Плотности компоновки

Рассмотрим характер излучательных переходов, основываясь на классической работе Эйнштейна, который еще в 1917 г. ввел понятие о спонтанных и индуцированных переходах. Система, состоящая из двух уровней, показана на 29. Если ?2 > ^к энергетический уровень 2 лежит выше уровня / и частица находится на уровне 2, то она может перейти на уровень /, испустив квант электромагнитного излучения /iv21 = Ег — ?\. При этом возможно как спонтанное, так и вынужденное излучение. Вероятность спонтанного излучения, т. е. того, что процесс произойдет за промежуток времени dt, составляет Л21 dt. При облучении происходит взаимодействие кванта излучения с частицами, составляющими систему, что приводит к одному из двух процессов: переходу частицы с уровня / на уровень 2 (поглощение) или, если частица была возбуждена, к обратному переходу (испускание). Вероятность, что какой-то из процессов произойдет за время dt, пропорциональна плотности излучения и (v) и поэтому может быть записана соответственно В12 и (v) dt и В21 и (v) dt.

Изотермы спектрального распределения энергии имеют максимум, зависящий от температуры, и при данной температуре Т максимальное значение спектральной плотности, составляющее #&,тах = 1,301 X X \СГ5ТЬ, приходится на длину волны ^тах = 2886/Т мкм. Интеграл от спектральной плотности излучения по Я, от нуля до бесконечности является законом Стефана — Больцмана:

Зависимость спектральной плотности излучения абсолютно черного тела от температуры и длины волны выражается формулой

31-1. Зависимости спектральной плотности излучения от длины волны и температуры

Изотермы спектрального распределения энергии имеют максимум, зависящий от температуры, и при данной температуре Т максимальное значение спектральной плотности, составляющее R\ma* = 1,301 х х 10~5Г5, приходится на длину волны ^тах = 2886/Т мкм. Интеграл от спектральной плотности излучения по К от нуля до бесконечности является законом Стефана — Больцмана:

Недостатком цветовых пирометров является их относительная сложность. Дело в том, что зависимость спектральной плотности излучения, т. е. энергия, приходящаяся на единицу длины волны, от измеряемой температуры описывается довольно сложным выражением, вытекающим из квантовой теории. Так если измерение производится на двух длинах волн Xt и Х2, то соответствующие им энергии определяются соотношениями:

5.6. Зависимость плотности излучения Солнца и земной поверхности от длины волмы излучения: / — спектр излучения абсолютно черного тела при температуре 6000 К; 2 — спектр солнечного излучения вблизи земной поверхности; 3 — спектр излучения черного тела при температуре 300 К; 4 — спектр инфракрасного излучения земной поверхности; А — ультрафиолетовая область; В — видимая область; С — инфракрасная область

Инверсное заполнение уровней. Разность Д числа переходов частиц с нижнего уровня на верхний и с верхнего на нижний при прохождении через систему N квантов света пропорциональна вероятности переходов w, одинаковой для обоих процессов, числу квантов N (плотности излучения р) и разности заселенностей уровней («2 — «i):

Так как число индуцированных переходов растет с увеличением плотности излучения, то желательно, чтобы усиливаемый сигнал и стимулированное им излучение проходили активную среду многократно. При каждом таком проходе плотность излучения растет и эффективность высвечивания возбужденных частиц повышается.' Для достижения этой цели рабочее вещество помещают в объемный резонатор, настроенный на частоту усиливаемого сигнала (а следовательно, и стимулированного излучения).

Приведенные выше классификационные признаки связаны главным образом со свойствами оптических элементов рассматриваемых систем. Однако в состав систем концентрирования входят также различные силовые элементы, котировочные приспособления и т. п. Их конструктивные различия увеличивают многообразие возможных вариантов систем КСИ. Предварительный выбор лучшей системы в каждом конкретном случае определяется степенью ее соответствия комплексу функциональных, конструкционных и эксплуатационных требований, важнейшими из которых являются: минимальные потери энергии при концентрировании излучения; способность устойчиво обеспечивать необходимое распределение плотности излучения на СЭ; технологичность изготовления и монтажа; устойчивость к воздействию внешних факторов; удобство и простота эксплуатации; возможность ремонта и замены отдельных элементов; низкая стоимость и др.

Солнце, как известно, представляет собой объемный сферический излучатель с равномерным распределением плотности излучения по его поверхности. Однако ввиду большого расстояния между Землей и Солнцем последнее при фотометрическом описании может рассматриваться как бесконечно удаленный дисковый излучатель, посылающий в каждую точку отражающей поверхности концентра-

Трудоемкость производства сборочных единиц РЭА может быть представлена в таком соотношении: механическая обработка— 8. ..15, сборка— 15.. .20, электрический монтаж — 40.. .60, наладка — 20. ..25%. Следовательно, основными конструктивно-технологическими задачами производства РЭА являются: разработка ИС на уровне ячеек и сборочных единиц РЭА с высокой степенью интеграции и совершенствование технологии их изготовления; повышение плотности компоновки навесных элементов на ПП и плотность печатного монтажа; совершенствование методов электрического соединения модулей первого, второго и третьего уровней; механизация и автоматизация сборки и электрического монтажа модулей второго, третьего и четвертого уровней; развитие автоматизированных и автоматических методов, а также средств наладки и регулировки аппаратуры сложных РТС; автоматизация операций контроля функциональных параметров; создание гибких комплексно-автоматизированных производств, функционирующих совместно с системами автоматизированного проектирования.

