Электроника в вопросах и ответах - И. Хабловски

Слой окисла используется также для защиты поверхности полупроводника после окончания производственного процесса от загрязнений и влияния окружающей среды. Это — пассивация поверхности.

Полупроводниковые интегральные микросхемы являются наиболее распространенным типом интегральных микросхем, обеспечивающих максимальную миниатюризацию и надежность. При массовом производстве являются наиболее дешевыми. Плотность упаковки в полупроводниковых интегральных микросхемах доходит даже до нескольких тысяч элементов и более на 1 мм2.

Как выполняются диоды и транзисторы в полупроводниковых интегральных микросхемах?

Изготовление диода осуществляется относительно просто. Используется процесс диффузии, создающий один р-n переход. Структура диода в интегральной микросхеме характеризуется плоским планарным) переходом, например таким, как на рис. 5.16.

Рис. 5.16. Структура полупроводникового диода в интегральной микросхеме:

1 — контакт; 2 — металлизация; 3 — двуокись кремния

Электрические параметры диффузионного диода зависят от площади перехода, распределения и концентрации примесей. Транзисторы также изготавливаются на основе использования диффузии для получения двух переходов в планарной структуре (рис. 5.17).

Рис. 5.17. Схематическая структура транзистора в интегральной схеме:

1 — первая, 2 — вторая, 3 — третья диффузии

Как создаются резисторы в полупроводниковых интегральных микросхемах?

Сопротивление материала зависит от его удельного сопротивления (сопротивления, определенного на длине 1 см для поперечного сечения этого материала, равного 1 см2), длины, площади и температуры. У полупроводниковых интегральных микросхем резистор создается путем диффузии слоя типа р в полупроводнике типа n или наоборот (рис. 5.18).

Рис. 5.18. Структура резистора в полупроводниковой интегральной микросхеме

По двум концам созданной таким образом резистивной дорожки располагаются металлические контактные площадки, между которыми и «действует» сопротивление, зависящее от формы канала и количества примесей в нем. Ограничивающий такой канал переход, естественно, смещен в обратном направлении. Описываемым способом получают сопротивления от нескольких ом до нескольких десятков килоом. Точность диффузионного резистора невысокая и составляет обычно примерно 20 %, однако относительный разброс сопротивлений резисторов для интегральных микросхем одного типа составляет около ±2 %.

Как изготавливают конденсаторы в полупроводниковых интегральных микросхемах?

Емкостные элементы создаются путем использования емкости р-n перехода, смещенного в обратном направлении. Заряд в запирающем слое зависит от напряжения смещения. Кроме того, емкость перехода зависит от площади перехода и распределения в нем примесей. Легко получают емкости 100—1000 пФ/мм2. Из-за ограниченной площади перехода возможности получения больших емкостей перехода также ограничены. Недостатками таких конденсаторов являются большая температурная зависимость, а также ограничение амплитуды переменного напряжения, поскольку переход в любых условиях работы должен быть смещен отрицательным напряжением, если он должен представить собой емкость и работа должна происходить в линейном диапазоне.

Как создаются индуктивности в полупроводниковых интегральных микросхемах?

Создание индуктивности в полупроводниковых интегральных микросхемах связано с некоторыми трудностями. В связи с этим при преобразовании классической схемы в схему, предназначенную для интеграции, следует применять RC-элементы и исключать элементы L. Трудности создания индуктивности в полупроводниковых микросхемах оказывают непосредственное влияние на выбор и структуру схем, предназначенных для интегрального исполнения. Приходится заменять схемы, построенные из дискретных элементов и содержащие индуктивности, несколько более громоздкими схемами, однако без индуктивности.

Некоторое увеличение схемы, предназначенной для интегрального исполнения, однако, имеет второстепенное значение. С этой точки зрения проще создавать схемы цифровой техники, так как они обычно реализуются без индуктивности (триггеры, логические элементы).

Что такое тонкопленочные интегральные микросхемы?

Это схемы, элементы которых совместно с межсоединениями создаются в виде тонких пленок[17], (проводящих, резистивных, диэлектрических и полупроводниковых) разных материалов, осажденных на общей стеклянной или керамической подложке. Схемы подобного типа изготавливают напылением в вакууме через соответствующие маски.

Обычно в виде тонкопленочных схем изготавливаются пассивные схемы. В отличие от полупроводниковых конденсаторов с р-n переходом емкость тонкопленочных конденсаторов не зависит от напряжения и может иметь значительно большее значение (например, в виде многослойных конденсаторов). Тонкопленочные резисторы также могут иметь большие сопротивления. Кроме того, их точность может быть очень высокой, а температурная зависимость слабой. Активные элементы в тонкопленочной технике пока еще недостаточно освоены, поэтому тонкопленочная техника не находит широкого практического применения.

Что такое толстопленочные интегральные микросхемы?

Это схемы, отличающиеся от тонкопленочных прежде всего тем, что они изготовлены путем вжигания окислов[18], расположенных на керамической подложке. Их применение ограничено, хотя встречаются чаще, чем тонкопленочные схемы. Толстопленочные схемы охватывают лишь пассивные схемы.

Что такое гибридные интегральные микросхемы?

Это схемы, изготовленные путем использования различных технологических методов, чаще всего такие, в которых резисторы, конденсаторы и их межсоединения выполнены с помощью тонкопленочной или толстопленочной технологии на керамической плате, а диоды и транзисторы представляют собой дискретные компоненты, вмонтированные в эту схему. Затем всю сборку заливают изолирующей смолой. В других вариантах пассивные тонкопленочные элементы напыляются на полупроводниковую пластинку, содержащую активные полупроводниковые элементы.

Что такое термистор?

Это нелинейный полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от температуры, причем рост температуры вызывает уменьшение сопротивления. Изменения температуры в термистора могут возникать под влиянием изменений внешней температуры или при изменении тока, протекающего через термистор. Рост тока вызывает увеличение температуры, что ведет к убыванию сопротивления, в результате чего напряженке ка термисторе может оставаться постоянным в определенном диапазоне изменения тока.

Примерный вид характеристик термистора и его графическое изображение представлены на рис. 5.19. Термисторы имеют широкий интервал номиналов сопротивлений. Их применяют для стабилизации напряжения, для компенсации влияния изменений температуры и т. д.

Рис. 5.19. Характеристики термистора (а) и его условное графическое обозначение (б)

Что такое варистор?

Это нелинейный полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от напряжения. Примерный вид характеристики варистора и его графическое изображение представлены на рис. 5.20. Варисторы применяются, в частности, для стабилизации напряжения.

Рис. 5.20. Характеристика варистора (а) и его графическое изображение (б)

Что такое тиратрон?

Это газонаполненная лампа, являющаяся аналогом тиристора в том смысле, что помимо анода и катода содержит также электрод, используемый для изменения состояния лампы (пропускание или запирание). Примерная характеристика тиратрона и его графическое изображение показаны на рис. 5.21. Тиратроны выпускаются для работы при напряжениях от 100 В до 20 кВ и токах от долей ампера до 1000 А. Тиратроны применяют в схемах выпрямителей.

Рис. 5.21. Характеристика тиратрона (а) и его условное графическое обозначение (б)