Курсовая: Микроэлектроника и функциональная электроника (разработка топологии ИМС) - текст курсовой. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Курсовая

Микроэлектроника и функциональная электроника (разработка топологии ИМС)

Банк рефератов / Радиоэлектроника

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Курсовая работа
Язык курсовой: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 76 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной курсовой работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Национальный технический университет Украины "Киевский политехническ ий институт " КУРСОВАЯ РАБОТА по курсу : "Микроэлектроника и функциональная электрон ика " Допущено к защите : "_____"__________________1999г. Защищено с оценкой : "_________________" Работу выполнил : ст . гр . ДК -71 ІІІ курса ФЭЛ Кузин Евгеий А ндреевич. № зач . книжки ДК -7112 Преподаватель : Рогоза Валерий Станиславович. Киев – 1999 СОДЕРЖАНИЕ Введение 3 1. Опис ание схемы для разработки 3 2. Определен ие электрических параметров схемы 4 3. Технологические этапы изготовления ИМС 5 4. Последовательность расчета параметров бип олярного транзистора 9 5. Последовательность расчета параметров инт егральных резисторов 12 6. Последовательность расчета параметров МДП – конденсатора 18 7. Особенности топологии разрабатываемой ИМС 20 Выводы 20 Литература 20 Введение. Интегральная электроника на сегодняшний день является о дной из наиболее бурно развивающихся отраслей современной промышленности . Одной из со ставных частей данной науки является схемотех ническая микроэлектроника . На каждом новом эт апе развития технологии производства интегральны х микросхем (ИМС ) создаются принципиально новы е методы изготовления структур ИМС , отражающи е последние д о стижения науки. В настоящее время наибольшее внимание в микроэлектронике уделяется созданию СБИС – сверхбольших интегральных схем – интег ральных структур с очень большой степенью интеграции элементов , что позволяет не толь ко значительно уменьшить площадь п одложки ИМС , а следовательно , габаритные размеры и потребляемую мощность , но также и значит ельно расширить перечень функций , которые дан ная СБИС способна выполнять . В частности , использование СБИС в вычислительной технике п озволило создание высокопроизвод и тельных микропроцессоров электронно-вычислительных машин , а также встраиваемых однокристальных микроконт роллеров , объединяющих на одном кристалле нес колько взаимосвязанных узлов вычислительного ком плекса . Переход к использованию СБИС сопряжен со значитель ным увеличением числа элем ентов ИМС на одной подложке , а также с существенным уменьшением геометрических размеро в элементов ИМС . В настоящее время техноло гия позволяет изготовление отдельных элементов ИМС с геометрическими размерами порядка 0,15-0,18 мкм. Быстрое развитие мироэлектроники как одно й из самых обширных областей промышленности обусловлено следующими факторами : 1) Надежность - комплексное свойство , которое в за висимости от на значения изделия и условий его эксплуатации может включать безотказност ь , долговечность , ремонтопригодность и сох раняемость в отдельности или определенное соч етание этих свойств как изделий в целом так и его частей . Надежность работы ИМС обусловлена монолитностью их структуры , а также защищенностью интегральных структур от в н ешних воздействий с помощью герметичных корпусов , в которых , как правило , выпускаются серийные ИМС. 2) Снижение габаритов и массы. Значительное уменьшение массы и р азмеров конкретных радиоэлектронных приборов без потери качества работы также является од ним из решающих факторов при выборе ИМС при разработке различных приборов и у злов радиоэлектронной аппаратуры. 1. Описание схемы для разработки. Данная схема представляет собо й цифровую схему логики 4ИЛИ-НЕ на биполяр ных транзисторах . Питание схемы стандартн ое , 5В . Схема состоит из четырех идентичных каскадов , состоящих из биполярного транзисто ра , резистора и конденсатора . Логика данного логического элемента – насыщенного типа , т. е . транзисторы в каскадах при работе схемы работают либо в режиме отсечки (на в х оде – "0", на выходе – "1", транзи стор закрыт ) либо в режиме насыщения (на входе – "1", на выходе – "0", транзистор отк рыт ). Назначение пассивных элементов в цепи базы транзисторов следующее : 1) Резистор – предназначен для выравнивания входных х арактеристи к всех каскадов логического эл емента . Включение резистора в цепь базы не обходимо ввиду большой погрешности параметров , в частности , сопротивления базы при изготов лении интегральной структуры транзистора , что является неприемлемым , так как не обеспечивае т т ребуемой стабильности и воспроиз водимости параметров схемы. 