Інтегральні мікросхеми (ІМС)

Інтегральні мікросхеми поділяють на окремі класи за такими озна­ками: технологією виготовлення, ступенем інтеграції, функціональним призначенням тощо.

І. За технологією виготовлення. Усі інтегральні мікросхеми поділя­ють на напівпровідникові, плівкові та гібридні.

1. Напівпровідникові ІМС виготовляють у приповерхневому шарі монокристалів (кремнію, арсеніду галію) особливої чистоти. В окре­мих місцях монокристалу його структуру перебудовують так, що ці місця стають елементами складної системи, якою є ІМС. У напів­провідникових ІМС усі елементи та з'єднання виготовлені в об'ємі та на поверхні напівпровідникового монокристалу. Частина монокрис­талу розміром 1 мм² перетворюється в складний електронний прилад, який замінює блок з 50—100 і більше звичайних радіотехнічних де­талей.

2. Плівкові ІМС виготовляють нанесенням різних речовин у вигляді плівок на поверхню підкладки, виготовленої із скла або кераміки.

Плівкові ІМС поділяють на тонкоплівкові (товщина плівкових еле­ментів менша 1 мкм) та товстоплівкові (товщина більша 1 мкм).

Тонкоплівкові ІМС отримують осадженням плівок із різних речовин на нагріту до певної температури поліровану підкладку. Для отриман­ня плівок найчастіше використовують алюміній, титан, титанат барію, оксид олова тощо.

У товстоплівкових ІМС елементи формують протискуванням спеціальних паст через трафарети із подальшим спіканням за високих температур. У таких структурах один із шарів містить резистори, дру­гий – конденсатори, інші шари виконують роль провідників струму та інших елементів. Усі елементи з'єднані між собою й утворюють конкретний електронний пристрій.

3. Гібридні ІМС складаються із плівкових і напівпровідникових еле­ментів. Такі мікросхеми монтують на скляній або керамічній під­кладці: пасивні елементи виготовляють у вигляді металевих і діелект­ричних плівок, активні «навішують» на плівкову схему. Таким чином отримують гібридні ІМС (ГІМС). Гібридні ІМС більшої складності називають великими, їх використовують в регуляторах електричних двигунів.

На сьогодні найширше використовують напівпровідникові та гіб­ридні ІМС. Складність інтегральної мікросхеми характеризується показником, який називають ступенем інтеграції.

II. За ступенем інтеграції інтегральні мікросхеми (ІМС) поділяють на малі (МІМС), середні (СІМС), великі (В1МС) і надвеликі (НВ1МС) (табл. 25.1).

Таблиця 25.1 – Ступені інтеграції ІМС

III. За функціональним призначенням. Усі мікросхеми поділяються на аналогові та цифрові.

Аналогові мікросхеми служать для перетворення і оброблення сиг­налів, які змінюються за законом неперервної функції.

Цифрові інтегральні мікросхеми призначені для перетворення і оброблення сигналів, які змінюються за законом дискретної функції.

3. Напівпровідникові матеріали для виготовлення ІМС

Напівпровідникову інтегральну мікросхему виготовляють у приповерхневому шарі напівпровідникового монокристала, створюючи в ньому зони, які виконують роль елементів (резисторів, провідників, транзисторів,діодів, конденсаторів тощо).

Для прикладу розглянемо технологію виготовлення напівпровідникових ІМС у приповерхневому шарі кремнієвої пластини (рис. 25.1).

Рисунок 25.1 – Технологічна схема виробництва напівпровідникових ІМС

Напівпровідникові ІМС виготовляють у приповерхневому шарі тонкої пластини, вирізаної з монокристала кремнію. Вибір кремнію зумовлений його властивостями.

Кремній порівняно з іншими напівпровідниками має більш високу температуру плавлення (1415 °С), стійкий до хімічних впливів, його ба­гато в природі (27,6 % маси земної кори), має високу механічну міц­ність, твердість, не піддається корозії, відносно легко очищується від домішок, має стабільний оксид (SiO₂), можна отримати монокристали кремнію з однорідною структурою без внутрішніх напружень та оптич­них дефектів, з правильною кристалічною решіткою та дуже чистою (малошорсткою) поверхнею. Всі ці властивості дуже важливі для виробництва якісних ІМС.

Для виробництва ІМС використовують монокристали кремнію у вигляді круглих пластин діаметром 100 – 120 мм і товщиною 200 – 400 мкм.

Отримання кремнію. У природі вільного кремнію немає. Сирови­ною для отримання кремнію є кварцовий пісок, який містить кремній у вигляді діоксиду (SіО₂). Попередньо очищений пісок відновлюють за допомогою вуглецю:

SiO₂ +С→Si + СО₂.

Отриманий кремній містить до 2 % домішок (інших хімічних елементів), які змінюють його властивості, а відповідно негативно впливають на якість роботи мікросхем.

Очищення кремнію. Очищують кремній від домішок соляною кис­лотою, воднем та іншими речовинами. Проте очищений хімічним спо­собом кремній не задовольняє вимог, які ставляться до матеріалів, що використовуються в мікроелектроніці. Кінцевим очищенням кремнію є безтигельне зонне переплавлення, яке ще називають зонним очи­щенням.

З очищеного кремнію вирощують монокристали. Кремній плавлять (Т_пл = 1420 °С). Отримані монокристали ріжуть на пластини, одну з поверхонь яких шліфують, полірують, промивають, висушують, і готові (чорні, блис­кучі) пластини відправляють для виготовлення ІМС.

Поиск по сайту: