Mundarija: I. Kirish I – bob mikrosxemalar topologiyasi tuzilishi

I-BOB Mikrosxemalar topologiyasi tuzilishi
1.1 Bipolyar mikrosxemalar topologiyasini tuzish
Bipolyar integral mikrosxemalarni loyihalashda umumiy yondashuv yo‘q va bo‘lishi ham mumkin emas, har bir turi Integral mikrosxema talablari va dastlabki ma'lumotlariga qarab o‘ziga xos xususiyatlari bilan tavsiflanadi. Mikrosxemalar dizayni uchun dastlabki ma'lumotlar quyidagilardir: elementlarning elektr parametrlari uchun ruxsat etilgan nominal qiymatalr, texnologik jarayonni ifodalash uchun elektr sxemasi. Keng polosali kuchaytirgichning ishlab chiqilgan Integral mikrosxemaning ko‘rinishi 1.1 -rasmda ko‘rsatilgan va ushbu sxemaning elektr parametrlari 1 -jadvalda keltirilgan.



1.1-rasm.Keng polosali kuchaytirgichning printsipial sxemasi
Ishlab chiqilgan Integral mikrosxemaning fizik tuzilishini tanlash
Mikrosxemaning elektr parametrlari va xususiyatlarini aniqlaydigan asosiy yarim o‘tkazgichli element tranzistor hisoblanadi. Shuning uchun tranzistorga qo‘yiladigan talablardan kelib chiqib tranzistorni fizik tuzilishi tanlanadi [1], ya'ni. ma'lum elektrofizik parametrlar bilan o‘rganiladi, ular quyidagilarni o‘z ichiga oladi: qo‘shimchalarning konsentratsiyasi, zaryad tashuvchilarning harakatchanligi, zaryad tashuvchilarning sirt rekombinatsiyasi muddati va tezligi, materialning rezistivligi va materialning dielektrik konstantasi. Qolgan elementlarni hisoblash uchun esa tanlangan tranzistorning asosiy fizikaviy tuzulishini bilish lozim bo‘ladi.
Hozirgi vaqtda Integral mikrosxemalarning fizik tuzilishini ikkita asosiy turi mavjud: bipolyar tranzistorlarga asoslangan mikrosxemalar va maydoniy tuzilmalariga asoslangan mikrosxemalar. Eng ko‘p qatlamlar bipolyar tranzistorlarga asoslangan mikrosxemalarga ega (1.2 -rasm). Bu yashirin n + qatlam, epitaksial, p + - bo‘linish, bazaviy, emitterli, maxsus rezistiv va boshqalar maydoniy tranzistorlari asosida mikrosxemalar ishlab chiqarish uchun ularga faqat bitta diffuzion qatlam kerak.

1.2-rasm.Yashirin n + qatlamli bipolyar n-p-n tranzistorining fizik tuzilishi
Ishlov beriladigan sirtning (ikki materialni kavsharlash orqali plyonka xosil qilish) o‘ziga xos qarshiligi tranzistorning kollektor birikmasini ishchi kuchlanishiga qo‘yiladigan talablar asosida tanlanadi. Bunday holda kollektor- ikki materialni kavsharlash orqali plyonka xosil qilingan birikmasining buzilish kuchlanishi kollektor-baza ulanishining buzilish kuchlanishidan katta bo‘lishi kerak .Ikki materialni kavsharlash orqali plyonka xosil qilingan birikmaning qarshiligi imkon qadar yuqori bo‘lishi kerak. Bu bir vaqtning o‘zida kollektor- ikki materialni kavsharlash orqali plyonka xosil qilingan birikmasining kichik parazitlik (og’ishliylik) sig'imini ta'minlaydi, lekin shuni ham yodda tutish kerakki, plyonka korpusining qarshiligi bir vaqtning o‘zida oshadi va bu chastota xususiyatlariga ta'sir etuvchi g’alayon parametrdir. Ikki materialni kavsharlash orqali plyonka xosil qilingan birikmasining qarshiligi ρ – 1-10 Om ∙ sm oralig'idan murosali tarzda tanlanishi kerak. Xosil qilingan plyonkaning qalinligi mikrosxemaning mexanik mustahkamligini ta'minlashi kerak va u hp = 250-500 mkm oralig'idan tanlanadi.