2) Конденсатор – применяется для увеличе ния быстродействия каскада . Это достигается б лагодаря свойству конденсатора проводить сигналы высших гармоник . При подаче на вход с хемы уровня логической ед иницы в моме нт перехода из ноля в единицу входной сигнал содержит много гармоник высших поря дков , которые безпрепятственно проходят через конденсатор , открывая транзистор . При установлении на входе стабильного напряжения гармоники высших порядков пропадаю т и транз истор стабильно работает в режиме насыщения. Ввиду наличия в схеме транзисторов , ре зисторов и конденсаторов , данный тип логики получил название резисторно-емкостной транзисторно й логики (РЕТЛ ). Ввиду того , что все четыре каскада рассматриваемой схе мы являются абсолютно идентичными , работа остальных каскадов не р ассматривается. 2. Определение электрических пар аметров элементов схемы. Значения токов и напряжений на элементах схемы определяется с помощью программы Electronics Workbench (версия 5.12, разработчик – Interactive Image Technologies LTD ). Для последующего расчета топологических п араметров разрабатываемой интегральной схемы нео бходимо определить следующие параметры : максимальный ток через резисторы I R . Данный параметр необходим для ра счета мощности , выделяющейся на резисторах , необходимой для последующих расчетов ; для транзисторов – максимальный ток на коллекторном переходе , максимальный ток эм иттера,максимальное напряжение на переходе коллек тор-база U КБ . Электрические параметры конденсаторо в , необходимые для расчета их топологических параметров , приведены в задании к данной р аботе и не подлежат определению. Значения параметров , указанных выше , приве дены в табл . 2.1. Табл . 2.1. Электрические параметры элементов интегральной схемы. Параметр I R 1-4 , мА I R 5 , мА U КБ , В I Э , мА Значение 0,26 4,94 1,5 4,5 Примечание. Данные значения токов и нап ряжений были измеряны при подаче на логич еские входы схемы минимально допустимого напр яжения логической единицы (1,9 В ), и /или макси мально допустимого напря жения логического нуля (0,7 В ). 3. Технол огические этапы изготовления ИМС. При производстве различных ИМС в теку щий момент используется планарная технология , обеспечивающая воспроизводимые параметры инте гральн ых элементов и групповые методы их произв од ства Локальные тех нологические обработки участков монокристалла кремния обеспечиваются благодаря применению свободных и контактных м асок . В планарной техно логии многократно повт оряются однотипные операции для создания разл ичных по структуре ИМС . Основны м и технологическими операциями при изготовлении ИМС являются : подготовка полупроводниковой подл ожки ; окисление ; фотолитография ; диффузия ; эпитакси я ; ионное легирование , ме таллизация Элементы биполярных интегральных структур создаются в едином технологичес к ом цикле на общей полупроводниковой подложке . Каждый элемент схемы формируется в отдел ьной изолированной области , а соединения межд у элементами выполняются путем металлизации н а поверхности пассивированной схемы . Изоляция между элементами схемы осуществл я етс я двумя способами : обратносмещенными р - n переходами и диэлектриком Изоляция обратно смещенным переходом реализу ется следующими технологическими методами : раздел ительной , коллекторной изолирующей диф фузией ; баз овой изолирующей диффузией ; методом трех фотошаблонов , изоляцией n - полостью. Для изоляции элементов ИМС диэлектриком используют слой SiO 2 , и Si 3 Н 4 , ситалл , стекло , керамику , воздушный зазор. 