Проектирование интегрального параметрического стабилизатора напряжения - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Проектирование интегрального параметрического стабилизатора напряжения

Разработка топологии ИМС параметрического стабилизатора напряжения и технологического маршрута производства в соответствии с данным техническим заданием. Создание внутрисхемных соединений и формированием защитного покрытия. Кремниевый стабилитрон.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Тема: Проектирование интегрального параметрического стабилизатора напряжения
U ст = 9В, I ст = 50 мА, К ст = 300
1. Стабилизаторы напряжения в интегральных схемах
1.2 Интегральные схемы в устройствах стабилизации
1.4 Особенности интегральных стабилизаторов
1.6 Простейший параметрический стабилизатор напряжения
1.7 Транзисторные стабилизаторы напряжения
2. Методы изоляции и технологии изготовления интегральных схем
2.1.4 Технология на основе двойной диффузии
2.1.5 Технология на основе трех фотошаблонов
3. Электрическая схема разрабатываемого элемента
6. Разработка профильной схемы технологического маршрута ИМС
7. Комплект фотошаблонов к топологии
Общеизвестно, что к преждевременному выводу из строя электрооборудования часто приводят периодические скачки напряжения, происходящие по различным причинам, например, в связи с авариями на подстанциях и линиях электропередач, использованием устаревших трансформаторов и проводов. Современная бытовая электроника допускает отклонения параметров электропитания не более чем на 10% от номинала, но даже в крупных городах электросети не всегда гарантируют выполнение этих требований. Из-за этого бытовые электроприборы начинают работать нестабильно, ухудшаются их потребительские характеристики, возможны даже серьезные поломки
Требования к допустимой нестабильности напряжений определяются типом аппаратуры и ее назначением. Для питания задающего генератора передатчика или какого-либо прецизионного прибора допустимая нестабильность намного меньше, чем для обычного усилителя. Для обеспечения заданной стабильности напряжения необходим стабилизатор -- устройство, поддерживающее на своем выходе заданные значения напряжений с заданными допустимыми колебаниями при изменениях входного напряжения и сопротивления нагрузки,
В отдельных случаях кроме постоянства питающего напряжения требуется и постоянство тока. Для поддержания постоянства тока служат стабилизаторы тока. Стабилизаторы напряжения и тока часто называют автоматическими регуляторами напряжения и тока.
Задачей данного курсового проекта является разработка топологии ИМС параметрического стабилизатора напряжения и технологического маршрута производства в соответствии с данным техническим заданием.
1. Стабилизаторы напряжения в интегральных схемах
Стабильность выходного напряжения зависит от изменений входного напряжения, частоты, температуры окружающей среды, нестабильности элементов самого стабилизатора, сопротивления нагрузки. Для оценки качества работы стабилизаторов вводятся понятия коэффициентов стабилизации по напряжению и току:
где --коэффициент стабилизации по напряжению; -- коэффициент стабилизации по току;
, , -- соответственно входное и выходное номинальные напряжения и номинальный выходной ток стабилизатора (ток нагрузки).
Коэффициенты стабилизации показывают, во сколько раз относительное изменение выходного напряжения (тока) меньше относительного изменения входного напряжения (тока). Величина коэффициента стабилизации для различных типов стабилизаторов колеблется от нескольких единиц до нескольких тысяч. Коэффициент стабилизации может быть приведен для медленного (плавного) изменения напряжения сети (статическая нестабильность) и для скачкообразного изменения (динамическая нестабильность). Также может быть указан уход (временной дрейф) выходного напряжения за определенное время, например за 8 ч работы (обычно это относится к источнику питания в целом).
Важным параметром работы стабилизатора является его температурный коэффициент по напряжению (ТКН или ), характеризующий изменение выходного напряжения или тока нагрузки:
Стабилизатор характеризуется также коэффициентом сглаживания пульсаций
где , -- соответственно амплитуда пульсаций выпрямленного напряжения на входе и выходе стабилизатора; , -- постоянные составляющие напряжения на входе и выходе стабилизатора. Коэффициент сглаживания характеризует способность стабилизатора снижать пульсации выпрямленного напряжения.
