элементов и узлов по функциональной схеме заказчика. Полузаказная – микросхема, разработанная на основе базовых кристаллов (в том числе матричных). Минимальный состав комплекта интегральных микросхем, необходимый для решения определенного круга аппаратных задач, называется базовым составом. Тип интегральной микросхемы – микросхема конкретного функционального назначения и определенного конструктивно-технологического и схемотехнического решения, имеющая свое условное обозначение. Типономинал микросхемы – микросхема конкретного типа, отличающаяся от других микросхема 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 составом электрических параметров.