3.1. Последовательность операций планарно - эпитаксиальной технологии производства ИМС. 1 - механиче ская обработка поверхности рабочей стороны кремниевой пластины р -типа до 14-го кл асса чистоты и травление в парах НС l д ля удаления нарушенного слоя. Под ложки кремния шлифуют до заданной толщи ны , затем полируют (обычно до 14 класса точно сти ) , подвер гают трав лению и промывают . Эпитаксиальные структуры не требуют до полните льной механической обработки , а лишь подверга ются травлению и промывке перед процессами создания схем. 2 - окислен ие для создания защитной маски при диффуз ии примеси n типа . На поверхнос ти кр емния выращивается плотная пленка двуокиси кремния , которая имеет близкий к кремнию коэффициент теплового расширения , что позволяет испол ьзовать ее как надежное защитное покрытие , а также изолятор отдельных компонентов ИМС , маску при проведении локальной д иффу зии и как активную часть прибора в МД П - структурах. Термическое окисление поверхностей кремния является наиболее тех нологичным метод ом получения пленок SiO 2 . В этом случае качестве окис ляющей среды используются сухой или увлажненный кисл ород либо пар ы воды . При окислении температура рабочей зоны поддерживается на уровне 1100-1300 °С . Окисление проводится методом открытой трубы в потоке окислителя . В сухом кислороде выращивается наиболее совершенный по структуре окисный слой , но процесс окисления при этом проходит медленно (Т =1200 °С ), толщина d слоя SiO 2 составляет 0,1 мкм ). На практик е окис ление проводят в три стадии : в сухом кислороде , влажном кислороде и сно ва в сухом . Для стабилизации свойств защитных окисных слоев в процессе окисления в ср еду влажного кислорода или паров воды добавляют борную кислоту , двуокись титан а и др. 3 - фотолито графия для вскрытия окон в окисле и п роведения локальной диффузии в местах формиро вания скрытых слоев. Создание на поверхности подложки защитной маски мал ых р азмеров , используемой в дальнейшем для проведения локальных процессов травления , диффузии , эпитаксии и др . Образуется с п омощью фоточувствительного слоя (фоторезиста ), кото рый под действием света изменяет свою стр уктуру По способности изменять свойства пр и облучении фоторезисты делятся на негативные и позитивные. Освещение негативного фоторезиста вызывает дополнительную полимеризацию его моле кул , вследствие чего после проявления пластин ы по лупроводника на ней остаются нерастворим ые участки рисунка , которые представляют собой негативное изображение фотошаблона , а неосвещенные участки фоторезиста смываются в растворителе при проявлении. В позитивном фоторезисте под действием света происходит разру шение молекул . При проявлении такой фоторезист удаляется с осв ещенных участков , а на поверхн ости пластины остается позитивное изображение фотошаблона, Фоторезист должен быть чувствительным к облучению , иметь высо кие разрешающую способн ость и кислотостойкость. Для создания определенного рисунка с помощью фоторезиста используется фотошаблон , представляющий собой пластину из оптического стекла , на п оверхности которой содержится рисунок соот ветств ующий по размерам будущей микросхеме . Фотошаб лон может содержать до 2000 изображений одной микр осхемы. Последовательность фот олитографического процесса состоит в следующем . На окисленную поверхность кремния с толщиной окисла 3000 - 6000 А наносят слой фоторезиста с помощью центрифуги . Фоторезист сушат сначала при комнатной температуре , затем при темпер атуре 100 -150 0 С. Подложк у совмещают с фо тошаблоном и облучают ультрафиолетовым излучение м . Засвеченный фоторезист проявляют , а затем промывают в деио низированной воде . Оставшийся фоторезист задубливают при комнатной темпера туре и температуре 200 °С в течение одного часа , п осле ч его окис ленная поверхность кремния открывается в местах , соответствующих ри сунк у фотошаблона . Открытые участки окисла травят в специальных бу ферных травителях (например, 10 мл Н F и 100 мл N H 4 F в воде ). На участки окисла , покрытые фоторезистом , травитель не действует . После травления фоторезис т растворяют органическим растворителем и горячей серной кислотой . Поверхность пластины тщательно промывают . На поверх ности кремния остается слой SiO 2 , соответствующий рисунку схемы 4 - диффузи я для создания скрытог о n-слоя . Локальная диффузия является од ной из основных технологических операций при создании полупроводниковых ИМС. Диффузия в полупроводниковых кристаллах п редставляет собой на правленное перемещение приме сных атомов в сторону убывания их концен трации. В качестве легирующих примесей в кремнии используются в основном бор и фосфор , причем бор создает примеси акцептор ного типа , а фосфор донорного . Для бора и фосфора энергия активации соответственно равна 3,7 и 4,4 эВ . Ра зличают два режима диффузии : диффузи я из неограниченного источника и диффузия из