Полупроводниковые интегральные схемы

1 2 3 4 5 6 7

Классификация интегральных микросхем.

КОНСТРУКЦИЯ И ЭЛЕМЕНТЫ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

XIX Анализ выполненных работ.

VIII Практическая работа.

1. Нарисуйте на ткани обычным карандашом линию, которую вы будете вышивать.

2. Вставьте ткань в пяльцы, так рисунок будет ложиться ровно, и нить не будет перетягивать материал.

3. Закрепите на нити узелок, введите с изнаночной стороны на лицевую.

4. Введите иглу с лицевой стороны на изнаночную, одновременно поверните иглу в направлении обратном линии стежка, кончиком иглы проколите ткань на расстоянии 2-3 мм от конца первого стежка и выведите иглу на лицевую сторону. Следите за тем, чтобы второй стежок начинался очень близко от первого. Снова одним движением введите и выведите иглу, подтяните нить. Удобнее всего прокладывать шов слева направо.

5. Следите за тем, чтобы все стежки были одинаковой длины, и начало следующего всегда располагалось справа (или строго слева) от предыдущего, если менять положение, проложенный шов будет смотреться неаккуратно.

Оценка, проверка изделий в действии.

Великий Новгород

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

1. Цель работы 3

2. Основные теоретические положения 3

2.1. Классификация интегральных микросхем 3

2.2. Полупроводниковые интегральные схемы 4

2.3. Гибридные интегральные схемы 7

2.4. Обозначение типов ИС 9

2.5. Типы корпусов ИС 12

2.6. Конструкция интегральной микросхемы 14

2.7. Герметизация корпуса ИС 18

3. Описание установки 18

4. Порядок выполнения работы 19

5. Содержание отчёта о работе 19

6. Контрольные вопросы 20

7. Литература 20

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является знакомство с различными видами интегральных микросхем, конструкцией отдельных их элементов и методами монтажа навесных элементов на поверхности схемы и всей микросхемы в корпусе.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В настоящее время под интегральной микросхемой (ИМС) понимают микроминиатюрный функциональный узел электронной аппаратуры, в котором элементы и соединительные проводники изготавливаются в едином технологическом цикле в объёме или на поверхности материала основания и имеют общую герметизацию и защиту от механических воздействий.

На современном этапе развития микроэлектроники применяют два основных метода создания ИМС: метод локального воздействия на микроучастки полупроводникового кристалла и придания им свойств, соответствующих функциям микроэлементов и их соединений; метод послойного нанесения тонких плёнок различных материалов на общее основание (подложку) с одновременным формированием из них микроэлементов и их соединений.

ИМС, изготовленные по первой технологии, носят название полупроводниковых, по второй – тонкоплёночных.

Указанные два метода являются не конкурирующими, а дополняющими друг друга, их комбинирование приводит к созданию современных ИМС.

Часто используют дискретные микроминиатюрные элементы, располагаемые на поверхности ИМС (навесные элементы), в этом случае схема называется гибридной.

В зависимости от числа элементов различают ИМС первой степени интеграции – имеющие до 10 элементов, второй степени интеграции – от 11 до 100 элементов, третьей степени интеграции – от101 до1000 элементов и т. д. ИМС, содержащие более 100 элементов, называются также большими интегральными схемами – БИС.

По функциональному назначению ИМС делятся на цифровые и аналоговые. Цифровые ИМС выполняют различные логические функции, аналоговые (линейные) осуществляют усиление или преобразование электрического сигнала.

Вся полупроводниковая ИС создаётся в объёме одного кристалла, обычно кремния. В процессе изготовления ИС и сходный монокристалл кремния диаметром 40 – 50 мм разрезается на пластины толщиной 1 мм, которые шлифуются и полируются. Затем отдельные области кристалла подвергаются различным видам воздействия, в результате чего в них изменяются свойства и они могут выполнять роль отдельных элементов схемы.

