Главная Движение носителей электрических зарядов



-кбар


Рис. 17.38

верхом варианте (г) используется р-п-переход коллектор - база, а а1ит-тер разомкнут; в пятом варианте (S) используются оба р-п-перехода, но эмиттер и коллектор соединены между собой так, что эмиттерный и коллекторный р-п-переходы включены параллельно. В каждом варианте включения параметры диодов разные. Первый вариант обеспечивает получение быстродействующих диодов, так как в этом случае накопление носителей заряда может происходить только в базовой области, которая очень тонкая, поэтому время восстановленияобратного тока Твр» в этом варианте минимально. В других вариантах заряд накапливается не только в базе, но и в коллекторе и Твое большое. Вследствие этого первый вариант используют в логических ИМС, где необходимо высокое быстродействие.

Резисторы. В биполярных ИМС для создания резисторов используют одну из областей биполярной транзисторной структуры: эмиттер, базу или коллектор. Основу этих стругстур составляет один из слоев ИМС, получаемый методом диффузии. Отсюда назвагше таких резисторов -диффузионные. Диффузионные резисторы изолированы от остального объема полупроводника р-п-переходами. Полупроводниковые резисторы с большими значениями сопротивлений получают не диффузией, а методом ионной имплантации примесей. Такие резисторы называют ионно-ле-гированными.

Резисторы получают также на основе различных вариантов МОП-структзр. Их используют в качестве нагрузочных резисторов в цифровых ИМС на основе МОП-транзисторов.

Конденсаторы. В полупроводниковых биполярных ИМС пршченяют конденсаторы на основе р-и-переходов, смещенных в обратном направлении {диффузионные конденсаторы). Формирование конденсаторов производится в едином технологическом цикле одновременно с изготовлением транзисторов и диффузионных резисторов, что не требует дополнительных технологических операций для их изготовления.



Диэлектриком в таком конденсаторе служит область объемного заряда р-и-перехода. Условием работы конденсаторов является правильное включение напряжения смещения, так как принцип их работы основан на том, что барьерная емкость р-п-перехода проявляется при обратном смещении перехода и зависит от смещения. Диффузионные конденсаторы могут выполнять функции как постоянной, так и переменной емкостей.

Конденсаторы могут быть созданы и на основе МОП-транзисторов. В качестве диэлектрика используют слой SiOj. Одной обкладкой такого конденсатора служит слой металла - пленка алюминия, другой - сильнолегированная область полупроводника (и-слой). Индуктивньхе катушки и трансформаторы в полупроводниковых ИМС отсутствуют, так как еще не найдены пути их создания.

Элементы пленочных ИМС. Технология пленочных ИМС позволяет выполнить только пассивные элементы, в том числе и индуктивные катушки. Резисторы, конденсаторы и индуктивные катушки изготовляют путем напыления или нанесения многослойных резистивных, проводящих и изолирующих пленок на поверхность подложки.

Пленочные ИМС в зависимости от способа нанесения и толщины пленок подразделяют на тонкопленочные (толщина пленок до 1-2 мкм) и толстопленочные (толщина пленок 10-20 мкм и выше). Так как все пленочные элементы располагают на диэлектрической подложке, отпадает необходимость в их изоляции. Расстояния между элементами сравнительно большие, подложка достаточна толстая, поэтому паразитные емкости практически отсутствуют.

Индуктивные катушки изготовляют путем напыления на подложку проводящих спиралей различной конфигурации. На рис. 17.39 показана пленочная катушка индуктивности в виде прямоутольной спхфали.

Большае интегральные схемы (EHQ. Создание БИС (см. табл. 17.2) характеризует новый этап в развитии микроэлектроники. Высокая степень интеграции в БИС может быть обеспечена увеличением плотности упаковки элементов. Функциональная сложность БИС связана с большим числом контактов, сложным рисунком и большой площадью металлизации, а также значительной площадью для изоляции элементов. Все это требует решения схемотехнических проблем, размещения базовых элементов.

Решение комплекса проблем - технологических, схемотехнических, физических и др.- привело к функциональной интеграции, т. е. к интеграции элемента, иначе - к использованию одного и того же участка кристалла для выполнения нескольких функций. С этой целью совмещают пассивные элементы с базовыми или коллекторными элементами транзисторов; рабочие области диодов и транзисторов; области различных транзисторов с вертикальной и горизонтальной структурами. Кроме того, функциональная интеграция предусматривает новую органи-

ш7ш77777777а

Штжка

Рис. 17 39



зацию цепи питания. Типичным примером такой интеграции могут служить схемы ИЛ.

В качестве активньк элементов, на базе которых создают БИС, используют и биполярные транзисторы, и МДП-транзисторы. БИС одинакового функционального назначения на биполярных транзисторах обладают большими быстродействием и отношением быстродействия к потребляемой мощности, чем БИС на МДП-транзисторах. Однако использование МДП-транзисторов позволяет значительно увеличить степень интеграции.

Наиболее перспективными являются схемы с инжекционным питанием ИЛ. Поскольку БИС представляют собой сложные ИМС, содержащие огромное число активных элементов, производство их может быть экономически оправдано только в случае массового выпуска. Для этого необходимо, чтобы БИС были универсальными. Однако определить набор универсальных функциональных узлов массового применения с таким высоким уровнем интеграции пока не удалось. В результате обеспечения универсальности БИС достшают за счет электрического переключения входящих в нее ИМС по специальным программам, соответствующим разным функциям. Функциональные свойства БИС программируют при их проектировании. На таких программно-управляемых БИС выполняют микропроцессоры, схемы оперативной и постоянной памяти, составляющие основу вычислительньк систем.

Глава 18

УСИЛИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

§ 18.1. Основные определения

Устройства, с помощью которьк путем затраты небольшого количества электрической энергии управляют энергией существенно большей, называют усилителями. Усилители находят широкое применение в различных областях науки и техники. В состав усилителя входят усилительный (активный) элемент, пассивные элементы и источник питания. Назначение усилительного элемента - преобразование электрической энергии источника питания в энергию усиливаемых сигналов. Усиливаемый сигнал, подаваемый на вход усилителя, осуществляет управление процессом преобразования этой энергии. В результате выходной сигнал является функцией входного сигнала. Мощность выходного сигнала за счет энергии источника питания во много раз больше мощности усиливаемого сигнала. Мощность усиленных сигналов выделяется в натрузке, которую включают в выходную цепь усилителя. Пассивные элементы усилителя служат для обеспечения нужного режима работы усилительного элемента и для некоторьк других целей.

Усилитель можно представить в виде четырехполюсника 2, к входным зажимам которого подключен источник сигнала 2, а к выходным - натрузка 3 (рис. 18.1). Если один усилительный элемент усилителя не



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 [118] 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0126