11. Фототранзисторы и фототиристоры. Принцип работы и выходные характеристики,

12. Классификация оптронов. Условные обозначения.

13. Сравнительная характеристика.

14. Характеристики оптронов.

15. Параметры оптронов.

16. Применение оптронов.

17. Принцип действия полупроводниковых индикаторов

18. Жидкокристалические индикаторы. Принцип действия и разновидности.

19. Газоразрядные индикаторы и плазменные панели.

20. Применение индикаторов.

21. Полупроводниковые лазеры. Принцип действия, характеристики и особенности.

Раздел III. Микроэлектроника

1 Технологические основы микроэлектроники

Средством решения проблемы увеличения надежности, снижения стоимости, массогабаритных показателей и энергопотребления РЭА является комплексная миниатюризация, в широком смысле означающая системный подход к применению в аппаратуре средств микроэлектроники, а в прикладном смысле – метод создания аппаратуры, при котором все ее узлы, блоки и устройства выполнены на базе изделий микроэлектроники. Следует уяснить, что основная задача микроэлектроники – решение вопросов надежности микроэлектронных устройств, состоящих из большого количества элементов. Это и есть – «Тирания большого количества».

Классификация изделий микроэлектроники приведена в [2, с.27-32].

Основным видом изделий микроэлектроники являются ИМС, которые могут быть квалифицированы по технологии изготовления, степени интеграции, функциональному назначению и по применяемости в аппаратуре. Подробно см. [2, с. 23-38].

Базовые технологические процессы изготовления полупроводниковых ИМС (эпитаксия, термическое окисление, диффузия, ионное легирование, фотолитография, металлизация) достаточно полно и компактно описаны в [2, с. 55-78]. Усвойте назначение каждого из базовых процессов, а также умейте без излишней детализации объяснить их сущность.

Основу биполярных полупроводниковых ИМС составляют n-p-n транзисторы. Отличия параметров и характеристик интегрального n-p-n транзистора от дискретного определяются расположением всех трех выводов на одной поверхности, а также влиянием подложки. Обратите внимание на способы улучшения параметров интегрального n-p-n транзистора, в частности, введение скрытого n-слоя.

Диоды полупроводниковых ИМС реализуются на основе n-p-n транзисторов, причем их параметры зависят от схемы включения транзистора в качестве диода.

Весьма важно для понимания принципов построения современных полупроводниковых цифровых ИМС разобраться с устройством и особенностями активных структур, не имеющих дискретных аналогов: многоэмиттерных и многоколлекторных транзисторов, транзисторов с барьером Шотки.

Обратите внимание на проблему реализации p-n-p транзисторов на одной подложке с основными n-p-n транзисторами, поймите отличия горизонтального и вертикального p-n-p транзисторов. Такие элементы наряду с супербета-транзисторами широко используются в полупроводниковых ИМС. Все перечисленные элементы ИМС подробно описаны в [2, с. 89-103].

В МДП ИМС используются структуры с одним типом кандалов (n-МДП, p-МДП) или двумя типами каналов (комплементарные, КМДП). Необходимо ясно понимать, что важным преимуществом МДП ИМС по сравнению с биполярными ИМС является упрощение технологии изготовления и соответственно больший процент выхода годных изделий и меньшая стоимость. МДП активные элементы занимают значительно меньшую площадь на подложке и позволяют реализовать ИМС с очень высокой степенью интеграции при малой потребляемой мощности. Обратите внимание на устройство и особенности КМДП ИМС, являющихся в настоящее время одним из наиболее перспективных типов ИМС. Данные вопросы достаточно кратко и понятно рассмотрены в [2, с. 103-112, 138-145].

Параметры и характеристики пассивных элементов полупроводниковых ИМС (диффузионных и ионно-легированных резисторов, диффузионных и МДП конденсаторов) существенно отличаются от соответствующих параметров и характеристик дискретных резисторов и конденсаторов.

Необходимо знать порядок температурных коэффициентов сопротивлений и емкостей пассивных элементов полупроводниковых ИМС, их основные отличия от дискретных пассивных компонентов и уметь изобразить простейшие модели (эквивалентные схемы), учитывающие паразитные эффекты. Особое внимание уделите МДП конденсаторам, широко используемым в самых новейших разработках дискретно-аналоговых МДП БИС. Следует также понимать, что, несмотря на большой разброс номиналов полупроводниковых резисторов и конденсаторов, отношения номиналов в пределах кристалла выдерживаются с достаточно высокой точностью (0,5 .3%). Пассивные компоненты полупроводниковых ИМС подробно описаны в [2, с.116-127]. При изучении элементов полупроводниковых ИМС усвойте способы изоляции между ними и их особенности.

Способ изоляции элементов в полупроводниковых ИМС, выполненных на основе биполярных структур, во многом определяет как предельно достижимые параметры и характеристики ИМС, так и последовательность технологических операций при их изготовлении. Следует понимать, что в полупроводниковых ИМС на МДП структурах изоляция между элементами не требуется.

Известные способы изоляции между элементами разделяются на два главных типа: изоляция обратно смещенным p-n переходом и изоляция диэлектриком.

Гибридные интегральные микросхемы (микросборки) представляют собой комбинацию пленочных пассивных элементов и дискретных активных компонентов, расположенных на общей диэлектрической подложке. В настоящее время в качестве дискретных активных элементов, кроме бескорпусных транзисторов и диодов, широко используют полупроводниковые ИМС различной степени интеграции, в частности, операционные усилители, триггеры, регистры и т.д. Таким образом, гибридные ИМС представляют собой не только функциональные узлы (усилители, звенья фильтров и т.д.), но и целые блоки устройства РЭА. Аналогом гибридной ИМС в МЭА третьего поколения является печатная плата, заполненная компонентами в виде корпусированных ИМС.

Использование гибридных ИМС в РЭА четвертого поколения позволяет резко уменьшить массогабаритные параметры и повысить надежность.

При изучении гибридных ИМС обратите внимание на особенности толстопленочных и тонкопленочных ИМС, а также параметры и характеристики их пассивных элементов (резисторов, конденсаторов, индуктивностей). Этот материал достаточно подробно изложен в [2, с. 115-202]. Методы получения толстых и тонких пленок приведены в [2, с. 195-172].

Особое внимание уделите изучению вопросов расчета и проектирования гибридных ИMС, необходимых для успешного выполнения третьей задачи контрольной работы [2, с. 203-216].

Основные этапы сборки и типы корпусов для полупроводниковых игибридных ИМС рассмотрены в [2, с. 145-148, 198-202].

2 Аналоговые ИМС

Номенклатура современных аналоговых ИМС обширна и разнообразна по функциональному назначению [2, с. 284-288].

Наиболее распространенным типом многофункциональных аналоговых ИМСявляется операционный усилитель (ОУ), с помощью которого возможно выполнение всех аналоговых функций (усиление, сравнение, ограничение, частотная фильтрация, суммирование, интегрирование, дифференцирование и др.) [2, с. 288-290];