4 Полупроводниковые

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ

В полупроводниковых интегральных микросхемах (ППИМС) элементы выполнены в объеме или часть из них на поверхности полупроводникового ма­териала, чаще всего монокристаллического кремния. В ППИМС все элементы (активные и пассивные) реализуются на основе би­полярных и МДП-транзис -торных структурах. В связи с этим разли­чают интегральные микросхемы на биполярных транзисторах и МДП - интегральные микросхемы.

Обычно каждому элементу схемы соответствует ло­кальная область полупроводникового материала, свойства и ха­рактеристики которой обес- печивают выполнение функций дискрет­ных элементов (транзисторов, резисторов, конденсаторов и др.). Каждая локальная область, выполняющая функции конкретного элемента, требует изоляции от других. Соединения между элемен­тами согласно электрической схеме обычно выполняют с помо- щью металлических пленочных проводников, напыленных на окисную поверхность, покрывающей полупроводниковый кристалл. Такой кристалл заключается в гермети­зированный корпус и имеет систему выводов для практического использования микросхемы. Таким образом, полупроводни- ковая микросхема представляет собой законченную конструкцию.

Различают так же следующие разновидности полупроводниковых интегральных микросхем: многокристальные, совмещенные, с балочными выводами и на сапфи­ровой подложке 5.

Как уже указывалось, большинство полупроводниковых микро­схем изготовляют на основе монокристаллического кремния. Это объясняется тем, что кремний имеет перед германием ряд физических и технологи­ческих преимуществ, важных для создания элементов интеграль­ных микросхем. Основные физические преимущества кремниевых микросхем следующие:

- большая ширина запрещенной зоны кремния и меньшие при этом обратные токи переходов, что уменьшает паразитные связи между элементами микросхем, позволяет создавать микросхемы, работоспособные при -повышенных температурах (до +120°С), и микромощные схемы, работающие при малых уровнях рабочих токов (менее 1 мкА);

- более высокий порог отпирания, а, следовательно, и боль­шая статическая помехоустойчивость;

- меньшая диэлектрическая проницаемость, что обусловли­вает меньшие барьерные емкости переходов при той же их пло­щади, что позволяет увеличить быстродействие микросхем.

4.1 Методы изоляции элементов в ппимс

4.1.1 Изоляция элементов обратно смещенными pn-переходами.

На рисунке 4.1а представлен фрагмент ППИМС с двумя биполярными транзисторами и с изоляцией обратно смещенными pn-переходами. На рисунке 4.1б представлена эквивалентная схема этого фрагмента. На подложку подается наибольшее отрицательное напряжение от источника питания, поэтому pn-переходы между коллектором БТ и подложкой оказываются запертыми и транзисторы изолированы друг от друга. Однако следует отметить, что обратно смещенные pn-переходы обладают барьерной емкостью С_Б и с увеличением частоты возрастает паразитная связь между элементами схемы.

а) б)

Рисунок 4.1