Способы изоляции элементов в ПМС

Между активными и пассивными элементами ПMC, сформированными в объеме полупроводникового кристалла, необходимо обеспечить надежную электрическую изоляцию.

Изоляция элементов в ПМС может осуществляться следующими основными способами:

- обратно-смещенным р-п переходом (рис. 27, а);

- диэлектриком (рис. 27, б);

- комбинированным методом: сочетанием изоляции р-п переходом и диэлектриком (рис. 27, в).

- формированием активных и пассивных элементов в высокоомном полупроводнике, этот способ характерен для ПМС на МДП-транзисторах.

 

Рис. 27. Схематические изображения структуры биполярного транзистора, выполненной с использованием различных способов изоляции элементов в ПМС: обратно-смещённым р-п переходом (а); диэлектриком (б); комбинированным методом (в); 1 - обедненный слой изолирующего p-n перехода; 2 - диэлектрик; 3 - материал конструктивной основы.

 

Основным недостатком изоляции элементов ПМС р-п переходом является наличие значительных паразитных емкостей и токов утечки изолирующих р-п переходов, что особенно негативно сказывается в быстродействующих и микромощных ПМС.

Изоляция элементов диэлектриком позволяет создавать ПМС с улучшенными характеристиками по сравнению с микросхемами, в которых попользована изоляция р-п переходами, поскольку паразитные связи между элементами в таких микросхемах значительно снижены (на 3-4 порядка). Микросхемы с изоляцией диэлектриком имеют более сложную технологию изготовления и большую стоимостьпо сравнению с ИС с изоляцией обратно-смещённым р-п переходом. В настоящее время существует множество вариантов реализации изоляции элементов в кристалле диэлектриком, этот метод изоляции позволяет достичь максимально высокое качество реализации изоляции.

При комбинированном (совмещённом) способе изоляции достигается компромиссное сочетание достоинств и недостатков способов изоляции элементов микросхемы р – п переходом и диэлектриком, этот способ является достаточно прогрессивным и приемлемым для многих реализаций микросхем.

 

Лабораторное задание

Домашнее задание

1. Ознакомиться с описанием лабораторной работы.

2. Подготовить для заполнения форму табл. 4.

3. Подготовить начальную часть отчета, содержащую:

- титульный лист;

- цель работы;

- краткие теоретические сведения (2 - 4 с).

 

Работа в лаборатории

1. Изучить конструкции ПМС, их пассивных и активных элементов в соответствии с заданием (табл. 5).

Выполнить эскизы активных и пассивных элементов в соответствии с заданием (табл. 6).

Методика выполнения работы

 

ВНИМАНИЕ! При выполнении лабораторной работы совершенно недопустимо касаться пальцами поверхностей образцов микросхем. О замеченных неполадках, например об обрыве гибких выводов, сообщить преподавателю или лаборанту.

Форма таблицы 4

Параметры и характеристика конструкций элементов ПМС

Интегральная плотность кристаллаw’, мм^-2
Интегральная плотность ИС w, мм^-2
Степень интеграции микросхемы K
Наименования сложных транзисторов и их кол-во
Наименования тестовых элементов и их кол-во
Кристалл микросхемы (базовый, не базовый)
Способ изоляции элементов микросхемы
Конструктивно-технологический тип ИС
Функции, выполняемые ИС
Обозначение ИС

Таблица 5

Варианты заданий по изучаемым микросхемам

 

Номер варианта
Изучаемые микросхемы	134ТМ2 К1УТ051А 140УД1Б 133ЛА2 К145ИП1	140УД1А 564ЛА8 1ЛР342 1УТ221Б 527РУ2	133ЛР4 564ЛП2 134ТМ2 К145ИП1 140УД1Б	564ЛП2 133ЛА2 1ТР131А 527РУ2 140УД1Б	С1ЛБ342 А 564ЛН2 133ЛР4 527РУ2 1УТ221Б	164ЛЕ6 133ЛА2 134ЛА2 140УД1А К145ИП1
Номер варианта
Изучаемые микросхемы	134ЛА2 140УД1Б 564ЛН2 1ТР131А К145ИП1	140УД1Б 1ТР131А 164ЛЕ8 134ТМ2А 527РУ2	К1УС221Б 564ЛП2 134ЛА2 С1ЛБ342 К145ИП1	564ЛН2 164ЛЕ6 134ТМ2Б 140УД1Б 133ЛА2	133ЛА2 564ЛП2 134ТМ2Б 1ТР131А 140УД1Б	564ЛА8 1ТР131А 1ЛР342А 133ЛА2 527РУ2

 

Таблица 6

Варианты заданий по изучаемым элементам микросхем

 

№ вар.	Микросхема	Задание (топология эл-та)	№ вар.	Микросхема	Задание (топология эл-та)
	140УД1Б К1УТ051А	Мощный диод Гребенчатый тр.		564ЛП2   134ЛА2	n-канальный тестовый тр. 3-эмиттерный тр.
	134ЛР2 1УТ221Б	4-эмиттерный тр. Диод		140УД1Б 134ТМ2	Мощный диод 3-эмиттерный тр.
	134ТМ2     564ЛП2	3-эмиттерный тр.     p-канальный тестовый тр.		134ЛА2     564ЛП2	Тр. с П-образным контактом к коллектору n-канальн. тест. тр.
	140УД1Б 133ЛА2	Мощный диод 8-эмиттерный тр.		133ЛА2 140УД1Б	4-эмиттерный тр. тестовый тр.
	1УТ221Б 564ЛН2	Диод n-канальный тестовый тр.		140УД1Б 564ЛП2	Мощный диод p-канальный тестовый тр.
	133ЛА2 564ЛП2	8-эмиттерный тр. p-канальный тестовый тр.		1УТ051А 134ЛР2	Гребенчатый тр. 4-эмиттерный тр.

Порядок выполнения работы

 

1. Определить, к какому конструктивно-технологическому типу относится ПМС:

- ПМС на биполярных транзисторах;

- ПМС на биполярных транзисторах, изготовленная по совмещенной технологии;

- МДП ИС.

1. Определить способ изоляции элементов ПМС:

- p-n переходом;

- диэлектриком;

- комбинированный;

- высокоомным полупроводником.

1. Определить, на каком кристалле выполнена ПМС:

- на базовом;

- не на базовом.

1. Указать наименования и количество тестовых элементов:

- транзисторов;

- резисторов и т.д.

1. Указать наименования и количество сложных транзисторов:

- многоэмиттерных (с указанием числа эмиттеров для каждой конструкторской разновидности);

- гребенчатых;

- с древовидным эмиттером;

- с П-образным эмиттером

- и т.д.

1. Определить степень интеграции К = lg N, где N – число элементов в микросхеме, для каждой из микросхем вашего варианта (следует учитывать все элементы в кристалле –включённые и не включённые в состав схемы, а также тестовые)..
2. Определить интегральные плотности микросхемы и кристалла, соответственно
3. w = N / S и w’ = N / S’ для каждой измикросхем вашего варианта; здесь S – площадь микросхемы в корпусе, S’- площадь кристалла.

Результаты выполнения пунктов 1 – 7 свести в форму табл. 4.

1. Выполнить эскизы элементов согласно номеру Вашего варианта (см. табл. 6). Эскизы выполняются в двух проекциях (сечение и вид сверху) с указанием п- и р-областей.

 

Требования к отчету

 

Отчет должен содержать:

1) титульный лист;

2) цель работы;

3) краткие теоретические сведения (2 – 4 с.);

4) заполненную форму табл. 4;

5) эскизы конструкций активных и пассивных элементов микросхем.

 

Контрольные вопросы

 

6) Какие разновидности конструкций резисторов ПМС вам известны? Каковы их основные параметры?

7) Какие конструкции конденсаторов ПМС вам известны? Каковы их основные параметры?

8) Нарисуйте эквивалентную схему диффузионного резистора на базовом слое.

9) Нарисуйте эквивалентную схему диффузионного конденсатора на основе р-п перехода база-коллектор.

10) Каковы назначение и особенности конструкции диффузионной перемычки? Какие конструкции контактных площадок ПМС вам известны?

11) Какие конструкции диодов ПМС вам известны? Каковы их основные параметры?

12) В чём состоит эффект оттиснения эмиттерного тока?

13) Нарисуйте эскиз конструкции биполярного транзистора ПМС.

14) Какие требования предъявляются к активным областям биполярного транзистора ПМС?

15) Какие разновидности конструкций биполярных транзисторов средней и большой мощности вам известны?

16) Изобразите конструкцию многоэмиттерного транзистора.

17) Нарисуйте условное обозначение многоэмиттерного биполярного транзистора.

18) Нарисуйте эскиз конструкции транзистора Шотки.

19) Нарисуйте эквивалентную схему транзистора Шотки.

20) Изобразите эскиз конструкции МДП-транзистора.

21) Изобразите эскиз конструкции полевого транзистора с управляющим р-п переходом.

22) Что представляют собой МДП ИС на комплементарных транзисторах?

23) Для чего предназначены тестовые элементы? Каковы их характерные признаки?

24) Для чего предназначены фигуры совмещения?

25) Каковы способы изоляции элементов в МДП ИС? Дайте их сравнительную характеристику.

 

 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для вузов.- М.: Лаборатория базовых знаний, 2001-2003 – 488 с.

2. Митрофанов О.В., Симонов Б.М, Коледов Л.А. Физические основы функционирования изделий микроэлектроники.- М.: Высшая школа, 1987 -167 с.

3. Лачин В.И., Савёлов Н.С. Электроника: Учебное пособие для вузов, 3-е изд.- Ростов н /Д: Феникс, 2002 – 572 с.

4. Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов.- М.: Радио и связь, 1990, 264с.

5. Щука А.А. Электроника: Учебное пособие.-СПб.: БХВ-Петербург, 2005.-800с.

6. Штернов А.А. Физические основы конструирования, технологии РЭА и микроэлектроники.- М.: Радио и связь, 1981, 248 с.

7. Бурбаева Н.В., Днепровская Т.С. Сборник задач по полупроводниковой электронике.-М.: Физматгиз, 2004.-168с.