Kiristalli (sovuq haroratda xosil qilingan) birikma qatlamning tuzulish darajasi bir -biriga zid bo‘lgan bir nechta talablar asosida tanlanadi:
- izolyatsiyalovchi ulanishning yuqori buzilish kuchlanishi va ulanishning o‘ziga xos sig'imining pastligi uchun kristalli birikma qatlamning tuzulish darajasi iloji boricha past bo‘lishi kerak (lekin kristalli birikmaning tuzulish darajasidan biroz yuqori);
- kollektor korpusining chastota xususiyatlariga ta'sir ko‘rsatadigan ketma -ket qarshiligini kamaytirish uchun doping darajasi imkon qadar yuqori bo‘lishi kerak.
Bu ziddiyatli talablar quyidagi murosaga olib keladi: Kristalli birikmadan xosil qilingan plyonkaning qarshiligi, uni ishlab chiqarish usulini hisobga olgan holda, yuqori voltli tranzistorning o‘zi berilgan yuqori kuchlanishini ta'minlaydigan qilib tanlanadi. Bu kristalli birikma uchun solishtirma qarshiligini ρ_к = 0.15-5 Om∙sm oralig'idan o‘ziga xos qarshilik qiymatini tanlashga olib keladi. Ammo tranzistorlarning barcha haqiqiy parametrlari uchun qarshilikning bunday qiymatlari kollektor qarshiligining haddan tashqari oshirib yuborilishiga olib keladi. Bunga yo‘l qo‘ymaslik uchun yuqori darajadagi qatlam n + qatlami kiritiladi. Chunki tranzistorlarning kollektor-bazaviy kuchlanishi U_kb = 12 V ni tashkil etadi, ya'ni kollektor-baza ulanishining buzilish kuchlanishidan bir necha baravar kam, shuning uchun buzilishdan qo‘shimcha himoya choralarini qo‘llashning hojati yo‘q.
Kristall birikmada xosil qilingan plyonkaning qalinligi imkon qadar kichik bo‘lishi kerak ya’ni quyidagi mezon asosida tanlanishi lozim:
(1.1)
Bu yerda
h_ep- kollektor o‘tishining ulanish chuqurligi;
x_jn+- Kristall birikmada xosil qilingan plyonkaning Tanlangan haroratda n⁺ -qatlamning ikki materialni kavsharlash orqali plyonka xosil qilingan birikmasining qatlamga kirish chuqurligi;
-Ishchi kuchlanishida kollektor-baza qatlamida zaryadli zarrachaning harakatlanish yo‘li kengligi;
- barcha texnologik xatoliklar.
Yashirin n⁺ qatlami kollektor korpusining minimal qarshiligini ta'minlash maqsadida qilingan. Bu vazifaga asoslanib, yashirin qatlamni iloji boricha mustahkam qilish kerak, lekin bu kollektor-baza o‘tishga ishchi kuchlanish qo‘llanilganda qatlam taglik bilan yopilmasligi ta'minlanishi kerak. Bunday holda, keyingi texnologik operatsiyalar paytida qatlamning tarqalishini qat'iy nazorat qilish kerak.
Yashirin qatlamning sirt qarshiligi odatda R= 6-8 Om/kvadrat, qalinligi h_q = 3...8 mkm, qotishma aralashmalarning sirt konsentratsiyasi (ko‘pincha yuqori haroratlarda past diffuziya koeffitsienti tufayli surma) n= 1018-1019 sm^-3.
