Классификация Интегральные микросхемы

Введение

Полупроводниковая интегральная схема (ИС) изготовляется на подложке монокристаллического кремния площадью 1…10 мм². На столь малой площади располагается несколько десятков (иногда сотен) пассивных и активных интегральных элементов: транзисторов (полевых, биполярных, p–n–p- и n–p–n-типов, малосигнальных, мощных импульсных), диодов, резисторов, конденсаторов. Эти элементы объединяются в схему, которая должна удовлетворять нескольким требованиям: иметь заданные электрические параметры, быть многофункциональной в применении, технологичной для массового производства, обладать малой себестоимостью и большой надежностью.

Структуры интегральных схем

Конструкции активных элементов полупроводниковых микросхем по биполярной технологии

Транзисторы типа n–p–n.

Биполярный транзистор n–p–n типа является ключевым элементом полупроводниковых микросхем. Остальные элементы микросхемы выбираются и конструируются таким образом, чтобы они совмещались с основной структурой. Их изготавливают одновременно с созданием n–p–n транзистора на основе какой либо из его областей. Такими образом, выбор физической структуры транзистора однозначно определяет основные электрические параметры микросхемы.

Самое широкое распространение получила транзисторная структура n–p–n структура со скрытым подколлекторным n ⁺–слоем (рис. 1). Из рисунка видно, что вывод коллектора расположен на поверхности прибора. Это ведет к увеличению сопротивления тела коллектора и ухудшению характеристики транзистора как в усилительном, так и в переключающем режимах. Увеличение степени легирования всего объема коллекторной области и уменьшение ее удельного сопротивления снижает пробивное напряжение перехода коллектор–база и увеличивает емкость это перехода, т.е. ухудшает характеристики транзистора. Решением этой проблемы является создание скрытого высоколегированного n ⁺–слоя на границе коллектора и подложки. Этот слой обеспечивает низкоомный путь току от активной коллекторной зоны к коллекторному контакту, не снижая при этом величину пробивного напряжения перехода коллектор база. Конструктивно этот слой расположен непосредственно под всей базовой областью и простирается вплоть до коллекторного контакта. Типичные значения этого слоя приведены в табл. 3.

Рабочая зона транзистора начинается непосредственно под эмиттерной зоной (см. рис. 1). Для обеспечения необходимого коллекторного тока при минимальном последовательном падении напряжения коллекторный контакт располагается как можно ближе к эмиттерному. Минимальные значения горизонтальных размеров прибора определяются технологическими факторами:

– минимально достижимым при фотолитографии размерами окон в окисле и зазоров между окнами;

– глубиной боковой диффузии примеси под окисел.

Табл. 3 Типичные параметры слоев интегрального n–p–n транзистора Наименования слоя N, см^–3 d, мкм r O, Ом·см r S, Ом/ Подложка p–типа 1,5·10^15 200…400 10 – Скрытый n^+–слой – 2,5…10 – 15…50 Коллекторный n–слой 10^16 3,5…12 0,15…5,0 – Базовый p–слой 5·10^16 1,5…2,5 – 100–300 Эмиттерный n^+–слой 10^21 0,5…2 – 2…15 Изолирующая область – 3,5…12 – 6…10 Окисная пленка – 0,3…0,6 – – Алюминиевая пленка – 0,6…1,0 2,7·10^-6 0,06…0,1

Это надо учитывать при проектировании транзисторов для микросхем. Таким образом расстояние между базовой областью и коллекторным контактом должно быть значительно больше суммы размеров боковой диффузии p –базы n ⁺–области под коллекторным контактом. Назначение этой n ⁺–области состоит в обеспечении надежного формирования невыпрямляющего алюминиевого контакта к слабо легированной n –области коллектора. Расстояние между изолирующей областью p –типа и элементами транзистора определяются также эффектом боковой диффузии. Они должны быть равны примерно толщине эпитаксиального слоя, которая обычно составляет 3,5…12 мкм. Основные параметры слоев интегрального n–p–n транзистора приведены в табл. 3.

