Полупроводниковые приборы Электропроводность полупроводников (стр. 3 )

КД202 Р – кремниевый выпрямительный диод средней мощности (2), номер разработки 02, с максимально допустимым обратным напряжением 600В (Р)

Интегральные микросхемы

       Основной конструктивно – технический принцип микроэлектроники – это элементарная интеграция, т. е. объединение в одном сложном миниатюрном элементе многих простейших элементов (диодов, транзисторов, резисторов и т. д.). Полученный элемент называется интегральной микросхемой (ИМС).

ИМС – микроэлектронное изделие, содержащее не менее пяти активных (транзисторы, диоды) и пассивных элементов (сопротивления, дроссели, конденсаторы), которые изготавливаются в едином технологическом процессе, электрически соединены между собой, заключены в общий корпус и представляют неразрывное целое.

       Основные параметры ИМС согласно интеграции это:

плотность упаковки, т. е. количество элементов в единице объема ИМС; Степень интеграции – это количество элементов, входящих в состав ИМС. 

I степень интеграции  - до 10 элементов

II степень интеграции – 10-100 элементов

III степень интеграции – 100-1000 элементов и т. д.

По технологии изготовления различают полупроводниковые и гибридные ИМС

ПИМС – интегральная микросхема, все элементы которой и межэлементные соединения выполнены в объеме и на поверхности полупроводникового кристалла. Плотность упаковки 105эл/см3 и шестая степень интеграции. Линейные размеры отдельных элементов и межэлементные соединения уменьшены до 1 мкм.

ГИМС – пассивные элементы которой выполнены посредством нанесения различных пленок на поверхности диэлектрической подложки из стекла, керамики, ситалла, сапфира, а активные элементы – бескорпусные п/п приборы. Плотность упаковки до 150 эл/см3, степень интеграции – первая и вторая.

Сейчас широко находит применение совмещенная технология, в которой в ГИМС в качестве навесных элементов используются бескорпусные п/п интегральные микросхемы. Таким образом получают м/схемы шестой и выше степени интеграции для быстродействующих ЭВМ.

Технология изготовления ИМС

Окисление кремниевой пластины (заготовка). Образование пленки – диэлектрика хорошего соединения с кремнием и непроницаема для атомов примесей донарной и акцепторной связей. Травление, т. е растворение пленки SiO2. Фотолитография – нанесение на пластину фоточувствительного слоя по определенному рисунку. При травлении SiO2 под слоем напыление не удаляется. Диффузия примесей. На незащищенных участках происходит диффузия атомов примеси вглубь пластины и формируются слои п/п с различной электропроводимостью в зависимости от типа примеси. Ионное легирование в ускорителе ионов. Позволяет более точно дозировать концентрацию и глубину проникновения легирующих примесей. Эпитаксия – процесс наращивания кристалла п/п с контролируемой электрической проводимостью. Напыление или нанесение пленок. Формируются соединения и металлические контактные площадки, к которым микросваркой привариваются внешние выводы.

Гибридные интегральные микросхемы

ГИМС имеют следующие конструктивные элементы:

изолированное основание из стекла, керамики или другого материала, на поверхности которого расположены пленочные проводники, контактные площадки, резисторы и конденсаторы, изготовленные методом напыления. Навесные бескорпусные элементы (транзисторы, диоды). Навесные пассивные элементы в миниатюрном исполнении (конденсаторы большой емкости, дроссели, трансформаторы). Пластмассовый или металлический корпус для герметизации схемы крепления выводных лепестков. Проводники обеспечивают необходимые соединения элементов между собой и их подключение к выводным зажимам обычно выполняют в виде тонкой пленки золота, меди или алюминия с подслоем никеля, хрома или титана. Сами проводники – медные.

Резисторы с малым и большим сопротивлением

Конденсатор диэлектрик обкладки подложка

Крепление навесных компонентов: навесной компонент шариковый вывод подложка контакты

Плотность пассивных и активных компонентов при их многослойном расположении достигает 300-500 эл./см2

Надежность довольно высока, среднее время безотказной работы при испытаниях в наиболее тяжелых режимах достигает 106ч и более.

Собранная ГИМС помещается в жесткий металлический или пластмассовый корпус, имеющий определенные физические габариты (см рис).

Полупроводниковые интегральные микросхемы(ПИМС)

Обычно строятся из отдельных областей кристалла, каждая из которых выполняет функцию транзистора, диода, резистора или конденсатора.

Транзисторы – трехслойные структуры с двумя р-п - переходами, обычно п-р-п - типа. В качестве диодов используются либо двухслойные структуры с одним р-п - переходом, либо транзисторы в диодном включении Конденсаторы. В их роли выступают р-п - переходы, запертые обратным напряжением. Резисторы - это участки легированного п/п с двумя выводами. Его сопротивление зависит от удельного сопротивления п/п и геометрических размеров резисторов. Дроссели создаются достаточно сложно. Поэтому большинство ПИМС проектируется так, чтобы исключить применение индуктивные элементы.

