Цифровые интегральные микросхемы

Интегральная микросхема (ИМС) представляет собой совокупность нескольких взаимосвязанных транзисторов, диодов, конденсаторов, резисторов и т. п., она изготовлена в едином технологическом цикле (т. е. одновременно), на одной и той же несущей конструкции — подложке — выполняет определенную функцию преобразования электрических сигналов.

ЗАПОМНИТЕ

Компоненты, которые входят в состав ИМС и тем самым не могут быть выделены из нее в качестве самостоятельных изделий, называются элементами ИМС или интегральными элементами. В отличие от них конструктивно обособленные приборы и детали называются дискретными компонентами, а узлы и блоки, построенные на их основе, — дискретными схемами.

Высокая надежность и качество в сочетании с малыми размерами, массой и низкой стоимостью интегральных микросхем обеспечили их широкое применение во многих отраслях народного хозяйства.

►Основу современной микроэлектроники составляют полупроводниковые интегральные микросхемы. В настоящее время
различают два класса полупроводниковых интегральных микросхем: биполярные и МДП.

Основным элементом биполярных ИМС является n-р-n-транзистор: на его изготовление ориентируется весь технологический цикл. Остальные элементы изготовляют одновременно с этим транзистором без дополнительных технологических операций. Например, резисторы изготовляют с базовым слоем n-р-n-транзистора, поэтому они имеют ту же глубину, что и базовый слой. В качестве конденсаторов используют обратно смещенные р-n-переходы, в которых n-слой соответствует коллекторному слою n-р-n-транзистора, а слой р — базовому слою. Размеры кристаллов современных полупроводниковых ИМС составляют от 1,5x1,5 до 6X6 мм. Чем больше площадь кристалла, тем более сложную, более многоэлементную интегральную микросхему можно на нем разместить.

Основным элементом МДП интегральной микросхемы является МДП-транзистор с индуцированным каналом. Роль резистора выполняют транзисторы, включенные по схеме двухполюсника, а в качестве конденсаторов используются МДП-структуры, в которых слой диэлектрика получают одновременно с подзатворным слоем транзистора, а полупроводниковую обкладку — одновременно со слоями истока и стока.

Особенностью полупроводниковых ИМС является отсутствие среди их элементов катушек индуктивности. Это объясняется тем, что до сих пор не удалось использовать в твердом теле какое-либо физическое явление, эквивалентное электромагнитной индукции.

ЗАПОМНИТЕ

Функциональную сложность интегральной микросхемы принято характеризовать степенью интеграции, которая определяется числом содержащихся в ней элементов, или коэффициентом К = lgN, который округляется до ближайшего целого числа; N — число элементов, входящих в интегральную микросхему.

►Интегральные микросхемы, содержащие в своем составе от 101 до 1000 элементов, называют ИМС третьей степени интеграции; от 1001 до 10000 — четвертой и от 10001 до 100000 — пятой степени интеграции. Интегральную микросхему называют простой, если К≤1 (N≤10); средней, если 1<K≤2, большой (БИС), если 2<K!≤3 и сверхбольшой (СБИС), если K>3 (N>10³).

ЗАПОМНИТЕ

Кроме степени интеграции, для характеристики интегральной схемы используют показатель плотности упаковки — количество элементов (чаще всего транзисторов) на единицу площади. Этот показатель главным образом характеризует уровень технологии. В настоящее время он составляет 500 ч- 1000 элементов/мм².