Для уменьшения сопротивления коллектора, а следовательно и характеристик транзистора используют семеричную конфигурацию коллектора (рис. 2). В этом случае коллекторный ток протекает к эмиттеру с трех сторон и сопротивление коллектора оказывается примерно в три раза меньше, чем в структуре представленной на рис. 1. Для конструкции транзистора симметричной конфигурацией облегчается разработка топологии металлической разводки, так как в ней оказывается возможным часть коллекторной области разместить под окислом, а по верх окисла над коллектором провести проводник к эмиттерной или базовой области. На рис. 2 даны топологические размеры областей интегрального биполярного транзистора для микросхемы средней степени интеграции.

При увеличении рабочего тока в транзисторе происходит увеличении плотности тока эмиттера. Это в свою очередь приводит к повышению рекомбинационным потерям носителей в области краев эмиттера и уменьшению коэффициента усиления. Для уменьшения этого эффекта необходимо выбирать топологию мощных транзисторов таким образом, чтобы обеспечить максимальное отношении периметра эмиттера к его площади. На рис. 3 представлена топология и структура для планарного транзистора большой мощности. Для транзистора средней мощности можно использовать две эмиттерные области включенные параллельно, для мощного транзистора использовать “гребенчатую” структуру, т.е. область в которой эмиттерные и базовые области чередуются.

Для повышения значения коэффициента усиления n–p–n транзистора используют так называемый транзистор с тонкой базой. У этих транзисторов толщина базы составляет 0,2…0,3 мкм, а коэффициент усиления – 2000…5000 при I_К = 20 мкм и U_КЭО = 0,5 В. Основным недостатком транзистора с тонкой базой является низкое пробивное значение коллектор– эмиттер, которое составляет 1,5…2 В.

Транзисторы типа p–n–p.

Такой тип биполярного транзистора главным образом используются как нагрузочные приборы для n–p–n переключательных транзисторов. Все существующие варианты интегральных p–n–p транзисторов существенно уступают n–p–n транзисторам по коэффициенту усиления и придельной частоте. Для их изготовления используется стандартная технология, оптимизированная для формирования n ⁺– p–n транзистора.

Наиболее часто используются горизонтальные p–n–p транзисторы, топология и структура которого представлена на рис. 4. Эти транзисторы изготавливаются одновременно с n ⁺– p–n транзисторами по обычной технологии. Эмиттерный и коллекторный слой получают на этапе базовой диффузии, причем коллекторный слой охватывает эмиттерный со всех сторон. Базовая область формируется на основе эпитаксиального слоя с подлегированнием контактной области во время эмиттерной диффузии. Перенос носителей в таком транзисторе протекает в горизонтальном направлении. Перенос носителей наиболее эффективен в приповерхностной области, так как здесь расстояние между эмиттером и коллектором минимальное и наиболее высока концентрация примеси в p –слоях. Ширина базы в p–n–p транзисторе (см. рис. 4) составляет примерно 3…4 мкм (не удается сделать меньше из-за боковой диффузии). В этом случае коэффициент усиления удается получить равным 50, а предельная частота составляет 20…40 МГц.

Для уменьшения действия паразитного p–n–p транзистора (p –эмиттер, n –эпитаксиальный слой, p –подложка) стремятся уменьшить площадь донной части эмиттера (его делают по возможности более узким), используют скрытый n ⁺–слой вдоль границы эпитаксиального слоя и подложки.

Основным недостатком горизонтального транзистора p–n–p транзистора является сравнительно большая ширина и однородность распределения примеси в ней (этот транзистор является бездрейфовым). Эти недостатки можно устранить использованием дрейфовой структуры, в которой два электрода в противоположных концах базы создают в базовом слое электрическое поле, уменьшающее время переноса инжектированных дырок и создает в эмиттере смещение, снижающее инжекцию из его донной части.

