Транзисторы униполярные (полевые). Основные свойства и характеристики.

В отличие от биполярных полевые транзисторы, обладая управляющими свойствами, являются униполярными полупроводниковыми приборами, т.е. протека­ние токов через них обусловлено дрейфом носителей заряда только одного типа в продольном электрическом поле через управляемые каналы р- илиn-типа, обладающие соответственно дырочной или электронной проводимостью. Управление током через канал осуществляется поперечным электрическим полем (а не током, как в биполярных транзисторах), изменение напря­женности которого изменяет проводимость канала, по которому протекает ток выходной цепи транзистора. В электронных уст­ройствах применяют две разновидности полевых транзисторов: с управляющим р—n-переходом (затвором в виде р—n-перехода) и с изолированным затвором.

Рассмотрим принцип действия полевого транзистора с затво­ром в виде р—n-перехода и с каналом n-типа, структура и схема включения которого приведены на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Структура (а) и схема (б) включения с общим истоком полевого транзистора с затвором в виде р—n-перехода и каналом n-типа

Прибор состоит из пластины монокристаллического крем­ния n-типа, представляющей собой канал полевого транзисто­ра, к двум противоположным граням которой припаяны два ме­таллических контакта, называемые истоком (И) и стоком (С). К этим электродам подключен внешний источник энергии с напряжением Е_с, соединенный последовательно с нагрузкой R_H (рис. 7.1, б). Источник подключен таким образом, чтобы по­ток основных носителей заряда (электронов) перемещался от истока к стеку. В две другие противоположные грани пластины внесены акцепторные примеси, превращающие поверхностные слои пластины в области р-типа. Общий внешний вывод этих слоев называют затвором (3).При этом между каналом и затво­ром образуются два р—n-перехода.

Проводимость канала определяется его сечением, изменение площади которого можно осуществлять посредством напряже­ния на затворе , смещающего переходы в обратном направле­нии. При этом можно расширять или сужать обедненные слои переходов и тем самым регулировать сопротивление канала и ве­личину протекающего через него тока. Поскольку концентрация примесей в затворе намного больше, чем в канале, расширение обедненных слоев происходит в основном за счет канала. При протекающий через канал ток стока имеет максималь­ное значение (ток стока насыщения ), так как при этом площадь сечения канала максимальна. При увеличении обедненные слои р—n-переходов расширяются, уменьшая пло­щадь сечения каналов и тем самым значение тока . При опре­деленном напряжении (напряжение отсечки) площадь се­чения канала уменьшается практически до нуля и

Входные (стокозатворные) и выходные (стоковые) характери­стики полевого транзистора представлены на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Характеристики полевого транзистора: а — входные; б — выходные

Входная характеристика полевого транзистора определяет управляющие свойства затвора и описывается соот­ношением

При этом управление осуществляется приложением к затвору обратного напряжения, под действием которого протекает лишь незначительный, обратный ток.

Рассмотрим семейство выходных характеристик полевого транзистора (рис. 7.2, б). При и увеличении приложенного к стоку положительного относитель­но истока напряжения ток возрастает по нелинейному закону. Это объясняется тем, что с увеличением напряжения , сме­щающего p-n-переходы в обратном направлении, площадь се­чения канала уменьшается тем больше, чем ближе к стоку, по­скольку падение напряжения в канале за счет тока стока растет от до на стоке. При этом сопротивление канала увеличивается, а рост тока замедляется. При достижении напря­жения на стоке величины напряжения насыщения _нас происходит полное перекрытие обедненными слоями канала на стоке, а площадь сечения канала у истока остается первоначаль­ной, так как . Дальнейшее увеличение напряжения вызывает незначительный рост тока стока, так как одновре­менно уменьшается проводимость канала (полное перекрытие канала расширяется вглубь к истоку), и ток стока достигает зна­чения тока насыщения . Режим, соответствующий пологому участку вольт-амперной характеристики, называют режимом на­сыщения.