Технология, применяемая для изготовления микросхем в основном на биполярных транзисторах, называется биполярной. Для изготовления микросхем в основном на МДП – транзисторах имеется целый ряд технологий:

п - МОП – технология получения МОП транзисторов с каналом, имеющим электронную электропроводность.

к - МОП - технология получения МДП транзисторов с каналом п - и  р-типами.

v - МОП - технология образования v-образных канавок на поверхности п/п пластины. На боковой поверхности этих канавок располагаются МОП - транзисторы с очень короткими каналами, что повышает быстродействие полевых транзисторов.

       Соединение микросхем с внешними выводами осуществляют золотыми или алюминиевыми проводниками.

       ПИМС в сборе помещаются в металлические или пластиковые корпуса. Имеют большую степень интеграции (104-106 элементов), малую мощность питания (50-200 мВт).  Время безотказной работы достигает до 108ч. Плотность упаковки до 500 эл/см3

Параметры ИМС

       По назначению все ИМС подразделяются на линейно – импульсные и логические. К линейно – импульсным относятся микросхемы, которые обеспечивают примерно пропорциональную зависимость между входным и выходным сигналами. Входной сигнал – чаще Uвх (реже Iвх); выходной сигнал Uвых.

       Основные функциональные параметры:

Коэффициент усиления по напряжению; Водное и выходное сопротивления; максимальное выходное напряжение Границы частотного диапазона  fн и fв (нижняя и верхняя).

Логические представляют собой устройства с несколькими входами и выходами. Здесь входные и выходные напряжения принимают только определенные значения, при этом выходное напряжение зависит от наличия или отсутствия напряжений на различных входах устройства. Основные параметры – входное и выходное напряжения.

Общетехнические параметры всех ИМС:

Механическая прочность; Диапазон рабочих температур; Устойчивость к понижению и повышению давления. Влагостойкость; Быстродействие; Экономичность.

Классификация ИМС по функциональному назначению. Система их

обозначений

Условное обозначение типа ИМС состоит из четырех элементов:

1 элемент – цифра, указывающая конструктивно – технологическое исполнение

  1, 5, 7- полупроводниковые

  2, 4, 6, 8 – гибридные

  3 – прочие (пленочные, керамические и т. д.)

2 элемент – две или три цифры – порядковый номер разработки (0-999). Унифицированной серией ИМС называют группу микросхем, выпускаемую по единой технологии, имеющую согласованные входные и выходные сигналы и источники питания.

3 элемент – две буквы, обозначающие функциональное назначение ИМС.

4 элемент – порядковый номер разработки ИМС по функциональному признаку в заданной серии.

ИМС, предназначенные для электронных устройств широкого применения, имеют в начале условного обозначения индекс К. При наличии разброса отдельных электрических параметров, а также предельных эксплуатационных параметров одного и того же типа  ИМС в конце условного обозначения проставляется дополнительная буква (от А до Я).

Примеры:

К140УД14А – К - м/схема широкого применения, 1 – п/проводниковая, 40 - порядковый номер серии, УД – операционный усилитель, 14 – порядковый номер операционного усилителя серии 140, А – с коэффициентом усиления определенного значения.

284КН1 – 2- гибридная, 84 – порядковый номер серии 284, КН – коммутаторы, 1 – порядковый номер коммутатора в серии 284.

Фотоэлектрические приборы

Приборы с внутренним фотоэффектом

Общие сведения

Фотоэлектрическим (фотоэлектронным) прибором называют преобразователь энергии оптического излучения в электрическую. К оптическим относят ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучения с длиной волны от десятков нанометров до десятых долей миллиметра. Работа этих приборов основана на фотоэлектрических явлениях (фотоэффектах). Различают внутренний и внешний фотоэффекты.

       Внутренний – возбуждение электронов вещества, т. е. переход их на более высокий энергетический уровень под действием излучения, благодаря чему изменяется концентрация свободных носителей заряда, а, следовательно, электрические свойства вещества. Он может проявляться в виде изменения электрической проводимости в однородных п/п или создании ЭДС в неоднородных. Его используют в фоторезисторах, фотодиодах, фототранзисторах и т. д.

       Внешний – фотоэлектронная эмиссия, т. е. выход электронов за пределы поверхности вещества под воздействием излучения. Используется в вакуумных и газоразрядных фотоэлементах, а так же в фотоэлектронных умножителях.

Фоторезисторы

       Полупроводниковые фотоэлектрические приборы с внутренним фотоэффектом, в котором используется явление фотопроводимости п/п под воздействием оптического излучения.