Микросхемах программируемой

При рабочих температурах все примесные атомы в полупроводнике ионизованы и концентрация свободных электронов п или дырок р практически равна концентрации доноров Л/д или акцепторов Л/д. В кремниевых приборах и микросхемах применяют кремний с концентрацией примесей от 1014 до 1021 см"3, так что концентрация вносимых примесью электронов или дырок гораздо выше собственной концентрации л/.

Основными элементами современных МДП-микросхем являются МДП-транзисторы с каналом л-типа. Площадь этих транзисторов на кристалле значительно меньше, чем биполярных, поэтому для микросхем на п-канальных МДП-транзисторах достигается самая высокая степень интеграции, но они уступают биполярным по быстродействию. В комплементарных МДП-микросхемах применяют МДП-транзисторы с индуцированными каналами п- и /?-типа, для этих микросхем характерна очень малая потребляемая мощность.

В качестве проводников первого слоя во многих микросхемах используют легированный поликристаллический кремний. Он образует омические контакты к областям того же типа проводимости и слабоинжектирующие переходы с областями противоположного типа. Иногда (например, в МДП-микросхемах) применяют два слоя поликремния и слой металла (верхний). Недостатком поликремниевых проводников является высокое сопротивление слоя (до 20...30 Ом/О). Оно снижается на порядок, если вместо поликремния использовать силициды (соединения с кремнием) тугоплавких металлов: Та, W, Мо и др. Они образуют хорошие омические и выпрямляющие контакты к кремнию, термостойки и обладают хорошей адгезией к кремнию и слою SiO2. Однако в СБИС при снижении толщины и ширины проводников из силицидов металлов, но сохранении достаточно большой длины их сопротивления все же недопустимо большие. В этом случае применяют тугоплавкие металлы, имеющие малое сопротивление слоя, плотность тока которых без электромиграции может быть в 20 ...40 раз больше, чем А1 (до (1...2)-106 А/см2). Например, молибденовый проводник шириной 3 мкм и толщиной 0,4 мкм имеет сопротивление слоя 0,14 Ом/П и предельный ток 10 мА. Для алюминия эти величины равны соответственно 0,06 Ом/П и 0,5 мА.

В полупроводниковых микросхемах широко применяются диоды со структурой металл—полупроводник, при создании которых ставится обратная задача: получить выпрямляющий (но не инжектирующий) контакт. Он может быть образован только к слаболегированным областям при концентрациях примесей не более 101в см~3. Практически все применяемые металлы (в том числе и алюминий) образуют контакты с лучшими выпрямляющими свойствами (большей высотой потенциального барьера срМ11) к областям /г-типа, чем к областям р-типа. Величина фмп сильно зависит от степени загрязнения поверхности кремния (в частности, от наличия на ней остатков диоксида). Для стабилизации и улучшения свойств контакта после нанесения пленки проводят термообработку. При использовании алюминия температура должна быть невысокой (менее 300 °С), в противном случае образуется р - п переход при контакте с /г-слоем или омический контакт при контакте с /j-слоем. Таким образом, создать одновременно омические и выпрямляющие контакты на одном кристалле, используя один и тот же металл (А1), затруднительно. На практике применяют разные металлы. Например, хорошие выпрямляющие контакты с кремнием л-типа образуют силициды тугоплавких металлов (Pt), получаемые нанесением металла с последующей термообработкой.

Требуемое пороговое напряжение обеспечивают выбором концентрации доноров в канале Л^д>к и толщины d0 слоя 3. Например, при Фоз = 0,8 В, УУД.К ^ Ю17 см~3 и d0 = 0,2 мкм имеем (/„ор — — 2В. При малой толщинеи() пороговое напряжение может быть положительным. Так, при d0 = 0,1 мкм и той же концентрации доноров в слое 3 ?/цор = 0,08 В. В арсенид-галлиевых микросхемах применяют МЕП-транзисторы, для которых ?/„ор = — 2,5 ... + 0,2 В. Если fy,,op<0, то при t/зи = 0 канал является проводящим и транзистор называют нормально открытым — он аналогичен МДП-транзистору со встроенным каналом. При U,lop > 0 и t/3n = 0 канал перекрыт обедненным слоем 7 и транзистор называют нормально закрытым — он аналогичен МДП-транзистору с индуцированным каналом.

