- •Интегральные схемы и их элементы
- •Вопрос 1
- •Вопрос 2
- •Общие сведения о логических элементах
- •Вопрос 1
- •Вопрос 2.
- •Логические элементы в униполярных транзисторах
- •Вопрос 1
- •Вопрос 2
- •Вопрос 3 Элементы интегральной инжекционной логики
- •Логические элементы на мдп-транзисторах
- •Вопрос 2: лэ на комплементарных мдп-транзисторах
- •Согласование связей в цифровых устройствах (цу)
- •1.Типы выходных каскадов
- •2.Преобразователи уровней
- •3.Цепь питания
- •4.Оптоэлектронные развязки
- •Методика синтеза комбинационных схем
- •4.Построение схемы на заданных лэ
- •4.1. На и, или, Не без ограничения на количество входов
- •Анализ комбинационных схем
- •Функциональные узлы комбинационного типа
- •Вопрос 1.
- •Вопрос 2
- •Вопрос 3.
- •Вопрос 4.
- •Вопрос 5. Цифровые компараторы
- •Вопрос 6. Сумматоры
- •Цифровые устройства комбинационного типа
- •Вопрос 1. Алу
- •Вопрос 2. Матричные умножители
- •Методика синтеза цифровых автоматов с памятью
- •Вопрос 1. Понятие ца с памятью
- •Вопрос 2. Способы задания ап
- •Вопрос 3. Элементарные цАсП
- •Вопрос 4. Канонический метод синтеза цАсП
- •Триггеры
- •Вопрос 1. Общие сведения о триггерах
- •Вопрос 2. Одноступенчатые триггеры
- •Вопрос 3.Двухступенчатые триггеры
Вопрос 2
Основной материал Si (низкая стоимость, высокие температуры, диэлектрические свойства SiO2, малые обратные токи).
В последние годы GaAs (арсенит галлий) – высокое быстродействие, сверхвысокие частоты.
В некоторых ПП ИС слой кремния (интегрированные элементы ИС) выращивают на диэлектрической сапфировой подложке, имеющий одинаковую структуру с кремнием (кристаллическая решётка). Повышенная радиационная стойкость.
Способы изоляции ИС
А. p-n переход – самый простой технологический способ изоляции (обратное включение). На нём основан эпитаксиально-планарная технология изготовления. Сначала на поверхности исходного кремния выращивается монокристаллический эпитаксиальный слой кремния, а затем вводятся необходимые примеси в такой последовательности, чтобы получить требуемую структуру элемента. Простая технология, но наличие обратного тока через изолированный переход, невысокая плотность упаковки.
Б. SiO2 – диэлектрический слой изоляции. Обеспечивает практически идеальную изоляцию, но очень сложен и имеет ограниченное применение.
В. Изоляция боковых сторон – SiO2, нижняя границы – p-n переход.
В современных ИС получила распространение совмещённая технология.
Изопланарная технология – хорошая изоляция, высокая плотность упаковки.
БТ ПП ИС
(использование б технологии)
Б Т типа n-p-n с вертикальной структурой
Наибольшее распространение получили транзисторы, имеющие вертикальную структуру, в которой все выводы от областей транзистора расположены в одной плоскости на поверхности подложки (рис. 7.3). Такая структура называется планарной. Структура состоит из эмиттерной 1, базовой 2 и коллекторной 3 областей. Под коллекторной областью расположен скрытый n+-слой 4. От внешних воздействий структура защищена диоксидом кремния 5, в котором имеются окна 6 для присоединения металлических выводов 7 к соответствующим областям структуры.
Такую структуру называют вертикальной, так как взаимодействующие участки К и Э переходов БТ расположены по вертикали один под другим. К, Э и Б области формируют путём последовательных диффузий примесей к э.слою n-типа через отверстия в защитном слое SiO2. В Э создают повышенную концентрацию доноров для обеспечения преимущ. Чего-то-там электронов в базу.
Повышенную концентрацию доноров в К создают для уменьшения сопротивления этого контакта. Скрытый слой n+ создают путём диффузии доноров в Si пластинку р-типа. Этот слой обладает малым сопротивлением, изолирует расположенный над ним высокоомный слой n-типа меняя объёмное сопротивление К.
Наличие скрытого слоя сказывается при работе БТ при насыщении (уменьшает Uкэ нас), что хорошо для ИС.
