Toshkent axborot texnologiyalari universiteti samarqand filiali elektronika va sxemalar fanidan mustaqil ishi

TOSHKENT AXBOROT TEXNOLOGIYALARI UNIVERSITETI SAMARQAND FILIALI
Elektronika va sxemalar fanidan
MUSTAQIL ISHI

Bajardi: Abdurahmonov F.
Tekshirdi: Nizamov A.

Samarqand 2022

Integral diodlar
Integral diodlar. Integral diodlar integral tranzistor asosida hosil
qilinadi. Tranzistorning istalgan p-n o‘tishi diod hosil qilish uchun
ishlatilishi mumkin. Ko‘p hollarda baza — emitter o‘tishi, kollektor baza
bilan tutashtirilgan holda yoki kollektor zanjiri uzilgan holda
( ) baza — emitter o‘tish ishlatiladi. Bunday diodlaming ochiq holatdan berk holatga o‘tish vaqti eng kichik bo'ladi.
IMS tayyorlashda yarimo‘tkazgich asosning bir tomoniga ishlov
beriladi, hosil qilingan elementlaming chiqish elektrodlari plastina sirtida bitta tekislikda joylashadi. Shuning uchun «planar texnologiya» deb nom berilgan.
Yarimo‘tkazgich IMSlami tayyorlashda operatsiyalar ketmaketligi mikrosxemada elementlami elektr jihatdan izolatsiyalash usullari bilan belgilanadi: elementlarni teskari siljitilgan p-n oHishlar bilan izolatsiyalash', dielektrik ( qatlam) yordamida izolatsiyalash. Shu munosabat bilan yarimo‘tkazgich IMSlar tayyorlashni ikkita asosiyjarayoni:

1. 
   elementlami p-n o‘tish bilan izolatsiyalovchi planar – epitaksial texnologiya;
   b) dielektrik qatlam yordamida izolatsiyalovchi planar - epitaksial texnologiya.
   

Planar - epitaksial texnologiya. Planar - epitaksial texnologiya
asosida to‘rtta element (kondensator С , diod D, tranzistor T va resistor R) dan tashkil topgan (7.2-rasm) sodda IMSni tayyorlashda texnologik operatsiyalar ketma-ketligini kо‘rib chiqamiz.

7.2-rasm. Ishlab chiqilayotgan IMSning prinsipial sxemasi.

IMS tayyorlash uchun p — o‘tkazuvchanlikka ega, qalinligi 0,2-0,4 mm, bo‘lgan kremniy asosdan foydalaniladi (7.3-rasm). Bunday asosda elementlari soni mingtagacha yoki yuzlarcha bo‘lgan o‘rta va yuqori integratsiya darajali mikrosxemalar bir vaqtda hosil qilinadi (har bir kvadratda bir xil IMSlar joylashadi).
Asos sirtida termik oksidlash yo‘li bilan qalinligi 0,5-1 mkm
bo‘lgan Si02 qatlam hosil qilinadi. Shundan so‘ng birinchi fotolitografiya oksid qatlamda «darcha»lar ochish uchun o‘tkaziladi. Darchalar orqali 1—2 mkm qalinlikka donor kiritmalar (surma yoki margumush) diffuziya qilinadi. Natijada bo‘lg‘usi tranzistorlar kollektorlari ostida elektr tokini yaxshi o‘tkazuvchi n+ - soha hosil bo‘ladi. Ushbu qatlam yashirin n - qatlam (cho‘ntak) deb ataladi. U kollektor qarshiligini kamaytiradi, natijada tranzistor tezkorligi ortadi, kollektor esa ikki
qatlamli n+ - n bo‘lib qoladi.


7.3-rasm. Asos va uning sirtida bir vaqtda tayyorlanadigan IMSlartizimi.


