Elektron asboblar va mikroelektronika

Nazorat savollari

1. 
   Integral mikrosxema (IMS) nima ?
   
2. 
   IMS asosiy xususiyati nimada ?
   
3. 
   IMS elementi va komponentasi deb nimaga aytiladi ?
   
4. 
   Pardali, gibrid va yarim o`tkazgichli IMSlarning bir – biridan farqi nimada?
   
5. 
   Nima sababli tranzistorli tuzilma turli IMS elementlari yasashda asosiy hisoblanadi ?
   
6. 
   Integral mikrosxema elementlarini izolyatsiyasi qanday amalga oshiriladi ?
   

4.2.MAVZU: INTEGRAL MIKROSXEMALAR ELEMENTLARI
Reja.
1) Mikrosxemalarning l sm3 xajmida kamidagi elementlar.
2) Modul — sxemalar yoki mikromodullar.
3) Duragay IMS.
Tayanch so`z va iboralar: Integral mikrosxemalar, mikromodul, kuchaytirgich, trigger, hisoblagich, xotira, yorqinlikni uzatish gradatsiyasi, diskret elementlar, tugallangan sxema.

Radioelektron kurilmalar juda kup sondagn elektron asboblardap tashkil topadi. Fan va texnikaning rivojlanishi bilan ularning soni va turi yanada ortib bormoqda. SHuning uchun radioelektron qurilmaning mustaxkamligi, uzoq, muddat ishonchli xizmat qila olish qobiliyati va boshqa xususiyatlarini oshirgan holda ularning xajmini kichraytirish, og’irligi va sarf qiladigap quvvatini kamaytirnsh kabi masalalar o`rtaga qo`yilmoqda.