При уменьшении расширение обедненных слоев и уменьшение площади сечения канала проис­ходит под совместным воздействием напряжений и В этом случае напряжение насыщения уменьшается и его вели­чина при любом напряжении на затворе может быть найдена из соотношения

Соответствующая этому соотношению штриховая линия на рис. 7.2, б показывает изменение стокового напряжения. С уменьшением напряжения U_{си нас}уменьшается и ток стока насыщения I_Снас. Рабочая область выходных характеристик располагается на их пологих участках. При значительных напряжениях на стоке происходит пробой структуры, что обусловливает ограничение выходных характеристик по напряжению величиной .

Полевые транзисторы характеризуются допустимой мощностью рассеяния , допустимыми значениями постоянного тока стока и напряжений между электродами , _и ^.

В последнее время стали широко использоваться полевые транзисторы с изолированным затвором, имеющие лучшие электрические свойства. У таких транзисторов между полупроводниковым каналом и металлическим затвором расположен изолирующий слой из диэлектрика, поэтому такая структуpa получила название МДП-транзистор (металл-диэлектрик-полупроводник). Так как в качестве диэлектрика обычно используют двуокись кремния, то транзисторы со структурой металл-окисел-полупроводник получили название МОП-транзисторов.

Полевые МДП-транзисторы используют в преобразователях электроэнергии с коммутируемыми токами до 100 А при напряжениях до 500 В. Эти транзисторы управляются напряжением, прикладываемым к изолированному затвору, причем в диапазо­не относительно невысоких частот коммутаций мощность управ­ления очень мала из-за высокого входного сопротивления тран­зистора. МДП-транзистор имеет высокое быстродействие, его время выключения составляет несколько наносекунд.

Новый полупроводниковый JGBT-транзистор — это биполяр­ный транзистор с изолированным затвором, сочетающий в себе достоинства биполярных и МДП-транзисторов и способный ком­мутировать токи до 2500 А при высоком быстродействии (доли микросекунды), малой мощности управления и напряжениях до 4500 В. Его структура похожа на тиристорную( их мы рассмотрим позже ), но имеет свойства транзистора. Ток управления задается МДП-транзистором, управляемым напряжением, а вся полупро­водниковая структура выполнена в одном монокристалле.

71. Тиристоры. Основные свойства и характеристики.

Тиристором в общем случае называют полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три p-n-пе­рехода и более, который может быть переключен из непроводя­щего состояния в проводящее, и наоборот. Линия ВАХ тиристо­ра, соответствующая проводящему состоянию (прямая ветвь), характеризуется отрицательным дифференциальным сопротив­лением.

По количеству внешних выводов различают двухэлектродные (динисторы) и трехэлектродные (тринисторы) тиристоры, но в любом случае они имеют четырехслойную структуру полупро­водника с тремя p-n -переходами (рис. 7.14, а).

Рис. 7.3. Структура (а), графическое обозначение и вольт-амперная характеристика тиристора (б)

 

Внешние выводы, связанные с крайними р1 и п2 слоями, на­зывают соответственно анодом (А) и катодом (К), а третий внешний вывод от слоя р2 —управляющим электродом (УЭ). Крайние слои и переходы П1 и ПЗ называют также эмиттерными, а средние п1- и р2-слои — базовыми. Четырехслойная струк­тура тиристора может быть условно представлена в виде комби­нации в одном приборе двух транзисторов: р1-п1-р2 и п1-р2-п2, причем переход П2 является коллекторным для обоих транзи­сторов.

Если ток в цепи управляющего электрода равен нулю, а приложенное между анодом и катодом напряжение с указан­ной на рис. 7.3, а полярностью меньше напряжения (рис. 7.14, б), то переходы Ш и ПЗ смещены в прямом направ­лении, а переход П2 — в обратном (при отсутствии внешнего напряжения в этих переходах возникают потенциальные барь­еры, как у диодов). При положительном смещении переходов П1 и ПЗ их потенциальные барьеры уменьшаются и дырки мо­гут инжектировать из эмиттера р1 в базу п1, а электроны — из эмиттера п2 в базу р2. Падения напряжения на смещенных в прямом направлении переходах от действия внешнего источ­ника невелики, а практически все напряжение внешнего ис­точника приложено к смещенному в обратном направлении переходу П2. Протекающий через тиристор ток определяется токами инжекции эмитттерных переходов, токами рекомбина­ции неосновных носителей заряда в базах, а также эффектом лавинного размножения носителей заряда в смещенном в об­ратном направлении переходе П2. Значение этого тока несколько возрастает с увеличением напряжения внешнего источника.

