Компоненты интегральных схем



Предыдущая | Следующая
Компоненты интегральных схем
Все компоненты микросхемы образованы с помощью слоев изоляторов, проводников и полупроводников. Изолятором служит стекловидная двуокись кремния, проводником — металлическая полоска, а полупроводником — слабо легированный кремний. Когда кремний легируется примесью, например мышьяком, он превращается в л-материал, а при легировании алюминием становится /^-материалом. Все компоненты (резисторы, конденсаторы, диоды, биполярные и полевые транзисторы) образуются из этих составных элементов.
Резистор, показанный на рис. 7.4, имеет тело из резистивного материала и два вывода. Конденсатор представляет собой сэндвич из двух электродов или проводников, окружающих изолятор или диэлектрик (рис. 7.5). Биполярный транзистор (рис. 7.1) — это сэндвич: между двух кусочков одного полупроводника лежит кусочек другого полупроводника. В зависимости от порядка слоев различают р-п-р- и п-р-п транзисторы.

 

 

 

Полевой транзистор представляет собой канал из одного типа полупроводника, находящийся на подложке из полупроводника другого типа (рис. 7.6). С каждой стороны канала имеются два вывода. Третий вывод подключается к каналу, но он изолирован от канала слоем стекловидной двуокиси кремния. Этот третий вывод называется затвором, что объясняет термин «изолированный затвор».
Кремниевые микросхемы размещаются на подложке из полупроводникового материала. Резистор (рис. 7.7,а) образуется при осаждении на подложку резистивного материала и подключении двух металлических полосок к концам этого материала. Когда электрический ток протекает от одного вывода к другому, он должен проходить через резистивный материал.
Конденсатор (рис. 7.7,6) образуется при осаждении слоя металла на подложку, а затем помещении поверх металла диэлектрика. После этого осаждается еще один слой металла. Электроды выходят с разных концов конденсатора. Диэлектрик делается тонким с управляемой площадью диэлектрической поверхности, касающейся электродов. Чем тоньше диэлектрик и больше площадь поверхности, тем больше емкость крошечного конденсатора.
Работа диодов и транзисторов опирается на эффект р-я-переходов. Под р-я-переходом понимается место, где кусочек р-материала вплавлен в /i-материал. Предположим, что микросхема имеет подложку из р-материала. На ней размещается карман из я-материала. Затем в этом кармане с помощью диффузии образуется кусочек р-материала. На рис. 7.8 показано, как образуется кремниевый диод. Металлические выводы подключаются к я-карману и дополнительному кусочку р-материала. я-подключение становится катодом, а р-подключение — анодом диода.
Для образования я-р-я-транзистора используется та же процедура с добавлением еще одного этапа. В верхней части р-материала с помощью диффузии образуется еще один кусочек я-материала (рис. 7.9) и к нему присоединяется еще один вывод. Этот вывод называется эмиттером. Второй вывод от р-материала называется базой, а вывод нижнего слоя я-материала — коллектором.
р-я-р-транзистор конструируется аналогично, но изменяются материалы. Подложка должна быть я-ма-териалом, коллектор — р-материалом и эмиттер — р-материалом.
Полевой транзистор формируется аналогично, но структура слоев несколько усложняется. Например, на рис. 7.10 РМОП-транзистор имеет подложку из я-материала, а полоска из р-материала используется как канал, р-материал обозначается какр+, причем знак плюс означает «сильно легированный».
Как видно на рисунке, канал разделен на две области, между которыми находится я-подложка. При работе потенциал на двух кусочках р+ заставляет я-материал действовать как р и соединяет два кусочка в один канал. Можно считать, что два кусочка р+ действуют как один.
Вывод с левой стороны канала на рис. 7.10 называется истоком, а с правой стороны — стоком. Между ними находится затвор. Отметим, что затвор имеет изолятор между металлическим выводом и каналом. Затвор соединен с обеими сторонами канала. *
NMOn-технология аналогична РМОП-технологии, но все полупроводники меняются местами. Подложка состоит из р-материала, а канал — из я-материала. КМОП-микросхема имеет РМОП- и NMOn-тран-зисторы на я-подложке (рис. 7.11). РМОП-транзистор размещается на самой подложке, а для NMOn-тран-зистора образуется карман из р-материала, который действует как субподложка.
Мы рассмотрели основные компоненты, из которых состоят интегральные схемы. Они формируются и соединяются друг с другом, а затем на них подается питание. Из них состоят все БИС, а также семейства 7400, 74LS00, 4000 и 74С00 простых микросхем.

 

 

 

 Поиск и устранение неисправностей в персональных компьютерах