15

Физические основы микроэлектроники; Электроника; Флеров А.Н., 2015

Лекция 14, тезисы

Основные сведения об интегральных микросхемах (имс)

Под элементной интеграцией в электронной технике понимается объе­динение в одном сложном миниатюрном элементе многих простейших элемен­тов.

Полученный в результате такого объединения сложный элемент называют интегральной микросхемой (ИМС).

Интегра́льная (микро) схе́ма (ИС, ИМС, м/сх, англ. Integrated circuit, IC, microcircuit, microchip, silicon chip, chip), чип, микрочи́п,  интегральное микроэлектронное устройство (изделие) - электронная схема произвольной сложности, все элементы которой изготовлены в едином технологическом процессе, помещённая в общий неразборный корпус, состоящая из активных элементов (транзисторов, диодов), пассивных элементов (резисторов, конденса­торов, катушек индуктивности), соединительных проводов и представляет собой неразделимое целое.

Рис. 9.2 Интегральные микросхемы. Внешний вид (аналоговые и цифровые)

Кристалл (интегральная микросхема) — размещённая в объеме полупроводниковой пластины или плёнке электронная схема произвольной сложности.

Первые простейшие ИС появились в 60-х годах.

В 1958 году, Джек Килби, (Texas Instruments), Роберт Нойс, (Fairchild Semiconductor) решили попробовать объединить транзисторы, резисторы, конденсаторы на одном монолитном кристалле из полупроводникового материала. Килби воспользовался германием, а Нойс - кремнием.

В 1959 году они отдельно друг от друга получили патенты на свои изобретения, а впоследствии полученли совместную лицензиюна производство чипов.

В 1961 году Fairchild Semiconductor Corporation выпустила интегральные схемы в свободную продажу, их сразу стали использовать в производстве калькуляторов и компьютеров вместо отдельных транзисторов, что позволило значительно уменьшить размер и увеличить производительность.

С 1959 года разработки отечественных кремниевых интегральных схем, представляли собой непрерывный процесс конкурентной заочной борьбы с Д. Килби и пр..

Первая в СССР полупроводниковая интегральная кремниевая микросхема была разработана (создана) на основе планарной технологии, разработанной в 1960-63гг в НИИ-35 (затем НИИ "Пульсар"). Производство с военной приёмкой серии ТС-100 (содержала 37 элементный эквивалент схемотехнической сложности триггера -аналога американских ИС серии SN-51 фирмы Texas Instruments)

Также в 1961 году в Таганрогском радиотехническом институте, в лаборатории Л. Н. Колесова была разработана твердотельная логическая ячейка, реализующая функцию И(ИЛИ)-НЕ).

Основные достоинства ИМС:

1 . Уменьшение габаритов электронных устройств;

2. Увеличение надежности из-за применения функционально сложных элемен­тов вместо большого количества обычных транзисторов, диодов и т.д.

Классификация ИМС

По технологии изготовления

Полупроводниковая микросхема - все элементы и межэлементные соединения выполнены на одном полупроводниковом кристалле (например, кремния, германия, арсенида галлия).

Функции дискретных элементов (активных и пассивных) в таких схемах выполняют различные локальные (местные) области, между которыми существуют необходимые электрические соединения и изолирующие прослойки.

Плёночная микросхема - все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде плёнок:

- толстоплёночная интегральная схема;

- тонкоплёночная интегральная схема.

Гибридная микросхема 

Пассивные элементы изготавливаются путем последова­тельного напыления на диэлектрическую подложку пленок из различных материалов, а актив­ные элементы выполняют в виде отдельных (дискретных) навесных бескорпус­ных деталей с гибкими выводами и прикрепляют на подложку.

Совмещенные ИМС

Активные элементы изготовляют в объеме полупро­водникового кристалла, а пассивные элементы - методами тонкопленочной тех­нологии на его поверхности.

Полупроводниковые ИМС имеют наиболее высокую степень интеграции компонентов и позволяют получить максимальную надежность, т.к. количество соединений в них сведено к минимуму.

Полупроводниковые ИМС в основном изготавливают из кремния, т.к. по сравнению с германием он имеет меньшие обратные токи и более высокую рабочую температуру.

Кроме того, путем окисления поверхности кремния легко получить пленку двуокиси кремния, об­ладающую хорошими защитными свойствами.

В СВЧ технике – арсенид-галлиевые м/сх.

а) б)

Рис.9.3 Современные интегральные (цифровые) микросхемы, предназначенные для поверхностного монтажа (а) и навесного (б), http://ru.wikipedia.org/wiki/RFIC