Размеры интегральных схем

Перчень ключевых слов: принципиальная схема, широкополосный усилитель, расчет геометрических размеров, эскиз топологии. Объект разработки: топология ИМС широкополосного усилителя. Цель работы: расчет геометрических размеров элементов схемы усилителя, конструирование эскиза топологии. Методы разработки: размеры интегральных схем эскиза топологии с помощью пакета программ AutoCAD. Полученные результаты: библиотека элементов усилителя, эскиз топологии в формате AutoCAD. Степень внедрения: не внедрено. Область применения: не применяется. Основные конструктивные и технико-эксплуатационные характеристики: количество слоев в кристалле — 6, количество элементов в принципиальной схеме —20 элементов, из них: 9 n-p-n транзистора, 9 резисторов. Общие принципы построения топологии биполярных ИМС 1. Эскиз топологии широкополосного усилителя Введение Основной тенденцией в современных полупроводниковых ИМС является увеличение степени интеграции. Это, как правило, проявляется в усложнении процесса проектирования топологии ИМС и в размеры интегральных схем появляющегося размеры интегральных схем числа ошибок на стадии проектирования. Поэтому можно сказать, что разработка топологии ИМС является наиболее важной и ответственной операцией при проектировании любой ИМС. В практике проектирования топологии существует много подходов. К одному из них можно отнести следующие этапы проектирования: получение исходных данных; расчет геометрических размеров активных и пассивных элементов; разработка эскиза топологии; разработка предварительных вариантов топологии; выбор окончательного варианта топологии и его оптимизация. Целью данного курсового проекта является расчет геометрических размеров элементов ИМС широкополосного усилителя, проектирование топологии данной размеры интегральных схем. Исходными данными при этом являются: схема электрическая принципиальная и электрические параметры. Научной новизны курсовой проект не имеет. Практическая значимость заключается в том, что разработана топология полупроводниковой ИМС с заданными, в задании на проектирование, параметрами. Разработанная топология полупроводниковой ИМС — это законченный размеры интегральных схем ИМС, который можно использовать при проектировании аналоговых микросхем. Исходными данными при конструировании микросхем являются: принципиальная электрическая схема с номинальными допусками на электрические параметры элементов, базовый технологический процесс с указанием технологических допусков. Принципиальная схема разрабатываемой ИМС широкополосного усилителя приведена на рисунке 1. Для расчета остальных элементов используется выбранная физическая структура основного транзистора. В настоящее время существуют два основных вида физической структуры ИМС: микросхемы на основе биполярных транзисторов и микросхемы на основе МОП - структуры. Наибольшее количество слоев имеют микросхемы на основе биполярных транзисторов рис. Это скрытый n+-слой, эпитаксиальный, размеры интегральных схем - разделительный, базовый, эмиттерный, специальный резистивный, и т. Для изготовления микросхем на основе МОП — транзисторов необходим лишь один диффузионный слой. Удельное сопротивление подложки выбирается исходя из требований к рабочему напряжению коллекторного перехода транзистора. При этом напряжение пробоя перехода коллектор-подложка должно быть больше, чем пробивное напряжение перехода коллектор-база. Удельное сопротивление подложки должно быть как можно большим. Это обеспечивает одновременно малую паразитную емкость перехода коллектор-подложка, но и надо иметь в виду, что одновременно будет увеличиваться сопротивление тела подложки, а это есть паразитный параметр, который сказывается на частотных свойствах. Удельное сопротивление подложки ρ - должно выбираться компромиссным путем из диапазона 1. Уровень легирования эпитаксиального слоя выбирается исходя из нескольких противоречивых требований: -для высокого пробивного напряжения изолирующего перехода и для малой удельной емкости переходов необходимо, чтобы уровень легирования эпитаксиального слоя был как можно меньше но чуть больше уровня легирования подложки ; -для уменьшения последовательного сопротивления тела коллектора, которое влияет на частотные свойства, уровень легирования должен быть как можно выше. Эти противоречивые требования приводят к следующему компромиссу: сопротивление эпитаксиальной размеры интегральных схем выбирается таким, чтобы оно обеспечивало заданное высоковольтное напряжение самого высоковольтного транзистора с учетом способа его изготовления. Но при всех реальных параметрах транзисторов такие значения удельного сопротивления приводят к завышенному значению сопротивления тела коллектора. Во избежании этого вводят высоколегированный n+-слой. Толщина эпитаксиальной пленки должна по возможности быть как можно меньше, но существует следующее