Из графика следует, что при одном и том же токе насыщения напряжение КЭ насыщения со скрытым слоем меньше, чем без скрытого слоя. В верхней части коллекторной области концентрация донор должна быть низкой, чтобы КП был достаточно широким для уменьшения его барьерной ёмкости и увеличения напряжения пробоя. Если кроме Э, Б и К областей БТ учитывать подложку p-типа, то данная структурная является четырехслойный. Её можно представить в виде двух БТ (основной n-p-n и паразитный p-n-p).
Э
Если основной БТ работает в активном режиме, то влиянием паразитного можно пренебречь (оба перехода его включены в обратном направлении, то есть в режиме отсечки). Если основной в режиме насыщения, то паразитный работает в активном режиме (так как его ЭП в прямом, а КП в обратном). При этом появляется существенный ток утечки через паразитный БТ, уменьшается ток базы и увеличивается Uкэ нас основного БТ. Что является нежелательным. С учетом других паразитных элементов, структуры БТ можно представить как РИС2. Паразитные емкости ухудшают частные свойства, снижают граничную частоту 600-800 МГц.
БТ p-n-p с горизонтальной структурой.
Коэффициент передачи тока Базы (бета) очень низкий (меньше или равно 5), так концентрация акцепторов в Э области такая же невысокая, как в К. Активную область Б между Э и К областями в БТ с ГС не удаётся сделать настолько тонкой, как в вертикальной структуре. Кроме того, концентрация доноров в Б равномерная, следовательно, такой БТ бездрейфовый. Граничная частота 20-40 МГц.
Многоэмиттерный БТ транзистор n-p-n
МЭТ не имеют аналогов в дискретном исполнении. Количество эмиттеров от 2 до 12. Нашли применение в ЦИС ТТЛ. Коллекторный переход МЭТ всегда включен в прямом направлении. Если при этом хотя бы один из ЭП включен в прямом направлении, то МЭТ работает в режиме насыщения. Если оба ЭП включены в обратном направлении, то транзистор работает в инверсном режиме с малым коэф передачи тока (К в роли Э, а Эмиттеры в роли К).
Многоколлекторный БТ (МКТ) n-p-n
Структура МКТ не позволяет поднять значение альфа выше 0,8-0,9. Что соответствует величине коэффициент передачи тока базы 4-9. Применение: в ЦИФ И2Л (интегрально-инжекционная логика).
Транзистор с диодом Шотки (транзистор Шотки)
БТ с диодом Шотки – основа ЦИС ТТЛШ (ТТЛ с диодами Ш).
Базовый электрод перекрывает часть обл коллектора, образуя с ней выпрям переход Металл-ПП (диод Шотки). Высокоомная n-область коллектора имеет меньшую работу выхода, чем металл электрода. Поэтому между ними образуется выпрямляющий электрический переход. При работе в активном режиме напряжение К, чем напряжении Б и диод Шотки закрыт и не влияет на работу транзистора. Если потенциал К меньше потенциала Б, диод открывается и падение напряжения на нем будет меньше напряжения отпирания КП, и транзистор не входит в режим насыщения (следовательно в Б не накапливается избыточный заряд неосновных носителей, что приводит к уменьшению времени запирания, то есть повышения быстродействия).
Полевые транзисторы ПП ИС.
ПТ в управляющим p-т переходом применяются совместно с БТ в ЦИС. Наибольшее применение получили МДП транзисторы, которые имеют меньшие размеры, чем БТ, что обеспечивает более высокую степень интеграции. Применяют МДП с индуцированным каналом (причем предпочтение p-канальным, имеющим большую крутизну характеристики и более высокую граничную частоту, вследствии большей подвижности электронов в сравнении с другими). МДП транзисторы со встроенным каналом обычно используют в качестве нелинейных резисторов, изменяющих свое сопротивление при изменении напряжения на затворе.
МДП транзисторы поликремниевым затвором.
Преимущества: высокая крутизна характеристики , уменьшение порогового напряжения, размеров и паразитных емкостей.
Применение в ЦИС МОПТЛ (металл-окись-проводник- транзисторная логика)
Комплементарная МДП-сруктура (КМДП)
Это последовательное соединение МДП транзисторов с индуцированным каналом n и p типов. Использование в ЦИС КМОПТЛ.
МДП-структура «кремний на диэлектрике» (КНД)
Достоинства: малые паразитные емкости, высокая плотность упаковки и устойчивость к ионизированным излучениям.
Вертикальная и многослойная МДП структура
Пассивныеэлементы
Резисторы
Сопротивление ед-дес Ом, 20% разброс
Или же сотни-дес ОМ, разброс 5-20%
Конденсаторы
С меньше равно 300 пФ U пробоя=10В
С меньшеравно 300 ПФ U 50в
Меньше 500 пф, меньше 30 В
07022012 Лекция 2