Основные виды цифровых интегральных схем

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЦИФРОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ

Функциональная сложность интегральных схем

Компоненты, входящие в состав ИС, не могут быть выделены из нее в качестве самостоятельных изделий, кроме того, они характеризуются некоторыми особенностями по сравнению с дискретными транзисторами, диодами и т. д.

Особенностью интегральных схем является высокая сложность выполняемых ими функций, поэтому количество компонентов в одной микросхеме может исчисляться сотнями тысяч и даже миллионами.

Функциональную сложность ИС обычно характеризуют степенью компонентной интеграции, т. е. количеством чаще всего транзисторов на кристалле. Количественно степень интеграции описывается условным коэффициентом K = lg N, где N – число компонентов.

В зависимости от значений K интегральные схемы подразделяются:

K £ 1…2, (N £ 100) – малая интегральная схема (МИС или IS);

2 < K £ 3…4, (N £ 10000) – интегральная схема средней степени ин-
теграции (СИС или MSI);

3…4 < K < 5, (N < 10⁵) – большая интегральная схема (БИС или LSI);

K ³ 5, (N ³ 10⁵) – сверхбольшая интегральная схема (СБИС

или VLSI).

Сокращения приведенные на английском языке имеют следующий смысл: IS – Integrated Circuit; MSI – Medium Scale Integration;
LSI – Large Scale Integration; VLSI – Very Large Scale Integration.

Иногда сложность ИС характеризуют таким показателем, как плотность упаковки. Это количество компонентов, приходящихся на единицу площади кристалла. Этот показатель характеризует уровень технологии, и в настоящее время он составляет более 1000 компонентов/мм².

Классификация ИС может производиться по различным признакам. Однако по способу производства современные микросхемы можно разделить на полупроводниковые, пленочные, гибридные. Основу современной цифровой электроники составляют полупроводниковые интегральные схемы.

Широкое распространение получили следующие полупроводниковые ИС:

· биполярные;

· МДП (МОП) – металл-диэлектрик (окисел)-полупроводник;

· БиМОП – сочетание двух первых типов.

Технология полупроводниковых ИС основана на легировании полупроводниковой (кремниевой) пластины поочередно донорными и акцепторными примесями, в результате чего под ее поверхностью образуются тонкие слои с разным типом проводимости и p–n- переходы на границах слоев. Отдельные слои используются в качестве резисторов, а p–n -переходы для формирования диодных и транзисторных структур.

Легирование осуществляется локально с помощью специальных масок с отверстиями, через которые атомы примеси проникают в пластину на нужных участках и на нужную глубину. Роль маски обычно играет пленка двуокиси кремния SiO₂, покрывающая поверхность кремниевой пластины. В этой пленке различными методами формируются окна необходимой формы.

Основным элементом биполярных ИС является n–p–n -транзистор (биполярный транзистор), и на его изготовление ориентируется весь технологический цикл. Все другие элементы, по возможности, изготавливаются с этим транзистором, без дополнительных технологических операций.

Основным элементом МДП (МОП) ИС является МДП (МОП)-транзистор.

Элементы биполярной ИС необходимо изолировать друг от друга, чтобы они не взаимодействовали через кристалл. Элементы МДП (МОП) ИС не нуждаются в специальной изоляции друг от друга. В этом одно из главных преимуществ МОП ИС по сравнению с биполярными.

В последнее время широкое распространение в качестве материала подложки получил арсенид-галлий. В полупроводниковых микросхемах, выполненных на такой основе, активными элементами служат полевые транзисторы с управляющим переходом металл-полупроводник (МЕП-транзисторы).

Дата добавления: 2014-01-15