Общие понятия

Классификации ИС.

Литература

Примечания

  1. ↑ http://www.computer-museum.ru/technlgy/su_chip.htm
  • Жан М. Рабаи, Ананта Чандракасан, Боривож Николич. Цифровые интегральные схемы. Методология проектирования = Digital Integrated Circuits. — 2-е изд. — М.: Вильямс, 2007. — 912 с. — ISBN 0-13-090996-3

 

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

 

ИС классифицируются по технологическим признакам и по функциональному назначению.

По технологии изготовления ИС разделяются на несколько видов:

Полупроводниковые ИС, элементы которых выполнены в приповерхностном слое полупроводниковой подложки.

Пленочные ИС, элементы которых выполнены в виде разного рода пленок, нанесенных на диэлектрическую подложку. Пленочные ИС содержат только пассивные элементы и их возможности крайне ограничены. Они разделяются на тонкопленочные (толщина пленок до 1-2 мкм) и толстопленочные (толщина пленок 10-100 мкм).

Гибридные ИС (ГИС) – комбинация пленочных пассивных элементов с навесными активными элементами. Помимо бескорпускных транзисторов и диодов навесными могут быть и полупроводниковые ИС, а также конденсаторы с большой емкостью и небольшие катушки индуктивности.

Совмещенные ИС – активные элементы выполнены в поверхностном слое полупроводника, как вполупроводниковых ИС, а пассивные элементы нанесены в виде пленок на предварительно изолированную поверхность того же кристалла.

Полупроводниковые ИС разделяются на три класса: биполярные ИС (БИИС), МДП (МОП) ИС и БИМОП, в котором сочетаются оба вида транзисторов.

Технология полупроводниковых ИС основана на поочередном легировании кремниевой пластины донорными и акцепторными примесями, в результате которого под поверхностью полупроводника образуются слои с разным типом проводимости и p-n-переходы на границах слоев. Отдельные слои используются в качестве резисторов, а p-n-переходы в диодных и транзисторных структурах.

Легирование производится локально, т.е. на отдельных участках, через маску с отверстиями, через которые атомы примесей проникают в полупроводниковую пластину на нужных участках. Роль маски выполняет слой диоксида кремния SiO2, сплошь покрывающий пластину, в котором создана необходимая совокупность («рисунок») отверстий. Отверстия называются «окнами».

Основой БИИС является n-p-n-транзистор, на его изготовление ориентирован весь технологический цикл. Все другие элементы должны изготовляться одновременно с ним, по возможности без дополнительных операций. Так, резистор изготовляется одновременно с базовым слоем, p-n-переход коллектор-база используется в качестве конденсатора и т.п. Элементы БИИС должны быть изолированы друг от друга, поэтому каждый элемент изготовляется в отдельном «кармане», изолированным от подложки диэлектриком (обычно, SiO2) или обратно смещенным p-n-переходом.

Основной элемент МДП ИС – МОП транзистор с индуцированным каналом. В качестве резистора используется транзистор, включенный по схеме двухполюсника, в качестве конденсатора – МДП-структура, где диэлектрик изготовляется одновременно с подзатворным слоем, а одна из обкладок – слой истока или стока. Элементы МДП ИС не требуют изоляции, поскольку изначально изолированы обратно смещенным p-n-переходом.

Главной особенностью ИС по сравнению с дискретными элементами является функциональная сложность: ИС может самостоятельно выполнять законченную, часто очень сложную, функцию преобразования информации.

Функциональную сложность ИС принято характеризовать степенью интеграции K = lgN, где N – это число элементов на кристалле.

По степени интеграции ИМС делятся на интегральные схемы:

К=1 N£10;

К=2 10<N£100; (при К£2 они называются просто ИС);

К=3 102<N£103 – их называют средние ИС т.е. СИС;

К=4 103<N£104 - их называют большие ИС т.е. БИС;

К³5 N>105 - их называют сверхбольшие ИС т.е. СБИС.

Сложность ИС характеризуется также плотностью упаковки, т.е числом элементов в единице объема или на единице площади кристалла.

Другие особенности полупроводниковых ИС:

· Они не содержат катушки индуктивности и тем более трансформаторы.