При дальнейшем увеличении напряжения внешнего источни­ка увеличивается смещение переходов П1 и ПЗ в прямом на­правлении, и ток через тиристор продолжает расти. Уменьшение потенциального барьера перехода ПЗ приводит к инжекции электронов из эмиттера п2 в базу р2. Часть этих электронов, не рекомбинируя, достигает смещенного в обратном направлении перехода П2 и перебрасывается его полем в базу п1, увеличивая в ней концентрацию электронов. Это снижает потенциальный барьер перехода П1, вследствие чего увеличивается инжекция дырок из эмиттера р1 в базу п1. Продиффузировав через базу п1, основная часть дырок достигает перехода П2 и перебрасывается его полем в базу р2. При этом концентрация дырок в базе р2, где они являются основными носителями заряда, увеличивает­ся. Это приводит к уменьшению потенциального барьера пере­хода ПЗ и увеличению инжекции электронов из эмиттера п2 в базу р2 и т. д. В структуре развивается лавинообразный процесс увеличения тока (участок Оа на рис. 7.3, б), что аналогично на­личию положительной обратной связи по току в системах автоматического управления.

При эта связь вызывает лавинообразный процесс инжекции основных носителей из эмиттеров в базы. Резкое увеличение концентраций электронов в базе п1 и дырок в базе р2 приводит к быстрому уменьшению (практически до нуля) потенциального барьера смещенного в обратном направлении перехода П2 и к уменьшению падения напряжения на всей структуре (см. рис. 7.3, а) и структура переходит в проводящее состояние.

Таким образом, линия ВАХ тиристора, соответствующая про­водящему состоянию, имеет участок отрицательного сопротив­ления — участок abна рис. 7.3, б. На этом участ­ке рост тока происходит при уменьшении падения напряжения на приборе. В результате проходящий через прибор ток установится . Рабочим участком прямой ветви ВАХ является участок be, на котором все переходы смещены в пря­мом направлении, а падение напряжения на проводящем тири­сторе лишь несколько больше падения напряжения на проводя­щем диоде.

Для выключения тиристора необходимо уменьшить значение прямого тока до величины, меньшей или равной значению то­ка удержания (точка d на рис. 7.3, б) или приложить к тири­стору напряжение обратной полярности.

При изменении полярности напряжения внешнего источника переходы П1 и ПЗ смещаются в обратном направлении, а пере­ход П2 остается смещенным в прямом направлении. Линия ВАХ тиристора, соответствующая непроводящему состоянию (обрат­ная ветвь), имеет такой же вид, как ВАХ диода, смещенного в обратном направлении (участок Qe на рис. 7.3, б).

Рассмотренный режим работы является динисторным, по­скольку в нем не используется управляющий электрод, а прибор при положительном анодном напряжении работает как неуправ­ляемый переключатель.

Напряжение переключения можно регулировать, если, например, в базу р2 ввести от внешнего источника дополни­тельное количество носителей заряда за счет тока управления (тринисторный режим).

Регулируя величину , можно изменять уровень , при ко­тором возникает лавинообразный процесс размножения носите­лей заряда.

Наличие участка с отрицательным сопротивлением на ВАХ тиристора придает ему ряд важных достоинств. Чтобы переклю­чить тиристор из закрытого состояния в открытое, достаточно пропустить через управляющий электрод относительно корот­кий (менее 100 мкс) импульс тока управления, после чего откры­тое состояние прибора поддерживается за счет действия внут­ренней положительной обратной связи. Поэтому тиристоры об­ладают очень высоким коэффициентом усиления мощности (до сотен тысяч).

В настоящее время отечественная промышленность серий­но выпускает тиристоры на токи от 1...3 кА и напряжения до 5 кВ. При этом токи управления составляют в импульсе от од­ного до нескольких ампер.

Особенностью рассмотренного тиристора является то обстоя­тельство, что для его перевода из проводящего состояния в не­проводящее необходимо каким-то образом уменьшить ток тири­стора до значения тока удержания или приложить к прибору на­пряжение обратной полярности. Таким образом, тиристор явля­ется не полностью управляемым ключевым элементом, т.е. его можно включить по цепи управляющего электрода, а для выклю­чения (и в первую очередь, в цепях постоянного тока) необходи­мо использовать дополнительные устройства, так называемые узлы принудительной коммутации.

