Плотность магнитной

При компоновке ГИФУ используется линейный способ установки ИМС одного конструктивного исполнения, так как он обеспечивает наибольшую плотность компоновки и возможность автоматизированного контроля и сборки узлов.

Особенность такой схемы заключается в наличии заземленного резистора /?2, диода Д3 для сдвига уровней и диода Шотки Дл, шунтирующего коллекторный р-п-пере-ход транзистора. Данная модификация оказывается эффективной при реализации БИС. В структурах таких БИС применяют горизонтальные диоды и резисторы, сформированные в слое поликремния, расположенном на оксиде. Схема может быть реализована также с использованием обычных диодов или диодов Шотки, но тогда плотность компоновки будет низкой, поскольку каждый диод должен располагаться в изолированной области.

Метод коллекторной изолирующей диффузии предусматривает создание коллекторных областей транзисторных структур с донной части, изолированных с помощью высоколегированного слоя, а с боковых частей — посредством диффузионных п+-областей (3.5). Данный вид изоляции обеспечивает высокую плотность компоновки и достаточно прост в реализации. Однако недостатком такой структуры является пониженное пробивное напряжение и повышенная удельная емкость коллекторного перехода, что обусловлено повышенной удельной емкостью боковых областей коллектора, граничащего с сильно легированной эпитаксиальной р-базой. Данный технологический метод позволяет реализовать следующие компоненты ИМС: вертикальный n-p-n-транзистор (3.5), резистор на эпи-таксиальном р-слое и горизонтальный п-р-п-транзистор. Метод изоляции элементов ИМС путем создания изолированных областей нашел широкое применение при изготовлении ИМС как на БТ, так и на МОП-транзисторах. Так, в БИС, построенных на КМОП-элементах, используют изолированные области, формируемые аналогично методу тройной

мышленностью способом диэлектрической изоляции элементов ИМС является «эпик-процесс». В качестве исходного материала используют кремний л-типа, в котором с помощью предварительной диффузии доноров создают слой л+-типа с повышенной электропроводностью ( 3.9,а). Проводят селективное травление пластины с применением фоторезистивной маски, после чего пластину оксидируют ( 3.9,6) и на оксидной пленке наращивают эпитаксиальный слой поликристаллического кремния ( 3.9,г), который применяют в качестве подложки ИМС. После формирования подложки монокристаллический кремний n-типа сошлифо-вывается до тех пор, пока на поверхности не появится диэлектрическая пленка ( 3.9,е). В образовавшейся структуре монокристаллические области гг-типа оказываются изолированными друг от друга оксидной пленкой. С помощью планарной технологии в этих участках формируют области базы и эмиттера БТ. Применение «эпик-процесса» позволяет увеличить пробивные напряжения до 200 В и снизить удельную паразитную емкость изоляции до 15 — 20 пФ/мм2. Основные недостатки метода — сложность и высокая трудоемкость, низкий процент вы- Рис> хода годных изделий, низкая плотность компоновки эле-

В отличие от классической планарно-эпитаксиальной структуры трехмерные ИМС содержат несколько монокристаллических полупроводниковых слоев с активными приборами, расположенными друг над другом и разделенных диэлектрическими слоями. Реализация трехмерных структур позволит увеличить плотность компоновки элементов БИС в несколько раз по сравнению с существующими.

На 3.15 приведена последовательность формирования ИМС методом VIP. Данный метод отличается от предыдущих способами травления и заполнения канавок. Травление канавок осуществляют путем анизотропного травления кремния определенной кристаллографической ориентации (в данном случае используется ориентация 110). Как видно из 3.15, форма канавок под изолирующие области обеспечивает более высокую плотность компоновки. Однако способ заполнения канавок путем нанесения поликристаллического кремния с последующим его сошлифовыванием не обеспечивает хорошей технологичности в целом. Повысить плотность компоновки в элементах ИМС с комбинированной изоляцией можно, используя метод щелевой изоляции, согласно которому производят травление узкой щели в структуре со сплошным скрытым п+-слоем и последующее ее заполнение за счет оксидирования боковых стенок.

Структура узлов изоляции, формируемых данным методом, приведена на 3.16. Основная трудность заключается в формировании узкой и глубокой щели с вертикальными стенками и соблюдением режимов ее заполнения путем плазмохимического или ионного травления. Недостатком конструкций, изготавливаемых по планарной технологии, является то, что слои металлизации располагаются по поверхности кристалла. При уменьшении размеров компонентов размеры слоев металлизации становятся основным фактором, ограничивающим плотность компоновки элементов при изготовлении БИС. Учитывая то, что большую площадь занимает слой металлизации цепи питания, очевидна необходимость формирования этой цепи в объеме полупроводника. Одним из возможных решений этой проблемы является расположение слоя металлизации, по крайней мере шины питания, в изолированной области и соединение его с компонентами через слой легированного полукристаллического кремния. На 3.17 представлена схема такой конструкции ИМС, сформированная на полупроводниковой подложке /, имеющей изолированные 5 и изолирующие 6 области. Изолированные области 5 содержат активные и пассивные компоненты. В средней изолированной области расположены два БТ, в крайних изолированных областях 5 компоненты не указаны.

