• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

НАПІВПРОВІДНИКОВІ ІНТЕГРАЛЬНІ МІКРОСХЕМИ

Напівпровідникові інтегральні мікросхеми мають надзвичайно високі надійність і ступінь інтеграції, низьку, вартість при великих масштабах виробництва, здатність працювати при малих рівнях струмів і напруг та інші переваги.

Матеріали напівпровідникових інтегральних мікросхем.Основ­ним матеріалом, який використовується для виготовлення напівпровід­никових ІМС, є кремній. у вихідному стані кремній легований тими чи іншими домішками. Так. для отримання кремнію з електронною провідністю (кремнію n-типу) застосовують такі легуючі домішки: Арсен, стибій або фосфор. Домішками до кремнію p-типу є алюміній або бор.

Однією з важливих характеристик напівпровідникового матеріалу є його питомий опір ρ, який визначається концентрацією електронів nі дірок р, а також їх рухливостями відповідно μ_n і μ_р. Якщо донорні і акцепторні домішки в напівпровідникових матеріалах відповідно n-типу або p-типу повністю іонізовані, то можна вважати, що кількість електронів і дірок дорівнює кількості домішкових атомів, тобто n = N_d і p = N_а. При цьому питомий опір напівпровідника n-типу

,а для напівпровідника p-типу ,де q - за­ряд електрона.

Кремній дуже технологічний, оскільки має широкий діапазон питомого опору при легуванні різними домішками. До того ж на кремнієвій пластині в процесі термічної обробки легко одержати плівку дво­оксиду кремнію, яка відіграє роль захисної маски (див. п. 2.1). Якщо врахувати також, що елементи кремнієвих ІМС можуть пра­цювати в широкому діапазоні температур з невеликими струма­ми втрат і допускають великі короткочасні перевантаження, то стає очевидною перевага використання кремнію в напівпровідни­кових ІМС.

Для виготовлення ІМС промисловістю випускаються кремнієві підкладки у вигляді тонких пластин круглої форми товщиною не біль­ше 200-300 мкм і діаметром 40-60 мм. На поверхні або в об’ємі таких підкладок формуються елементи напівпровідникової ІМС. В основі формування елементів на підкладці лежить планарна тех­нологія, яка дозволяє груповим методом об­робляти одночасно кілька десятків підкла­док з сотнями і тисячами напівпровіднико­вих ІМС на кожній. Після закінчення тех­нологічного циклу виготовлення елементів мікросхеми підкладки розрізаються алмаз­ним різцем або лазерним променем на окремі кристали, які і являють собою напівпровідникові ІМС. Однак ще перед розділенням підкладки на окремі кристали проводять виміри електричних параметрів мікросхем. Непрацюючі ІМС позначають фарбою.

Рис. 2.3

Різноманітна структура кремнієвих підкладок суттєво визначає якість елементів мікросхеми. Найбільш простими є підкладки з монокристалічного кремнію, діелектричним шаром, на поверхні яких є плівка двооксиду кремнію (рис. 2.1, а). Недоліком таких підкладок є наявність порівняно великого заряду, який накопичується на межі поділу поверхні кремнію і діелектричної плівки із двооксиду кремнію, що погіршує параметри елементів мікросхеми. Такий недолік практич­но відсутній у кремнієвих структурах з комбінованим діелектриком, де на підкладку з кремнію товщиною 250 мкм нанесена нижня плівка двооксиду кремнію, потім середня плівка нітриду кремнію товщиною 0,05 мкм і, нарешті, верхня плівка двооксиду кремнію товщиною 0,8 мкм. Таким чином, захисний шар на поверхні кремнієвої підклад­ки тришаровий.

Найширше застосування при виробництві напівпровідникових ІМС знайшла кремнієва основа епітаксійної структури (див. п. 2.1, рис. 2.2, а)з діелектричним шаром на поверхні підкладки у вигляді двооксиду кремнію або з комбінованим діелектриком. Товщина виро­щеного епітаксійного шару не перевищує 50 мкм і найчастіше стано­вить 5-15 мкм. Для покращання параметрів елементів напівпровід­никових ІМС між підкладкою і епітаксійним шаром вводиться так зва­ний прихований шар. На рис. 2.3 показаний поперечний переріз кремнієвої епітаксійної структури, в якій між основою p-типу і епітаксій­ним шаром n-типу вмонтований прихований n+-шар. 3ауважимо, що знак «+» підкреслює велику електропровідність даної області моно­кристала.