Еще одной характеристикой является выходное сопротивление, общее выражение для которого имеет вид:
где -- выходное напряжение холостого хода, т.е. без нагрузки; -- ток в выходной цепи при коротком замыкании.
Для стабилизаторов переменного тока, в которых важна неискаженная форма выходного напряжения, вводится понятие коэффициента нелинейных искажений.
Для полной характеристики стабилизаторов необходимо знать КПД, т. е. отношение выходной мощности ко входной. КПД в зависимости от принципа построения, схемного решения, высокой мощности может быть от нескольких процентов до 90%.
Стабилизаторы можно классифицировать по мощности, принципу действия, точности поддержания выходного напряжения, назначению и области применения. Стабилизаторы бывают общего назначения и специальные. К первым можно отнести стабилизаторы, например, для питания телевизоров, а ко вторым стабилизаторы в источнике питания задающего генератора передатчика или для прецизионной контрольно-измерительной аппаратуры.
По мощности стабилизаторы подразделяются на маломощные (до 50 Вт), средней (до 2 кВт) и большой мощности (свыше 2 кВт).
По принципу действия стабилизаторы подразделяются на параметрические, компенсационные и импульсные.
1 .2 Интегральные схемы в устройствах стабилизации напряжения питания
Повышенная точность работы электронной системы может быть достигнута лишь в том случае, если все устройства, входящие в нее, будут иметь стабильные передаточные функции. Все усилительные параметры и уровни ошибок интегральных схем в определенной мере зависят от питающих напряжении. Как показывает опыт, для аппаратуры, построенной на большом количестве ИС, при изменениях питающих напряжений могут возникать значительные ошибки. Чем сложнее электронная схема, тем сильнее ее параметры зависят от питающих напряжений.
Аналогичная ситуация имеет место и для устройств, выполненных на цифровых интегральных схемах, несмотря на стандартность их логической функции. В цифровых устройствах при значительных колебаниях питающих напряжений может снижаться помехоустойчивость. Этот эффект определяется нестабильностью линейного режима, в котором находится ключевая схема в момент смены состояний.
Большая потребность в стабилизаторах питания для обслуживания аппаратуры, выполненной на интегральных схемах, привела к тому, что были разработаны и внедрены специальные ИС -- стабилизаторы напряжения. Заметим, что схемы повышенной сложности (компараторов, радиочастотных линеек) снабжают собственными внутренними стабилизаторами питающих напряжений или токов.
1.3 Особенности интегральных стабилизаторов
Интегральные схемы, работающие в режиме стабилизации питающих напряжений, имеют следующие особенности. В интегральном исполнении преобладают так называемые последовательные стабилизаторы напряжения. Они могут иметь непрерывный или импульсный режимы управления. Схемы с импульсным управлением по-другому называются ключевыми стабилизаторами напряжения. Стабилизаторы могут строиться для положительных или отрицательных напряжений питания. Если разнополярные стабилизаторы обслуживают устройство, выполненное на интегральных ОУ, то они размещаются непосредственно на этой монтажной плате. Выходное напряжение интегрального стабилизатора может быть меньше или больше, чем напряжение, выделяющееся на интегральном стабилитроне или на схеме, синтезирующей опорное напряжение. Для обслуживания блоков, собранных на цифровых ИС, конструируются специальные стабилизаторы, рассчитанные на напряжение 5 В, но генерирующие значительные токи (сотни миллиампер).
Интегральные стабилизаторы появились относительно поздно отчасти потому, что их очень трудно спроектировать многофункциональными, чтобы удовлетворить разнообразные требования потребителей. От различных систем питания требуются разные напряжения, токи и коэффициенты стабилизации, в то же время уровни токов, генерируемых монолитными ИС, ограничены, так как для мощных структур необходимы кристаллы увеличенных размеров (соответственно необходимы сложные многовыводные корпуса с увеличенной мощностью рассеяния).