Совершенно не изменяя топологический процесс изготовления n ⁺– p–n транзистора, чисто конструктивно и за счет подключения соответствующих областей транзисторной структуры можно сформировать еще один вариант p–n–p транзистора, так называемый подложечный транзистор (рис. 5). Поскольку подложка микросхемы обычно подключена к точке схемы, имеющий наибольший отрицательный потенциал, то транзистор можно подключать только по схеме с общим коллектором. Этот транзистор, как и горизонтальный p–n–p транзистор, имеет низкий коэффициент усиления и малую граничную частоту. База этого транзистора является слаболегированным эпитаксиальным слоем и из-за этого обладает большим сопротивлением и повышенной паразитной емкостью коллекторного перехода из-за значительных его размеров.

Составные транзисторы.

Для повышения коэффициента усиления схемы используют составные транзисторы. Они могут быть реализованы как на основе двух транзисторов одного типа, так и на основе транзисторов разного типа. На рис. 8 представлена структура, в которой в зависимости от схемы соединения может быть осуществлен составной транзистор, состоящий из двух n – p – n транзисторов с общим коллектором, или составной транзистор, состоящий из вертикального n – p – n транзистора и горизонтального p – n – p транзистора. Составной транзистор имеет коэффициент усиления, равный произведению коэффициента усиления составляющих его транзисторов, однако быстродействие его определяется наименее быстродействующим транзистором.

МНОП–транзисторы.

Одним из вариантов МДП–транзистора с многослойным диэлектриком является структура метал–нитрид кремния–окисел кремния–полупроводник (МНОП). Пленка нитрида кремния обладает высокой пассивирующей способностью и обладает высокой диэлектрической проницаемостью. Это позволило снизить пороговое напряжение до 1 … 1,5 В и повысить удельную крутизну.

Однако использование только одного нитрида кремния в качестве подзатворного диэлектрика невозможно, так–как появляется заряд на границе раздела кремний–нитрид кремния, зависящий от напряжения на затворе. Это приводит к непостоянству порогового напряжения и его гистерезису.

Использование МНОП–структуры позволило получить приборы, в которых эквивалентная толщина диэлектрика меньше примерно в полтора раза, а пороговое напряжение меньше в среднем на 1 В. Эту структуру при толщине пленки SiO₂ 0,005 мкм можно использовать в качестве элемента памяти в ППЗУ с электрическим стиранием и записью информации.

МОАП–транзисторы

Использование Al₂O₃ в качестве второго подзатворного диэлектрика связано с его способностью, создавать на границе с SiO₂ встроенный отрицательный заряд. Это позволяет создавать n –канальные приборы с индуцированным каналом, работающие в режиме обогащения при пороговом напряжении, примерно равном +1 В.

Конструкции МДП–транзисторов с
поликремневыми затворами.

В МДП–транзисторах с алюминиевым затвором имеется значительные по площади области перекрытия затвора с областями истока и стока (рис. 13). Это приводит к наличию паразитных емкостей C _ЗИ C _ÇÑ, а как следствие снижение производительности МДП–микросхем. Уменьшение размеров областей перекрытия затруднено ошибками совмещения фотошаблонов металлизации с областями стока и истока. Разрешающая способность фотолитографии по алюминию составляет примерно ± 1 мкм.

Использование полкремния в качестве материала затвора (рис. 18) позволило упростить технологию и повысить параметры МДП–транзисторов.

Использование полкремния в качестве материала затвора позволяет уменьшить глубину залегания p–n переходов истока и стока (до 2…1,5 мкм) и боковую диффузию (до 0,6… 1,2 мкм), а вместе с тем значительно уменьшить перекрытие между затвором и областями стока и истока, и соответственно снижены значения соответствующих паразитных емкостей. Наименьшие величины перекрытия получены при использовании ионного легирования при формировании областей стока и истока, однако сопротивление поликремневыевых шин остается высоким. Для увеличения проводимости шин используют комбинацию диффузионного и ионного легирования.