Рис. 2.4

У напівпровідникових ІМС, виготовлених на монокристалах крем­нію, елементи ізольовані один від одного і від підкладки за допомогою зворотнозміщених р-n-переходів. Але такий перехід має ємність, яка виникає між елементами, що ізолюються. Ця так звана паразитна ємність погіршує роботу схеми на високих частотах. Тому разом з ді­одною ізоляцією в кристалі застосовують діелектричну ізоляцію окремих елементів і областей. Напівпровідникові ІМС з діелектричною ізоляцією окремих областей виготовляють із застосуванням спеціаль­них кремнієвих підкладок. такі підкладки являють собою структури полікристалічного кремнію, в яких за заданою топологією розміщені області монокристалічного кремнію провідності n-типу, ізольовані діелектриком у вигляді двооксиду кремнію. Двооксид кремнію має добрі ізолюючі властивості і малу діелектричну проникність. Кремнієву структуру з діелектричною ізоляцією елементів без прихованого шару показано на рис. 2.4, а, а така сама структура, але з прихова­ним n+-шаром, який не виходить на поверхню підкладки, - на рис. 2.4, б. Слід зазначити, що процес виготовлення кремнієвих струк­тур з діелектричною ізоляцією елементів складається з великої кількості додаткових технологічних операцій, що значно збільшує вартість мікросхеми.

В наш час як матеріал напівпровідникових ІМС дедалі більше застосовується арсенід галію, здатний забезпечити роботу мікросхеми при більш високій температурі, ніж кремній. Крім цього, ІМС на основі арсеніду галію мають високу швидкодію і малі власні шуми.

Транзистори. Найбільш складними елементами ІМС є транзистори. Домінуюче місце в напівпровідникових ІМС займають біполярні і польові транзистори. Порівняльна оцінка ІМС на основі біполярних транзисторів і ІМС на основі польових транзисторів показує перспек­тивність останніх. Мікросхеми на основі польових транзисторів мають простішу технологію виготовлення, менші розміри елементів і біль­ший ступінь інтеграції.

Виготовляють біполярні транзистори, використовуючи кілька ви­дів планерної технології, які відрізняються способами утворення ізоляції між елементами ІМС. Найбільш широко застосовуються планарнодифузійна і планарно-епітаксійна технології (п. 2.1).

Основою для створення біполярних транзисторів є n-острівці мо­нокристалічного кремнію (див. рис. 2.1, д)або епітаксійного шару кремнієвої епітаксійної структури (рис. 2.2, а). На таких острівцях формуються планарні транзистори.

Значно частіше виробництво біполярних транзисторів здійснюють за планарно-епітаксійною технологією з використанням n-острівців епітаксійного шару, які мають електронну провідність (рис. 2.2, 6). Переваги цієї технології розкриті в п. 2.1.

Рис. 2.5

На рис. 2.5, а показаний поперечний переріз стандартного малосигнального інтегрального n-p-n-транзистора, виготовленого з використанням n-острівця епітаксійного шару (рис. 2.2, б), а нарис. 2.5, б – топологія розміщення елементів транзистора на поверхні підкладки. Технологія формування n-острівців кремнієвої епітаксій­ної структури викладена в п. 2.1.

Транзисторна структура розміщується в об’ємі ізольованого ост­рівця з електронною провідністю, який являє собою також область колектора. Область баз и p-типу і область емітера n+-типу формують в n-острівці двома послідовними дифузіями. Підвищений ступінь легу­вання кремнію емітерної області (n+) повинен забезпечувати хорошу інжекційну здатність останньої. Колекторна область знизу безпосе­редньо межує з p-підкладкою, а стінки з вертикальними p-областями, які утворилися під час першої роздільної дифузії домішки p-типу (див. рис. 2.2, 6). ЯК правило, на підкладку подають від'ємний потен­ціал схеми. Коли вмикають у схему джерело живлення, колектори транзисторів перебувають під додатною напругою відносно підкладки, тому р-n-переходи, які розділяють сусідні колекторні області, змі­щуються в зворотному напрямі, ізолюючи транзистори.