ограниченного источника . В производстве ИМС реализуются оба случая диффузии . Диффузия и з неограниченного источника представляет собой первый этап диффузии , в результате которого в полупроводник вводится определ е нное количество примеси . Этот процесс называют загонкой примеси . Для создания заданного распределения прим есей в глубине и на поверхности полупрово дника проводится второй этап диффузии из ограниченного источника . Этот процесс называется разгонкой примеси. Локальную диффузию проводят в открытые участки кремния по ме тоду открытой трубы в потоке газа - носителя . Температурный интервал д иффузии для кремния составляет 950 - 1300 °С . Кремниевые пласти ны размещают в высокотемпературной зоне диффу зионной печи . Га з - носи тель в кварцевой трубе при своем движении вытесняет воздух . Исто чники примеси , размещенные в низкотемпературной зоне , при испарении попа дают в газ - носитель и в его составе проходят над поверхностью кремния. Источники примеси , применяемые в прои зводстве ИМС , могут быть твердыми : жидкими и газообразными . В качестве жидких источников ис пользуются хлорокись фосфора Р ОС lз и ВВ r з . После установления темпера турного режи ма в рабочую зону печи поступает кислород , что способствует образованию на поверхн ости кремния фосфоро - и боросиликатного стекла . В дальнейшем диффузия проходит из слоя жидкого стекла Одновременно слой стекла защищает поверхность кремния от испарения и попадан ия по сторонних частиц . Таким образом , в ло кальных участках кремния происхо д ит дифф узия легирующей примеси и создаются области полупроводника с определенным типом проводим ости . После первой фотолитографии проводится ло кальная диффузия донорной примеси с малым коэффициентом диффузии (А s , Sb ) и формируется скрытый высоколегированны й слой n + глубиной около 2 мкм. Примесь с малым коэффициентом диффузии необходимо использо вать , чтобы свес ти к минимуму изменение границ скрытого с лоя при после дующих высокотемпературных технолог ических операциях . После этого с поверхности полностью удал яется слой окисла и пластина очищается . На очищенной поверхности кремния выращивается эпитаксиальный слой n -типа толщиной 10-15 мкм с удельным сопротивлением 0,1 - 10 Ом *см. 5 - снятие окисла и подготовка поверхности перед пр оцессом эпитакси-ального наращи вания ; 6 - формирование эпитаксиальной структуры ; Эпитаксия представляет собой п роцесс роста монокристалла на ориентирующей п одложке . Эпитаксиальный слой продолжает кристалли ческую решетку под ложки . Толщина его может быть от монослоя до нескольких десятко в мик рон . Эпитаксиальный слой кремния можно вырастить на самом кремнии . Этот процесс называется авто - или гомоэпитаксией . В отличие от авто-эпитаксии процесс выращивания монокрист аллических слоев на подложках , отличающихся п о химическому составу , называе тся гетероэ питаксией. Эпитаксиальный процесс позволяет получать слои полупроводника однородные по концентрации примесей и с различным типом проводимост и (как электронным , так и дырочным ). Концент рация примесей в слое может быть выше и ниже , чем в подложке , что обеспечивает возмож ность получе ния высокоомных слоев на низкоом ной подложке. В производстве эпитаксиальные сло и получают за счет реакции на по верхност и подложки паров кремниевых соединений с использованием реак ции восстановления SiCl 4 , Si Вг 4 . В ре акционной камере на поверхности подложки в температурном диапазо не 1150 - 1270 °С протекает реакция SiCl 4 + 2Н 2 <=> Si + 4 H С 1, (3.1) в резул ьтате которой чистый кремний в виде твердого осадка достраивает решетку подложки , а летучее соединение удаляется из камеры. Процесс эпитаксиального наращивани я проводится в специальных ус тановках , рабочи м объемом в которых является кварцевая тр уба , а в каче стве газа-носителя используются водород и азот . Водород перед поступле ни ем в рабочий объем многократно очищае тся от кислорода , паров воды и других примесей . При установившейся рабочей температуре в поток газа носителя добавляется хлорис тый водород и производится предварительное тр авление подложки . После этого вводятся в п оток газа SiCl 4 и соответствующие легир ующ ие примеси. 