Shundan keyin kremniy oksidi yemiriladi, asos sirtiga qalinligi
8+10 mkmm tashkil etuvchi n — turli epitaksial qatlam o‘stiriladi va
epitaksial qatlam sirtida oksid qatlam hosil qilinadi. Ikkinchi fotolitografiya yordamida oksid qatlamda ajratuvchi difiiziyani o‘tkazish uchun darchalar ochiladi. Aktseptor kiritmalami (bor) darchalar orqali qatlam oxirigacha diffuziya qilib to‘rtta n — soha (sxemadagi elementlar soniga mos) hosil qilinadi. Bu n - sohalar bir-biridan p-n o‘tishlar yordamida izolatsiyalangan bo‘ladi. Ushbu sohalaming bin
tranzistorning kollektori bo‘lib xizmat qiladi. Tranzistorning bazasi,
kondensator, diod va rezistor hosil qilish uchun bir-biridan izolatsiyalangan n - sohalarga akseptor kiritmalar diffiiziyasi amalga oshiriladi. Buning uchun awal hosil qilingan oksid qatlamda uchinchi fotolitografiya yordamida shunday o‘lchamli darchalar hosil qilinadiki, bunda hosil qilingan elementlar parametrlari talab etilgan nominallarni qanoatlantirsin.
Keyin tranzistor emitteri, diod katodi, kondensator qoplamasi,
kollektor sohaning omik kontakdni hosil qiluvchi n+ - turli emitter sohalar hosil qilinadi. Buning uchun yangidan hosil qilingan oksid qatlamida to‘rtinchi fotolitografiya yordamida zarur ko‘rinishdagi «darcha»lar ochib, ular orqali n+- turli kiritma hosil qiluvchi atomlar diffuziyasi amalga oshiriladi. IMS tuzilmasi hosil qilinuvchi texnologik jarayon elementlarga omik kontaktlar olish va elementlami о zaro ulash bilan yakunlanadi. Bu Si02 qatlamda beshinchi fotolitografiyani amalga
oshirish, alyuminiyni vakuumda purkash, alyuminiyni ishlatilmaydigan
sohalardan olib tashlash va termik ishlov berish bilan amalga oshiriladi.
7.2-rasmda keltirilgan sxemaga mos IMS tuzilmasi 7.4-rasmda
ko‘rsatilgan.


Dielektrik bilan izolatsiyalash usulu Bu texnologiya p-n o‘tish
bilan izolatsiyalanib tayyorlangan IMSlarga nisbatan yaxshiroq xarakteristikalarga ega mikrosxemalar yaratish imkonini beradi. Xususan, izolatsiyalash darajasi taxminan 6 tartibga ortadi, teshilish
kuchlanishi kattalashadi, parazit sig‘imlar taxminan 2 tartibga kamayadi,
radiatsiyaga chidamlilik ortadi, IMS tezkorligi oshadi. Ushbu texnologiya asosida kichik quwatli va yuqori tezlikda ishlaydigan raqamli IMSlar yaratish maqsadga muvofiq, chunki bunday texnologik jarayon narxi planar-epitaksial texnologiyaga nisbatan yuqori.
Sodda IMS yaratish ketma-ketligi 7.5-rasmda ko‘rsatilgan.
O‘tkazuvchanligi n —turli asosga surma yoki margumush l-2
mkmga diffuziya qilish yo‘li bilan plastinaning butun yuzasi bo‘уlab n
— o‘tkazuvchanlikka ega yashirin qatlam hosil qilinadi. Asosni n - qatlam tomondan termik oksidlab, uning butun yuzasida Si02 oksid qatlam hosil qilinadi. Birinchi fotolitografiya yordamida ushbu qatlamda izolatsiyalovchi sohalar uchun «darcha»lar ochiladi (7.5a-rasm), oksid bilan himoyalangan sohalar yemirilgani uchun 8-15 mkm boigan «chuqurcha»lar hosil qilinadi (7.5b-rasm). So‘ng «chuqurcha»lar yuzalari oksidlanadi (7.5c-rasm). Bundan keyin oksidlangan «chuqurcha»lar tomondan asos sirtiga 0,2-0,25 mm qalinlikdagi polikristall kremniy
o‘stiriladi. Polikristall kremniy keyinchalik bo‘lg‘usi IMS asosi bo‘lib
xizmat qiladi (7.5d-rasm)
а)

b)

d)

e)

f)


