Подземные металлические

Из классификационной диаграммы видно, что полная диэлектрическая изоляция реализована пока только на диэлектрических подложках, а в полупроводниковых подложках в основном используют первые два вида изоляции. Совершенствование методов изоляции наряду с уменьшением геометрических размеров элементов, металлизации и уменьшения глубин залегания /7-п-переходов является основной тенденцией развития технологии производства биполярных ИМС. Основные трудности при дальнейшем совершенствовании биполярной технологии связаны с созданием более совершенной (диэлектрической) изоляции и реализации БТ с шириной базы менее 0.1 мкм (ширина активной базы порядка 0,03 мкм является предельно допустимой при концентрации примесей в базе 2 • 1018см~3). Основной особенностью технологии МОП ИМС является создание тонкого (порядка 100А) подзатворного диэлектрика и затворной области. По технологическим признакам МОП ИМС принято подразделять на р-, «-канальные и комплементарные. Технологической разновидностью МОП ИМС являются ИМС с металлическими и поликремниевыми затворами. В отличие от биполярных для реализации МОП ИМС, построенных на транзисторах с каналами одного типа электропроводности, необходимо четыре фотошаблона: первый — для формирования истоковых и стоковых областей, второй — для создания затвора, третий—для образования контактных окон к истоковым и стоковым

В качестве функциональных тестовых ячеек применяют отдельные транзисторы с различными геометрическими размерами (для определения электрических параметров в зависимости от размеров) или матрицы одинаковых транзисторов (для контроля случайных дефектов типа закорачиваний или обрывов). Специальную форму имеют тестовые ячейки для контроля параметров других операций или структурных элементов БИС (фотолитографии, диффузии, подзатворного диэлектрика и др.).

С целью повышения удельной емкости стремятся уменьшить толщину t подзатворного диэлектрика, что ограничено его пробоем. Типичные значения t = 0,14-0,15 мкм.

Структура МОП-транзистора с индуцированным каналом п-типа показана на 55, э. На подложке р-типа (пластине кремния) / ионным легированием фосфора через оксидную маску 2 и последующей диффузией получают две близко расположенные (на расстоянии нескольких микрометров) друг к другу л+ -области истока 4 и стока 8. На поверхности подложки между этими областями формируют слой тонкого (сотые доли микрометра) подзатворного диэлектрика (оксида кремния), на котором изготовляют металлический (или из сильно легированного поликристаллического кремния) электрод-затвор. Внеш-

При подаче на затвор положительного напряжения t/зи электроны начинают перемещаться от подложки к участку поверхности полупроводника, находящуюся у затвора под подзатворным диэлектриком. Концентрация электронов под затвором зависит от напряжения ?/зи и растет при его увеличении. По достижении некоторого положительного значения t/зи.пор' называемого пороговым, концентрация электронов под затвором становится столь большой, что под ним образуется тонкий (около 1 нм) слой с проводимостью п-типа — канал 3 ( 55. б), который соединяет п+-области истока 4 и стока 8 (т.е. канал наводится, или индуцируется, напряжением на затворе). Значение С/зи. пор определяется конструкцией МОП-транзистора и зависит от толщины и материала подзатворного диэлектрика, материала затвора и степени легирования подложки (обычно значения С/зи.пор составляют единицы вольт).

В микросхемах с МОП-транзисторами для защиты от пробоя подзатворного диэлектрика входных транзисторов используются защитные диоды ( 2,36). При этом должно соблюдаться условие

Использование многослойного подзатворного диэлектрика позволяет создавать элементы памяти, сохраняющие свое состояние при отключении напряжения питания и пригодные для использования в РПЛМ.

Для выбранной физической структуры МДП-ИМС (удельное сопротивление подложки, поверхностное сопротивление диффузионных областей, глубина залегания p-tt-переходов, толщина подзатворного диэлектрика и др.) основные электрические параметры и характеристики схемы будут зависеть от геометрических размеров МДП-транзисторов. В МДП-ИМС обычно используют прямоугольные конфигурации транзисторов, отличающиеся лишь различными отношениями ширины к длине канала в зависимости от требуемого значения крутизны характеристик транзистора. Для реализации МДП-ИМС применяют различные методы пла-нарной технологии. Технологические возможности конкретного процесса изготовления МДП-ИМС накладывают ряд ограничений на проектирование ее топологии. Топологией схемы опреде-

Основным полупроводниковым материалом микросхем является кремний. Важное конструктивно-технологическое преимущество кремния связано со свойствами слоев диоксида кремния, получаемых на его поверхности при окислении. Эти слои используют в качестве масок при локальном легировании кремния примесями, для изоляции элементов (см. 1.1, а), в качестве подзатворного диэлектрика МДП-транзистора, а также для защиты поверхности кристалла от влияния окружающей среды и др. Достаточно большая ширина запрещенной зоны кремния обусловливает малые обратные токи р • п переходов, что позволяет создавать микросхемы, работающие при повышен-

Термическое (высокотемпературное) окисление позволяет получить на поверхности кремниевых пластин пленку диоксида кремния, что широко используется для создания масок при легировании (см. 2.3, 2.7), формировании подзатворного диэлектрика в МДП-транзисто-рах, а также изолирующих слоев между элементами. Применение пленки SiO2 в качестве маски при диффузии примесей основано на том, что коэффициент диффузии ряда примесей (Р, В, As, Sb и др.) в ней значительно меньше, чем в кремнии. При ионном легировании маскирующее свойство слоя SiO2 основано на том, что длина пробега ионов меньше толщины слоя.