Интегральные стабилизаторы постоянно совершенствуются. Схемотехника такой ИС по сложности соответствует ОУ, причем внутри кристалла стабилизатора существует сильная тепловая обратная связь. К интегральному стабилизатору желательно подключать наименьшее количество обслуживающих элементов. С этой точки зрения наиболее перспективны стабилизаторы, имеющие всего три вывода: вход, выход и общий полюс. Трехвыводные стабилизаторы имеют меньшую универсальность применения, но рассчитаны на повышенную мощность, для них не требуются дополнительные проходные транзисторы. Эти стабилизаторы смонтированы в корпусах мощных транзисторов, имеющих два или три изолированных вывода. Однако появлению этих ИС предшествовало широкое распространение относительно маломощных универсальных ИС.
1.4 Кремниевый стабилитрон. Простейший параметрический стабилизатор напряжения
Структура принципиальной схемы стабилизатора во многом определяется типом опорного элемента -- стабилитрона. В настоящее время для интегральных стабилизаторов используются три типа опорных элементов: пробивной стабилитрон с напряжением примерно 6,3 В, низковольтный термокомпенсированный источник с напряжением 1,8 В, также основанный на пробивном стабилитроне, и опорный элемент без пробивного диода, основанный на генераторах стабильных токов.
Наиболее просто в качестве стабилитрона использовать переход база--эмиттер стандартного интегрального транзистора [2]. При обратном смещении этот переход пробивается при напряжении ~5-6 при лавинном механизме и при напряжении ~2-5 В при туннельном механизме пробоя, причем температурный коэффициент опорного напряжения .
На рис. 1.1. (а) показана схема включения стабилитрона, а на рис. 1.1. ( б ) -- его эквивалентная схема, из которой видно, что опорное напряжение U o п выделяющееся на стабилитроне, суммируется из ЭДС Е оп и падения напряжения от тока I ст , протекающего через стабилитрон. Оно выделяется на внутреннем сопротивлении диода R D . По данному эквиваленту можно сделать два важных для проектирования схем стабилизаторов вывода: ток стабилитрона I ст следует устанавливать минимальным и обязательно фиксировать.
Рис. 1.1. Включение планарного интегрального транзистора в режиме стабилитрона (а) и его эквивалентная схема (б)
На рис. 1.2. (а) представлена вольт-амперная характеристика полупроводникового стабилитрона, на рис. 1.2, ( б ) -- ее наиболее распространенное начертание (сплошная линия отражает нормальную температуру t 1 , штриховая -- повышенную температуру t 2 ). При подведении к полупроводниковому стабилитрону прямого напряжения он ведет себя как обычный полупроводниковый диод (рис. 1.2, б). Обратная ветвь вольт-амперной характеристики совпадает с аналогичной характеристикой обычного диода, пока приложенное обратное напряжение меньше напряжения пробоя.
Рис. 1.2. Вольт-амперные характеристики полупроводникового стабилитрона
Когда напряжение становится равным напряжению электрического пробоя (точка 1 ), стабилитрон открывается и проходящий через него ток (ток стабилизации) будет определяться сопротивлением нагрузки. В этом состоянии кремниевый стабилитрон может находиться продолжительное время, если мощность рассеивания на нем не превышает допустимой. При превышении максимально допустимого тока стабилизации наступает необратимый тепловой пробой, стабилитрон теряет свои стабилизирующие свойства и выходит из строя. Таким образом, при применении кремниевых стабилитронов используется участок обратной ветви вольт-амперной характеристики (участок между точками 1 и 2). Стабилитроны включаются в электрическую схему полярностью, противоположной полярности обычных выпрямительных диодов.