В то же время в последнее десятилетие разработаны тиристо­ры, которые можно и включать и выключать по цепи управля­ющего электрода, — запираемые (GТО) тиристоры.

В отличие от обычного тиристора структура запираемого ти­ристора имеет высокую проводимость зоны управляющего электрода, что позволяет более эффективно блокировать протекание прямого тока через прибор по подаче на его управляющий элек­трод отрицательного относительно катода управляющего им­пульса. Кроме того, применение более совершенных технологий дало возможность обеспечить однородность электрических уст­ройств отдельных слоев структуры и управлять временем жизни носителей заряда в процессе изготовления прибора.

Для включения и выключения запираемого тиристора ис­пользуют два отдельных источника, при этом устройство управ­ления тиристором должно обеспечивать мощные импульсы включающих и выключающих токов управления, значительную продолжительность включающего тока управления при малых анодных токах и необходимую продолжительность отрицательного импульса выключающего напряжения.

Для обеспечения допустимых режимов при включении запи­раемого тиристора в преобразователях электроэнергии его до­полняют специальными устройствами (снабберами). Современные запираемые тиристоры рассчитаны на напряжение до 6 кВ и ток до 3 кА. Запирающий ток управления находится, как прави­ло, на уровне 0, 2...0, 3 от выключаемого анодного тока.

Интегральные микросхемы.

Интегральной микросхемой (ИМС) называют устройство с вы­сокой плотностью упаковки электрически связанных элементов (транзисторов, резисторов, конденсаторов и пр.), выполняющее заданную функцию обработки (преобразования) электрических сигналов. С точки зрения конструктивно-технологических и эксплуатационных требований ИМС представляет собой единое изделие. Отдельные элементы ИМС, не имеющие внешних выводов, не могут рассматриваться как самостоятельные изделия, в то время как компоненты, являющиеся частью ИМС, можно рассматривать как самостоятельные комплектующие изделия, например, навесные бескорпусные транзисторы, дроссели и т.д.

В зависимости от технологии изготовления интегральные микросхемы делятся на пленочные, полупроводниковые ИМС и микросборки. Пленочные ИМС могут быть тонко- и толстопле­ночными, имеют в своем составе как элементы, так и компонен­ты. В последнем случае их называют гибридными ИМС.

ИМС, в которой все активные и пассивные элементы и их со­единения выполняются в виде сочетания неразъемно связанных р—п-переходов в одном полупроводниковом кристалле, называ­ются полупроводниковой. Полупроводниковый кристалл, в объеме и на поверхности которого с помощью планарной технологии формируют элементы микросхемы и контактные площадки, иг­рает активную роль.

ИМС, содержащая подложку (диэлектрическое основание), все пассивные элементы на поверхности которой выполняют в виде однослойных или многослойных пленочных структур, со­единенных неразъемными пленочными проводниками, а полу­проводниковые приборы и другие компоненты размещены на подложке в виде дискретных навесных деталей, называется гиб­ридной (ГИМС).

Поскольку и полупроводниковая, и пленочная технологии имеют свои достоинства, то при производстве микросборок, вы­полняющих более сложные функции, чем ИМС, и состоящих из сочетания элементов, компонентов и ИМС, используют сочета­ние обеих технологий.

Количественную оценку параметров ИМС производят с ис­пользованием двух наиболее важных показателей: уровня инте­грации и плотности упаковки. Десятичный логарифм от уровня интеграции — количества N входящих в ИМС элементов, округ­ленного до ближайшего большего целого числа, т.е. К =LgN, на­зывают степенью интеграции ИМС. ИМС первой степени инте­грации (К= 1) имеют до 10 элементов, второй — до 100 (К= 2) и т.д. Количество элементов и компонентов, содержащихся в 1 см³ объема ИМС, называют плотностью упаковки. Современ­ные полупроводниковые ИМС имеют К= 6, а плотность упаков­ки может достигать 10⁵ эл/см³ и более, при этом размеры отдель­ных элементов не превышают 1мкм. Площадь полупроводнико­вого кристалла ИМС в зависимости от сложности составляет 0, 3...0, 6 мм² (площадь кристаллов, применяемых в ЭВМ, дости­гает 40 мм² и более).