ограничение:1. Скрытый n+-слой размеры интегральных схем для того, чтобы обеспечить минимальное сопротивление тела коллектора. Исходя из этой задачи скрытый слой должен быть максимально легирован, но должна быть обеспечена невозможность смыкания этого слоя с базой при подаче на этот переход коллектор-база рабочего напряжения. При этом расползание слоя при дальнейших технологических операциях должно быть строго контролировано. Базовая область изготавливается методом диффузии, поэтому является неоднородно легированной. Уровень легирования эмиттерной области долже быть как можно выше. Глубина залегания перехода эмиттер-база определяется, как:1. Уровень легирования этой области должен быть достаточно высок для эффективной изоляции p-n перехода на кристалле повышенной площади. В полупроводниковых микросхемах в качестве межэлементных соединений применяются проводники из пленки алюминия. Для исключения пересечений проводников используется 3 основных метода: многослойная металлизация, прокладка шин металлизации над каналами резисторов, защищенными слоем SiO2 и проводящие диффузионные перемычки под слоем двуокиси кремния. Минимальная ширина металлизированной дорожки при заданной ее толщине определяется допустимой плотностью тока. Это связано с миграцией Al от коллекторных контактов выходных транзисторов, что повышает сопротивление тела коллектора, рост нитей Al, приводит к закорачиванию эмиттерных p-n переходов и другое. Геометрические размеры интегральных схем контактных площадок размеры интегральных схем базовой технологией изготовления микросхем и составляют часто 100 Ч 100 мкм. Площадь контактных площадок должна обеспечивать хорошее соединение. Их целесообразно размещать под отдельными изолированными областями для уменьшения результирующей паразитной емкости исключение опасности коротких замыканий при дефекте в окисле. Все n-p-n транзисторы можно разделить на 2 группы: а. Универсальные в свою очередь делятся на: микро и маломощные рассеиваемая мощность в диапазоне 0,3…3 мВттранзисторы средней мощности 3…25мВтмощные размеры интегральных схем более 25мВт. Специальные делятся на: многоэмиттерный транзистор и p-n-p транзистор. Выбор геометрических размеров транзисторов, количество эмиттеров, базовых и коллекторных контактов их форма определяются требованиями к параметрам. Максимальная плотность эмиттерного тока, превышение которой приводит к уменьшению коэффициента усиления транзистора, ограничивает рабочий ток. Расчет геометрических размеров эмиттерной области ведется следующим образом. Далее определяем максимальный удельный ток для произвольного случая по формуле2. После определения геометрических размеров эмиттерной области транзистора необходимо определить полные геометрические размеры этого элемента. Для примера выберем одну из конфигураций транзистора рис. Найденные исходные данные le и be. Рассчитанные таким образом линейные размеры транзистора с конкретной конфигурацией является минимально возможным для данного типа технологии и размеры интегральных схем быть учтены для конкретных параметров и конкретных областей применения транзистора. Исходными данными при проектировании резисторов являются: номинал — R, поверхностное сопротивление слоя, на котором он изготовляется — RS, мощность рассеяния — P; погрешность номинала — YR, температурный диапазон работы — ΔT, bmin, погрешности изготовления — размеры интегральных схем удельная мощность рассеяния — P0 и т. В диапазоне номиналов от 100 Ом до 50 кОм резисторы изготовляют на основе базового слоя микросхемы. Его обычные параметры: Расчет начинаем с определения коэффициента формы:. Определяется по таблицам, графикам и монограммам. При этом следует помнить, что bрасч это эффективная, а не топологическая ширина резистора. Она состоит из 35 элементов, из них: 14 n-p-n транзистора, 8 p-n-p транзисторов, 6 резисторов и 7 планарных транзисторов размеры интегральных схем инжекционным питанием И2Л — логика. Таким образом, для создания библиотеки элементов цифра — аналогового преобразователя необходимо рассчитать геометрические размеры 1 n-p-n транзистора, 1 p-n-p транзисторов и резистора. Но размеры интегральных схем как мы не имеем исходных размеры интегральных схем для расчета по этим формулам то, размер эмиттерной области можно провести по эмпирической формуле, полученной опытным путем. Максимальный эмиттерный ток для транзисторов использующихся в размеры интегральных схем широкополосного усилителя приведен в таблице 1. Тогда расчетный размер эмиттера выберем равным 16 мкм. Все остальные геометрические размеры транзистора рассчитываются по формулам, приведенным в пункте 2. Длина области базы рассчитывается по формуле 2. Ширина области базы рассчитывается по формуле 2. Наибольшее распространение получили диффузионные резисторы на основе базовой диффузии. Так как все резисторы выполнены на одном слое, то нет