На рис. 1.3. приведена схема включения полупроводникового стабилитрона (простейший вариант стабилизатора напряжения). При изменении входного напряжения изменяется ток в стабилитроне. Если входное напряжение U вх увеличилось, то ток I ст через стабилитрон увеличивается, при этом увеличивается падение напряжения на балластном или гасящем резисторе R Г а напряжение U вых на стабилитроне и, следовательно, на нагрузке R н остается постоянным. Сопротивление R Г берется таким, чтобы падение напряжения на нем составляло (0,5 ч 3,0) U вых . В таком стабилизаторе КПД составляет 20--30%, коэффициент стабилизации -- 20--50.
Далее следует заметить, что поскольку общий ток практически неизменен, увеличение выходного тока сопровождается уменьшением тока стабилитрона. При коротком замыкании выходных зажимов ( R н = 0) получаем I ст = 0, т.е. диодный стабилизатор «не боится» коротких замыканий на выходе. Эта особенность свойственна всем стабилизаторам параллельного типа, у которых регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.
Рис. 1.3. Схема простейшего параметрического стабилизатора напряжения на опорном диоде (стабилитроне)
Для увеличения коэффициента стабилизации применяют каскадное включение стабилитронов. Для этого на выходе приведенной схемы включаются еще один балластный резистор и стабилитрон с более низким напряжением стабилизации. Общий коэффициент стабилизации будет равен произведению коэффициентов стабилизации отдельных стабилизаторов. При этом резко уменьшается КПД. Например, при двухкаскадном включении стабилизаторов с КПД, равным 25%, общий КПД равен нескольким процентам.
Рис. 1.4. Схемы параметрических стабилизаторов напряжения с термокомпенсацией
Параметры кремниевых стабилитронов сильно зависят от температуры окружающей среды, что вызывает необходимость специальной термокомпенсации. У кремниевых стабилитронов с ростом температуры напряжение стабилизации увеличивается, т. е. они имеют положительный температурный коэффициент по напряжению (ТКН). Включение в стабилизатор элементов R t ° с отрицательным ТКН позволяет уменьшить влияние температуры (рис. 1.4. а). В качестве термокомпенсирующего элемента используются обычные полупроводниковые диоды либо кремниевые стабилитроны, включенные в прямом направлении (рис. 1.4, б). В отличие от стабилитрона, включенного в обратном направлении, кремниевый стабилитрон, включенный в прямом направлении, имеет отрицательный ТКН. Так как изменение напряжения стабилизации с ростом температуры превышает изменение прямого падения напряжения на одном стабилитроне, для полной компенсации используются несколько стабилитронов. Термокомпенсирующими элементами часто служат полупроводниковые термосопротивления с отрицательным ТКН (термисторы). Для увеличения выходного напряжения стабилитроны включаются последовательно. Из-за разброса напряжения стабилизации параллельное включение кремниевых стабилитронов недопустимо. В этом случае стабилитрон с более низким напряжением стабилизации оказывается перегруженным по току.
1.5 Транзисторные стабилизаторы напряжения. Компенсационные стабилизаторы
Стабилизатор имеет структуру эмиттерного повторителя: нагрузка включена в цепь эмиттера, а на базу вместо переменного сигнала подано постоянное опорное напряжение U оп . Источником опорного напряжения обычно служит диодный стабилизатор.
т.е. выходное наряжение определяется значением опорного напряжения.
Если пренебречь базовым током, то входной и выходной токи практически одинаковы: . Следовательно, увеличение тока нагрузки влечет за собой такое же увеличение коллекторного тока и тем самым - мощности, рассеиваемой в транзисторе. Очевидно, что короткое замыкание на выходе недопустимо, т.к. приводит к перегрузке транзистора. Этот вывод относится ко всем стабилизаторам последовательного типа, у которых регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой. Во избежание перегрузки мощные стабилизаторы последовательного типа снабжают специальной системой защиты.