7 - окисление поверхности эпитаксиального слоя для создания защитной маски при разд елительной диффузии ; 8 - фотолитография для вскрытия окон по д разделительную диффузию ; 9 - проведение разделительной диффузии и создание изолированных кар манов ; Разделительная диффузия проводится в две стадии : первая (загонка ) - при температуре 1100-1150 °С , вторая (разгонка ) - при температуре 1200-1250 °С . В качестве диффузанта используется бор . Разделительная диффузия ос уществляется на всю глубину эпитаксиальног о слоя ; при этом в подложке кремни я формируются отдельные области полупроводника разделенные р- n переходами . В каждой изолированной области в результате по следующих технологичес ких операций формируется интегральный элемент. 10 - окисление ; 11 - фотолитогра фия для вскрытия око н под базовую диффузию ; 12 - формирование базового слоя диффузией примеси р-типа. Для проведения базовой диффузи и процессы очистки поверхности , окисления и фотолитографии повторяются , после чего проводит ся двухста дийная диффузия бора : первая при температуре 950-1000 °С , вторая при температуре 1150-1200 °С. 13 - окисление ; 14 - фотолитография для вскрытия окон по д эмиттерную диффузию ; 15 - формирование эмиттерного слоя диффузие й примеси n-типа ; Эмиттерные области формируются после четверт ой фотолитографии Эмиттерная диффузия проводится в одну стадию при температуре около 1050 °С. Одновременно с эмиттерами фо рмируются области под контакты коллекторов и нижние обкладки МДП-конденсаторов . В качестве легирующей примеси используется фосфор. 16 – фотолитография для вскрытия око н для травления окисла под МДП-конденсаторы . Данный этап необходим д ля создания тонкого окисла между верхней и нижней обкладками конденсатора . Он получает ся травлением пассивирующего слоя до нужной толщины. 17 – формирован ие тонкого окисла в местах создания МДП-ко нденсаторов. 18 - фотолитография для вскрытия контактных окон ; 19 - напыление пленки алюминия. Соединения элементов ИМС созда ются металлизацией . На поверхность ИМС методо м термического испарения в вакууме наносится слой алюминия толщиной около 1 мкм . П осле фотолитографии на поверхности ИМС остают ся металлические соединения , соответствующие рису нку схемы . После фотолитографии металл обжига ется в среде азота при температуре около 500 С. 2 0 - фотолитография для создания ри сунка разводки и нанесение слоя за щитного диэлектрика . 21 – фотолитография для вскрытия окон контактных площадок для посл едующего приваривания проводников. 4. Последовательность расчета па раметров биполярного транзистора. Исходные д анные для расчета. Максимальное напряжение на кол лекторном переходе : U кб = 1,5 В Максимальный ток эмиттера : І э = 4,5 мА Граничная частота f т = 500 МГц. Дальнейший расчет проводится с помощью программы расчета параметров биполярных транзисторов , результ аты расчета , представленные ниже , были получен ы с помощью данной программы. Расчет выполняется в следующей последоват ельности. 1. По заданному максимально допустимому н апряжению U кб определяют пробивное напряжение U кб 0 , которое должно быт ь хотя б ы на 20% больше U кб и учитывает возможные колебания напряжени я питания , т.е . U кб0 =1,2 U кб , в нашем случае U кб0 =1,8 В . Пробивное на пряжение U пр коллекторного перехода выбираем с коэффициентом запаса 3, это учиты вает возможность пробоя по поверхности и на за круглениях коллекторного перехода . В нашем случае U пр = 5,4 В. По графику зависимости U пр ( N дк ) [1] , где N дк – концентрация доноров в коллекторе , находят N дк . В программе расчета значение концентра ции находится численными методами . В нашем случае N дк = 5 10 17 см -3 . Данное значение слишком велико , т.к при таком значении возможно появление паразит ного n -кана ла , поэтому уменьшим его до 10 16 см -3 . По графику зависимости подвижности электр онов от их концентрации [1] находят подвиж ность электронов . В нашем случае n = 1200 см 2 /(В с ). 2. Определяют характеристическую длину распр еделения акцепторов L а и доноров L д : ( 4.1) где х j к – глубина коллекторно го перехода . В нашем случае L a = 0,374 мкм ; L д = 0,0748 мкм. 3. Для расчета ширины ОПЗ (области про странственного заряда ) на коллекторном и эмит терном переходах пр едварительно вычисляют контактную разность потенциалов на коллекторно м переходе : ( 4.2 ) где т – т епловой потенциал , равн ый 0,0258 В при Т =300 К .; n i – конц ентрация собственных носителей заряда в кремн ии ( n i 10 10 см -3 ). В нашем случае к = 0,6771 В. Контактная разность потенциалов на эмитте рном переходе э рассчитывается аналогично к . В нашем случае э = 0,1809 В. 4. Рассчитывают ширину ОПЗ , распространяющуюс я в сторону базы ( х кб ) и в сторону колле ктора ( х кк ) при максимальном смещен ии коллекторного перехода U кб : ( 4.3 ) ( 4.4 ) где , 0 , н – соответственно диэлектрическая постоянная и относительная диэлектрическая проницаемость пол упроводниковой подложки. В нашем случае х кб = 0,387 мкм , х кк = 0,6656 мкм. 5. Выбираем ширину технологической базы р авной 1 мкм. 6. Определяем концентрацию акцепторов на эмиттерном переходе : N a ( x j э ) = N дк exp ( W б0 / L a ) ( 4 .5 ) В нашем случае N a ( x j э ) = 1,338 10 17 с м -3 . 