Исходным материалом для изготовления полупроводниковых ИМС являются пластины кремния толщиной не более 50 мкм и диаметром до 100 мкм, называемые подложкой. В ИМС послед­них поколений вместо кремния используют арсенид галлия. В основе формирования элементов на подложке лежитпланарная технология с двумя ее разновидностями: планарно-диффузионной и планарно-эпитаксиальной.

При планарно-диффузионной технологии исходную пласти­ну монокристалла, в которой формируют р—n-переход, покры­вают тонким защитным слоем диэлектрика. После этого спосо­бом фотолитографии изготовляют первую оксидную маску, для чего в защитном слое делают отверстия (окна) требуемой кон­фигурации по числу необходимых р—n-переходов. Для этого за­щитный слой покрывают тонким слоем светочувствительной эмульсии — фоторезиста, на поверхность которого проектиру­ют требуемый рисунок маски. После этого изображение прояв­ляется, и засвеченные участки фоторезиста стравливаются, об­нажая защитный слой. С помощью травления обнаженные уча­стки защитного слоя растворяют, и таким образом формируется требуемая совокупность окон. Через полученные окна произво­дят диффузию необходимых примесей в исходную подложку кремния.

Планарно-эпитаксиальная технология дает возможность на­ращивать полупроводниковый слой на подложку любого типа проводимости, при котором кристаллическая структура нара­щенного слоя является продолжением кристаллической струк­туры подложки. Состав наращенного слоя (эпитаксиальной пленки) может отличаться от состава подложки. Наращивая эпитаксиальный слой n-типа на подложку из кремния р-типа, можно сформировать р—n-переход, причем однородный по структуре эпитаксиальный слой может служить основой для из­готовления других р—n-переходов, если его покрыть защитным слоем, а затем повторить технологический процесс, изложен­ный при рассмотрении планарно-диффузионной технологии.

Рассмотрим некоторые технологические приемы планарной технологии.

Окисление исходного кремния производят при температуре около 1000 °С в среде влажного кислорода до образования на по­верхности пластины кремния диэлектрической пленки диоксида кремния (SiO₂) толщиной до 2 мкм.

Фотолитографию используют для защиты отдельных участков кремниевой пластины при создании окон. На поверхность пла­стины наносят слой фоторезиста, который засвечивают через шаблон с прозрачными и непрозрачными участками в соответст­вии с количеством и конфигурацией окон. После обработки фо­тослоя отдельные его участки вытравливают, чем обеспечивается локальный доступ к поверхности пластины.

Травление — операция, при которой образовавшаяся на по­верхности пластины пленка SiO₂ растворяется плавиковой ки­слотой на незащищенных участках.

Диффузия — операция по формированию р—n-переходов на заданных участках полупроводника. Пластину кремния помеща­ют в термостат с температурой около 1200 °С, содержащий газ с необходимыми примесями, диффундирующими в исходный по­лупроводник через окна в пленке SiO₂. Изменяя тип и концен­трацию примесей, можно получить требуемую многослойную р—n-структуру в кристалле полупроводника.

Эпитаксия — операция по наращиванию при высокой тем­пературе слоя полупроводника одного типа проводимости на поверхности исходной пластины полупроводника другого типа проводимости. При этом, как было указано ранее, наращенный слой в точности повторяет кристаллическую структуру исход­ного материала.

Напыление — операция по созданию проводников и контакт­ных площадок посредством осаждения в вакууме паров соответ­ствующих материалов на поверхность кристалла через маску.

Ионное легирование — операция, заключающаяся в облучении полупроводниковой пластины ускоренными до необходимой скорости ионами примеси.

Подложка с совокупностью элементов и компонентов, изго­товленных по описанным технологическим приемам и методам, должна быть конструктивно оформлена в целях защиты ее от воздействия окружающей среды. Для этого осуществляют герме­тизацию ИМС с помощью изоляционных материалов или с ис­пользованием методов вакуум-плотной герметизации. При гер­метизации изоляционными материалами кристалл полупровод­никовой или подложку гибридной ИМС покрывают слоем лака или компаунда. При вакуум-плотной герметизации кристалл или подложку помещают в герметизированный корпус прямоуголь­ной или круглой формы.

На рис. 8.1 в качестве примера показан общий вид конструк­ции ИМС с прямоугольным корпусом. Соединение ИМС с внешними выводами осуществляют золотыми или алюминиевы­ми проводниками.

Рис. 8.1. Конструкция интегральной микросхемы с прямоугольным

корпусом: 1 — основание; 2 — крышка; 3 — выводы

В зависимости от материала различают металлостеклянные, металлокерамические, керамические и пластмассовые корпуса. Металлостеклянный корпус состоит из металлической крышки 2 и стеклянного или металлического основания 1, снабженного выводами 3 через стеклянные изоляторы. Основание металлоке-рамического корпуса выполняют из керамики и соединяют с ме­таллическим корпусом посредством заливки компаундом. Кера­мический корпус состоит из керамических крышки и основания, соединенных пайкой. Пластмассовый корпус получают посред­ством опрессовки кристалла или подложки в пластмассу, снаб­женную рамкой и выводами.

 

Цифровые и аналоговые интегральные микросхемыи их элементы
По своему функциональному назначению ИМС делятся на цифровые и аналоговые. Цифровые (логические) ИМС, прин­цип работы которых базируется на использовании аппарата ма­тематической логики, представляют собой устройства с несколь­кими входами т и выходами n, реализующие определенную ло­гическую функцию

где — информационные значения входных сигналов, равные логической единице и логическому нулю; — ин­формационные значения выходных сигналов, которые в зависимости от значений х, также могут принимать лишь значения логических единицы или нуля.

Для представления двоичных переменных в электронных уст­ройствах используют электрические сигналы. Существует два способа представления: потенциальный и импульсный. При по­тенциальном способе двум значениям истинности, равным еди­нице или нулю, соответствуют два различных потенциала. На­пример, проводящее состояние диода соответствует логическому нулю, непроводящее — логической единице. При импульсном способе двум значениям истинности соответствует наличие или отсутствие импульсного сигнала в определенные моменты вре­мени.

Среди наиболее часто встречающихся логических функций можно отметить логическое отрицание «НЕ», логическое сложе­ние «ИЛИ», логическое умножение «И», используя сочетание которых можно реализовать логическую функцию любой слож­ности и, таким образом, создать сколь угодно сложное в функ­циональном отношении цифровое устройство. Именно поэтому цифровые ИМС являются базой для создания современных цифровых устройств обработки информации и, в первую оче­редь, ЭВМ последних поколений.

Аналоговые ИМС представляют собой устройства, которые обеспечивают почти пропорциональную зависимость между вход­ными и выходными сигналами. Аналоговые ИМС разделяются на информационные и силовые. Информационные ИМС осуществляют функции усиления, генерации, сравнения, модуляции, при­сущие информационной электронике, а силовые — функции пре­образования параметров потока электрической энергии, прису­щие силовой электронике.

Среди аналоговых ИМС можно выделить интегральные уси­лители, разделяемые на три группы: с одним входом и одним вы­ходом, с двумя входами и одним выходом и двумя входами и дву­мя выходами.

К первой группе относятся усилители постоянного или пере­менного напряжения и усилители мощности, которые обычно содержат двух- или трехкаскадный усилитель на биполярных или МДП-транзисторах.

Ко второй группе относятся операционные усилители, яв­ляющиеся усилителями постоянного тока с очень большими ко­эффициентом усиления и входным сопротивлением, а также ма­лым выходным сопротивлением.

К третьей группе усилителей относятся дифференциальные усилители постоянного тока, обеспечивающие усиление разно­сти значений двух сигналов, подаваемых на входы относительно общей точки (земли). Выходные напряжения идеального сим­метричного дифференциального усилителя пропорциональны разности входных напряжений.

Наиболее сложными элементами полупроводниковых ИМС являются транзисторы. Наиболее часто применяют биполярные и полевые (с МОП-структурой) транзисторы, для формирования p-n-переходов которых используют, как правило, планарно-эпитаксиальную технологию.