Наибольшее распространение при изготовлении ИС получила так называемая планарная технология, в основе которой лежит метод контролируемой диффузии примесей в локальные области пластины кремния. Иногда используют эпитаксиальную технологию – на полупроводниковой подложке наращивают тем или иным способом плёнки, обладающие различными электрофизическими свойствами.

Рассмотрим, для примера, технологию создания биполярного транзистора. Следует отметить, что транзистор является основной структурой полупроводниковой ИС, другие элементы – диоды, резисторы, конденсаторы изготавливаются в кремниевой подложке параллельно в течение одной или более операций, выполняемых в процессе производства транзисторов.

Первоначально создаётся изоляция между отдельными элементами ИС. Чаще всего изоляция производится с помощью р – п перехода. На исходную подложку р – типа наносится эпитаксиальный слой п – типа (рис. 2.1, а). Далее путём термического окисления на поверхности эпитаксиального слоя создаётся плёнка SiO₂. В слое SiO₂c помощью фотолитографии создаются окна, через которые проводится диффузия акцептора на глубину большую толщины эпитаксиального слоя – рис. 2.1, б. В результате этих операций в кристалле кремния образуются области п - типа, со всех сторон окружённые полупроводником р – типа. В п – областях и формируются элементы ИС. Отдельные п – области включены между собой как бы через 2 встречные р – п перехода. При любой полярности приложенного напряжения один из переходов включён в запирающем направлении, именно он и обеспечивает изоляцию между п – областями.

При изготовлении транзистора первоначально формируется область базы – создаётся маска SiO₂, производится диффузия акцептора (бора). После этого производится, путём диффузии донора, формирование области эмиттера и подконтактных областей коллектора – рис.2.1, г. Последний цикл операций – создание контактов к областям транзистора и коммутации с другими элементами ИС. Он включает в себя: фотолитографию и создание окон в окисле под контакты, напыление металлической плёнки на всю поверхность, фотолитографию и травление металлической плёнки для получения требуемого рисунка токоведущих дорожек, кратковременное вплавление металла в окна.

Конструкция готового транзистора показана на рис.2.1,д.

Для получения диодов в ИС используют различные методы включения транзисторной структуры. Объясняется это тем, что таким образом получить диоды значительно легче, чем изготавливать специальные диодные структуры.

Рис. 2.1. Технология изготовления биполярного интегрального

транзистора (пояснение – в тексте руководства)

Имеется 5 вариантов использования транзисторной структуры в качестве диода – рис.2.2. Каждый из 5 вариантов позволяет получить различные характеристики диода.

Рис. 2.2. а) – различные варианты диодного включения структуры

транзистора

б) - соответствующие схемы включения

Основным методом получения резисторов полупроводниковых ИС является использование объёмного сопротивления участка кристалла, полученного путём локальной диффузии. Диффузия для создания резистора (такой резистор называется диффузионным) обычно проводится одновременно с базовой или эмиттерной диффузией транзистора. Для изоляции от других элементов схемы используется р – п переход. Для того чтобы он находился в запорном направлении, на область подаётся положительный потенциал - рис.2.3.

Рис. 2.3. Схема диффузионного резистора:

а) – разрез

б) – вид сверху (пунктиром показаны области р – n переходов).

В качестве конденсаторов в полупроводниковых ИС используется либо ёмкость р – п перехода (диффузионные конденсаторы) рис. 2.4, либо создаётся структура металл – диэлектрик – полупроводник (МДП – конденсатор) рис. 2.5.

Рис. 2.4. Диффузионный конденсатор полупроводниковой ИС

Для создания диффузионных конденсаторов не требуется дополнительных технологических операций, могут использоваться как эмиттерный, так и коллекторный переходы. В МДП – конденсаторах одной из обкладок является сильно легированная область полупроводника, диэлектриком – выращенная на поверхности полупроводника плёнка SiO₂.