Читать онлайн «Электроника в вопросах и ответах». Страница 31

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.

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

Сопротивление материала зависит от его удельного сопротивления (сопротивления, определенного на длине 1 см для поперечного сечения этого материала, равного 1 см2), длины, площади и температуры. У полупроводниковых интегральных микросхем резистор создается путем диффузии слоя типа р в полупроводнике типа n или наоборот (рис. 5.18).

Рис. 5.18. Структура резистора в полупроводниковой интегральной микросхеме

По двум концам созданной таким образом резистивной дорожки располагаются металлические контактные площадки, между которыми и «действует» сопротивление, зависящее от формы канала и количества примесей в нем. Ограничивающий такой канал переход, естественно, смещен в обратном направлении. Описываемым способом получают сопротивления от нескольких ом до нескольких десятков килоом. Точность диффузионного резистора невысокая и составляет обычно примерно 20 %, однако относительный разброс сопротивлений резисторов для интегральных микросхем одного типа составляет около ±2 %.

Емкостные элементы создаются путем использования емкости р-n перехода, смещенного в обратном направлении. Заряд в запирающем слое зависит от напряжения смещения. Кроме того, емкость перехода зависит от площади перехода и распределения в нем примесей. Легко получают емкости 100—1000 пФ/мм2. Из-за ограниченной площади перехода возможности получения больших емкостей перехода также ограничены. Недостатками таких конденсаторов являются большая температурная зависимость, а также ограничение амплитуды переменного напряжения, поскольку переход в любых условиях работы должен быть смещен отрицательным напряжением, если он должен представить собой емкость и работа должна происходить в линейном диапазоне.

Создание индуктивности в полупроводниковых интегральных микросхемах связано с некоторыми трудностями. В связи с этим при преобразовании классической схемы в схему, предназначенную для интеграции, следует применять RC-элементы и исключать элементы L. Трудности создания индуктивности в полупроводниковых микросхемах оказывают непосредственное влияние на выбор и структуру схем, предназначенных для интегрального исполнения. Приходится заменять схемы, построенные из дискретных элементов и содержащие индуктивности, несколько более громоздкими схемами, однако без индуктивности.

Некоторое увеличение схемы, предназначенной для интегрального исполнения, однако, имеет второстепенное значение. С этой точки зрения проще создавать схемы цифровой техники, так как они обычно реализуются без индуктивности (триггеры, логические элементы).

Это схемы, элементы которых совместно с межсоединениями создаются в виде тонких пленок[17], (проводящих, резистивных, диэлектрических и полупроводниковых) разных материалов, осажденных на общей стеклянной или керамической подложке. Схемы подобного типа изготавливают напылением в вакууме через соответствующие маски.

Обычно в виде тонкопленочных схем изготавливаются пассивные схемы. В отличие от полупроводниковых конденсаторов с р-n переходом емкость тонкопленочных конденсаторов не зависит от напряжения и может иметь значительно большее значение (например, в виде многослойных конденсаторов). Тонкопленочные резисторы также могут иметь большие сопротивления. Кроме того, их точность может быть очень высокой, а температурная зависимость слабой. Активные элементы в тонкопленочной технике пока еще недостаточно освоены, поэтому тонкопленочная техника не находит широкого практического применения.

Это схемы, отличающиеся от тонкопленочных прежде всего тем, что они изготовлены путем вжигания окислов[18], расположенных на керамической подложке. Их применение ограничено, хотя встречаются чаще, чем тонкопленочные схемы. Толстопленочные схемы охватывают лишь пассивные схемы.

Это схемы, изготовленные путем использования различных технологических методов, чаще всего такие, в которых резисторы, конденсаторы и их межсоединения выполнены с помощью тонкопленочной или толстопленочной технологии на керамической плате, а диоды и транзисторы представляют собой дискретные компоненты, вмонтированные в эту схему. Затем всю сборку заливают изолирующей смолой. В других вариантах пассивные тонкопленочные элементы напыляются на полупроводниковую пластинку, содержащую активные полупроводниковые элементы.

Это нелинейный полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от температуры, причем рост температуры вызывает уменьшение сопротивления. Изменения температуры в термистора могут возникать под влиянием изменений внешней температуры или при изменении тока, протекающего через термистор. Рост тока вызывает увеличение температуры, что ведет к убыванию сопротивления, в результате чего напряженке ка термисторе может оставаться постоянным в определенном диапазоне изменения тока.

Примерный вид характеристик термистора и его графическое изображение представлены на рис. 5.19. Термисторы имеют широкий интервал номиналов сопротивлений. Их применяют для стабилизации напряжения, для компенсации влияния изменений температуры и т. д.

Рис. 5.19. Характеристики термистора (а) и его условное графическое обозначение (б)

Это нелинейный полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от напряжения. Примерный вид характеристики варистора и его графическое изображение представлены на рис. 5.20. Варисторы применяются, в частности, для стабилизации напряжения.

Рис. 5.20. Характеристика варистора (а) и его графическое изображение (б)

Это газонаполненная лампа, являющаяся аналогом тиристора в том смысле, что помимо анода и катода содержит также электрод, используемый для изменения состояния лампы (пропускание или запирание). Примерная характеристика тиратрона и его графическое изображение показаны на рис. 5.21. Тиратроны выпускаются для работы при напряжениях от 100 В до 20 кВ и токах от долей ампера до 1000 А. Тиратроны применяют в схемах выпрямителей.

Рис. 5.21. Характеристика тиратрона (а) и его условное графическое обозначение (б)