Напівпровідникові інтегральні мікросхеми

Розглянуті радіодеталі – резистори, конденсатори, діоди, транзистори, електровакуумні прилади тощо – складають дискретну елементну 6азу радіоелектроніки. Кожна з цих деталей виготовляється за окремою технологією, має своє конструктивне оформлення, але не має самостійного функціонального призначення.

Для виконання будь-яких перетворень сигналів, навіть для простого забезпечення робочого режиму транзистора за постійним струмом, треба механічно й електрично з'єднати між собою окремі деталі. Розширення різноманітних застосувань та ускладнення задач, які розв'язують з використанням радіоелектроніки, неодмінно призводить до збільшення кількості дискретних елементів у пристроях і, як наслідок, до збільшення маси, габаритних розмірів, витрат енергії, виділення теплоти та зниження надійності радіоелектронної апаратури.

Однак сучасний технічний прогрес висуває вимоги до зменшення всіх цих конструктивних параметрів і витрат на виробництво, мікромініатюризацію приладів при підвищенні надійності їхньої роботи в різноманітних, часто несприятливих умовах. Це протиріччя можна подолати лише переходом від дискретних елементів до інтегральних, застосуванням нових підходів до конструювання та технології виробництва елементної бази радіоелектроніки.

Якщо в електронних схемах, побудованих із дискретних елементів, кожна радіодеталь виконує якусь одну функцію, то в інтегральних мікросхемах виконання кількох функцій поєднується (інтегрується) в одному конструктивно завершеному пристрої.

Інтегральна мікросхема — це сукупність окремих елементів та з'єднувальних провідників (сукупність зон і структур у твердому тілі), яка відтворює їхні властивості, електрично та конструктивно поєднана в єдиний, неподільний елемент, виготовлений за єдиною технологією.

Залежно від технології виготовлення інтегральні мікросхеми бувають напівпровідникові, плівкові та гібридні.

Напівпровідникові інтегральні мікросхеми — це єдиний кристал напівпровідника, локальні зони якого виконують функції активних (транзисторних) і пасивних елементів. Між цими зонами є електричні з'єднання та ізоляційні площадки. Напівпровідникові інтегральні мікросхеми мають досить високий рівень інтеграції (понад 10⁴ елементів в 1 см³) і забезпечують найвищу надійність радіоелектронних пристроїв, зводячи до мінімуму кількість зовнішніх з’єднань та монтажних операцій.

Усі локальні зони, що є елементами заміщення окремих дискретних радіодеталей, формують в єдиному технологічному циклі на основі біполярних або уніполярних структур, в яких використовують унікальні властивості п-р-переходів, розглянуті вище. Сам термін «інтегральна мікросхема» розкриває три її особливості: по-перше, об'єднання, інтеграцію окремих деталей і компонентів у конструктивно єдиний прилад; по-друге, ускладнення функцій, які цей прилад виконує порівняно з функціями аналогічних приладів, складених із дискретних елементів; по-третє, значне зменшення габаритних розмірів й енерговитрат приладу порівняно з його дискретними функціональними аналогами.

Основою побудови напівпровідникових інтегральних мікросхем є груповий метод і планарна технологія. Груповий метод полягає в тому, що на пластині з напівпровідника одночасно виготовляють багато однакових напівпровідникових приладів. Потім пластину розрізають на сотні окремих кристалів, які містять по одному приладу цього типу. Здобуті прилади переносять у корпуси із зовнішніми виводами. Такий метод застосовується при виробництві всіх напівпровідникових приладів.

Суть планарної технології полягає в тому, що окремі елементи і локальні зони наносять на кремнієву підкладку, розташовують в одній площині (в одному плані) в ізольованих одна від одної ділянках і з'єднують між собою тонкими металевими напиленими прошарками. В інтегральних мікросхемах найчастіше використовують уніполярні структури метал — оксид — напівпровідник, тому що вони забезпечують підвищену надійність приладів.

Плівкові інтегральні мікросхеми виконують у вигляді, різноманітних за товщиною, складом і конфігурацією плівок, нанесених на поверхню діелектричної підкладки. Бувають тонко- та товстоплівкові мікросхеми, але самостійного значення вони не мають, оскільки за цією технологією поки що не можна виготовити п -р-переходи.

Гібридні інтегральні мікросхеми —- це поєднання плівкових пасивних елементів (резисторів, конденсаторів) і дискретних напівпровідникових. У них спочатку на підкладці з діелектрика формують резистори, конденсатори, струмопровідні смужки, контактні площадки, а потім до цих площадок приєднують безкорпусні кремнієві транзистори та діоди.