Колекторний вивід С планарного транзистора розміщений на тій самій площині, що і виводи емітера Е та бази В. Таке розміщення «зверху» колекторного виводу подовжує шлях колекторного струму І_С по колекторній області. Знизити опір колекторної області струмові І_С можна, збільшивши провідність кремнію колектора (збільшивши концентрацію домішки в області колектора), однак при цьому сильно зменшується пробивна напруга ділянки колектор-база, яка в ліній­ному режимі закрита. Отже, такий транзистор не придатний для гене­рації сигналів великої амплітуди. Компромісно вирішується питання введення між колектором і підкладкою прихованого підшару n+-типу (див. рис. 2.3), який має дуже малий питомий опір ­ десяті частини ома на сантиметр. Теперструм І_С значну частину шляху проходить через цей підшарок, що забезпечує малий власний опір колекторної області (одини­ці-десятки ом). Пробивна напруга ділян­ки колектор-база при цьому залишається досить високою (понад 30 В).

Рис. 2.6

Товщина бази W_б (див. рис. 2.5, а)планарних біполярних транзисторів n-p-n-типу дорівнює, як правило, 1 мкм. Збільшення товщини баз и приводить до зниження коефіцієнта підсилення за струмом h₂₁і граничної частоти підсилення транзистора. Однак недоцільна також нерівність W_б < 1 мкм, оскільки при зменшенні W_б знижується допустима пробивна напруга ділянки база-емітер.

Як видно з плану розміщення інтегрального транзистора на під­кладці (рис. 2.5, 6), розміри ізолюючої області, які приблизно дорів­нюють 60 х 90 мкм, значно перевищують розміри активної зони тран­зистора. Взаємне розміщення по площині виводів емітера, бази і ко­лектора, а також їх форма суттєво впливають на частотні властивості транзистора і його колекторний струм.

У виробництві напівпровідникових ІМС часто використовується структура з діелектричною ізоляцією окремих елементів (див. рис. 2.4). Поперечний переріз інтегрального біполярного транзистора, колек­торна область якого ізольована від сусідніх колекторних областей і підкладки за допомогою шару двооксиду кремнію (Sі0₂), показано на рис. 2.6. Для цієї структури характерні значно кращі частотні властивості транзистора, малі втрати в ізоляції і низьке значення опору колекторної області. Тому така структура більш високовольтна і стійка до зовнішнього впливу. Слід підкреслити, що при проектуванні мікросхем з діелектричною ізоляцією транзисторів спрощується робо­та над топологією схеми, оскільки відсутня необхідність стежити за закриттям ізолюючих переходів. Основним недоліком структури є підвищена складність технології виготовлення ІМС і велика площа, яку займають елементи мікросхеми.

Рис. 2.7

Інтегральні транзистори p-n-p-типумають гірші основні по­казники, ніж розглянуті вище n-р-n-транзистори. Часто це зв’язано з тим, що рухливість дірок як основних носіїв заряду в транзис­торах p-n-p-типу нижча, ніж рухливість електронів як основних носіїв заряду в транзисторах n-р-n-типу. Крім того, є причина кон­структивно-технологічного. характеру. Як видно із структури інтегрального біполярного транзистора p-n-p-типу, що показана на рис. 2.7, а,роль бази в ньому відіграє епітаксійний острівець з провід­ністю n-типу (колекторна область для інтегрального транзистора n-p-n-типу, рис. 2.5, а). Товщина базової області в цьому випадку неменше 5 мкм і коефіцієнт підсилення струму бази h₂₁не перевищує кількох десятків. Для інтегральних транзисторів n-p-n-типу коефіцієнт підсилення струму бази становить 100 - 200 з розкидом ± 30 %. Колекторна і емітерна області провідності p-типу (рис. 2.7, а)виготовляються одночасно з базовою областю транзистора n-p-n-ти­пу (рис. 2,5, а). На рис. 2.7, б показана топологія інтегрального p-n-p-транзистора.

Вольт-амперні характеристики і параметри інтегральних транзисторів і дискретних біполярних транзисторів аналогічні, але відрізня­ються лише числовими значеннями.

Основними низькочастотними параметрами інтегральних транзисторів є коефіцієнт підсилення струму бази h_21Е , про який згадувалось вище, вхідний опір R_ВХ = h_11Еі напруга на ділянці база - емітер U_(ВЕ).