сплава золото — германий наносят слой никеля. Используют также топологию с несколькими выводами от затвора, соединенными между собой широкими проводниками. В СВЧ-микросхемах применяют также двухзатворные транзисторы, называемые полевыми тетродами. Их используют в усилителях с регулируемым усилением, преобразователях частоты, переключающих устройствах, фазовращателях.

В низкочастотных микросхемах применяют дискретные миниатюрные конденсаторы и катушки индуктивности. Пленочные реактивные элементы с емкостями менее 100 пФ и индуктивностями менее 1 мкГн используют в аналоговых высокочастотных микросхемах. В сантиметровом диапазоне СВЧ требуются элементы малых размеров (много меньше длины волны), которые следует воспроизводить с высокой точностью. Для этого необходима тонкопленочная технология. Она также обеспечивает меньшее сопротивление проводящих слоев по сравнению с толстопленочной технологией (см. § 6.4) и более высокую добротность элементов. В этом диапазоне используют и тонкопленочные пассивные элементы на основе микрополосковых линий передачи с распределенными емкостью и индуктивностью. Размеры элементов порядка длины волны, поэтому их плотность относительно низкая.

В СВЧ-микросхемах сантиметрового диапазона применяют элемен -ты с распределенными параметрами (емкостями и индуктивностями), которые строятся на основе отрезков микрополосковых линий передач (МПЛ). Наиболее распространена несимметричная МПЛ ( 6.11). Она состоит из плоского проводника / шириной W, сформированного на поверхности диэлектрической подложки 2 толщиной ^П0дл> и ПР°" водящего слоя 3, нанесенного на нижнюю поверхность подложки, выполняющего функцию нулевой шины («земляная плоскость»). Подложка является не только механической основой, но и диэлектриком МПЛ. Поэтому критичны толщина подложки и диэлектрическая проницаемость еподл и ее стабильность в широком диапазоне частот и температур. В гибридных микросхемах чаще всего применяют подложки из алюмооксидной керамики (еподл = 9 ... 10). Лучшие параметры у сапфира (еподл = 9,3 ... 11), обладающего более гладкой поверхностью, что важно при создании тонкопленочных элементов, но сапфир имеет высокую стоимость. Для микросхем большой мощности используются подложки из окиси бериллия с высокой теплопроводностью. В полупроводниковых микросхемах применяют арсенид-галлиевые полуизолирующие подложки (еподл =11).

В микросхемах, построенных на МПЛ, общая шина находится с обратной стороны подложки. Для соединения элементов с этой шиной необходимо создавать в подложке сквозные отверстия, что является существенным недостатком. Поэтому в некоторых микросхемах применяют другие типы линий, например копланарные ( 6.14). Они состоят из центрального проводника / шириной W, проводников 2 большей ширины, расположенных по обе стороны от проводника / и отделенных малыми зазорами (d
Элементы МЭСЛ используют в сверхбыстродействующих БИС, где обеспечиваются малые уровни помех и паразитные емкости. При относительно большой емкости нагрузки (С„ > 10 пФ) и (или) большом числе нагрузок (п > 10) в сверхбыстродействующих цифровых микросхемах применяют более сложные элементы ЭСЛ. Схема такого элемента ЭСЛ приведена на 7.18. Она содержит дополнительно два выходных эмиттерных повторителя на транзисторах VTa.n и резисторах Ra.n- В остальном эта схема совпадает со схемой элемента МЭСЛ и выполняет те же логические функции.

В гибридных толстопленочных интегральных микросхемах применяют бескорпусные активные элементы в микроминиатюрном изготовлении, которые монтируют на подложке, присоединяя их выводы к соответствующим контактным площадкам.

НА МИКРОСХЕМАХ ПРОГРАММИРУЕМОЙ ЛОГИКИ

стем на микросхемах программируемой логики. — 2002. - 608 с: ил.

10 _________Проектирование систем на микросхемах программируемой логики

_У4___________Проектирование систем на микросхемах программируемой логики

16___________Проектирование систем на микросхемах программируемой лотки

18___________Проектирование систем на микросхемах программируемой логики

20___________Проектирование систем на микросхемах программируемой логики

Проектирование систем на микросхемах программируемой логики

26___________Проектирование систем на микросхемах программируемой логики

2Q___________Проектирование систем на микросхемах программируемой логики

30___________Проектирование систем на микросхемах программируемой логики