где QUOB — плотность поверхностного заряда; Сдо — е0ед/йд — удельная емкость подзатворного диэлектрика; е0 — диэлектрическая проницаемость вакуума; ед, е„ — относительные диэлектрические проницаемости диэлектрика и полупроводника; (1Я — толщина диэлектрика; Фпор — пороговый поверхностный потенциал (0,5 ... 0,7 В), Фм.по — контактная разность потенциалов затвор — подложка.

Подземные металлические сооружения находятся под воздействием окружающего грунта, неоднородного по своей структуре и состоящего из твердых частиц и почвенного электролита.

От заноса высоких потенциалов в здания молниеза-щиты I категории необходимо подземные металлические коммуникации присоединять при вводе в здание к зазем-лителям защиты от электростатической индукции или к защитному заземлителю электрооборудования. Наземные металлические конструкции на вводе присоединить к заземлителю защиты от электростатической индукции; на ближайших двух опорах присоединить к заземлите-лям с величиной Ги^Ш Ом. Ввод в здания электро-, радио-, телефонных сетей следует выполнять только кабелем. У ввода в здание броню кабелей присоединяют к защитному заземлителю электрооборудования. В месте перехода воздушной проводки в кабель заземляют броню и металлическую оболочку кабеля; штыри и крючьч изоляторов на ближайшей опоре к месту перехода линии в кабель присоединяют к заземлителю с импульсным сопротивлением не более 20 Ом.

Все подземные металлические сооружения, расположенные вблизи электрифицируемых путей, защищаются от коррозии, вызванной блуждающими токами (противокоррозионными покрытиями, укладкой металлических сооружений в неметаллические трубы, блоки, каналы, туннели), а также при необходимости дополнительно электрической защитой с поляризацией металлоконструкций относительно земли.

Влияние блуждающих токов на подземные металлические сооружения в разных зонах различно. Коррозия происходит преимущественно в той зоне, где ток выходит из металла, т. е. в анодных зонах. При обычной схеме питания трамвая, т. е. когда положительный полюс источника присоединен к контактному проводу, опасные анодные зоны на подземных сооружениях концентрируются в районах присоединения к рельсам отсасывающих кабелей. Основными величинами, определяющими степень опасности разрушения металлических конструкций, являются их потенциал относительно земли, плотность тока утечки и коррозионная характеристика почвы.

Дренажный провод следует присоединять к тяговой подстанции через плавкий предохранитель или автомат. Катодная и дренажная защиты предохраняют подземные металлические сооружения также от почвенной коррозии.

Заземляющие устройства. Применяемые заземлители по своему назначению делят на заземлители, входящие в комплекс защиты от прямого удара молнии и осуществляющие отвод в землю тока молнии, и заземлители, входящие в комплекс защиты от вторичных воздействий молнии и заноса высоких потенциалов. Применяют заземлители защитного заземления. К последним относят подземные металлические коммуникации, обсадные трубы, металлические конструкции сооружений и зданий, 'соединенные с землей, свинцовые оболочки кабелей и др. Pic-пользование естественной проводимости железобетонных фундаментов особенно эффективно в грунтах, имеющих электрическое сопротивление, не превышающее р = 3-104 Ом-см (чернозем, суглинок, глина и др.).

Подземные металлические сооружения (кабели с металлическими оболочками, трубопроводы, арматура железобетонных подземных конструкций и фундаментов и т. д.), расположенные на территориях промышленных предприятий, подвергаются почвенной (подземной) коррозии, обусловленной воздействием почвенных химических реагентов, и электрокоррозии блуждающими токами.

В качестве заземлителей могут быть использованы подземные металлические части и арматура железобетонных фундаментов зданий и сооружений, обсадные трубы, проложенные в земле стальные трубопроводы негорючих и невзрывчатых жидкостей и газов, свинцовые оболочки проложенных в земле кабелей и другие подобные элементы, имеющие хороший и устойчивый контакт с почвой; такие заземлители называются естественными.

Во многих электроустановках, кабельных сооружениях и т. п. имеются подземные металлические части, находящиеся в соприкосновении с почвой и подвергающиеся коррозии, вызванной химическим воздействием почвы (почвенная коррозия), блуждающими тока-ыи в почве (коррозия блуждающим током), прохождением рабочего или аварийного тока в землю.

Подземные металлические сооружения находятся под воздействием окружающего грунта, неоднородного по своей структуре и состоящего из твердых частиц и почвенного электролита. В зависимости от наличия в грунте щелочей и кислот, от структуры, уплотненности и влажности электрохимические свойства его как коррозионной среды изменяются в широких пределах.

Здания и сооружения I категории должны быть защищены от прямых ударов молнии, от электростатической или электромагнитной индукции и от заноса высоких потенциалов через надземные и подземные металлические коммуникации.