7. В результате высокой степени легирован ия эмиттера область объемного заряда на э миттерном переходе в основном будет сосредото чена в базе . Приближенно можно считать , чт о х эб х э , где ( 4.6 ) В нашем случае х э = 0,08858 мкм. 8. Расчитываем ширину ак тивной базы : W ба = W б0 - х э - х кб ( 4 .7 ) В нашем случае W ба = 0,4944 мкм. Дальнейший расчет транзистора включает вычисление площади эмит терного перехода, 9. Расчет минимальной площади эмиттерн ого перехода осуществляется на основе критической плотности тока через эмит терный переход . ( 4.8 ) где = const для Si (10 7 c м /с ) В нашем случае j кр = 2811 А /см 2 . ( 4.9 ) В нашем случае S е = 160,1 мкм 2 . 10. Определим емкость коллекторного п ерехода на основе граничной частоты транзистора. Из заданной частоты f t , найде м емкость коллекторного перехода С к ( 4.10 ) В нашем случае С к = 0,5 пФ 11. Найдем площадь коллекторного перехода как сумму площадей его донной и боковой частей . Причем донная часть площади соста вляет приблизительно 80% от общей его пл ощади. Рассчитаем площадь донной част и коллекторного перехода : ( 4.11 ) где V k = V kp В нашем случае S б дон = 2734 мк м 2 . Исходя из полученного значения площа ди найдем пл ощадь боковой части коллекторного перехода : ( 4.12 ) в нашем случае S б.бок = 719 мкм 2 5. Последовате льность расчета параметров интегральных рез исторов. Параметры , которые определяют с опротивление интегрального резистора , можно разде лить на две группы : 1) параметры полупроводникового слоя : толщина W ; характер распределения примеси по глубине N ( x ); зависимость подвижности носителей заряда от ко нцентрации ( N ); 2) топологические параметры : длина резистора l ; ширина резистора b . Первая группа параметров оптимизируется д ля получения наилучших результатов интеграл ьных транзисторов . Именно для этого расчет транзисторов производится в первую очередь . Таким образом , задача расчета резистора сво дится к выбору полупроводникового слоя , в котором будет создаваться резистор , и формы контактов и вычисления длины и ширины. Воспроизводимость номинальных значений сопро тивления обычно равна 15-20% и зависит от шири ны резистора . Так , при возрастании ширины от 7 до 25 мкм точность воспроизведения номинала возрастает с 15 до 18%. 5.1 Диффузионные резисторы на основе базовой области. Резисторы данного типа приобре ли наибольшее распространение , так как при их использовании достигается объединение высок ого удельного сопротивления , что необходимо для уменьшения площади , которую занимает резистор , и сравнительно небольшого температурног о коэффициента ТК R ( (0,5… 3) 10 -3 1/ С ). 5.2. Исходные д анные для расчета топологических параметров полупроводниковы х резисторов. Для расчета длины и ширины резисторов необходимы следующие входные данн ые : 1) номинальные значения сопротивлений R , заданные в принципиальной схеме. R 1 - R 4 – 4700 Ом ; R 5 – 3300 Ом. 2 ) допустимая погрешность R . Исходя из технологических возможностей об орудования выберем R = 20% 3) рабочий диапазон температур ( T min , T max ). Исходя из предположения , что разрабатывае мая ИМС буде т предназначена для экспл уатации в климатических условиях , характерных для широты Украины , выберем диапазон температ ур , определяемый климатическим исполнением УХЛ 3.0 (аппаратура , предназначенная для эксплуатации в умеренном и холодном климате , в закрытых помещениях без искусственно регулиру емых климатических условий ). Исходя из этого : T min = -60 С ; T max = +40 С. 4) средняя мощность Р , которая рассеивает ся на резисторах. Мощность , рассеиваемая на резисторах , будет расчитана на основе измерянных ранее токов через резисторы , используя закон Ом а. P = I 2 R, ( 5.1) где I – ток через резистор , А ; R – со противление резистора , Ом. Измерянные значения токов несколько увели чим для учета возможных скачков входных токов схемы : Табл . 6.1 Расчет мощностей резисторов Зн ачение тока I R 1-4 , мА 0,26 I R 5 , мА 4,94 Ув еличенное значение тока I ’ R1-4 , мА 0,5 I ’ R5 , мА 5 Расчитанная мощность Р R 1-4 , мВт 1,175 Р R 5 , мВт 82,5 5.3. Последовательность расчета то поло гических параметров параметров полупрово дниковых резисторов. Для расчета параметров интегра льных резисторов используется написанная для этих целей программа , значения рассчитанных п араметров , приведенные ниже , расчитаны с ее помощью. 1. Выбираем тип резист ора , исходя из его номинального сопротивления . В расчитыв аемой схеме все резисторы целесообразно изгот овить дифузионными , сформированными в базовом р-слое. 2. Расчитываем удельное поверхностное сопрот ивление : ( 5.2) где N a 0 – концентрация акцепторов у поверхности базы , см -3 ; N – ко нцентрация акцепторов в базе , см -3 ; N дк – концентрация доноров в колл екторном слое , см -3 ; q – единичн ый заряд , Кл ; - подвиж ность носителей заряда , см 2 /В с ; W – гл убина коллекторного p - n перехода , мкм ; Для расчета принимаем N a 0 = 8*10 18 см -3 ; N дк = 10 16 см -3 ; значения интегралов расчитываются численными мет ода ми на основе существующих зависимостей подвиж ности носителей от их концентрации . В резу льтате S = 222,81 Ом / . Типичное значение поверхностного сопротивл ения базовой области - 200 Ом / , расчитанное значение показывает приемлемость использования выбранных концентраций. 3. Рассчитываем коэффициент формы резисторов и его относительную погрешность : ( 5.3) ( 5.4) где S / S – относитель ная погрешность воспроизведения удельного поверх ностного сопротивления легирован ного слоя , которая вызвана особенностями технологического процесса , для расчета примем ее равной 0,05; ТК R – температурный коэффициент сопротивления базового слоя , он равен 0,003 1/ С. Результаты расчета следующие : R 1 - R 4 : К Ф = 21,094; К Ф / К Ф = 0,00474 R 5 : К Ф = 15,719; К Ф / К Ф = 0,00636 4. Рассчитаем минимальную ширину резистора b точн , которая обеспечит заданную погреш ность геометрических размеров : ( 5.5) где b – погрешность ширины резистора ; l – погрешность длины резистора В нашем случае R 1 - R 4 : b точ н = 1,0455 мкм R 5 : b точн = 1,0617 м км 5. Определяем минимальную ширину резистора b P , которая обес печит заданную мощность Р : ( 5.6) где Р 0 – максималь но допустимая мощность рассеяния для всех ИМС , для полупроводниковых ИМС Р 0 = 4,5 Вт /мм 2 . В нашем случае R 1 - R 4 : b р = 3,5183 мкм R 5 : b р = 34,1512 мкм 6. Расчетное значение ширины рези стора определяется максимальным из расчитанных значений : b расч = max b P , b точн R 1 - R 4 : b расч = 3,5183 мкм R 5 : b расч = 34, 1512 м км Расчеты b для R 1 - R 4 дают значени е ширины резистора меньше технологически возм ожной (5 мкм ), поэтому для последующих расчетов принимаем b расч = 5 мкм 7. С учетом растравливания окон в маскирующем окисле и боковой диффузии шири на резистора на фотошаблоне должна быть н есколько меньше расчетной : b пром = b расч – 2( трав - у ) ( 5.7) трав – погр ешность растравливан ия маскирующего окисла, у – погрешность боковой диффузии для расчета примем трав = 0,3 ; у = 0,6 тог да R 1 - R 4 : b пром = 5,6 мкм R 5 : b пром = 34 ,7512 мкм 8. Выберем расстояние координатной сетки h для ч ерчения равным 1 мм и масштаб чертежа 500:1, тог да расстояние координатной сетки на шаблоне мкм. 9. Определяем топологическую ширину резистора b топ . За b топ принимают значение б ольшее или равное b пром значение , кратн ое расстоянию координатной сетки фотошаблона. В нашем случае R 1 - R 4 : b топ = 6 мкм R 5 : b топ = 34 мкм 10. Выбираем тип контактных площадок рези стора . Исходя из расчитанной топологической ш ирины выбираем для R 1 - R 4 площадку , изображенную на рис .1а , для R 5 – на рис . 1б. а б Рис . 