необходимости приводить подробные расчеты каждого размеры интегральных схем. Для примера, размеры интегральных схем резистор R1 и проведем расчет его геометрических размеров по методике описанной в пункте 2. При этом Конструкции МДП-транзисторов металл - диэлектрик — полупроводник в микросхемах с алюминиевой металлизацией. Материалы, используемые в качестве диэлектрика. Применение поликремниевых затворов транзисторов. Расчёт и обоснование требуемых характеристик источника питания. Определение и выбор всех элементов схемы номиналов и мощностей. Вычисление параметров конденсаторов, резисторов, транзисторов. Расчёт КПД схемы при синусоидальном входном сигнале. Классификация биполярных транзисторов по типу рабочего материала и механизму передачи тока в размеры интегральных схем. Основные свойства сплавных и планарных транзисторов. Ширина диапазона рабочих частот БТ. Основные принципы построения АМ-ЧМ приемников. Анализ схемы электрической принципиальной ИМС TA2003. Разработка физической структуры кристалла, технологического маршрута изготовления и топологии размеры интегральных схем микросхемы. Компоновка элементов и блоков. Классификация интегральных микросхем их сравнение. Краткая характеристика полупроводниковых интегральных микросхем. Расчёт полупроводниковых резисторов, общие сведения об изготовлении. Анализ основных тенденций в современных полупроводниковых интегральных микросхемах ИМС. Структурная схема блока компаратора. Физическая структура и топология биполярного n-p-n транзистора на основе подложки p-типа с эпитаксиальным и скрытым слоем. Общие принципы построения импульсных источников питания. Организационно-экономический раздел: расчет сметы затрат на проектирование Размеры интегральных схем. Схема включения ИМС в составе импульсного источника питания. Разработка библиотеки элементов, схема электрическая. Физико-топологическая модель как модель расчета электрических параметров. Расчет распределения концентрации акцепторной и донорной примеси, скорости диффузии, расчет остальных параметров биполярного транзистора. Определение напряжения лавинного пробоя. Резисторы, конденсаторы их суть понятие и характеристика. Полупроводниковое соединение резисторов и конденсаторов. Топологическое решение и методы расчета. Емкость конденсаторов типа металл — диэлектрик — полупроводник. Рассмотрение синтеза структуры размеры интегральных схем с использованием расчетных соотношений и размеры интегральных схем материалов, применяемых в производстве. Расчет кремниевых эпитаксиально-планарных транзисторов, их конструктивные и технико-эксплуатационные характеристики. Устройство плоскостного биполярного транзистора. Концентрация основных носителей заряда. Схемы включения биполярных транзисторов. Статические характеристики биполярных транзисторов. Режимы работы и область применения. Интегральные микросхемы на транзисторах со структурой металл - диэлектрик - полупроводник. Принципы работы, конструкция и классификация транзисторов данного вида. Разработка конструкции, топологии и технологического процесса интегральной микросхемы по заданной электрической схеме. Топологический расчет транзистора и полупроводникового кристалла. Расчет геометрических размеров резисторов и конденсаторов. Основные виды структур ИМС. Гибридные и совмещенные интегральные микросхемы. Факторы, ограничивающие степень интеграции. Причины, ограничивающие минимальные размеры интегральных микросхем. Толстопленочные проводники размеры интегральных схем резисторы. Основные свойства резистивных пленок. Удельное сопротивление сплошной толстой пленки. Перенос электрического тока через толстопленочную структуру. Описание процесса термического окисления, цели его проведения и применяемое оборудование. Краткая характеристика размеры интегральных схем общее строение интегральной микросхемы. Последовательность формирования изолированных размеры интегральных схем в изопланарной структуре транзистора. Конструкционные проблемы теплового режима металлических пленок бескорпусных полупроводниковых интегральных микросхем: диаграмма нагрева и расчет надежности эскизного проекта. Интенсивность отказов конструкции и структуры проводника металлизации. Принцип работы полевого транзистора. Методы обеспечения большого коэффициента передачи тока. Структура и эквивалентная электрическая схема элемента инжекционно-полевой логики с размеры интегральных схем Шотки. Исследование статических характеристик биполярного транзистора. Наружная область с наибольшей концентрацией примеси. Схема подключения к источникам питания. Дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер. Режим работы биполярного транзистора и основные физические процессы. Устройство и способы включения бипролярного транзистора. Определение напряжения источников питания. Расчёт коллекторной цепи транзисторов оконечного каскада и параметров цепей смещения.