Интегральных транзисторов

Работы Хевисайда и других ученых, в которых была заложена основа операторного метода решения дифференциальных уравнений, намного определили свое время. Их общетеоретическое значение стало понятным лишь в последние десятилетия. 'Современникам же представлялось, что операторный метод, хотя и обеспечивает безупречные результаты, обоснован недостаточно строго. Поэтому была предпринята еще одна попытка создать вариант операторного метода на базе теории линейных интегральных преобразований.

Найденные формулы в математике называют парой интегральных преобразований Гильберта.

По таблицам интегральных преобразований [9, с. 243] находим

В современной литературе обоснование операторного метода часто видят в его отождествлении с методом интегральных преобразований Карсона или Лапласа.

Метод интегральных преобразований в применении к простым задачам теории линейных цепей с сосредоточенными постоянными приводит более сложным путем к тем же результатам и расчетным приемам, что и операторный метод Хеви-сайда'. Существенное преимущество последнего — возможность простого обоснования, не требующего ни знания теории функций комплексного переменного, ни обращения к иным сколько-нибудь сложным математическим выводам.

* Метод интегральных преобразований в случае сложных задач признается более мощным и общим. Однако развитие собственно операторного метода (работы Ми-кусинского и др.) приводит к не менее общим и сильным методам анализа и расчета.

Сопоставлению метода Хевисай-да с методом интегральных преобразований Лапласа посвящена гл. 13, где излагается также очень важная теория интегральных преобразований Фурье.

.можно применять методы интегральных преобразований Фурье по пространственным координатам. Общая формула такого преобразования:

В конце XIX столетия английский инженер-электрик О. Хевисайд успешно применил и развил символический метод решения линейных дифференциальных уравнений для расчета переходных процессов в электрических цепях с сосредоточенными и распределенными параметрами. Строгое обоснование символического или, как его стали называть, операционного исчисления было дано лишь в 20-х годах нашего столетия на базе об-щей теории функциональных (интегральных) преобразований.

В конце XIX в. английский инженер-электрик О. Хеви-сайд успешно применил и развил символический метод решения линейных дифференциальных уравнений для расчета переходных процессов в электрических цепях с сосредоточенными и распределенными параметрами. Строгое обоснование символического, или, как его стали называть, операционного исчисления, было дано лишь в 20-х годах нашего столетия на базе общей теории функциональных (интегральных) преобразований.

расчета (алгоритм) с минимальным числом однократных интегральных преобразований можно выбрать при помощи условной схемы (графа) на' 19.2.

Типичные вольт-амперные характеристики интегрального транзистора, близкого к изображенному на 1.1, приведены на 1.3. (для схемы с общим эмиттером). Они не отличаются от аналогичных характеристик дискретных биполярных транзисторов. Особенностью интегральных транзисторов, как отмечалось, является большая, чем у дискретных, величина сопротивления насыщения гк. В связи с этим начальные, восходящие участки вольт-амперных характеристик, наклон которых характеризуется производной diJdVK— гк, для интегральных транзисторов обычно проходят более полого, чем для дискретных.

Одной из важных особенностей элементов полупроводниковых ИМС является высокая степень согласованности параметров транзисторов и других элементов, располагающихся на одном кристалле. Несмотря на то, что абсолютный разброс параметров интегральных транзисторов больше, чем дискретных, различие, например, в значениях напряжения l/ъэ для соседних интегральных транзисторов составляет — \ мВ, коэффициенты передачи тока р отличаются на ^ 5%. Температурные коэффициенты также велики, но благодаря малым различиям температуры соседних участков подложки, отстоящих на 100... 150 мкм, и подобию структур, температурные изменения происходят согласованно, так что различия не выходят за указанные выше пределы [81.

Для обычных интегральных транзисторов ( 1.1) значения /т и /тах составляют соответственно порядка 400 и 900 мГц [8].

ния при изготовлении и плохие температурные и частотные характеристики. Однако одно несомненнее преимущество полупроводниковых резисторов обусловливает их широкое применение — технология их изготовления в полупроводниковых микросхемах не требует дополнительных операций. Такие резисторы совместимы со структурами биполярных интегральных транзисторов.

работать лишь в ограниченной полосе частот, хотя каждый из используемых интегральных транзисторов обладает достаточно высокими параметрами. Возникает необходимость коррекции частотной характеристики ОУ с тем, чтобы на граничной частоте коэффициент усиления был равен единице. Идеализированная частотная характеристика ОУ приведена на 3.21.

Для полупроводниковых ИМС основным и наиболее универсальным элементом является биполярный транзистор. В большинстве случаев в ИМС используются транзисторы п-р-п-типа. Значения параметров интегральных транзисторов: коэффициент усиления 5=100, граничная частота /т = 300 МГц, максимально допустимое напряжение [/ктах = 40 В.

Наиболее трудоемким по числу технологических операций (до 150) является изготовление биполярных транзисторов. В законченном виде один из интегральных транзисторов и-р-я-типа, сформированных в низкоомном кристалле с дырочной электропроводностью, представлен на 5.3. На вертикальном разрезе его структуры ( 5.3,а) глубиной 25—30 мкм последовательно располагаются: сильнолегированная пластина (так называемый скрытый слой) для снижения объемного сопротивления коллектора, эпитаксиаль-ная пленка собственно коллектора и две диффузионные области — базыр-ти-па и эмиттера я+-типа. Контактные выводы выполнены алюминиевыми полосками различной формы ( 5.3,6) .

При изготовлении интегральных транзисторов обычно используют высокоомную подложку д-типа и эпитаксиаль-ный слой /г-типа, покрытый окисной пленкой SiC>2 (

Диоды. Пленарная технология позволяет формировать диоды любых типов по изложенной методике. Однако из конструктивно-технологических соображений в качестве диодов обычно используют эмиттерный или коллекторный р-д-переходы интегральных транзисторов.

1. Что такое уровень интеграции и степень интеграции? 2. Какие функции выполняют большие интегральные схемы? 3. Какие разновидности планарной технологии используют при изготовлении интегральных транзисторов? 4. Как создаются в интегральных микросхемах пассивные элементы? 5. В чем сущность технологического метода фотолитографии? 6. Что представляет собой эпитаксиальный слой на кристаллической подложке и каким образом получают в этом слое л-островки, служащие основой для изготовления элементов интегральной микросхемы? 7. Объясните сущность диффузионно-ллаяарной технологии. 8. Каковы преимущества эпитаксиалыю-планарной технологии перед диффузионно-планарной? 9. Какие компоненты используют при создании гибридных интегральных микросхем? 10. Как осуществляется объединение пленочных пассивных элементов в гибридную интегральную микросхему? 11. Какие требования предъявляют к изоляционным материалам, используемым при герметизации интегральных микросхем? 12. Перечислите основные типы защитных корпусов, применяемых для герметизации интегральных микросхем. 13. Какие функции реализуют аналоговые интегральные микросхемы?

Дальнейшее усовершенствование технологии изготовления интегральных структур позволило в ОУ второго поколения ( 4.34, б) функции первого и второго каскадов совместить в одном каскаде усиления (ДУ). Промышленная реализация двухкаскад-ных ОУ стала возможной после разработки интегральных транзисторов типа р-п-р с удовлетворительными малосигнальными параметрами и частотными свойствами, что позволило внедрить в схемотехнику сложные дифференциальные каскады, обладающие повышенным коэффициентом усиления. При этом общее усиление двухкаскадных ОУ сохраняется на прежнем уровне.