Уменьшение канала до 4…6 мкм за счет более точного формирования конфигурации истока, стока и затвора и меньшего перекрытия этих областей. Снижение толщины подзатворного диэлектрика до 0,07…0,1 мкм позволило резко увеличить крутизну характеристика транзисторов и повысить быстродействие микросхем.

Использование технологии изготовления МДП БИС с поликремневыми затворами транзисторов, сочетающей диффузионное и ионное легирование, позволило создать МДП–транзисторы со встроенным каналом, работающее в режиме обеднения (рис. 19). Нагрузочные транзисторы n– МДП–типа со встроенным каналом обладают более высоким быстродействием, лучшей помехоустойчивостью и занимают в двое меньшую площадь, чем нагрузочные транзисторы, работающие в режиме обогащения при той же потребляемой мощности.

Интегральные резисторы.

Резисторы микросхем изготавливают на основе диффузионных слоев транзисторной структуры (эмиттерная и базовая области), в эпитаксиальном слое (коллекторная область) и при помощи ионного легирования.

Диффузионные резисторы (ДР). ДР изготавливают одновременно с базовой или эмиттерной областью транзистора. Сопротивления тела ДР представляет собой объемное сопротивление участка диффузионного слоя, ограниченного p–n переходом. Оно определяется геометрическими размерами резистивной области и характеризуется распределением примеси по глубине диффузионного слоя. При создании микросхем параметры диффузионных слоев оптимизируются с целью получения наилучших характеристик n–p–n транзисторов, поэтому параметры ДР улучшаются не за счет варьирования технологических режимов, а выбором конфигурации и геометрических размеров тела резистора. Геометрические формы ДР представлены на рис. 30. Низкоомные резисторы (десятки Ом) имеют форму, представленную на рис. 30, а и малое отношение длины к ширины (l/b). Форма и размер контактов к ним выбирается такими, чтобы сопротивление при контактной области было значительно меньше сопротивления основной области резистора. Резисторы с сопротивлением в сотни Ом и до единиц кОм имеют вид, изображенный на рис. 30, б, в, в котором длина и ширина приконтактной области равна ширине резистора. Топология, показанная на рис. 30, д, г, используется для создания высокоомных резисторов. В ней тело резистора имеет сравнительно малую ширину, контактные области имеют размеры, определяемые возможностями технологии по созданию надежного контакта металлического проводника с полупроводниковым материалом. Еще более высокоомные резисторы имеют форму меандра (рис. 30, е) или изготавливаются в донной части базового слоя, так называемые пинч–резиторы (рис. 30, ж). Длина однополоскового диффузионного резистора не может превышать размеров кристалла, т.е. 1…5 мкм, а ширина ограничена минимальной шириной окна под диффузию, определяемого возможностью фотолитографии (2,5…3 мкм), и боковой диффузией p–n перехода под окисел. Типичные значения сопротивлений ДР, которые можно получить при данной величине r _S, лежат в диапазоне 0,25· r _S < R <10⁴· r _S. Нижний предел ограничивается сопротивлением контактных областей, а верхний – допустимой площадью, отводимой под резистор.

Воспроизводимость номинальных значений сопротивления ДР обычно составляет 15…20 % и зависит от ширины резистора. Отклонение от номинального сопротивления резистора, расположенных на одном кристалле, за счет неточностей технологии имеют один и тот же знак, т.е. меняются в одну сторону, поэтому отношение сопротивлений сохраняется с высокой точностью. Аналогично температурный коэффициент отношения сопротивлений мал по сравнению с ТКС для отдельного резистора (0,15…0,03 %/°C). Эта особенность ДР учитывается при разработки полупроводниковых микросхем.

На основе эмиттерной области формируются резисторы небольших номиналов (3…100 Ом с ТКС 0,01…0,02 %/°C), поскольку r _S эмиттерного слоя не велико.

Пинч–резисторы. При необходимости создания в микросхемах резисторов с большим сопротивлением используют пинч–резисторы. Они формируются на основе донной слаболегированной области базового слоя с большим сопротивлением и имеют меньшую площадь сечения (рис. 31). максимальное сопротивления таких резисторов составляет 200…300 кОм/. Пинч–резисторы имеют большой разброс номиналов (до 50 %) из–за трудностей получения точных значений толщины донной части p– слоя, большой ТКС (0,3…0,5 % / °С) из–за меньшей степени легирования донной части.

У пинч–резистора n ⁺– и p – слое закорочены закорочены металлизацией (см. рис. 31) и соединены с выводом резистора, находящимся под большим положительным потенциалом, чем остальные области структуры. Такое соединение обеспечивает обратное смещение на всех переходах пинч–резистора. Этот резистор имеет линейный участок ВАХ только до напряжения 1…1,5 В, а его пробивное напряжение составляет 5…8 В. Структура этих резисторв такаяже, как и у ДР, на глубина ионно–лигированных слоев, в которых сформировано тело резистора, составляет лишь 0,1…0,3 кмк (рис. 32). Ионной имплантацией можно обеспечитбь малую концентрацию легирующей примеси в слое. При соотвествующем выборе дозы легирования и параметров отжига (10…20 мин при 500…600 °C) можно получить r_S =0,5…200 кОм/, в резисторах, изображенных на рис. 32, а и r_S =500…1000 кОм/, в резисторах, изображенных на рис. 32, б могут быть достигнуты номиналы сопротивлений в сотни кОм со сравнительно низким ТКС и допуском ±10 %. Ширина и толщина ионно–легированных резисторов с большими номиналами сопротивлений очень малы, что усложняет получение хорошего омического контакта к ним. В качестве контактов к ним используют диффузионные области p – или n – типа, которые формируются на стадии базовой или эмиттерной диффузии.

Тонкопленочные резисторы. В совмещенных микросхемах поверх защитного слоя диэлектрика могут быть сформированы тонкопленочные резисторы. По сравнению с полупроводниковыми они имеют следующие преимущества: меньшее значение паразитных параметров, более высокая точность изготовления, низкое значение ТКС.

Интегральные конденсаторы.

В интегральных полупроводниковых конденсаторах роль диэлектрика могут выполнять обедненные слои обратно смещенных p–n переходов или пленка окисла кремния, роль обкладок – легированные полупроводниковые области или напыленные металлические пленки. Характеристики конденсаторов полупроводниковых микросхем невысоки, а для получения больших емкостей необходимо использовать значительную площадь схемы. Поэтому при проектировании электрической схемы полупроводниковой микросхемы стремятся исключить конденсаторы.

Диффузионные конденсаторы. Для формирования диффузионных конденсаторов (ДК) можно использовать любой p–n переход: коллектор–подложка (рис. 33, а), база–коллектор (рис. 33, б), эмиттер–база (рис. 33, в), переход p– область изолирующей диффузии и n ⁺–область скрытого слоя (рис. 33, г). Варианты а и г не могут быть реализованы в микросхеме с диэлектрической изоляцией.

Поскольку ширина обедненного слоя обратно смещенного перехода зависит от напряжения, емкость ДК тоже меняется с изменением напряжения. Удельную емкость любого полупроводникового перехода можно аппроксимировать формулой:

                                   ()

где K – коэффициент пропорциональности, зависящий от уровня легирования диффузионных областей, показатель m принадлежит промежутку от 0,33 до 0,5, причем m = 0,5 соответствует ступенчатому переходу, а m = 0,33 линейному переходу. Остальные значения m лежащие между этими значениями соответствуют реальным профилям распределения. Эмиттерный переход обладает наибольшей удельной емкостью, но малым пробивным напряжением и добротностью. Коллекторный переход используется наиболее часто для формирования ДК (рис. 33, б).

