Основные определения. Рассматривается принцип работы, характеристики и параметры цифровых и аналоговых микросхем

ЭЛЕКТРОНИКА

Учебное пособие

для специальностей 071 700, 200 700,

200 800, 200 900, 201 000, 201 100, 201 200, 201 400

Новосибирск

УДК 621.382

Рассматривается принцип работы, характеристики и параметры цифровых и аналоговых микросхем. Кратко описываются технологические процессы, применяемые при изготовлении ИМС.

ктн, доц. В.Л. Савиных,

Для студентов дневной и заочной форм обучения специальностей 071700, 200700, 200800, 200900, 201000, 201100, 201200, 201400.

Кафедра технической электроники.

Ил. 58, табл. 18, список лит. 5 назв.

Рецензент ктн, доц. Матвеев В.А.

Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ в качестве

учебного пособия

@ Сибирский государственный

университет телекоммуникаций

и информатики, 2004 г.

Содержание

1 Цифровые интегральные микросхемы…………………………….….5

1.1 Основы алгебры логики………………………………………………..5

1.2 Параметры ЦИМС……………………………………………………...9

1.3 Диодно-транзисторная логика………………………………………..11

1.4 Транзисторно-транзисторная логика…………………………………14

1.5 ТТЛ со сложным инвертором…………………………………………16

1.6 ТТЛ с открытым коллекторным выходом……………………………18

1.7 ТТЛ с тремя состояниями на выходе…………………………………19

1.8 ТТЛШ…………………………………………………………………...20

1.9 КМДП…………………………………………………………………...21

2 Операционный усилитель……………………………………………25

2.1 Параметры и характеристики ОУ……………………………………25

2.2 Структура ОУ…………………………………………………………26

2.3 Дифференциальный усилитель………………………………………27

2.4 Составной транзистор………………………………………………..28

2.5 Источники тока……………………………………………………….29

2.6 Схема сдвига уровня…………………………………………………29

2.7 Эмиттерный повторитель…………………………………………….31

2.8 Инвертирующий усилитель на ОУ………………………………..…31

2.9 Неинвертирующий усилитель на ОУ……………………………..…32

3 Технологические основы производства ППИМС…………..………42

3.1 Подготовительные операции…………………………………..……..42

3.2 Эпитаксия……………………………………………………...………43

3.3 Термическое окисление………………………………………………44

3.4 Литография……………………………………………………….……46

3.5 Легирование……………………………………………………………49

3.6 Нанесение тонких пленок………………………………………….….53

4 Полупроводниковые ИМС…………………………………………….56

4.1 Методы изоляции элементов в ППИМС……………………………..58

4.2 Планарно-эпитаксиальный биполярный транзистор…………………60

4.3 Планарно-эпитаксиальный биполярный транзистор со скрытым слоем………………………………………………………………………64

4.4 Разновидности биполярных транзисторов………………………..…65

4.5 Интегральные диоды ………………………………………………....68

4.6 Полевые транзисторы ………………………………………………...70

4.7 Полупроводниковые резисторы………………………………………75

4.8 Полупроводниковые конденсаторы …………………..…………….78

5 Гибридные ИМС…………………………………………………...….81

5.1 Подложки ГИМС………………………………………………….…..81

5.2 Резисторы ……………………………………………………………....82

5.3 Конденсаторы…………………………………………………………..84

5.4 Катушки индуктивности………………………………………………85

5.5 Пленочные проводники и контактные площадки…………….…….85

5.6 Навесные компоненты…………………………………………………86

5.7 Методы формирования заданной конфигурации пленочных элементов ГИМС…………………………………………………………………….86

7 Литература……………………………………………………………….

ЦИФРОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ

Основы алгебры логики

Основные определения

В зависимости от отсутствия или наличия элементов па­мяти цифро- вые устройства делятся на комбинационные устройства (КУ) и конечные автоматы (последовательные устройства). Выходные сигналы КУ определя- ются совокупностью (комбина­цией) входных сигналов, действующих на некотором интервале времени. Наличие элементов памяти в конечных автоматах обус­ловливает зависимость выходных сигналов на рассматрива- емом интервале от совокупности входных сигналов, действующих как на этом интервале времени, так и на ряде предшествующих интер­валов. В комбинационном устройстве связь между входны­ми x₁, x₂,… х_n и выходными у₁, у₂, …, у_n сигналами цифрового устройства может быть задана функциями вида:

(1.1)

Особенность входных сигналов (независимых переменных) и выходных сигналов (функций) заключается в том, что они могут принимать только два значения: 1 или 0. Такие функции называ­ются логическими, или переключательными, или булевыми.

Раздел математики, который изучает логические функции, на­зывается алгеброй логики.

Наиболее часто логическая функция задается с помощью таб­лицы. В строках таблицы записываются все возможные наборы значений аргументов и указываются значения логической функ­ции, которые они принимают на каждом наборе. Эту таблицу принято называть таблицей истинности. Для m переменных мо­жет быть 2^m различных наборов. Пример логической функции трех аргументов x₁, х₂, x₃ приведен в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Номер набора	Х3	Х2	Х1	У	Номер набора	Х3	Х2	Х1	У

Если рассматривать наборы x₃, x₂, x₁ как двоичные числа, то удобно ввести десятичную нумерацию наборов. Например, набор x₃ = 1, х₂ =1, x₁ = 0 имеет номер 6.

Вместо таблицы истинности иногда логическую функцию удоб­но задавать словесным описанием. Например, функция у,заданная таблице 1.1, может быть словесно определена так: у =1в том случае, если не менее двух аргументов принимают значение 1.

По способу соединений элементов цифровые устройства делят­ся на два типа: на устройства со статическими (потенциальны­ми) связями между элементами и устройствами с динамическими (импульсными и импульсно-потенциальными) связями между эле­ментами. Учитывая широкое распространение в интегральной схе­мотехнике элементов с потенциальными связями, в дальнейшем будем ориентироваться только на элементы этого класса.