За характером виконуваних функцій інтегральні мікросхеми можна поділити на аналогові та цифрові.

Аналогові інтегральні мікросхеми застосовують для перетворення електричних сигналів, що змінюються за законами неперервних функцій. Основу побудови більшості з них складають підсилювачі, на базі яких приєднанням зовнішніх дискретних елементів створюють різноманітні селекторні схеми, перетворювачі, генератори сигналів, інші схеми радіоелектроніки.

Цифрові інтегральні мікросхеми використовують для перетворення й оброблення дискретних електричних сигналів. В основу їх побудови покладено технічну реалізацію операцій математичної логіки — диз'юнкції, кон'юнкції та інверсії. Різноманітне поєднання між собою цих базових логічних елементів забезпечує побудову запам'ятовувальних, обчислювальних, комутувальних, керувальних, перетворювальних та інших елементів сучасної автоматики й обчислювальної техніки. Крім того, деякі цифрові інтегральні мікросхеми можна застосовувати для побудови пристроїв аналогової техніки, а також для перетворення електричних сигналів з аналогової форми на цифрову і навпаки.

Інтегральні мікросхеми розробляють та виготовляють, як правило, серіями. Кожна серія — це сукупність різних за функціональним призначенням мікросхем, побудованих за єдиною конструктивно-технологічною основою, що має взаємоузгодженні експлуатаційні параметри (такі, як напруга живлення, амплітуди і частоти діючих сигналів, кількість, розташування та позначення виводів) і призначена для сумісного використання в радіоелектронних пристроях.

На електричних схемах радіоелектронних пристроїв інтегральні мікросхеми зображують прямокутниками, довжина сторін яких кратна 5 мм. На полі прямокутника виділяють три вертикальні зони. В лівій зоні номерами й умовними літерами позначають вхідні виводи мікросхеми, в правій — вихідні, а в середній умовним знаком або записом — функціональне призначення мікросхеми. Приклади умовних графічних і літерно-цифрових позначень деяких інтегральних мікросхем показано на рис. 3.25.

Умовне кодове позначення інтегральних мікросхем у довідниках, технічних документах, на схемах і в літературі складається з чотирьох елементів. Перший елемент — літера К (друга літера після неї вказує на конструкцію корпусу: якщо корпус пластмасовий, то після літери К ніяких позначень немає; літера М указує на керамічний корпус, а літера Б означає без корпусне виконання; при експортному оформленні перед літерою К ставлять літеру Э). Другий елемент позначення вказує серію мікросхем і складається з трьох або чотирьох цифр (перша з них — конструкторсько-технологічне виконання серії: цифрами 1, 5, 7 позначають напівпровідникові мікросхеми, 2, 4, 6, 8 — гібридні, 3 — інші, а останні цифри вказують порядковий номер розробки). Третій елемент — дві літери вказують на функціональні ознаки мікросхеми. Їхнє значення наводять у спеціальних таблицях. Наприклад, літерами УД позначають операційні підсилювачі, ЛА — базові логічні елементи І — НЕ, ТВ — універсальні тригери. Четвертий елемент позначення складається з цифр, що вказують на порядковий номер розробки в межах одного виду мікросхем. Іноді після чотириелементного кодового позначення вводять літери, які вказують на відхилення електричних параметрів мікросхеми від номінальних значень або на особливості конструктивного виконання мікросхеми.

Рис. 3.25. Приклади умовних графічних і літерно-цифрових позначень деяких

інтегральних мікросхем

Зовнішня структура інтегральних мікросхем, їхні електричні параметри і характеристики, рекомендації щодо застосування наводяться в спеціальних довідниках.

Сучасна мікроелектроніка забезпечує побудову будь-яких радіоелектронних пристроїв майже без застосування дискретних елементів. Однак Для вивчення структури, принципу дії, параметрів та характеристик основних елементів радіоелектронних пристроїв і систем інтегральні мікросхеми непридатні, оскільки за конструктивними та технологічними особливостями вони позбавлені будь-якої наочності. Тому в подальших главах будемо розглядати генерацію, фільтрацію, підсилення і перетворення електричних сигналів на дискретних спрощених моделях генераторів, електричних фільтрів, підсилювачів, нелінійних та параметричних перетворювачів, маючи на увазі, що всі вони мають відповідні аналоги в мікросхемному виконанні.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Транзисторів та електронних ламп	\|

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.