Вхідний опір визначається опором об’єму бази r_В = 50 ...150 Ом і опором емітерного переходу, перечисленим до кола бази, тобто

де k - стала Больцмана; Т - абсолютна температура; q – заряд електрона при T = 300 К; kT/q = 26·10³ В; І_B - струм бази. Напру­га U_ВЕ , при якій струм колектора різко підвищується від нульового значення, для кремнієвих інтегральних транзисторів дорівнює 0,5­ - 0,7 В.

До високочастотних параметрів транзистора відносяться гранична частота ƒ_Г, на якій спрямлена залежність h_21Е(ƒ) зменшується до оди­ниці, і ємність колекторного переходу С_С . Гранична частота інтеграль­них 6іполярних транзисторів суттєво залежить від їх площі і лежить в межах 250 ...1000 МГц. ємність проміжку колектор-6аза С_СВ =0.2...2 пФ. На високих частотах нео6хідно також враховувати значну ємність між колектором і підкладкою С_Сп = 0,8...8 пФ і опір колекторної о6ласті r_C = 10 Ом.

Основними гранично допустимими параметрами є допустимий струм колектора I_Сдоп та допустимі зворотні напруги колекторного U_Сдоп і емітерного U_ЕВдоппереходів. Всі перелічені параметри, особливо I_Сдоп, суттєво залежать від площі інтегрального транзистора. Наприклад, змінюючи площу транзистора, можна змінювати в ши­роких межах I_Cдоп = 10...750 мА. Для напруг на переходах характерні такі значення: U_СВдоп= 30...50 В при розкиді ± 30 %, U_ЕВдоп= 6...8 В при розкиді ± 5 %.

У цифрових мікросхемах. як вхідні каскади широко застосовуються інтегральні 6іполярні багатоемітерні транзистори. Поперечний переріз планарної структури багатоемітерного транзистора показаний на рис. 2.8 Це один з різновидів кремнієвого 6іполярного транзисто­ра, структуру якого зображено на рис. 2.5, а. Для багатоемітерного транзистора характерна наявність кількох (в даному випадку трьох) емітерних областей, розташованих в базовій області.

Технологія виготовлення інтегральних МДН (МОН)-транзисторів не відрізняється від розглянутої при виготовленні 6іполярнихтранзистсрів. На рис. 2.9 показано поперечний переріз інтегрального МОН-транзистора з індукованим каналом p-типу. Такий транзистор може бути виготовлений одночасно з біполярним транзистором n-p-n-типу (рис. 2.5, а)на іншому острівці епітаксійного шару n-типу, як це показано на рис. 2.9. При цьому 06ласті витоку S і сто­ку D МОН-транзистора формуються одночасно в циклі базової дифузії p-домішки для біполярного транзистора. Діелектриком між затвором G і кристалом напівпровідника служить двооксид кремнію. Таким чи­ном, кількість операцій при виготовленні інтегральних МОН-транзисторів скорочується в 2-3 рази.

3 цієї причини, а також завдяки меншим геометричним розмірам біполярних МОН-структур щільність пакування ІMС на цих структу­рах в кілька разів вища, ніж для біполярних транзисторів.

Оскільки одночасне формування високоякісних n-p-n- і p-n-p-транзисторів у складі однієї мікросхеми досить складний процес, то виготовляються окремі набори названих транзисторів. Такі набори є в складі серії К192 з коефіцієнтом підсилення струму бази h_21Е, що становить 20-300. 3важаючи на те, що в розв'язанні багатьох схемотехнічних питань важливо мати узгоджені пари інтегральних бі­полярних і польових транзисторів, промисловістю налагоджено ви­пуск мікрозбірок, В складі яких є такі пари. Мікрозбірки узгоджених пар біполярних транзисторів з відносним розкидом h_21Е, який пере­вищує 5-15 %, і різницею прямих спадів напруги база-емітер не біль­ше 3-15 мВ входять до серії К129. Узгоджені пари польових транзисторів з відносним розкидом струму сто­ку ± 5 % утворюють серію К504.