Yarim o`tkazgichlar texnikasining rivojlanishi yarim o`tkazgichli asboblarning ma`lum kombinatsiyadagi sistsmasini bir qobiqqa joylashtirish imkoniyatini yaratdi. Bunday asboblar modul’ — sxemalar yoki mikromodullar deb ataladi. Ularda o`ta ixcham qobiqsiz yarim o`tkazgichli asboblar, plenkali (pardasimon) karshilik va kondensatorlar ma`lum sxema asosida bir qobiq ichiga yig’iladi va biror elektron qurilmaning to`liq sxemasini tashkil etadi. SHuning uchun ular mikrosxemalar deb xam ataladi.
Mikrosxemalarning l sm3 xajmida kamida 5 ta element (tranzistor, diod, rezistor, sig’im va induktivlik) qatnashib, ular biror elektron qurilmaning tugallangan sxemasini tashkil etishi lozim. Hozir integral mikrosxema (IMS) deb ataladigan yarim o`tkazgichli asboblar keng qo`llaniladi. Ular qurilmaning umumiy hajmini 20OOO martadan ortiq kichraytirish imkonini beradn. IMS shunday qurilmaki, uning barcha elementlari yoki ularning-bir qismi ajralmas qilib bog’langan bo`ladi. Ular bir-biri bilan shunday tutashganki, natijada bir butun qurilma bo`lib xizmat qiladi. Mikrosxemalarni turlarga ajratish juda ko`p belgilarga asoslanadi: materialining turi, elementlarining soni, funktsional bog’lanishi, qanday maqsadga xizmat qilishi, ishlab chikarish texnologiyasi, konstruktsiyasi va boshqalar. Masalan, bajaradigan ishining turiga qarab — kuchaytirgichlar, generatorlar, mantiliy elementlar; funktsional maqsadiga qarab — raqamli, qiyosiy (chizikli), qiyosiy — raqamli; ishlab chiqarish texnologiyasi va konstruktsiyasiga qarab — yarim o`tkazgichli, pardasimon (plenkali), duragay (gibrid) va birlashtirilgan sxemalar mavjud.
IMSning murakkabligi yarim o`tkazgich kristalida nechta element joylashtirilganligi bilan belgilanadi. SHunga ko`ra mikrosxemalar integrallanish darajasi orqali xarakterlanadi. Masalan, elementlarining soni 10 tagacha bo`lgan mikrosxemalar birinchi darajali integral sxema (IS1) yoki oddiy mikrosxema, elementlarining soni 100 tagacha bo`lganlari—ikkinchi darajali integral sxema (IS2) yoki o`rta (O`IS) mikrosxema deb ataladi. elementlarining soni 100-10000 bo`lgan ISlar III darajali, ya`ni katta integral sxema (KIS), 10.000 dan ortiq elementga ega bo`lgan mikrosxemalar esa, o`ta katta (O`KIS), ya`ni yuqori darajada integrallanishli mikrosxemalar hisoblanadi. Oddiy IMSga mantiqiy elementlar, o`rta IMSga esa, eHMning xotira qurilmalari, hisoblagichlar, jamlash qurilmalari — summatorlar misol bo`ladi. Arifmetika — mantiq va boshqarish qurilmalari katta IMS-dir. SHuni aytish kerakki, mikrosxemalarning integrallanish darajasini orttirish va unga bogliq elementlar o`lchamini kichraytirishning chegarasi bor. Bir necha o`n ming elementni bir sxemaga birlashtirish (integrallash) texnologik jihatdan juda murakkab bo`lib, iqtisodiy jihatdan maqsadga muvofiq emas. SHuning uchun funktsional mikroelektronikaga o`tilmoqda. Unda qurilmanipg biror funktsiyasi bajarish standart elementlar yordamida emas, balki fizik xrdisalar asosida bajariladi. Integral mikrosxemalar funktsional bog’lanishiga qarab 2 xil — impul’s—qiyosiy va mantiqiy (logik) bo`ladi. Impul’s-qiyosiy IMS garmonik yoki impul’s tebranishlarni xosil k.ilish yoki kuchaytirishda, mantikiy IMS esa, qurilmani elektron kalit rejimida ishlashini ta`minlashda qo`llaniladi.
IMSlarning kichik o`lcham va massaga ega bo`lishi, kam quvvat sarflashi, yuqori ishonch bilan ishlashi, yuqori tezkorligi, arzonligi va boshqalar ularning afzalliklaridir. IMSning yuqori ishonch bilanishlashi payvandlanadigan birikmalar sonining kamayishi hisobiga bo`lsa, yuqori tezkorligi — elementlari orasidagi tutashtirish oralig’ining kichikligi bilan xarakterlanadi. Har bir mikrosxemani ishlatishda tashqi manba kuchlanishi, nagruzkasining kattaligi, ta`sir etuvchi signal xususiyatlari vaboshqalar oldindan aniqlangan bo`lishi lozim. YArim o`tkazgichli, pardasimon, duragay (gibrid) va birlashtirilgan (qo`shma) IMSlar eng kup qo`llaniladigan mikrosxemalardir. YArim o`tkazgichli IMS yarim o`tkazgich materialidan iborat bo`lib, uning sirtqi qatlamida yoki xajmida elektr sxema elementlariga, tutashtirish simlariga, hiimoya (izolyatsiya) qatlamlariga ekvivalent bo`lgan sohalar hosil qilpngan bo`ladi.
Ko`pincha yarim o`tkazgich sifatida kremniy kristali olinadi. Umikrosxemaning asosini tashkil qiladi va taglik yoki kristall deb ataladi. Kristallda r — p o`tishlar hosil qilish yo`li bilan sxemaning passiv va aktiv elementlari joriy qilinadi. Ular bir-biridan himoyalangan orolchalar deb ataladigan qismlarda tashkil topadi.
Yarim o`tkazgichli IMSlar ko`p to`plamli qilib yasaladi. Har bir to`plamga bir vaqtda juda ko`p mikrosxema joylashadi. Masalan, diametri 76 mm bo`lgan bitta plastinkaga 5000 tagacha mikrosxema joylanishi mumkin. Uning har birida 10 tadan 20000 tagacha elektron element qatnashadi. Pardasimon IMS maxsus taglik sirtida joylashtirilgan ko`p qatlamli pardalar to`plamidan iborat. Taglik sifatida shisha, keramika (sopol) kabi materiallar olinadi. Pardasimon IMSlar ikki turga ajratiladi: yupqa (1—2 mkm) pardali va qalin (10— 20 mkm) pardali. Ular faqat qalinliklari bilangina emas, balki taglikka tushirish texnologiyasi bilan ham bir-biridan farq qiladi. Pardasimon IMSdan faqat passiv element — rezistorlar kondensatorlar, induktivlik g’altagi yasaladi. Ulardan RC — fil’trlar tuziladi. Duragay IMS shundan mikrosxemaki, u pardasimon, yarimo`tkazgichli va diskret osma aktiv elementlarning birorta kombinatsiyasini tashkil qiladi. Ular pardasimon IMSning dielektrik tagligiga joylashtiriladi.