7.5-rasm. IMS elementlarini dielektrik qatlam bilan izolatsiyalash.
Shundan so‘ng asosning qarshi tomoni oksid qatlamgacha shlifovka qilinadi yoki yemiriladi (7.5e-rasm). Shunday qilib, bir-biridan Si02 qatlam bilan izolyatsiyalangan, n —o‘tkazuvchanlikli yashirin qatlamga ega n —sohalar (cho‘ntakchalar) hosil qilinadi. Bu sohalarda oksidlash, fotolitografiya va diffuziya usullari bilan mikrosxema elementlari yaratiladi. Baza sohalarini hosil qilishdan boshlab keyingi jarayonlar planar - epitaksial texnologiya jarayonlariga o‘xshash davom etadi.
ВТ asosidagi raqamli IMSlaming ba’zi mantiq elementlarida ko‘p
emitterli va ko‘p kollektorli tranzistorlar qo‘llaniladi.
Ko‘p emitterli tranzistor (KET)ning shartli belgilanishi va tuzilmasi 7.6-rasmda ko‘rsatilgan.

7.6-rasm. KET tuzilmasi (a) va shartli belgilanishi (b).

KET bazalari va kollektorlari ulangan tranzistorlar majmui boiib,
undagi emitterlar soni 5-8 ta bo‘lishi mumkin. Ko‘p kollektorli tranzistorlar (KKT) — invers rejimda ishlayotgan KETdir. Bunda umumiy emitter bo‘lib KETning kollektori, kollektorlari boiib esa emitterlaming n - sohalari xizmat qiladi.
MDYA - tranzistorlar asosidagi IMSlarni tayyorlash
Diskret MDYA — tranzistorlaming VI bobda keltirilgan tuzilish
sxemalari va parametrlari integral texnologiya uchun ham qo‘llanilishi mumkin. Bunda MDYA — tranzistorlar asosida IMSlar tayyorlash texnologiyasi BTlar asosida IMSlar tayyorlash texnologiyasiga qaraganda ancha sodda bo‘lib, u ikkita omil bilan bog‘liq:
1) Kanallari bir xil o'tkazuvchanlikka ega integral MDYA - tranzistorlar uchun tuzilmalami izolatsiyalash operatsiyasi talab etilmaydi. Asos hamma vaqt istok va stokka nisbatan teskari o‘tkazuvchanlikka ega bo‘ladi. Shuning uchun istok - asos va stok - asos p-n o‘tishlaming biri kuchlanishning ixtiyoriy qutbida stok orasida teskari ulanadi va izolatsiyani ta’minlaydi;
2) Barcha tayyorlash jarayoni faqat MDYA - tuzilmani hosil qilishga olib kelinadi, chunki u nafaqat tranzistorlar sifatida, balki rezistorlar va kondensatorlar sifatida ham ishlatiladi.
Shunday bo‘lishiga qaramasdan, kristallda yonma-yon joylashgan
va turli o‘tkazuvchanlikli kanallarga ega komplementar MDYA - tranzistorlarda (KMDYA) izolatsiya talab etiladi. Izolatsiyalash uchun tranzistorlardan birini izolatsiyalovchi cho‘ntakchaga joylashtirish kerak bo‘ladi. Masalan, agar asos sifatida p - kremniy ishlatilsa, p – kanalli tranzistor uchun awal n -turli cho‘ntakcha tayyorlanishi kerak.
MDYA — tranzistorlar asosidagi IMSlar planar texnologiya asosida yaratiladi. Bu texnologiyada kremniy sirtida oksidlash, fotolitografiya va ochilgan darchalarga kiritmalar diffuziyasini amalga oshirish ilgaridek bajariladi.