МДП–конденсаторы. Конструкция МДП–конденсаторов представлена на рис. 34. Нижней обкладкой служит эмиттерный n ⁺–слой, верхней – пленка Al. Диэлектриком служит тонкий слой SiO₂ или Si₃N₄. Толщина диэлектрика составляет 0,05…0,12 мкм. Недостатком МДП–конденсаторов с составе биполярных микросхем является необходимость введения дополнительной операции создания тонкого диэлектрика.

Тонкопленочные МДМ–конденсаторы. МДМ–конденсаторы используют в совмещенных микросхемах. Он состоит из двух металлических слоев, разделенных диэлектрическим слоем. В качестве обкладок используют Al или Ta, тогда в первом случае с качестве диэлектрика используют Al₂O₃, во втором – Ta₂O₅. Диэлектрическая постоянная у Ta₂O₅ на порядок больше чем у большинства других диэлектриков, но он не используется в микросхемах работающих при высоких частотах. МДМ–конденсаторы, как и МДП– конденсаторы работают при любой полярности. Их недостатком является удлинение технологического маршрута изготовления и необратимый отказ в случае пробоя диэлектрика.

Введение

Полупроводниковая интегральная схема (ИС) изготовляется на подложке монокристаллического кремния площадью 1…10 мм². На столь малой площади располагается несколько десятков (иногда сотен) пассивных и активных интегральных элементов: транзисторов (полевых, биполярных, p–n–p- и n–p–n-типов, малосигнальных, мощных импульсных), диодов, резисторов, конденсаторов. Эти элементы объединяются в схему, которая должна удовлетворять нескольким требованиям: иметь заданные электрические параметры, быть многофункциональной в применении, технологичной для массового производства, обладать малой себестоимостью и большой надежностью.

Классификация Интегральные микросхемы

Интегральная микросхема – это конструктивно законченное микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования информации, содержащее некоторое количество электрически связанных между собой электрорадиоэлементов (транзисторов, диодов, конденсаторов, резисторов и т.д.), изготовленных в едином технологическом цикле. Микросхемы изготавливают групповым методом по материалосберигающей технологии, тиражирую одновременно в одной партии от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч микросхем. По конструктивно–технологическому принципу микросхемы делятся на три группы: полупроводниковые, пленочные и гибридные.

В полупроводниковой интегральной микросхеме все элементы и межэлементные соединения выполняются в объеме и на поверхности полупроводниковой подложки.

В пленочной интегральной микросхеме все элементы и соединения между ними выполняются в виде пленок. В настоящее время методом пленочной технологии изготавливают только пассивные элементы – резисторы, конденсаторы и индуктивности. В зависимости от толщины пленки и способа создания элементов пленочные микросхемы делят на тонко – и толстопленочные. К первому типу относятся микросхемы толщина пленки в которых не превышает 1 мкм, а толщина пленки в толстопленочной микросхеме составляет 10…70 мкм.

В гибридных интегральных схемах в качестве активных элементов используются навесные дискретные полупроводниковые приборы или полупроводниковые интегральные микросхемы, а в качестве пассивных элементов используют пленочные резисторы, конденсаторы, индуктивности и соединяющие их пленочные проводники.

По функциональному назначению микросхемы подразделяются на аналоговые и цифровые. Если микросхема предназначена для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретных функций, то она называется цифровой (логической). К аналоговым относятся микросхемы, предназначенные для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции. В частном случае аналоговые микросхемы для преобразования и обработки сигналов, изменяющегося линейно, называют линейными.

Показатель сложности микросхемы является степень интеграции K, которая характеризует число содержащихся в ней элементов и компонентов N:

                                              ()

где K округляется до ближайшего большего целого числа.

