пʼятниця, 2 вересня 2022 р.

Виконання і структури ІМС

 

2 вересня 2022р. 

Предмет: Iмпульсна та цифрова техника.

Тема1: Загальні характеристики цифрових мікросхем.

Урок1,2: Конструктивно-технологічне виконання мікросхем. Електронні структури ІМС.

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. 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.

    Розглянемо особливості побудови МДН-мікросхем. Структури метал – діелектрик – напівпровідник, що використовуються як елементи МДН-мікросхем, можуть виконувати функції підсилення, генерації й перетворення електричних сигналів, тобто такі самі функції, які виконують біполярні транзистори. Поряд із цим МДН-структури можна ви- користовувати як конденсатори й резистори, номінальне значення яких змінюється в деяких межах при зміщенні прикладеного потенціалу до керувального електрода. Крім того, МДН-структури можуть виконувати функції елементів пам’яті.

    Особливо широко МДН-транзистори застосовуються для створення цифрових мікросхем завдяки простоті їхньої конструкції, високим характеристикам перемикання, багатофункціональності, самоізольованості, а також малим розмірам і низькій споживчій потужності. Цифрові МДН-мікросхеми складаються, як правило, тільки із МДН-транзисторів, оскільки функції пасивних елементів можуть ефективно виконувати самі МДН-транзистори. МДН-мікросхеми є схемами із безпосередніми зв’язками, тому в таких схемах немає конденсаторів зв’язку. За принципом дії цифрові МДН-мікросхеми можна поділити на статичні й динамічні. Логічні мікросхеми статичного типу виготовляють як на МДН-транзисторах з каналами одного типу провідності, так і на  МДН-транзисторах із взаємодоповнюючими типами транзисторів з каналами p- і n-типу. Останні мають назву комплементарних (КМДН).

Контрольне завдання:

1.Написати технологію перевірки цифрових мікросхем в практичних схемах.

2.Розглянути і нарисувати фрагменти електричних схем застосування МДН-мікросхем.

 Відповідь на контрольне завдання надсилайте на електронну пошту: honor7valera@gmail.com

 

Немає коментарів:

Дописати коментар