Выходное сопротивление данного стабилизатора такое же, как у эмиттерного повторителя.
Из того, что сопротивление опорного элемента мало, и выходное сопротивление растет с уменьшением тока и по мере приближения к режиму холостого хода может достигать неприемлемых значений. Чтобы сгладить зависимость выходного сопротивления от тока нагрузки, можно включить параллельно нагрузке (до выходных зажимов) постоянный шунт. Этот шунт обеспечит некоторый остаточный эмиттерный ток даже при холостом ходе.
Если пренебречь сопротивлением коллекторного перехода, т.е. положить , то приращение не будет проникать в базовую и эмиттерную цепи транзистора, поскольку в коллекторной цепи находится идеальный источник тока (рис. 1.5 б). В этом случае .
С учетом сопротивления приращение выходного напряжения в зависимости от можно записать в виде следующих соотношений:
где в правых частях стоят коэффициенты передачи соответствующих резистивных делителей напряжения.
Подставляя соотношение в (1), получаем коэффициент стабилизации:
Рассмотрим теперь более сложную схему. На рис. 1.6. приведена схема транзисторного стабилизатора с последовательным включением регулирующего элемента в виде транзистора Т 1 . Напряжение между базой и эмиттером усилительного транзистора Т 2 .определяется разностью между напряжением опорного диода Д 1 и напряжением, снимаемым с делителя R 4 , R 5 . Опорное напряжение кремниевого стабилитрона выше напряжения делителя, благодаря чему транзистор Т 2 открыт. При неизменном входном напряжении коллекторный ток через транзистор Т 2 будет постоянным и напряжение, поступающее с коллекторной нагрузки R 1 на базу регулирующего транзистора Т 1 также будет постоянным.
Рис. 1.6. Схема транзисторного стабилизатора компенсационного типа
Изменение входного напряжения приводит к изменению напряжения на коллекторной нагрузке транзистора Т 2 , что в свою очередь приводит к изменению внутреннего сопротивления транзистора Т 1 , и падению напряжения на нем. Для нормальной работы стабилизатора режим работы транзисторов необходимо выбрать так, чтобы при номинальных входном напряжении и токе нагрузки их рабочие токи соответствовали середине линейных участков вольт-амперных характеристик. Применение составных транзисторов в качестве регулирующего элемента приводит к увеличению коэффициента стабилизации. В этом случае возрастает общий коэффициент усиления по току, равный произведению коэффициентов усиления составляющих транзисторов, и уменьшается выходное сопротивление стабилизатора. Увеличением числа составных транзисторов практически нельзя получить сколь угодно большой коэффициент стабилизации, так как его величина сильно зависит от температуры окружающей среды. При изменении температуры на 1°С коэффициент стабилизации меняется примерно на 0,05--0,08%. Для уменьшения воздействия температуры используют термо-компенсирующие элементы, например кремниевые стабилитроны, которые включают в прямом направлении в плечо делителя R 4 , R 3 .
Низкий КПД является основным недостатком компенсационных стабилизаторов. Чем глубже регулирование выходного напряжения, тем ниже КПД.
Интегральные стабилизаторы напряжения представляют собой сложные стабилизаторы компенсационного типа, выполненные в виде микросхем. Они дают возможность по-новому подходить к вопросам электропитания крупных радиосистем, так как позволяют индивидуальную установку стабилизаторов на каждой съемной плате, а где не требуется стабильность напряжений, применять нестабилизированные источники.
В настоящее время промышленностью выпускаются стабилизаторы в интегральном исполнении на ток до 3 А с напряжением от 1,2 до 30 В. При большей величине тока к стабилизатору подключается дополнительно один или более транзисторов. Дополнительный более мощный транзистор включается таким образом, что образует составной транзистор с основными регулирующими транзисторами стабилизатора.