В качестве диодов наиболее целесообразно по конструктив­но-технологическим соображениям использовать биполярные транзисторы в диодном включении, т. е. один p-n-переход, ко­гда база транзистора соединена с эмиттером или коллектором.

Для изготовления резисторов ИМС используют базовый или эмиттерный слои транзисторной структуры, при этом изо­ляция резистора от других элементов и подложки осуществля­ется с помощью одного или нескольких р—и-переходов, вклю­ченных встречно и соединенных последовательно. Сопротив­ление таких резисторов находится в диапазоне от 10 Ом до 50 кОм.

В качестве конденсаторов в полупроводниках ИМС использу­ют емкости смещенных в обратном направлении p-n-переходов (барьерные емкости) биполярных транзисторов или емкости МОП-транзисторов, формируемые в изолированных друг от дру­га слоях полупроводника л-типа в едином технологическом про­цессе с другими транзисторными структурами. Недостатком та­ких конденсаторов является малая емкость (сотни пикофарад), обусловленная малыми размерами p-n-переходов.

Индуктивные элементы в ИМС используются крайне редко из-за весьма больших сложностей получения даже малых значе­ний индуктивностей.

В гибридных ИМС в качестве подложки используют пластину из диэлектрического материала, на которой, например, посред­ством напыления через маски формируют пленочные резисторы, конденсаторы, дроссели, контактные площадки и проводники. Бескорпусные диоды, транзисторы, полупроводниковые микро­схемы и другие элементы, которые не могут быть выполнены в виде пленок, присоединяются к контактным площадкам посред­ством пайки или микросварки.

Пленочные резисторы выполняют на основе чистых метал­лов, сплавов и микрокомпозиции. В качестве резистивных мате­риалов на основе чистых металлов применяют хром или тантал. Резистивными материалами на основе сплавов являются ни­хром, а также нитриды, карбиды и силициды хрома, вольфрама и тантала. Микрокомпозиции по электрическим свойствам при­ближаются к сплавам металлов.

Нанесение тонких пленок на подложку производят с использо­ванием различных технологических методов, позволяющих в со­четании с фотолитографией получить резисторы необходимой конфигурации и размеров. Пленочные резисторы имеют обычно прямоугольную или плоскую спиралеобразную форму. Сопротив­ление таких резисторов находится в диапазоне от 100 Ом до 50 кОм при номинальной мощности 0, 2 Вт.

Пленочный конденсатор имеет трехслойную (или много­слойную) структуру, состоящую из металлических слоев (об­кладок конденсатора) с диэлектрическим слоем между ними. Емкость пленочных конденсаторов может достигать несколь­ких десятков тысяч пикофарад при номинальном напряжении до 15 В.

Катушки индуктивностей выполняют в виде круглых и пря­моугольных пленочных спиралей, они имеют индуктивности не более 10 мкГн. Поэтому в гибридных ИМС чаще применяют дискретные индуктивности в микроминиатюрном исполнении.

Объединение элементов и компонентов в гибридную ИМС осуществляют при помощи пленочных проводников и кон­тактных площадок, для напыления которых наиболее пригод­ными материалами являются золото, серебро, медь и алюми­ний, используемые в сочетании с подслоями никеля, хрома и нихрома.

Крепление навесных компонентов к контактным площадкам осуществляется пайкой, ультразвуковой сваркой, лучом лазера (компоненты с жесткими выводами) или пайкой и клеем (ком­поненты с гибкими выводами).

⇐ Предыдущая13141516171819202122Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
2. I.2. Основные интерпретации катарсиса.
3. II. Основные принципы и правила служебного поведения государственных служащих
4. II. ЦЕЛИ, ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ЗАДАЧИ ПРОФСОЮЗА
5. IV. Основные способы и средства защиты населения в чрезвычайных ситуациях.
6. V. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ РИСКА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИРОДНОГО И ТЕХНОГЕННОГО ХАРАКТЕРА.
7. V1: 2. Основные этапы становления и развития финансовой системы России
8. XI. Основные виды и жанры аниме
9. А. Основные принципы создания и деятельности союза
10. Административная юрисдикция. Понятие и основные черты.
11. Античная философия, ее основные школы
12. Баскетбол – основные правила.