Тақырып: Интегралдық микросұлбалар

Қарастырылатын сұрақтар:

1. Интегралдық микросұлбалар туралы түсінік.

2. Интегралдық микросұлбалардың параметрлері.

Дәрістің қысқаша жазбасы:

Қазіргі электрондық құрылғылар өте күрделі және көп элементті болып келеді. Мысалы, электронды есептеу машиналарының құрамында 10⁷ шамасында элемент бар. Әрине элементтер саны көбейген сайын құрылғының салмағы, көлемі және бағасы артады, ал сенімді жұмыс жасау мүмкіндігі азаяды. Аталған мәселелерді шешуде электрондық құрылғыға кіретін элементтерді кішірейту және оларды атқаратын міндетіне (қызметіне) қарай топтастырып жасау маңызды орын алады. Мәселен күшейткіш каскадты, түрлендіргішті т. б. бір элемент етіп жасаса, құрылғыны жинастыру, жөндеу жұмыстарының жеңілдейтіні хақ. Бірнеше ұсақ электронды элементтерден тұратын және белгілі бір жұмысты атқаратын электрондық нәрсені интегралдық микросұлба деп атайды. Мұндағы «интегралдық» сөзі «жиынды» деген ұғымды білдіреді. Интегралдық микросұлбаның негізгі параметрлері жинастыру тығыздығы мен интеграциялық дәрежесі. Жинастыру тығыздығы деп интегралдық микросұлбаның бір текше сантиметр көлемінде орналасқан элементтердің санын айтады. Микросұлбаның интеграциялық дәрежесі оның құрамындағы элементтердің жалпы санымен анықталады. Әдетте егер микросұлбаның құрамында он элементке дейін болса бірінші интеграциялық дәрежелі, оннан жүзге дейін элемент болса екінші интеграциялық дәрежелі, жүзден мыңға дейін элемент болса үшінші интеграциялық дәрежелі т. с. с. деп саналады. Интеграциялық дәрежесі мыңнан артық интегралдық сұлбалар үлкен интегралдық сұлба деп аталады.

Интегралды микросұлбалар жасалу технологиясы бойынша жартылай өткізгішті, гибридті және қабыршақты болып бөлінеді. Жартылай өткізгішті интегралдық микросұлбаларда оның барлық элементтері және оларды жалғау жартылай өткізгіш материалдың ішінде немесе үстінде орындалады (8.1, а-сурет). Жартылай өткізгіштін үсті диэлектрик болып есептелетін силицийдің қос тотығымен жабылған, ал элементтердің арасындағы изоляция міндетін р-түрлі силиций аткарады. Элементтер металл қабық жартылайрымен жалғанған. Жартылай өткізгіштің көлемі ішінде диодтарды, транзисторларды, резисторларды және конденсаторларды жасауға болады. Конденсаторлардың сыйымдылығы ретінде р-nөтпесінің сыйымдылығы пайдаланылады. Жартылай өткізгішті интегралдық микросұлбаларды жасау технологиясы өте күрделі және көпқаржы жұмсауды керек етеді. Сондықтан оларды пайдалану өте көп мөлшерде шығарғанда ғана тиімді.

8.1-сурет. Жартылай өткізгішті (а) және гибридті (б) микросұлбалардың құрылысы мен электрлік сұлбасы (в).

Қабыршақты интегралды микросұлба деп дараланған элементтері мен элементтер ара байланыстары диэлектриктің беткі қабатына жартылай өткізгішті материалдары қабыршақ (пленка) жолымен жалатылған құрылғыны атайды. Қабыршақты элементтерді жасудағы жоғары дәлдігі біріктірілген технология бойынша жасалған микросұлбаларда пайдалануы мүмкін болып, онда актив элементтері мен пассив элементтердің бір бөлігі жартылай өткізгіш көлемінде, ал пассив элементтердің қалған бөлігі оның беткі қабатында қабыршақты етіп жалату жолымен орналастырылады. Мұндай екі технологияны бірден қолдану микросұлбалардың бағасын жоғарылатады, дегенмен олардың параметрлерінің дәлдігігің жоғары болуынына көп қолданыста болады.

Гибридті интегралдық микросұлбаларда резисторлар, конденсаторлар мен индуктивті шарғылар төсеніштің үстіне әртүлі әдіспен жұқтырылатын қабықжартылайрдың көмегімен орындалады да, ал жартылай өткізгішті нәрселер төсенішке жеке-жеке бекітіледі (8.1, б-сурет). Осылайша дайындалған интегралдық микросұлбалар қорапшаның ішіне орналастырылады да, сыртына керекті ұштары ғана шығарылады.

Гибридті интегралдық микросұлбаларды жасау технологиясы жартылай өткізгішті интегралдық микросұлбалардың технологиясына қарағанда оңай, элементтерге параметрлер беру дәлдігі жоғары, бағасы арзан. Бірақ массасы және көлемі үлкен де интеграциялық дәрежесі төмен.

Қазіргі интегралдық микросұлбалардың интеграциялық дәрежесі өте жоғары және функциялық қолданымы жан-жақты болып келеді. Интегралдық микросұлбалардың басты кемшілігі берер қуатының аздығы (шамамен 50... 100 мВт).

Жартылайөткізгіш диодтар және транзисторларға қарағанда инте­гралдық микросұлбалар жеке элемент емес, электр сигналдарын өзгертуге арналған біртұтас функционалдық құрылғы. Қолдануна қарай ин­тегралдық микросұлбалар біртұтас функционалдық құрылғыны сипаттайтын әртүрілі параметірлерге бөлінеді. Қолдануына қарай интегралды микросұлбалар сызықтық-импульстік және логикалық болып екіге бөлінеді.

Сызықты – импульстік микросұлбаларға кіретін және шығатын сигналдар арасында шамамен пропорциалық тәуелділікке әкелетін микросұлбаларды жатады. Кірерін сигнал болып кіретін кернеу болады, ал кіретін ток өте сирек болады, шығатын сигнал – шығатын кернеу.

Сызықты – импульстік микросұлбаларда басты функциональды параметрі: кернеу бойнша кұшейу коэффициент К_U, кіретін кедергі R_кір, максимальды шығатын кернеу U_{шық mах}, толқыеды диапазонының шектері ¦_т және ¦_ж, мұнда ¦_т – төменгі, ал ¦_ж- жоғарғы жұмыс облысы.

Қолдануына қарай сызықты – импульстік микросұлбалардың параметрлері әр түрлі мәндер болуы мүмкін. Бірақ соңғы кездері сызықты – импульстік микросұлбалардың универсальды түрін жасауға талпынуда, солардың ішінде тұрақты токтың кеңөрісті күшейткішін атауымыз керек. К³50000, R_вх³0,5 МОм, R_вых£100 Ом, ¦_в=20 МГц күшейткіштің жуықтатылған параметірлері.

Логикалық интегралды микросұлбалар, бірнеше кірістері және шығыстары бар құрылғы. Оларда кірген, шыққан кернеулері тек бір қалыпты көрсеткіште қана болады, ал шығу кернеуі әртүрілі кірген құрылғылардағы кернеудің бар, жоқтығына байланысты долады. Бұл микросұлбалардың басты параметрі кірген және шыққан кернеуі және жылдамдығы.

Интегралдық микросұлбалардың ортақ техникалық параметрлері— механическалық беріктілігі, жұмыс температураларының диапазоны, жоғарлатылған және төмендетілген қысымға шыдамдылығы және дымқылға қарсы тұруы -әдетте транзистордан, диодтардан кем емес.

Жоғарыда айтқандай интегралдық микросұлбалардың басты артықшылығы жоғарғы сенімділгі және өте үлкен еместігі.

Үлкен интегралды сұлбалар (ҮИС), бірнеше ондаған – мыңдаған элементтері бар, массасы бірнеше грамнан аспайды. Оның коп салмағы активті жартылай өткізгіш элементтерле емес, корпусна, шығысына және оның төсемшесіне келеді. ҮИС актив элементтерінің тығыздығы 10000—50000 эл/см³ болад.

Итегралды микросұлбалар жоғарғы жылдамдығымен ерекшелінеді, ПК, электр арасындағы сиымдылықты және қосатын сымдардың индуктиві сияқты паразитті параметірлерін төмендетеді. Бұл жағдай жоғарғытолқынды күшейткіштер 1 – 3 ГГц және 0,1нс кешігуімен жылдам логикалық сұлбалар.

Бақылау сұрақтары:

1. Интегралдық микросұлбалар қайда қолданылады?

2. Интегралдық микросұлбалар қалай жіктеледі?

3. Гибридті сұлбалардың ерекшеліктері неде?

4. Жартылай өткізгішті интегралдық микросұлбаны қалай жасайды?

5. Интегралдық микросұлбалардың параметрлері.