2. Методы изоляции и технологии изготовления интегральных схем
Для нормальной работы ИМС необходимо, чтобы элементы или группы элементов были размещены в электрически изолированных друг от друга областях. Эти области должны иметь следующие электрические и физические свойства: напряжение пробоя изоляции более высокое, чем напряжение питания ИМС; малую паразитную емкость, небольшие токи утечки, высокую теплопроводность, близость коэффициента термического расширения (КТР) изолирующей области к КТР кремния, большую радиационную стойкость, малую площадь, отводимую под изоляцию. Технологию изготовления ИС различают по принципу создания изоляции.
Сущность этой технологии состоит в том, что транзисторные структуры формируют локальной диффузией в эпитаксиальном слое n-типа, нанесенном на пластину р-типа, а изолирующие области создают путем проведения разделительной диффузии на всю глубину эпитаксиального слоя.
Последовательность формирования кристалла полупроводниковой ИМС, содержащей транзистор, диод, резистор, конденсатор и внутрисхемные соединения, по стандартной планарно-эпитаксиальной технологии приведена на рис. 2.1. (на рис. 2.1. показана часть пластины, в пределах которой формируется только одна схема).
Рис. 2.1. Последовательность формирования кристалла полупроводниковой ИМС по планарно-эпитаксиальнои технологии:
1- подложка р-типа; 2- оксид кремния; 3- скрытый слой n + -типа; 4- эпитаксиальный слой n-типа (коллекторные области); 5- базовая область р-тнпа; 6- эмиттерная область n + -типа; 7- металлизация; 8- конденсатор на основе оксида кремния; 9- диод (U кб = 0); 10- биполярный транзистор; 11-диффузионный резистор р-типа
Вначале составляют партию пластин с одинаковыми геометрическими размерами и заданным удельным сопротивлением, обычно состоящую из 10-20 шт . В отечественной промышленности используют пластины кремния диаметром 60-102 мм и толщиной 0,2- 0,4 мм, с удельным сопротивлением 1 - 10 Ом*см. Пластины подвергают очистке путем химической обработки поверхности с последующим ее травлением и промывкой в деионизованной или дистиллированной воде (этот процесс повторяют перед каждой последующей операцией). Затем осуществляют процесс окисления поверхности пластин (создание маскирующего оксида) в однозонной диффузионной печи в атмосфере сухого или влажного кислорода или паров воды при температуре ~1150°С.
Первую фотолитографию проводят для вскрытия окон в слое маскирующего оксида кремния. Через окна в оксиде в две стадии на глубину 1-2 мкм проводят диффузию сурьмы или мышьяка, в результате формируется хорошо проводящая n + -область под коллектором будущего транзистора (рис. 2.1. а).
После этого удаляют оксид кремния со всей поверхности пластин, очищают пластины и осуществляют эпитаксиальное наращивание слоя кремния n-типа (рис. 2.1. б). Для эпитаксиального наращивания используют, как правило, хлоридный метод в эпитаксиальных вертикальных реакторах при температуре ~ 1200°С. При этом получают слои кремния толщиной 8-10 мкм, с удельным сопротивлением 0,1 - 1,0 Ом*см. На поверхности пластины с эпитаксиальным слоем повторным термическим окислением создают слой оксида толщиной 0,5-1 мкм. С помощью процесса второй фотолитографии с определенных участков поверхности пластины селективно удаляют слой оксида - формируют окна в маскирующем слое под разделительную диффузию (рис. 2.1, в). В тех участках, с которых был удален слой оксида, путем разделительной диффузии бора в две стадии формируют изолирующие области р-типа. Первую стадию диффузии проводят при более низкой температуре (примерно 1100°С) в течение незначительного промежутка времени (единицы - десятки минут), вторую - при более высокой температуре (около 1200°С) в атмосфере сухого кислорода в течение времени, необходимого для проникновения бора на всю глубину эпитаксиального слоя. Тем самым создают коллекторные области n-типа, изолированные областями р-типа (рис. 2.1, г), причем распределение примесей в изолированных областях n-типа равномерное, а в изолирующих областях р-типа оно подчиняется закону Гаусса.
