Интегральные микросхемы

Постоянное усложнение схем электронных устройств привело к существенному увеличению количества входящих в них элементов. В связи с этим возникает проблема все большей миниатюризации электронных приборов. Это стало возможным только на базе современного научно-технического направления электроники – микроэлектроники, основным принципом которой является объединение в одном сложном микроэлементе многих простейших – диодов, транзисторов, резисторов, конденсаторов и др. Эти достаточно сложные элементы обладают высокой надежностью и быстродействием, энергии потребляют мало, а стоят недорого. Такие сложные микроэлементы называют интегральными микросхемами (или просто микросхемами). Внешний вид одной из таких микросхем показан на рис. 12.20.

Рис. 12.20

Рис. 12.21

В зависимости от технологии изготовления микросхемы разделяют на гибридные и полупроводниковые. Гибридная микросхема представляет собой диэлектрическое основание (стекло, керамика), на которое в виде различных пленок наносят пассивные элементы – резисторы, конденсаторы, соединительные проводники. Для этого используют напыления из золота, серебра, меди.

Активные элементы – бескорпусные полупроводниковые приборы – навешивают на диэлектрик. Все это объединяют в одном корпусе с выводами (рис. 12.21). Плотность расположения элементов в гибридной микросхеме может достигать 500 шт./см².

Основным достоинством гибридных микросхем является высокая точность параметров элементов, входящих в микросхему, например, резисторы, выполненные из пленочного тантала имеют точность не хуже 0,5 %.

Полупроводниковые микросхемы изготовляют из единого кристалла полупроводника (рис. 12.22), отдельные области которого представляют собой различные активные и пассивные элементы.

Рис. 12.22

Элементы полупроводников микросхем получают в едином технологическом процессе. Резисторы, например, получают посредством легирования полупроводника. Сопротивление резистора зависит от размеров данной области полупроводника и его удельного сопротивления. Высокоомные резисторы получают посредством создания эмиттерных повторителей в кристалле.

Диоды и транзисторы получают путем избирательного травления исходного кристалла на нанесенной ранее маске и создания изоляционного слоя окиси кремния. Затем напыляют или наращивают слой поликристаллического кремния и после повторного травления в определенные области кристалла с помощью диффузии вводят акцепторные и донорные примеси, то есть получают участки с электропроводностью р- и n-типа. Для соединения отдельных элементов микросхемы между собой используют золотые и алюминиевые пленки, которые наносят с помощью напыления. Все элементы помещают в металлический или пластмассовый корпус и соединяют с выводами с помощью золотой или алюминиевой проволоки диаметром до 10 мкм.

Интегральные микросхемы в зависимости от назначения подразделяют на линейно-импульсные и логические и могут иметь в отличие от обычных электронных приборов несколько входных и выходных параметров, которые строго нормируются. Микросхемы представляют собой целые функциональные узлы электронных устройств, например, генераторы, усилители, счетчики импульсов и др.

Контрольные вопросы:

1. Чем отличается полупроводник от металла и диэлектрика?

2. Какие типы носителей тока существуют в полупроводниках?

3. Что такое легирование проводника?

4. Какие два типа примесей используются для легирования?

5. Что определяет тип проводимости ( или ) легированного полупроводника?

6. Что такое переход и каково его основное свойство?

7. Нарисуйте вольт-амперную характеристику перехода?

8. Каково прямое падение напряжения для германиевых и для кремниевых диодов?

9. Что такое напряжение пробоя?

10. Нарисуйте схематическое обозначение диода и обозначьте выводы.

11. Какие методы изготовления переходов вы знаете?

12. Каковы особенности работы стабилитрона?

13. Как стабилитрон включается в цепь?

14. Нарисуйте схему регулирующей цепи со стабилитроном и опишите ее работу.

15. Опишите структуру тиристора.

16. Нарисуйте вольт-амперную характеристику неуправляемого тиристора и опишите его работу.

17. Нарисуйте семейство вольт-амперных характеристик управляемого тиристора.

18. Опишите структуру симистора.

19. Для чего используются тиристоры?

20. Как устроен транзистор?

21. Какие два типа биполярных транзисторов существуют?

22. Как называются электроды биполярного транзистора?

23. Нарисуйте схематические обозначения и транзисторов.

24. Как правильно подать напряжение смещения на и транзисторы?

25. Для чего используются транзисторы?

26. Чем конструкция полевого транзистора с переходом отличается от конструкции биполярного транзистора?

27. Нарисуйте схематические обозначения полевых транзисторов с переходом с каналом и с каналом и обозначьте их выводы.

28. Нарисуйте схемы подачи смещения на полевые транзисторы с переходом с каналом и с каналом.

29. Чем отличается конструкция МОП (металл-окисел-полупроводник) транзистора от конструкции полевого транзистора с переходом?

30. Опишите, как происходит управление током в полевом МОП транзисторе.

31. Нарисуйте схематические обозначения МОП транзисторов обеденного типа с каналом и с каналом и обозначьте их выводы.

32. Чем МОП транзисторы объединенного и обогащенного типа отличаются друг от друга?

33. Нарисуйте схематические обозначения МОП транзисторов обогащенного типа с каналом и с каналом и обозначьте их выводы.

34. Перечислите правила, которые должны соблюдаться при работе с незащищенными МОП транзисторами.

35. Что такое интегральная микросхема?

36. Какие компоненты могут быть включены в интегральные микросхемы?

37. Какие методы используются для изготовления интегральных микросхем?

38. Какие материалы используются для корпусов интегральных микросхем?