Osma element deganda, asosan, ixchamlashtirnlgan qobiqsiz diod va tranzistorlar tushuniladi. Ular mustaqil element bulib, taglikka yopishtirib (osib) kupil adi va parda elementlari bilan ingichka simlar yordamida tutashtiriladi. Duragay IMSda yarim o`tkazgichli IMS xam osma element xisoblanadi. Ayrim xollarda etarlicha kata sig’im va induktivlik zarur bul-ganda ixchamlashtirnlgan kondensator va induktivlik g’altagi xam osma element sifatida joriy kilinadi, chunki pardasimon IMSda kata sig’im va induktivlikka erishish mumkin bo`lmaydi.
Birlashtirilgan IMS da aktiv zlementlar yarim o`tkazgichli mikrosxemadagi, passiv elementlar esa, pardasimon mikrosxemalardagi kabi yasaladi. Ular umumiy taglikka ximoyalangan xolda joylashtiriladi.
Barcha IMSlar germetik kobikka o`ralgan bulib, undan sxemaga tutashtirish uchlari — elektrodlar chikariladi. Bu paragrafda, asosan, yarim utkazgichli IMSlarning elementlari bilan tanishamiz. Sababi pardasimon IMSlarda fakat passiv elementlar — karshilik, sig’im va induktivlik xosil kilinishi mumkinligi aytilgan edi. Ular taglik sirtiga o`tkazuvchan va ximoyalovchi moddalarni purkash yoki pardalar katlami sifatida joylashtirish yuli bilan xosil qilinadi. Bunda taglik dielektrik materialdan yasalgani uchun elementlarni bir-biridan ximoyalashga xojat kolmaydi. Undan tashkari, taglik etarlicha qalin va elementlar orasidagi masofa uzok, bulgani uchun ular orasidagi zararli (parazit) sig’imlarni xisobga olmaslik mumkin. 3.30- rasmda purkash yuli bilan xosil kilingan tugri turtburchak shaklida yasalgan induktivlik g’altagi ko`rsatilgan.
Yarim utkazgichli IMSlarning elementlari yarim utkazgich kristalining sirti yoki xajmida joylashadi. Ularning xar biri yarim utkazgichning ma`lum soxasini egallaydi va mustakil element — diod, tranzistor, rezistor, kondensator va boshka lar bulib xizmat kiladi. Bu soxalar bir- biridan yo dielektrik, yoki teskari kuchlanish ulangan r — p o`tishlar yordamida ximoya kilinadi. Ular purkash yuli bilan xosil kilinadigan simchalar yordamida biror elektr sxemani aks ettirgan xrlda tutashtiriladi. Tutashtirish simchalari metall tarmoqchalar deb ataladi. Ular, asosan, alyuminiydan tayyorlanadi. YArim utkazgichli IMSlarning elementlarini yasash murakkab texnologik jarayon bulib, ularning turlari xilma-xildir. Barcha jarayonlarning negizini tranzistorlar tarkibi tashkil kiladi, ya`ni barcha passiv va aktiv elementlar tranzistor asosida xosil kilnnadi. Asos tranzistor vazifasini bipolyar yoki unipolyar tranzistorlar bajaradi.
Tranzistorlar. Bipolyar tranzistorlarni yasashda uning Xar ikki formulasi r— p — r va p — r — p dan foydalaniladi. Ulardan p — r — p turi eng kup tar-qalgan. elektrod kalit vazifasida ishlatiladi. Ular juda ichik toklarda ishlaydi va o`ta tezkor kurilma xisoblanadi. Diodlar. Odatda diod qilish uchun bitta r — p o`tish yasash etarli buladi. Lekin IMSlarda tranzistor tarkibi asos kilib olingani uchun u bipolyar tranzistorning o`tishlari orkali yaratiladi. Bipolyar tranzistordai diod qilishning 5 xil turi mavjud (3.32- rasm). Ular bir-biridan parametrlari bilan farq kiladi. Masalan, 3.32- rasmdagi a — ulaiishda diodning ochiq xolatdan yoiik xolatga utish vakti etarlicha qisqa bulsa, b — ulanishda u katta buladi.