Для создания базовых областей транзисторов, резисторов и диодов в изолированные области n-типа проводят диффузию акцепторных примесей. Для этого в оксидном слое путем третьей фотолитографии создают окна с размерами, необходимыми для реализации элементов с требуемыми номиналами. Базовую диффузию проводят в две стадии. В качестве примеси используют бор.
Первая стадия (загонка) осуществляется при температуре 900-1000°С (в зависимости от применяемого источника диффузанта) и начинается в среде аргона и кислорода, а заканчивается в инертной среде - подается один аргон без диффузанта. Загонку осуществляют также ионным легированием. После этого путем травления в азотной или фтористой кислоте с поверхности пластин удаляют боросиликатное стекло.
Вторая стадия (разгонка) проводится при более высокой температуре (1150°С) в окислительной среде, в результате чего происходит перераспределение бора на определенную глубину. При этом создаются базовые области глубиной 2,5-3,5 мкм с удельным поверхностным сопротивлением 150-300 Ом/?, а на поверхности пластин - слой оксида кремния (рис. 2.1, д).
Затем формируют эмиттерные области n + -типа, которые служат эмиттерами транзисторов, катодами диодов, обкладками конденсаторов, омическими контактами к коллекторным областям, а иногда и внутрисхемными соединениями. Для этого пластины подвергают четвертой фотолитографии, за счет чего получают окна в оксидном слое под эмиттерные и контактные области к кремнию n-типа. Формирование эмиттерных областей n + -типа осуществляется диффузией фосфора в одну или две стадии в кислородной среде. Диффузия фосфора проводится на глубину 0,8-2 мкм, при этом создаются высоколегированные области n + -типа, удельное поверхностное сопротивление, которых составляет единицы ом на квадрат (рис. 3.1, е). Независимо от стадийности процесса диффузии (одна или две) распределение примеси в этих областях подчиняется функции erfc.
Заканчивается процесс получения полупроводниковых структур ИМС созданием внутрисхемных соединений и формированием защитного покрытия. Для этого вначале с поверхности пластины удаляют фосфоросиликатное стекло, а затем поверхность пластин окисляют для получения защитного оксида толщиной около 1 мкм. Этот слой оксида является также маскирующим при создании омических контактов металл - полупроводник. С этой целью методом пятой фотолитографии вскрывают окна в слое оксида под омические контакты (рис. 2.1. ж), поверхность пластин тщательно очищают, а затем термическим испарением в вакууме на поверхность пластин наносят слой алюминия толщиной 1-1,5 мкм. Алюминий наносят равномерно на всю поверхность пластины как на слой оксида, так и на участки, обработанные путем травления при фотолитографии. Затем поверхность алюминия подвергают фотогравировке с помощью шестой фотолитографии, чтобы получить внутрисхемные соединения необходимой конфигурации и контактные площадки; термообработка пластин дает хорошие контакты. На заключительном этапе наносят защитный слой оксида кремния и фотолитографией в нем вскрывают окна к контактным площадкам. На этом этапе заканчивается процесс формирования кристаллов ИМС. Структура готового кристалла ИМС показана на рис. 2.1. з (защитный слой не показан).
В производственных условиях после каждого этапа формирования ИМС осуществляют контроль. Так, после фотолитографии, чистки, окисления пластины подвергают 100%-ному контролю визуально. Диффузионные области контролируют после фотолитографии путем измерения удельного поверхностного сопротивления или снятия ВАХ. на образцах-спутниках либо по тестовым ячейкам. Пластины с готовыми микросхемами контролируют на функционирование с помощью зондовых установок. Забракованные микросхемы метят краской. После такого контроля пластины поступают на разделение на кристаллы, годные из них - на сборку.
