Электроника в вопросах и ответах

Существуют четыре типа интегральных микросхем, отличающихся технологией изготовления и свойствами: полупроводниковые, тонкопленочные, толстопленочные, гибридные. Наиболее распространены полупроводниковые интегральные микросхемы.

Интегральные микросхемы можно разделить на две группы с точки зрения условий работы содержащихся в них элементов: цифровые интегральные микросхемы и аналоговые интегральные микросхемы (часто называемые линейными интегральными микросхемами). В цифровых схемах активные элементы выполняют роль переключателей, которые могут принимать два крайних состояния: отпирания и запирания (или включения и выключения). В аналоговых схемах произвольный входной сигнал (в определенном интервале линейной работы) вызывает соответствующий выходной сигнал. К цифровым схемам относятся триггеры, к линейным — усилители.

Что такое полупроводниковые интегральные микросхемы?

Это интегральные микросхемы, все пассивные и активные элементы которых изготовлены в одной пластинке полупроводника (монокристалле кремния). Большую часть пластинки по толщине составляет подложка, и только в тонком приповерхностном слое находятся элементы схемы и соединения между ними, созданные методом диффузионно-планарной технологии. Такая технология позволяет создать в пластинке полупроводника (кремния) области с разным типом проводимости (р и n), а также соединения этих областей с металлическими контактами. Области с разным типом проводимости образуют переходы, выполняющие функции резисторов, конденсаторов, диодов, транзисторов. Тип проводимости определяется концентрацией примеси. Избыток доноров дает область с проводимостью типа n, избыток акцепторов — область с проводимостью типа р. Процесс изменения типа проводимости путем добавления примесей называется компенсацией.

Атомы примесей вводятся в полупроводник через поверхность с помощью диффузии, например путем помещения полупроводника в смесь паров с атомами примеси при достаточно высокой температуре. Возможно проведение даже тройной диффузии, при которой получают трехслойную структуру, содержащую два перехода; наиболее глубокой является первая диффузия. Ограничение областей, в которых путем диффузии примесей получают изменение типа проводимости, осуществляется с помощью слоев двуокиси кремния, предохраняющих от диффузии участки, покрытые таким слоем. Слой двуокиси кремния на пластинке создается окислением поверхности пластинки при высокой температуре. Вскрытие определенных участков (так называемых окошек) в слое окисла для проведения диффузии осуществляется растворением окисла в плавиковой кислоте. В процессе удаления слоев окисла с определенных участков поверхности пользуются фотомасками, облучаемыми ультрафиолетовыми лучами. Участки полупроводника, покрытые светочувствительной эмульсией и не засвеченные через маску (шаблон), образованную системой прозрачных и непрозрачных участков, вытравливаются. Этот процесс называется фотолитографией.

Слой окисла используется также для защиты поверхности полупроводника после окончания производственного процесса от загрязнений и влияния окружающей среды. Это — пассивация поверхности.

Полупроводниковые интегральные микросхемы являются наиболее распространенным типом интегральных микросхем, обеспечивающих максимальную миниатюризацию и надежность. При массовом производстве являются наиболее дешевыми. Плотность упаковки в полупроводниковых интегральных микросхемах доходит даже до нескольких тысяч элементов и более на 1 мм².

Как выполняются диоды и транзисторы в полупроводниковых интегральных микросхемах?

Изготовление диода осуществляется относительно просто. Используется процесс диффузии, создающий один р-n переход. Структура диода в интегральной микросхеме характеризуется плоским планарным) переходом, например таким, как на рис. 5.16.

Рис. 5.16.Структура полупроводникового диода в интегральной микросхеме:

_{1 — контакт; 2 — металлизация; 3 — двуокись кремния}

Электрические параметры диффузионного диода зависят от площади перехода, распределения и концентрации примесей. Транзисторы также изготавливаются на основе использования диффузии для получения двух переходов в планарной структуре (рис. 5.17).

Рис. 5.17.Схематическая структура транзистора в интегральной схеме:

_{1 — первая, 2 — вторая, 3 — третья диффузии}

Как создаются резисторы в полупроводниковых интегральных микросхемах?