Развитием монтажно-сборочных работ на ПП является переход от монтажа компонентов с выводами в отверстия к поверхностному монтажу безвыводных компонентов в микрокорпусах или компонентов с планарными выводами. Его преимущества по сравнению с традиционным методом сводятся к следующим: 1) повышение плотности компоновки, так как многие компонен-

К началу 70-х годов схемотехника на БТ обеспечивала более высокое быстродействие, но оказалось не способной конкурировать с МОП-схемотехникой из-за большой потребляемой мощности и больших размеров. Не случайно поэтому первые БИС были созданы на основе МОП-элементов. С появлением И2Л положение резко изменилось. По плотности компоновки, мощности рассеяния и произведению Pt3 схемотехника на БТ превзошла МОП-схемотехнику. Однако прогресс технологии МОП-схем сделал экономически оправданной реализацию КМОП-элементов. В результате и КМОП схемотехника оказалась на некоторое время вне конкуренции по потребляемой мощности при низкой рабочей частоте. С повышением рабочей частоты мощность, потребляемая схемами КМОП, становится сравнимой с мощностью, потребляемой схемами ЭСЛ. Существенным недостатком КМОП-схем является сравнительно высокое напряжение питания.

При определении минимальных размеров транзисторов, создаваемых данным методом, следует учитывать боковую диффузию под оксид, поскольку примесь диффундирует под оксид на расстояние, примерно равное глубине залегания р-л-перехода. Рассматриваемый метод не позволяет получить высокой плотности компоновки, так как р-п-переходы вписаны друг в друга, причем зазор между отдельными /з-п-переходами определяется совершенством шаблонов и процессом фотолитографии.

торных областей БТ и областей для размещения компонентов БИС. На 3.13, а, в приведены соответственно топология и структура БТ типа п-р-п с вертикальной структурой. Кроме этого вида БТ метод обеспечивает формирование компонентов всех видов, которые могут быть созданы в ИМС с изоляцией р-я-перехо-дом. Реализуемая структура является наиболее универсальной из всех известных и позволяет достичь максимальной плотности компоновки за счет самосовмещения областей.

Экономия площади кристалла и, следовательно, повышение плотности компоновки элементов ИМС достигаются за счет выполнения шины питания в изолирующей области в объеме кристалла, а не на поверхности, как это делается обычно. Шина питания имеет малое сопротивление и, что особенно важно, она надежно электрически изолирована как от подложки, так и от изолированных областей.

построенная на резисторах (РЦП), не позволяет допустить высокой плотности компоновки. Совершенствование интегральных структур привело к новым способам построения цепи питания. Наибольшее распространение получили диодные, транзисторные и инжекционные цепи питания.

следовательно, и коэффициент усиления переключательного транзистора. Проектируются структуры, в которых стремятся увеличить эффективность цепи питания при одновременном увеличении плотности компоновки. К таким структурам относятся структура с самосовмещенным инжектором (3.27,в) и структура с вертикальным р-п-р-транзистором, охватывающим пассивную часть базовой области переключательного транзистора (3.27,г). Следует отметить, что самосовмещенный инжектор используется и в структурах с боковой диэлектрической изоляцией (3.27,г). Стремление повысить нагрузочную способность инжекционной логики приводит к созданию структур с эмиттером переключательного транзистора, выполненным в виде скрытого я+-слоя специальной конфигурации. В подобных структурах п+-слой располагают только под коллектором переключательного транзистора, чем достигается рациональное распределение инжектированных в базу неосновных носителей заряда и повышение инверсного коэффициента усиления переключательного транзистора. Увеличение инверсного коэффициента усиления переключательного транзистора достигается также уменьшением толщины и концентрации примесей в базовой области под коллектором.

Повышение плотности компоновки или увеличение числа схемных элементов, размещаемых на единице площади кристалла, является одной из основных закономерностей эволюции ИМС. Этого достигают посредством уменьшения геометрических размеров и за счет функциональной интеграции.

Конструкции и элементная база частотно-избирательных и приемоусилительных устройств зависят от диапазона рабочих частот, т. е. от их применения (УВЧ, УПЧ, УНЧ). Конструкции радиоэлектронных ячеек высокой и промежуточной частот выполняются на основе бескорпусных микросборок, транзисторов и диодов, тонкопленочных индуктивностей и миниатюрных конденсаторов большой емкости ( 1.21). Дальнейшее усовершенствование конструкции ячеек аналоговых радиоэлектронных средств пошло по пути увеличения плотности компоновки бескорпусных активных и пленочных пассивных элементов и привело к созданию принципа «непрерывной микросхемы» ( 1.22), при котором бескорпусные микросборки располагаются на металлическом основании вплотную друг к другу, а коммутация между ними осуществляется приваркой коротких (3—

электровакуумные приборы и дискретные ЭРЭ, относятся малые плотности компоновки, степень унификации несущих конструкций, неприспособленность конструкции к механизации и автоматизации сборочно-монтажных работ.