· В ИС предпочтительно использовать активные элементы вместо пассивных, т.к. они занимают наименьшую площадь. В оптимальной ИС сведены к минимуму количество и номиналы резисторов и особенно конденсаторов.

· Параметры смежных элементов взаимосвязаны – коррелированны – из-за близкого расположения: на малых расстояниях электрофизические свойства кристалла не могут значительно измениться. В частности, одинаковы температурные коэффициенты параметров. Эта корреляция используется при проектировании ИС с целью уменьшения влияния разброса параметров и температуры.

Поскольку все элементы ИС получают в едином технологическом цикле в кристалле полупроводника, то количество операций на их изготовление не намного превышает количество операций по изготовлению отдельного транзистора. Поэтому стоимость ИС не намного превышает стоимость одного транзистора.

ГИС – тоже особый вид электронных приборов, изготовленных на основе тонко- и толстопленочных ИС с навесными активными элементами. Помимо толщины пленки они отличаются технологией нанесения пленок. Тонкопленочные элементы формируют, как правило, путем термического вакуумного испарения и ионного напыления, а толстопленочные элементы наносят на подложку методом трафаретной печати с последующим вжиганием.

Наличие навесных элементов делает ГИС менее специфичными по сравнению с полупроводниковыми ИС, но главные особенности сохраняются, прежде всего, функциональная сложность.

Особенности ГИС:

· либо высокие номиналы резисторов и конденсаторов;

· либо повышенная функциональная сложность в случае больших ГИС (БГИС) с навесными полупроводниковыми ИС;

· возможность коррекции номиналов до завершения технологического цикла и помещения в корпус, что позволяет получать прецизионные резисторы, необходимые в измерительной и преобразовательной технике.

Производство полупроводниковых ИС отличаются большими затратами и сложностью оборудования, и окупается лишь при массовом производстве. Производство ГИС отличается малыми затратами на производство и применяется при малосерийном производстве, но плотность упаковки у них значительно ниже.

 

По функциональному назначению ИМС делятся на аналоговые и цифровые.

Аналоговые ИС (АИС) это микросхемы, которые предназначены для преобразования и обработки сигналов, представленных в аналоговом виде. Это сигналы, которые описываются непрерывными функциями времени. В основе аналоговых схем лежит простейший усилительный каскад, на основе которого строят другие устройства. В настоящее время под аналоговыми принято называть следующие операции: усиления, сравнения, ограничение, перемножение, частотная фильтрация.

Цифровые ИС (ЦИС) это микросхемы, которые предназначены для преобразования и обработки сигналов, представленных в двоичном или другом цифровом коде. В основе цифровых схем лежат простейшие транзисторные ключи.

 

 

Интегральная микросхема (ИМС) – это микроэлектронное устройство, состоящее из множества простейших элементов (транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов), которые соединены между собой по определенной схеме и позволяет реализовать определенную функцию преобразования электрических сигналов.

 

В наше время совершенствование технологии ИМС является одной из важнейших задач электротехники. Это связано с тем, что информационная и вычислительная техника быстро развивается и с каждым днем необходимы все более совершенные и сложные электрические и электронные приборы. Применение ИМС позволяет уменьшить габариты и потребляемую энергию тех или иных приборов, а также повысить их надежность и быстродействие.

 

Важными характеристиками интегральных схем являются степень интеграции и плотность упаковки. Степень интеграции характеризует количество элементов в микросхеме, а плотность упаковки обозначает количество элементов микросхемы на единицу объема. В настоящее время девятая степень интеграции является самой большой (В мае 2011 фирмой Altera была выпущена самая большая в мире микросхема, состоящая из 3,9 млрд. транзисторов).

 

Микросхемы также различают по технологии изготовления: гибридные и полупроводниковые (а также пленочные и смешанные). Различие заключается в том, что гибридные микросхемы используют пленочную технологию (пассивные элементы и проводники представлены как проводящие пленки, а активные элементы как навесные транзисторы и диоды), а полупроводниковые используют активные и пассивные элементы, которые выполнены в объеме и на поверхности кристалла полупроводника. Также допускаются случаи, когда при производстве микросхемы используют обе технологии.