Интегральные микросхемы. Современная электроника характеризуется тенденциями к микроминиатюризации и интеграции — создание миниатюрных функциональных схем на одном кристалле

Современная электроника характеризуется тенденциями к микроминиатюризации и интеграции — создание миниатюрных функциональных схем на одном кристалле полупроводника. В течение каждых 10 лет сложность интегральных электронных схем увеличивается примерно в 10 раз, при этом размер одного активного элемента в интегральной микросхеме меньше 1 мкм³. Повышение степени интеграции обеспечивает снижение массы, габаритов и стоимости электронных схем, повышение их надежности. Интегральная микросхема представляет собой неразъемное соединение функциональных компонентов, выполненное на одной подложке и заключенное в общий корпус.

Интегральные микросхемы в зависимости от технологического принципа принято делить на полупроводниковые (с активной подложкой) и гибридные (с пассивной диэлектрической подложкой). Изредка встречается совмещенные интегральные схемы. В полупроводниковых ИС все элементы изготавливаются внутри активной полупроводниковой подложки (кристалла кремния) единой технологией. Этим достигается большая степень интеграции, но ограничивается диапазон значений параметров компонентов и их изоляция. Полупроводниковые ИС могут быть монолитные или многокристальные. Активным элементом полупроводниковых ИС является биполярный или МОП-транзистор. Биполярные транзисторы используются только n-p-n-типа, они обеспечивают большие коэффициенты усиления тока и быстродействие. Это связано с тем, что легче создать более высокую концентрацию электронов в полупроводнике, чем дырок. Пассивные элементы схем (емкость, диод) выполняются на основе p-n-переходов или (резистор) объемом равномерного полупроводника. Наиболее удобной в технологии изготовления ИС оказалась структура МОП, с помощью которой можно сформировать как активные, так и пассивные элементы.

Гибридные ИС состоят из керамической подложки, на которую последовательно монтируют бескорпусные активные элементы, пассивные элементы и соединения в виде толстых или тонких пленок, например, напылением через трафарет. В гибридных микросхемах обеспечивается хорошая изоляция элементов и возможность варьировать их параметрами, но степень интеграции по сравнению с монолитными полупроводниковыми ИС невысока.

По степени интеграции интегральные схемы классифицируют на микросхемы малой (МИС), средней (СИС) и большой (БИС) степенью интеграции.

По характеру выполняемых функций принято делить ИС на цифровые и аналоговые. Цифровые микросхемы используются в схеме преобразования дискретных сигналов: логические схемы, схемы счетчиков, дешифраторов, регистров, запоминающих устройств и т.п. Аналоговые микросхемы осуществляют преобразование линейных сигналов: усиление, фильтрация, детектирование и т.п.

По типу компонентов, используемых для выполнения логических операций, различают цифровые микросхемы с транзисторной логикой и непосредственной связью (ТЛНС), с транзисторной логикой и резистивной связью (РТЛ), с транзисторной логикой и резистивно-емкостной связью (РЕТЛ), диодно-транзисторной логикой (ДТЛ), транзисторно-транзисторной логикой (ТТЛ) и транзисторной логикой и эмиттерной связью (ТЛЭС).

Обозначение интегральной схемы содержит в себе четыре элемента. Первый элемент обозначения — цифра, указывающая на конструктивно-технологическое исполнение. При этом цифры 1, 5, 7 применяются для обозначения полупроводниковых, цифры 2, 4, 6, 8 – гибридных, а цифра 3 – для прочих (вакуумных, пленочных) микросхем.

Второй элемент обозначения — две или три цифры номера разработки. Третий элемент – две буквы функциональной принадлежности, например:

ГС — генератор гармонических сигналов, ИР — регистр, ИЕ — счетчик импульсов, ЛА — логическая схема И-НЕ и т.д.

Четвертый элемент обозначения — номер разновидности данного функционального элемента.

В конце обозначения может указываться буква, характеризующая разброс параметров микросхемы.

Для элементов широкого применения в начале обозначения могут ставится буквы К. КМ. КР.

Обозначение операционного усилителя коммерческой серии 140 выглядит следующим образом: К140УД14А.

Функциональное назначение интегральных микросхем может быть очень различным: от простейших наборов отдельных транзисторов до сложных схем – операционных усилителей, аналого-цифровых и цифрово-аналоговых преобразователей, схем стабилизации напряжения, запоминающих устройств и микропроцессоров. Особенно бурно развиваются цифровые интегральные микросхемы.

УСИЛИТЕЛИ