Tranzistorlarni yasashda, asosan, planar va epitaksal — planar deb atalgan texnologik jarayonlar kullanilady. Planar texnologiyada yarim o`tkazgich kristaliga donor va aktseptor moddalar diffuziya usulida kiritiladi. Unda tranzistorlar elektrodlarining tutashtirish uchlari bir tekislikda joylashtiriladi. Bu ularni dielektrik pardasi yordamida tashki ta`sirlardan ximoya kilish imkonini beradi. epitaksal—planar texnologiya usulida tranzistorlar yupqa monokristallni o`stirish yo`li bilan xosil kilinadi. Planar texnologiya tranzistorlar yasashda eng kup tarkalganidir. Lekin bunda IMSda xosil kilinadigan r — p o`tishlar anik, chegaraga ega bulmaydi, chunki diffuziya materialning sirtidan boshlanadi.
SHuning uchun kotishmaning atomlari boshlangich materialda bir xil taksimlanmaydi — sirtda kup, ichki tarafga esa, kamayib boradi. Bu sxema elementlarining sifatiga katta ta`sir kursatadi. Ikkinchi usulda bu kamchilik yukotiladi. Planer texnologiya asosida yasalgan p — r — p turdagi bipolyar tranzistorlarda emitter va kollektor o`tishlaridan o`tadigan tok vertikal yunalishda okadi. SHuning uchun ular vertikal tranzistorlar deb ataladi. Bundan farklash uchun r — p — r turdagi tranzistorlarda r — p o`tishlardan o`tadigan tok gorizontal yunalishda o`tadigan kilinadi va ular gorizontal tranzistorlar deb ataladi. SHuni aytish kerakki, yarim utkazgichli IMSda xar doim zararli elementlar xam xosil buladi. Masalan, R — kristall asosida p — r — p turdagi tranzistor yasalganda asos kristall va tranzistorning kollektor va baza soxalari orasida r — p — r turdagi zararli tranzistor xosil bo`ladi. Zararli elementlarning ta`sirini xisobga olish uchun tranzistorning turli xil ekvivalent sxemalaridan foydalaniladi.
Mikroelektronikaning rivojlanishi diskret yarim o`tkazgichlar texnikasidamavjud bulmagan yangicha bipolyar tranzistorni yasash imkoniyatini berdi. Ko`p emitterli yoki ko`p kollektorli tranzistorlar shular jumlasidandir. 3.31- rasmda ko`p emitterli tranzistorning tarkibiy sxemasi va sxemada belgilanishi kursatilgan. Uni umumiy baza va kollektorga ega bulgan birnecha p—r—p tranzistorning to`plami deb karash mumkin. Bunda xar bir qo`shni emitter jufti baza qatlami bilan birgalikda zararli p — r — p — turdagi tranzistorni xosil qiladi. Agaremitterlardan biriga tug’ri, ikkinchisiga teskari kuchlanish ulansa, tug’ri kuchlanish ulangan emitterdan baza qatlamiga elektronlar kiritila boshlaydi, teskari ulanishli emitter esa, ulardan baza qatlamida rekombinatsiyalanib ulgurmaganlarini qabul kiladi. Natijada yopik turishi zarur bulgan katlamdan tok o`ta boshlaydi. Bu zararli effekt xisoblanadi. Bundan qutulish uchun emitterlar orasidagi masofa katta (10—45 mkm) kilib olinadi, chunki baza katlamiga o`tgan elektronlar kavaklar bilan to`la rekombinatsiyalanib ulgurishi kerak.
Ko`p kollektorli tranzistorlarning tarkibiy qismi ko`p emitterli tranzistorlarnikiga o`xshash bo`ladi. Lekin ishlash rejimi fark, qiladi. Unipolyar tranzistorlar xam bipolyar tranzistorlarni yasash texnologiyasi asosida yaratiladi. Lekin ularni yasash osonroq, chunki elementlarni ximoya kilish talab kilinmaydi va to`plamdagi qo`shni tranzistorlarning istok va stoklari qarama-qarshi yo`nalishda ulangan r — p o`tishlar bilan bir-biridan ajratilgap buladi. Natijada tranzistorlarni o`zaro juda yaknn masofada joylashtirib, sxema elementlari zichligini oshnrish imkoni tug’iladi.