Рис. 2.10

3начне число транзисторів виго­товляється в безкорпусному виконанні. Вони є компонентами гібридних інтегральних мікросхем. З цією ж метою виготовляються транзисторні збірки типу ГТС609, КТС613, КТС631 і КТС622 з допустимою зворотною напругою U_СВ = 20 ...60 В.

Діоди. Оскільки напівпровідникові діоди являють собою одноперехідні структури, то при їх виготовленні в інтегральному виконанні можуть бути використані поодинокі р-n-переходи. Однак, виходячи з конструктивно-технологічних умов, як діоди звичайно використову­ють емітерний або колекторний р-n-переходи інтегральних біполяр­них транзисторів. Час відновлення таких діодів лежить в межах 10­ - 100 нс. На рис. 2.10 подано схеми вмикання біполярного транзистора, де як інтегральний діод використовуються колекторний (рис. 2.10, а, б) і емітерний (рис. 2.10, в, г) р-n-переходи.

Діоди на основі колекторного p-n-переходумають найбільшу до­пустиму зворотну напругу (до 50 В), але їх прямий опір також вели­кий. Найменший зворотний струм і найбільшу швидкодію мають діоди на основі емітерного переходу. Оскільки розкид пробивної напруги U_ЕВ емітерного переходу незначний (± 5 %), такий перехід доціль­но використовувати як стабілітрон. Для зменшення температурного дрейфу напруги пробою, що становить приблизно 2,4 мВ/К, послідов­но з емiтерним переходом вмикається прямозміщений колекторний пе­рехід, який має додатний температурний дрейф у межах 1,5 ... 2 мВ/К. Найнижчу пряму напругу має діод, в якому використано емітерний перехід при короткозамкненому колекторному переході, найвищу ­діод з емiтерним переходом при розімкненому колекторі.

Перевагою інтегральних діодів, які виготовляються в одному кри­сталі і в єдиному технологічному циклі з інтегральними транзистора­ми, є ідентичність тих характеристик обох типів приладів. які обумов­лені властивостями напівпровідникового матеріалу (інерційність процесів, час життя носіїв заряду та ін.). Це обумовлює високу якість ро­боти напівпровідникових ІМС.

Фізичні принципи роботи, вольт-амперна характеристика і пара­метри інтегральних діодів аналогічні параметрам дискретних діодів, які відрізняються лише числовими значеннями.

В наш час промисловість освоїла випуск кремнієвих діодних мат­риць і збірок, до складу яких входять один або кілька діодів за зада­ною схемою ввімкнення. Такі матриці і збірки можна застосовувати як окремі функціональні вузли при проектуванні імпульсних та іншого роду схем. Вони виготовляються в складі серій мікросхем і орієнтовані на конкретні галузі застосування. Наприклад, збірки діодів для діодно-транзисторного осередку входять до складу цифрових мікросхем серій К202, К217 і К221, характеризуються високою швидкодією при невеликому прямому струмі 2-10 мА і малій зворотній напрузі U_ЗВОР < 10 В.

Рис. 2.11

Конструктивно матриці і збірки виготовляються в безкорпусному, пластмасовому або металоскляному виконанні і призначені для вико­ристання в гібридних ІМС із загальною герметизацією. На рис. 2.11, а показано конструкцію діодної матриці типу КД917А, а на рис. 2.11, б - її принципову схему.

Резистори. В напівпровідникових ІМС як резистори використову­ють тонкий (порядку 3 мкм) шар напівпровідника емітерної або базової області транзисторної структури, опір якого визначається кіль­кістю внесеної домішки в процесі її дифузії в острівці епітаксійного шару. Дифузія домішки в острівці резисторів при планарній техноло­гії відбувається одночасно з формуванням транзисторів або діодів в інших острівцях підкладки. Такі резистори називають дифузійними. Ізоляція дифузійних резисторів від інших елементів схеми здійснюється за допомогою закритих р-n-переходів.

Рис. 2.12

На рис. 2.12, а показано дифузійний резистор, який виготовляють у базовому шарі біполярного транзистора n-р-n-типу. Від основи та інших елементів мікросхеми резистор відокремлений не менше ніж двома ввімкнутими назустріч р-n-переходами. Внаслідок цього при будь-якій полярності прикладеної напруги система цих p-n-перехо­дів буде закрита, що виключає необхідність подачі зміщення.

Топологія дифузійного резистора показана на рис. 2.12, б. Опір такої прямокутної пластинки визначається формулою

R=ρl/bh, (2.1)

де - ρ, l, b, h - відповідно питомий опір матеріалу, довжина, ширина Ії товщина дифузійного шару пластинки. При l = b, тобто для квадратної пластинки, R= ρ_KB = ρ/h. Цю величину, що має розмірність опо­ру і не залежить від розмірів квадрата, називають опором квадрата резистивної плівки. одиниця вимірювання ρ_KB Ом/кв. При l = b (звичайно l > b) опір прямокутної пластини визначають із виразу (див. рівняння 2.1)

R = ρ_KB (l/b) = ρ_KB К_ф, (2.2)

.де К_ф = l/b - число квадратів із сторонами b, які вміщуються по довжині пластини l.

Опір квадрата резистивної смужки (його ще називають поверхне­вим питомим опором) ρ_KB є важливим параметром, який характеризує провідність смугових резисторів.

Дифузійний резистор в області емітерного шару планарного біпо­лярного транзистора показаний на рис. 2.12, в. Опір такого резистора прямокутної форми визначається виразом (2.2). Від основи та інших елементів схеми він ізольований не менше, ніж трьома p-n-переходами, тобто дуже надійно. В лінійних ІМС іноді зустрічаються колекторні резистори, що мають смугу опору в колекторному шарі транзисторної структури.

Найбільш низькоомні дифузійні резистори в області емітерного ша­ру транзисторної структури, оскільки концентрація домішки в емітерному шарі найвища. Опір квадрата резистивної смуги для дифу­зійних емітерних резисторів дорівнює 2 ... 6 Ом/кв. Відносно високо­омні напівпровідникові резистори в області базового і колекторного шарів планарного транзистора. При цьому питомий поверхневий опір області бази дорівнює 50-250 Ом/кв. Це дає можливість отримати до­цільні за розмірами резистори, опори яких лежать в межах від 10 Ом до 10 кОм з розкидом ±10-30 %.

Якщо в мікросхемі необхідно застосувати резистори з опорами в кілька десятків або навіть сотень кілоом, то виготовляють так звані стиснуті резистори (пінч-резистори) на основі біполярної або уніполярної транзисторної структури. Поперечний переріз пінч-резистора на основі уніполярної транзисторної структури показано на рис. 2.12, г. Поперечний переріз p-каналу, що являє собою резисторну доріжку зменшено зверху додатковою дифузією n+-типу. В залежності від дов­жини, ширин и і товщини доріжки може бути одержано те чи інше зна­чення опору пінч-резистора. Однак такі резистори мають значну не­лінійність і розкид більше 30-50 %. Затвор резистивного МОН-транзистора в залежності від потрібного характеру навантаження (ці резистор и широко застосовуються в ІМС як навантаження в колах з низькими потенціалами) може під'єднуватися до витоку, стоку або корпусу.

Негативну роль при роботі напівпровідного резистора відіграє паразитна розподілена ємність ізолюючого р-n-переходу. Незважаю­чи на дуже мале значення цієї ємності (2 ... 5 пФ) для резистора з опором 4-5 кОм, модуль загального опору суттєво змінюється вже на частоті порядку 10 МГц. Негативно впливають на роботу напівпровід­никових резисторів температурні зміни (порівняно високе значення ТКО).

Конденсатори. Використовуючи ті самі принципи планарної тех­нології, можна в кристалі ІМС одночасно з транзисторами і резисто­рами сформувати в інших острівцях підкладки або епітаксійного шару інтегральні конденсатори. Як конденсатори напівпровідникових ІМС використовуються ємності зворотно зміщених p-n-переходів бар’єрні ємності біполярної транзисторної структури або ємності МДН-структури. Номінали таких ємностей звичайно менше 100 пФ при розкиді ± 30 %. номінальна напруга 7 ... 50 В.

На рис. 2.13 показано структури інтегральних конденсаторів напівпровідникових ІМС. Конденсатори сформовані на основі бар’єрних ємностей емітерного (рис. 2.13, а) і колекторного p-n-переходів планарних біполярних транзисторів.

