Полупроводниковые элементы

Преимущества полупроводниковых ИМС перед гибридными таковы:

1. Более высокая надёжность вследствие меньшего числа контактных соединений, ограниченного количества используемых материалов, а также из-за того, что полупроводниковую ИМС можно изготовить только из монокристаллической, сверхчистой, полупроводниковой структуры;

2. Большая механическая прочность в результате меньших (примерно на порядок) размеров элементов;

3. Меньшая себестоимость изготовления полупроводниковых ИМС вследствие более эффективного использования преимуществ групповой технологии

В полупроводниковых ИС в качестве активных элементов могут использоваться биполярные и униполярные (полевые) интегральные структуры. Полупроводниковые ИС с биполярными транзисторами отличаются более высоким импульсным быстродействием (или рабочей частотой). Полупроводниковые цифровые ИС с униполярными транзисторами со структурой МОП отличаются наиболее высокой плотностью упаковки элементов и наименьшей стоимостью изготовления. Биполярные транзисторы увеличивают стабильность схемы в широком диапазоне температур, позволяют реализовать наибольшее быстродействие и создать схемы с лучшей нагрузочной способностью. Биполярные структуры более устойчивы к электрическим нагрузкам.

Проектирование полупроводниковых интегральных схем заключается в том, что на поверхности полупроводниковой подложки (пластины) создаются активные/пассивные элементы, изолированные друг от друга p-n переходом, таким образом, обеспечивая выполнение заданных функций.

Элементы полупроводниковых схем выполняются из полупроводниковых диэлектрических материалов. Межэлементное соединение (проводники, дорожки) выполняется из алюминия или золота.

Элементы полупроводниковых интегральных схем:

1. Транзисторы.

2. Диоды.

3. Конденсаторы.

4. Резисторы.

Транзисторы бывают по технологии изготовления:

· биполярные

· униполярные (полевые)

Биполярные транзисторы бывают планарные и планарно-эпитаксиальные.

Биполярный планарный транзистор:

Рис.

Оксид кремния (SiO.2) необходим для изоляции при выполнении процедуры диффузии.

Планарно-эпитаксиальный транзистор.

Здесь появляется высоколегированный n+ слоем, который уменьшает сопротивление коллектора. Эпитаксиальная технология позволяет расширить рабочий диапазон транзисторов, особенно ключевых, за счет уменьшения последовательного сопротивления коллектора. Она основана на выращивании очень тонкого слоя полупроводника (достаточного для формирования активных элементов) поверх исходного слоя того же самого материала (рис. 6). Этот эпитаксиальный слой представляет собой продолжение исходной кристаллической структуры, но с уровнем легирования, необходимым для работы транзистора.

Большинство биполярных транзисторов выполняется по n-p-n технологии, что обеспечивает более высокое быстродействие по сравнению с p-n-p, т.к. подвижность электронов (n) в 2-3 раза превышает подвижность дырок (p).

Полевые транзисторы имеют структуру «металл-оксид полупроводник». МОП представляет собой конденсатор, верхняя обкладкой которого является металлический затвор, а нижней полупроводник (кремний) p-типа, а диэлектриком оксид кремния.

МОП транзистор имеет высокое входное сопротивление и его площадь в 610 раз меньше планарного.

Диод. диффузионные

Образуется путем создания p-n перехода между диффузионным слоем и монокристаллом полупроводника.