Что такое полупроводниковые интегральные схемы и для чего они предназначены.



Что такое полупроводниковые интегральные схемы.

Полупроводниковые интегральные микросхемы - это интегральные микросхемы, все пассивные и активные элементы которых изготовлены в одной пластинке полупроводника (монокристалле кремния). Большую часть пластинки по толщине составляет подложка, и только в тонком приповерхностном слое находятся элементы схемы и соединения между ними, созданные методом диффузионно-планарной технологии. Такая технология позволяет создать в пластинке полупроводника (кремния) области с разным типом проводимости, а также соединения этих областей с металлическими контактами. Области с разным типом проводимости образуют переходы, выполняющие функции резисторов, конденсаторов, диодов, транзисторов. Кстати, в некоторых полупроводниковых интегральных микросхемах применяется светодиодная подсветка.

 Тип проводимости определяется концентрацией примеси. Избыток доноров дает область с проводимостью типа п, избыток акцепторов — область с проводимостью типа р. Процесс изменения типа проводимости путем добавления примесей называется компенсацией.

Атомы примесей вводятся в полупроводник через поверхность с помощью диффузии, например путем помещения полупроводника в смесь паров с атомами примеси при достаточно высокой температуре. Возможно проведение даже тройной диффузии, при которой получают трехслойную структуру, содержащую два перехода; наиболее глубокой является первая диффузия. Ограничение областей, в которых путем диффузии примесей получают изменение типа проводимости, осуществляется с помощью слоев двуокиси кремния, предохраняющих от диффузии участки, покрытые таким слоем. Слой двуокиси кремния на пластинке создается окислением поверхности пластинки при высокой температуре. Вскрытие определенных участков (так называемых окошек) в слое окисла для проведения диффузии осуществляется растворением окисла в плавиковой кислоте. В процессе удаления слоев окисла с определенных участков поверхности пользуются фотомасками, облучаемыми ультрафиолетовыми лучами. Участки полупроводника, покрытые светочувствительной эмульсией и не засвеченные через маску (шаблон), образованную системой прозрачных и непрозрачных участков, вытравливаются. Этот процесс называется фотолитографией. 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.

 

Предназначение полупроводниковых интегральных схем.

Интегральная микросхема может обладать законченным, сколь угодно сложным, функционалом — вплоть до целого микрокомпьютера (однокристальный микрокомпьютер).

Аналоговые схемы :

s Операционные усилители.

s Компараторы.

s Генераторы сигналов.

s Фильтры (в том числе на пьезоэффекте).

s Аналоговые умножители.

s Аналоговые аттенюаторы и регулируемые усилители.

s Стабилизаторы источников питания: стабилизаторы напряжения и тока.

s Микросхемы управления импульсных блоков питания.

s Преобразователи сигналов.

s Схемы синхронизации.

s Различные датчики (например, температуры).

Цифровые схемы :

p Логические элементы

p Триггеры

p Счётчики

p Регистры

p Буферные преобразователи

p Шифраторы

p Дешифраторы

p Цифровой компаратор

p Мультиплексоры

p Демультиплексоры

p Сумматоры

p Полусумматоры

p Ключи

p АЛУ

p Микроконтроллеры

p (Микро)процессоры (в том числе ЦП для компьютеров)

p Однокристальные микрокомпьютеры

p Микросхемы и модули памяти

p ПЛИС (программируемые логические интегральные схемы)

Цифровые интегральные микросхемы имеют ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми:

û Уменьшенное энергопотребление связано с применением в цифровой электронике импульсных электрических сигналов. При получении и преобразовании таких сигналов активные элементы электронных устройств (транзисторов) работают в «ключевом» режиме, то есть транзистор либо «открыт» — что соответствует сигналу высокого уровня (1), либо «закрыт» — (0), в первом случае на транзисторе нет падения напряжения, во втором — через него не идёт ток. В обоих случаях энергопотребление близко к 0, в отличие от аналоговых устройств, в которых большую часть времени транзисторы находятся в промежуточном (резистивном) состоянии.

û Высокая помехоустойчивость цифровых устройств связана с большим отличием сигналов высокого (например, 2,5-5 В) и низкого (0-0,5 В) уровня. Ошибка возможна при таких помехах, когда высокий уровень воспринимается как низкий и наоборот, что маловероятно. Кроме того, в цифровых устройствах возможно применение специальных кодов, позволяющих исправлять ошибки.

û Большое отличие сигналов высокого и низкого уровня и достаточно широкий интервал их допустимых изменений делает цифровую технику нечувствительной к неизбежному в интегральной технологии разбросу параметров элементов, избавляет от необходимости подбора и настройки цифровых устройств.

Аналогово-цифровые схемы :

Ø цифро-аналоговые (ЦАП) и аналогово-цифровые преобразователи (АЦП).

Ø Цифровые вычислительные синтезаторы (ЦВС).

Ø Трансиверы (например, преобразователь интерфейса Ethernet).

Ø Модуляторы и демодуляторы.

Ø Радиомодемы

Ø Декодеры телетекста, УКВ-радио-текста

Ø Трансиверы Fast Ethernet и оптических линий

Ø Dial-Up модемы

Ø Приёмники цифрового ТВ

Ø Сенсор оптической мыши

Ø Преобразователи напряжения питания и другие устройства на переключаемых конденсаторах

Ø Цифровые аттенюаторы.

Ø Схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с последовательным интерфейсом.

Ø Коммутаторы.

Ø Генераторы и восстановители частоты тактовой синхронизации

Ø Базовые матричные кристаллы (БМК): содержит как аналоговые, так и цифровые первичные элементы.

 


 

Список используемой литературы

1. Березин А.С., Мочалкина О.Р.: Технология и конструирование интегральных микросхем. — М. Радио и связь, 1983. — 232 с., ил.

2. Готра З. Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник. — М.: Радио и связь, 1991. — 528 с.: ил.

3. Коледов Л. А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок: Учебник для вузов. — М.: Радио и связь,1989. — 400 с., ил.

4. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование.: под ред. Л. А. Коледова. — М.: Высш. шк., 1984. — 231 с., ил.

5. Степаненко И. П. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2000 — 488 с., ил.

6. Черняев В. Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров: Учебник ля вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1987. — 464 с.: ил.

7. http://ru.wikipedia.org/wiki/СБИС#.D0.A1.D0.B5.D1.80.D0.B8.D0.B8_.D0.BC.D0.B8.D0.BA.D1.80.D0.BE.D1.81.D1.85.D0.B5.D0.BC

 

 


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 172; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