MDYA - tranzistorli IMSlar yaratishda zatvor ostidagi dielektrik
qatlamni hosil qilish eng murakkab jarayon bo‘lgani uchun unga alohida
talablar qo‘yiladi. Xarakteristika tikligini oshirsh uchun (6.18)ga muvofiq zatvor osti dielektrikning qalinligi kamaytirilishi kerak. Oxirgi 40 yil ichida dielektrik material sifatida asosan kremniy ikki oksidi ( ) qo‘llanilib keldi, zatvor esa kremniydan tayyorlandi. Mikrosxemalaming har bir yangi avlodiga o‘tish bilan izolatsiyalovchi qatlam qalinligi kichrayib bordi. Lekin, qatlam yupqalanishi bilan sizilish
toklari oshadi, ortiqcha issiqlik ajralishlar paydo bo‘ladi va tranzistor
holatini boshqarish og‘irlashadi.
Bugungi kunda Intel korporatsiyasi tomonidan ishlab chiqarilayotgan tranzistorlarda zatvor osti dielektrigining qalinligi ( ) 1,2 nm ni yoki besh atom qatlamni tashkil etmoqda. 2007-yildan buyon 45 rnnli ishlab chiqarish texnologiyasiga o‘tildi. Bu texnologiyada kichik sizilish tokli tranzistorlar zatvorlarini hosil qilishda dielektrik sifatida yuqori dielektrik singdiruvchanlikka ega bo‘lgan gafhiy tuzlari asosidagi high —k material ishlatilmoqda. Natijada, qalinroq dielektrik ishlatish va sizilish tokini o‘n martadan ko‘proq kamaytirish imkoni tug'ildi. Lekin yangi material kremniyli zatvor bilan «chiqishmadi». Shunda zatvor sifatida materiallaming yangi turini ishlatish taklif etildi, natijada ular
asosidagi tranzistorlar ulanishi va uzilishi uchun 30% kam energiya sarflanishiga erishildi. Yangi texnologiya bir xil yuzada joylashadigan tranzistorlar sonini ikki marta oshirish imkonini berdi.
MDYA - tranzistorlar ichida metall — nitrid kremniy - dielektrik -
yarimo‘tkazgich (MNDYA) tranzistorlar (7.7a-rasm) alohida o‘rin
tutadi Bunday tranzistorlar xotira elementi rolini bajaradi va qayta
dasturlanuvchi xotira qurilmalar asosini tashkil etadi 7.7-rasm. MNDYA — tranzistor tuzilmasi (a) va stok-zatvor VAXi (b).

Ushbu tranzistor dielektrigi ikki qatlamdan: qalinligi 2+5 nm ni
tashkil etuvchi va kremniy oksidi ustiga purkalgan 0,05+0,1 mkm qalinlikdagi kremniy nitrididan tashkil topadi. Mantiqiy 1 ni hosil qilish uchun zatvorga qisqa (100 mks) musbat impuls beriladi, bunda elektronlar asosdan yupqa orqali tunnel o‘tib ikki qatlam chegarasida to‘planadi, chunki qalin qatlam
elektronlami o‘tkazmaydi. To‘plangan zaryad mantiqiy 1 ni yozishda berilgan impuls o‘chirilgandan so‘ng ham saqlanib qoladi. Bo‘sag‘aviy kuchlanish qiymati gacha qiymatli impuls berilgandan so‘ng kamayadi (7.7-b rasm). Axborotni o‘qish uchun tranzistor zatvoriga Ucr kuchlanish beriladi. Uning absolut qiymati va orasida bo‘lish kerak. Agar mantiqiy 1 yozilgan bo‘lsa, tranzistor ochiq, agar mantiqiy 0 bo‘lsa -berkligicha qoladi.