Основными недостатками данного типового процесса изготовления ИМС являются случаи перераспределения примесей в ранее сформированных областях при последующих высокотемпературных операциях, что необходимо учитывать при расчетах и проектировании, а также наличие паразитных емкостей и токов утечки изолирующих р-n-переходов, что особенно сказывается в быстродействующих и микромощных цифровых и высокочастотных аналоговых микросхемах.
По стандартной планарно-эпитаксиальной технологии с разделительной диффузией изготовляют различные типы биполярных ИМС. Технология сравнительно проста, хорошо освоена в промышленных условиях и поэтому используется в наибольшем числе разработок и массового выпуска ИМС
Данная технология основана на использовании тонких эпитаксиальных слоев и коллекторной изолирующей диффузии (вместо разделительной в стандартном процессе).
Рис. 2.2. Последовательность формирования полупроводниковой ИМС по КИД-технологии
Сущность технологии изготовления полупроводниковых ИМС с использованием изолирующей коллекторной диффузии заключается в том, что коллекторные контактные области n + -типа формируют на всю глубину эпитаксиального слоя. Процесс осуществляется в такой последовательности. Сначала в высокоомную пластину р-типа проводят локальную диффузию для формирования скрытых слоев n + -типа, после чего выращивают тонкий (1-2 мкм) эпитаксиальный слой р-типа (рис. 2.2, а). Затем проводят локальную диффузию примеси n + -типа (коллекторных контактных областей) сквозь эпитаксиальный слой р-типа до смыкания со скрытым слоем. При этом образуются локальные эпитаксиальные слои р-типа, изолированные от подложки коллекторным слоем n + -типа (рис. 2.2,б). Базовые области р-типа формируют диффузией без применения фотошаблонов, что улучшает качество транзисторов. В дальнейшем формируют эмиттерные области, металлизированные соединения и защитный слой. В итоге получают транзисторные структуры (рис. 2.3, в), изоляция которых осуществляется с помощью обратносмещенных р-n-переходов, хотя фактической изолирующей диффузии не проводится.
По сравнению со стандартной технологией КИД-технология проще. Технологический цикл изготовления кристаллов сокращается на 1-2 фотолитографические операции, что повышает процент выхода годных ИМС и снижает их стоимость. КИД-технология благодаря простоте изготовления ИМС, большей в 1,5-2 раза плотности размещения элементов по сравнению со стандартным процессом, схемной универсальности и высоком
Проектирование интегрального параметрического стабилизатора напряжения курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Реферат: Аппарат Гольджи
Реферат: Видавничий процес як основа видавничої діяльності
Реферат по теме Кому доверить брэнд?
Контрольная Работа На Тему Назначение, Устройство И Принцип Работы Радиально-Сверлильных Станков
Контрольная работа по теме Крупяное производство в России
Небольшое Сочинение На Тему Полезные Растения
Топик: The history of railways (История железных дорог)
Дипломная работа по теме Стратегическое планирование на предприятии
Учебное пособие: Методические указания по выполнению контрольного задания по информатике Общая структура
Реферат: Перикл (444-429 гг. до н.э.)
Примерные Дипломные Работы
Курсовая работа: Основные приемы бухгалтерской отчетности. Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая Работа На Тему Колебательный Контур Усилителя Промежуточной Частоты
Реферат по теме Уголовно-процессуальные правоотношения
Дипломная работа по теме Роль кредита в становлении рыночных отношений после перестройки в России
Отчет по практике по теме Деятельность ООО 'ФТФ-Транс'
Курсовая работа по теме Проект программы по улучшению условий и охране труда в Хабаровском крае
Аутсорсинг В России Реферат
Учебное пособие: Оборудование для сборки
Патриарх Никон Историческое Сочинение
Изучение понятия государственного права и основных его составляющих - Государство и право курсовая работа
Особенности договора дарения - Государство и право дипломная работа
Использование бухгалтерских документов и экономической информации в деятельности аппаратов по борьбе с экономическими преступлениями - Бухгалтерский учет и аудит лекция