По степени интеграции микросхемы делятся на:

малые интегральные схемы (МИС) – это схемы 1…2 степени интеграции, в состав которых входят один или несколько видов функциональных аналоговых или логических элементов (логические элементы И, ИЛИ, НЕ, триггеры, усилители, фильтры и т.д.);

средние интегральные схемы (СИС) – схемы 2…3 степени интеграции, в состав которых входят один или несколько одинаковых функциональных узлов электронных устройств (регистр, дешифратор, счетчик, постоянно запоминающие устройство);

большие интегральные схемы (БИС) схемы 3…4 степени интеграции, в состав которых входят один или несколько функциональных устройств (арифметико–логическое устройство, оперативное запоминающие устройство и т.д.)

сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) – это интегральные схемы 5…7 степени интеграции, представляющие собой законченные микроэлектронные изделия, способные выполнять функции аппаратуры (однокристальные ЭВМ, микропроцессоры).

Табл. 1. Классификация полупроводниковых микросхем по уровню интеграции Уровень число элементов и компонентов в одной микросхеме интеграции Цифровые микросхемы Аналоговые   на МДП транзисторах на биполярных транзисторах микросхемы МИС £ 100 £ 100 £ 30 СИС 100…1000 100…500 30…100 БИС 1000…10 000 500…2000 100…300 СБИС ³ 10 000 ³ 2000 ³ 300

Наибольшей степенью интеграции обладают полупроводниковые микросхемы, затем тонкопленочные и, наконец толстопленочные и гибридными. Классификация полупроводниковых микросхем по уровню интеграции представлена в табл. 1.

Логические микросхемы на основе биполярных транзисторов по схемотехническому и конструктивно–технологическому исполнению разделяют на типы:

– резистороно–транзисторная логика (РТЛ) и ее модификация (с непосредственной связью, с емкостной связью и т.д.);

– транзисторно–транзисторная логика (ТТЛ) и ее модификация (ТТЛ с диодами Шотки (ТТЛШ));

– эмиттерно–связанная логика (ЭСЛ);

– интегральная инжекционная логика (И²Л);

– инжекционно–полевая логика (ИПЛ).

Логические микросхемы на МДП транзисторах подразделяются на:

– p –канальные (p –МДП);

– n –канальные (n –МДП);

– комплементарные на взаимодополняющих p– и n –канальных транзисторах (КМДП).

В настоящее время промышленность выпускает множество серий интегральных микросхем. Каждая из этих серий характеризуется следующими параметрами: быстродействие (задержка переключения); потребляемая мощность, произведение мощности на время задержки, запас помехоустойчивости, коэффициент разветвления по выходу, требования к напряжению питания, диапазон рабочих температур, плотность размещения элементов на кристалле, степень интеграции, стоимость и др. Сведения об этих характеристиках приведены в табл. 2.

Табл. 2. Значение рабочих параметров элементов цифровых микросхем Параметр Биполярные МДП     ТТЛ ТТЛШ ЭСЛ И^2Л p -МДП n -МДП КМДП Диапазон рабочих температур для общепромышленных серий, °С 0…70 0…70 0…75 0…70 0…70 0…70 –40…+85 Напряжение питания для общепромышленных серий, В 5 5 –5,2 1,5 –10 5 3…15 Запас помехоустойчивости (наихудший), В 0,5 0,3 0,17 0,1 Зависит от процесса производства 0,3U Коэффициент разветвления по выходу 10 10 25 1 20 25 50 Потребляемая мощность на логический элемент, мВт 10 20 25…50 50 мкВт 0,5 0,1… 1,0 50 нВт, статическая, зависит от частоты Задержка переключения на логический элемент, нс 10 3 0,5… 2,0 10 100 1…10 10…50 Произведение мощность–задержка, пДж 100 60 25 0,5 50 0,7… 10 Зависит от частоты Интегральная плотность логических элементов, мм^2 15 15 15 100 100 150 70 Число ЭРЭ в логическом элементе на два выхода 9…12 14 10…12 3…4 3 3 4

 

Структуры интегральных схем