Повышение степени интеграции или увеличение числа схемных элементов на кристалле — один из основных путей совершенствования физической структуры и технологии ИМС. Повысить степень интеграции можно, увеличивая плотность компоновки, а также повышая выход годных изделий, т.е. технологическим путем.

тивных решений и технологии формообразования деталей блока. Детали несущих конструкций блоков обеспечивают размещение, механическое крепление, защиту от дестабилизирующих воздействий ячеек, установку блоков в шкафах, стойках и стеллажах. Их изготовляют литьем под давлением, штамповкой, прессованием,сваркой. В настоящее время с появлением большой номенклатуры недорогих прессованных и прокатных профилей находят широкое применение профильно-сборные конструкции. На схемах компоновки блоков ( 1.26) показаны варианты пространственной ориентации ячеек и их взаимного расположения относительно зон внутри-блочного электромонтажа. Варианты //, VI не обеспечивают хорошего теплоотвода от ячеек в случаях как естественного, так и принудительного охлаждения. Для разъемных конструкций блоков с большим числом ячеек предпочтительны варианты /, ///, для книжных конструкций— IV, V. Число выходных контактов с одной ячейки, как показывает практика проектирования, равно 60—80 и имеет тенденцию к увеличению. С этой точки зрения для блоков разъемной конструкции более пригоден вариант / компоновки, а для блоков книжной конструкции — вариант IV. В то же время вариант V книжной конструкции обеспечивает максимальную плотность компоновки ИМС в блоке.

Одним из наиболее трудных и творческих этапов конструирования является компоновка (от лат. componere — складывать) — размещение на плоскости или в пространстве различных элементов Плотность компоновки РЭС определяется числом элементов в единице объема (элем./см3) или площади (элем./см2). Иногда поверхностная плотность компоновки выражается числом ИС, размещаемых на единице площади (ИС/см^). В некоторых случаях указывается число внешних выводов ИС; так, ИС с 16 выводами обозначается ИС16.

Показатели могут быть абсолютными и относительными. Абсолютные показатели характеризуют конструкции РЭС без учета достигнутого ранее уровня, а относительные — с его учетом. Примерами абсолютных показателей, сохранивших свое значение и поныне, являются масса, габариты. С возникновением интегральных схем появились новые абсолютные показатели: степень интеграции ИС, плотность компоновки РЭС, плотность теплового потока, удельная мощность, удельная масса, минимальная суммарная длина электрических связей.

значительно уменьшает отношение D/б, одновременно с процессом преобразования кинетической энергии в магнитную происходит выделение энергии в нагрузке, а ротор не тормозится до полного останова, поэтому \?м < WK 0. Все это снижает максимальную плотность магнитной энергии в зазоре и, как следствие, давление на статор на 3—4 порядка по сравнению с предельным значением /?„,„•

Задача VIII.3. Доказать, что удельная магнитная энергия, или плотность магнитной энергии на единицу длины линии, равна плотности электрической энергии, т. е.

нитную энергию ветви можно выразить и через объемную плотность магнитной энергии wHJl по (1.42), найденную с учетом нелинейности характеристики намагничивания среды:

Оби'.мная плотность магнитной энергии w в линейной модели, соответствующая на 1.8, а площади треугольника ОАО, превышает объемную плотность магнитной энергии иинл, найденную с учетом нелинейности характеристик намагничивания среды (заштрихованная площадь). Так как w> wnil, то энергия магнитного поля в линейной модели

где w2 — BHjl = 2,8609-Ю6 Дж/м3 — плотность магнитной энергии в зазоре. Знак « - » означает, что сила направлена в противоположную сторону по отношению к перемещению q = б. Под действием силы F верхнее полукольцо 1В притягивается к нижнему.

где w2 = BH2 2 = 286 090 Дж/'м3 — плотность магнитной энергии в зазоре. Точно такой же результат для силы F получим по (3.8), (2.13), выражая ее через производную от коэнергии ветви зазоров W'B2 по координате q — д при перемещении в условиях (В2 = const:

— объемная плотность энергии магнитного поля, созданного внешними к малому объему dV токами при постоянной магнитной проницаемости (jic = const);

— объемная плотность магнитной энергии взаимодействия, обусловленная взаимодействием внешнего (Ве, Не) и внутреннего (Вь Ht) магнитных полей, а также действием внешнего магнитного поля Не на переменную часть магнитной проницаемости цв среды малого объема dV.

Объемная плотность магнитной энергии w в неполной модели также не воспроизводится. Как и напряженность Н^, плотность магнитной энергии в модели w^ завышена по сравнению с оригиналом в fir раз:

Объемная плотность магнитной энергии в неполной линейной модели не воспроизводится. Как и напряженность Я* [см. (6.3)1, она завышена по сравнению с полной линейной моделью в цг раз. Применяя (1.54) для определения объемной плотности магнитной энергии w# в неполной линейной модели, имеем

Плотность магнитной энергии