При зміні зовнішньої напруги, прикладеної до p-n-переходу, змінюється значення об’ємного просторового заряду збідненого шару. Внаслідок цього р-n-перехід відіграє роль плоского конденсатора, ємність якого визначається співвідношенням зміни просторового за­ряду до зміни напруги при зворотному ввімкненні p-п-перехо­ду називається бар’єрною:

(2.3)

де ε - відносна діелектрична проникність; ε₀ - діелектрична про­никність вакууму; S - площа p-n-переходу; h_п- товщина p-n-пе­реходу (товщина збідненого шару).

Рис. 2.13

Товщина переходу залежить від значення зворотної напруги, прикладеної до p-n-переходу, і визначається виразом

де N_d - концентрація дозорної домішки; - контактна різниця потенціалів (потенціальний бар’єр p-n-переходу; U – прикладена до переходу зворотна напруга.

Підставляючи останній вираз в рівняння (2.3), одержимо

(2.4)

Питома ємність С₀ = С/S конденсатора на емітерному переході звичайно не перевищує 100 ... 1000 пФ/мм, а пробивна напруга емі­терного конденсатора становить одиниці вольт. Конденсатор на колек­торному переході має питому ємність приблизно в шість разів меншу за попередню, але пробивна напруга такого конденсатора досягає десятків вольт.

З причин и малої питомої ємності, а також враховуючи такі недолі­ки конденсаторів на основі p-n-переходів, як значно більша порів­няно з транзистором площа, залежність ємності від напруги (див. рівняння (2.4)) і невисока добротність конструктори напівпровідникових ІМС намагаються застосовувати конденсатор и в дуже обмеже­ній кількості. Ще рідше в напівпровідникових ІМС застосовують індуктивність, оскільки реалізація таких елементів навіть малих номіналів викликає великі труднощі.

Провідники і контактні площинки.Після закінчення технологіч­них операцій з виготовлення елементів напівпровідникових ІМС необхідно створити міжелементні з'єднання, які формують кінцеву структуру принципової схеми заданого призначення, а також контактні площинки для під'єднання зовнішніх виводів корпусу. Для виготовлення провідників і контактних площинок використовують де­які метали, які повинні утворювати з кристалом невипрямляючий омічний контакт, мати малий питомий опір і добру адгезію до шару двооксиду кремнію. Найпридатніші для цього алюміній, хром, тантал, золото. Не всі із названих металів мають добру адгезію (наприклад, золото), тому часто застосовують двошарові плівки. Найпоширеніша одношарова плівка алюмінію (він має добру адгезію і електропровідність) і двошарова плівка з хрому (нижня - добра адгезія) і золота 2,5 мкм (добра електропровідність). Всі метали, які використовують при виготовленні напівпровідникових мікросхем, мають дуже високий ступінь чистоти порядку 99,999 %.

Після виготовлення елементів мікросхеми попередньо окислена поверхня пластини кремнію покривається, наприклад, шаром осадженого алюмінію методом вакуумного напилення товщиною 0,5...2 мкм, який після останньої операції фотолітографії через вікна фоторезисту в непотрібних місцях витравлюється. На поверхні напів­провідника залишається рисунок алюмінієвих провідників, шириною приблизно 10мкм і контактні площинки, розмір яких не менше 0,075 0,075 мм. контактні площинки з'єднані з виводами корпуса в більшості випадків за допомогою золотих провідничків діаметром 25 ... 50 мкм ультразвуковим або термокомпресійним зварюванням.

Читайте також:

1. Густина повного струму дрейфу у власному напівпровідникові
2. Електричні властивості напівпровідників. Напівпровідникові
3. Електронно-дірковий перехід і його властивості. Напівпровідникові діоди
4. Інтеграла дорівнює підінтегральній функції.
5. Інтегральні регулятори напруги
6. Компонування (топографії) інтегральної мікросхеми
7. Компонування (топографія) ІМС - зафіксоване на матеріаль­ному носії просторово-геометричне розміщення сукупності еле­ментів інтегральної мікросхеми та з'єднань між ними.
8. Мікропроцесори. Великі інтегральні схеми з програмовними структурами.
9. Мікросхеми лічильників
10. Напівпровідниковими діодами називаються напівпровідникові прилади з одним р-n переходом і двома виводами, у яких використовуються властивості переходу.
11. НАПІВПРОВІДНИКОВІ ДІОДИ
12. Напівпровідникові інтегральні мікросхеми

Переглядів: 5407