Baza qatlami diffuziya usuli bilan tayyorlanadi, shuning uchun u legirlanadi. Qotishma darajasi quyidagi talablardan tanlanadi:
-o‘tishning keskinligini oshirish uchun emitter-baza va bazani samaradorligi iloji boricha kamroq bo‘lishi kerak;;
-legirlash darajasining pasayishi bazaning parazit qarshiligini oshiradi va tranzistorning chastota xususiyatlarini pasaytiradi;
- agar baza qatlami zaif bo‘lsa, sirt kontsentratsiyasi bo‘ladi n ≤ 5∙1016 sm^-3, bu bazaning sirt qatlamining o‘tkazuvchanligini va tranzistorning ishdan chiqishiga olib kelishi mumkin. Aralashmalarning sirt kontsentratsiyasi taxminan n= 1016-1019 sm^-3. Metal bazasining qalinligi ω₀ = 0,5-1,0 mkm, asosiy maydonning o‘rtacha o‘ziga xos qarshiligi ρ_b = 0,1-1,0 Om∙sm, passiv bazaning sirt qarshiligi R_pbq = 100…200 Om/kvadrat, faol bazaning sirt qarshiligi R_fbs = 5…20 kOm/kvadrat.
Emitter qatlamning kristalli birikma darajasi imkon qadar yuqori bo‘lishi kerak. Ammo legirlangan qatlam zaryad konsentratsiyasi n ≈ 1021 sm^-3, keyinchalik zaryadlovchilarning yashash vaqti kamayadi, bu esa emitterning samaradorligini pasayishiga olib keladi. Shuning uchun legirlangan qatlamni kristalli birikma darajasi konsentratsiyasi quyidagi interval bo‘yicha tanlanadi n= 1019-5∙1020 sm^-3, sirt qarshilik R_sq = 5…7 Om/kvadrat. Emitent-baza birikmasining qalinligi quyidagicha aniqlanadi:
(1.2)
Ajratuvchi diffuziya qalinligi Kristalli birikmadan xosil qilingan plyonkaning qalinligidan biroz kattaroq bo‘lishi kerak, shuning uchun bu qatlamning kristalli sirt bilan birlashishi ta'minlanadi.
Ushbu hududning legirlanganlik darajasi p-n ning yuqori maydon kristaliga o‘tishini samarali izolyatsiya qilish uchun etarlicha yuqori bo‘lishi kerak
Yarimo‘tkazgichli mikrosxemalarda alyuminiy plyonkali o‘tkazgichlar elementlararo ulanish sifatida ishlatiladi. O‘tkazgichlarning kesishishini istisno qilish uchun 3 asosiy usuli qo‘llaniladi: Ko‘p qatlamli metallizatsiya, SiO2 qatlami bilan himoyalangan rezistorlar kanallari ustidan metallizatsiya shinalarini yotqizish va silikon dioksidi qatlami ostida diffuzionli o‘tish ko‘priklarini xosil qilishdan iborat.
Metallizlangan yo‘lning minimal kengligi (uning qalinligi bilan) ruxsat etilgan oqim zichligi bilan aniqlanadi. Metallashtiruvchi shinalarning Al qatlamining qalinligi taxminan 1,5 mkm, shinalar esa qatlam qarshiligiga ega. R_S ≈ 0,05 Om/kvadrat shina uchun R_S qiymati alyuminiyning qarshiligidan olingan qiymatdan taxminan 2,5 ... 3 barobar yuqori. Bu alyuminning chiqish tranzistorlarining kollektor kontaktlaridan ko‘chishi bilan bog'liq, bu kollektor qatlamning qarshiligini oshiradi, alyumin filamentlarining o‘sishi, emitterli p-n birikmalarining qisqa tutashishiga olib keladi va boshqalar.
Ya’rim o‘tkazgichli elementlarning bog’lanish xosil qiluvchi maydoni geometrik o‘lchamlari mikrosxemalar ishlab chiqarishning asosiy texnologiyasi bilan belgilanadi va ko‘pincha 100 × 100 mkm. Elementlarning bog’lanish xosil qiluvchi maydoni yaxshi ulanishni ta'minlashi kerak. Olingan parazit sig'imini kamaytirish va oksidda nuqson bo‘lsa, qisqa tutashuv xavfini bartaraf etish uchun ularni alohida ajratilgan joylar ostiga qo‘yish maqsadga muvofiqdir.