1 Контактн ые площадки 11. Находим реальную ширину резистора на кристалле , учиты вая погрешности , выз ванные растравливанием окисла и боковой диффузией : b = b топ + 2( трав + у ) ( 5.8) В нашем случае : R 1 - R 4 : b = 7,8 мкм R 5 : b = 35,8 мкм 12. Определяем расчетную длину резистора : l расч = b(R/ S – n 1 k 1 – n 2 k 2 – 0,55N изг ( 5.9) где N изг – количество изгибо в резистора на 90 ; k 1 , k 2 – поправочные коэффициенты , которые учитывают сопро тивление околоконтактных областей резистора пр и разных конструкциях этих областей ; n 1 , n 2 – количество околоконт актных областей каждого типа. В нашем случае R 1 - R 4 : l расч = 198,579 мкм R 5 : l расч = 284,4 13. Расчитаем длину резистора на фотошабл оне , учитывая растравливание окисла и боковую диффуз ию : l пром = l расч + 2( трав + у ) ( 5.10) в нашем случае R 1 - R 4 : l пром = 200,84 мкм R 5 : l пром = 286,2 м км 14. За топологическую длину резистора l топ берем ближайшее к l топ значение , кратное расстоянию координа тной сетки на фотошаблоне. В нашем случае R 1 - R 4 : l топ = 200 мкм R 5 : l топ = 286 мкм 15. Расчитываем реальную длину резистора на кристалле : l = l топ - 2( трав + у ) ( 5.1 1) R 1 - R 4 : l = 198,2 мкм R 5 : l = 284,2 мкм 16. Определяем сопротивление рассчитанного ре зистора R расч = S ( 1/b + n 1 k 1 + n 2 k 2 + 0,55N и зг ) ( 5.12) В нашем случае R 1 - R 4 : R расч = 4732, 991 Ом R 5 : R расч = 3301, 55 О м Погрешность расчета : ( 5.13) В нашем случае R 1 - R 4 : R расч = 0,007 R 5 : R рас ч = 0,00046 Результаты расчета вполне удовлетворяют з аданной погрешности. 6. Последовательность расчета МДП – конд енсатора. МДП-конденсаторы (металл-диэлектрик-полупроводник ) используют в кач естве диэлектрика тонкий слой (0,05… 0,12 мкм ) SiO 2 или Si 3 N 4 . Нижней обкладкой служит высоколегированный эмиттерный слой , верхней – пленка алюминия толщиной от 5000 до 1 мкм . Типичный МДП-конденсатор представляет собой обыкнове нный плоский конденсатор , и его емкость оп ределяется по формуле , пФ : ( 6.1 ) где д /э – диэлектриче ская постоянная диэлектрика ; 0 – диэлектрическая постоянная вакуума , 0 =8,85 10 -6 пФ /мкм ; S – площадь верхней обкладки , мкм 2 ; d – толщина диэлектрика , мкм. В противоположность диффузионным конденсатор ам МДП-конденсаторы могут работать при любой полярности приложенного напряжения . Кроме то го , их емкость не зависит от приложе нного напряжения и частоты переменного тока. Исходные данные для расчета. необходимое значение емкости : С = 20 пФ ; допуск на емкость : С = 20%; рабочее напряжение : U = 4 В ; интервал рабочих температур (УХЛ 3.0): Т min = -60 C , Т max = +40 С ; рабочая частота : 500 МГц. 1. Задаемся напряжением пробоя конденсатора исходя из заданного рабочего напряжения : U пр = (2… 3) U ( 6.2) В нашем случае U пр = 12 В. 2. Определяем толщину диэлектрика , мкм : d = U пр / Е пр ( 6.3) где Е пр – электрическая прочность диєлектрика , для SiO 2 Е пр = 10 3 В /мкм. В нашем случае d = 0,012 мкм 3. Емкость МДП – конденсатора определяет ся по формуле , ( 6.1), пФ , исходя из которой площ адь верхней обкладки , мкм 2 : ( 6.4 ) SiO 2 4, в нашем случае S = 6822,76 мм 2 . Ширина конденсато ра , мкм : ( 6.5 ) В нашем случае =82,6 мкм 4. Выбираем ра сстояние координатной с етки для черчения h равным 1 мм , масштаб M выбираем равны м 500:1. Расстояние координатной сетки : H f = h/M ( 6.6 ) В нашем случае H f = 2 мкм. 5. Приводим ширину конденсатора к расстоя нию координатной сетки : а топ = [ / H f ] ( 6.7 ) здесь [х ] – целая часть х. В нашем случае а топ равно 41 расстоянию координатной сетки. 6. Рассчитываем емкость С расч рассчитанного конденсатора по формуле ( 6.1): С расч = 20,1271 пФ. 7. Рассчитываем отклонение С расч от С : ( 6.8 ) В нашем случае С расч = 0,636%, что вполне удо влетворяет з аданной в начале расчета погрешности. 7. Особен ности топологии разрабатываемой ИМС. Для построения чертежей кристалла и фотошаблонов используется программа А ut оСА D 2000 ( разработчик – компа ния Autodesk ) . При построении чертежей фотоша блонов учтены допуски на минимальные ра сстояния между отдельными элементами интегрально й микросхемы Все резисторы данной схемы ре ализуются в базовом слое . Следова тельно на n карман в котором они находятся подается максимальное напряжение действующее в этой схеме т.е . напряжение питания. Конденсаторы данной ИМС реализуются по МДП-технологии , что предполагает дополнительный этап фотолитографии для создания слоя тонког о диэлектрика МДП-структуры. На этапах изготовления ИМС используется негативный фоторезист , кроме э тапа разделительной р диффузии когда используется позитивный фоторезист. Топология кристалла и фотошаблоно в представлена на чертежах. Выводы. В данной работе была разра ботана топология и рассчитаны параметры интег ральной логической схемы резисторно-емкост ной транзисторной логики (РЕТЛ ). Приведенные расче ты подтверждают полное соответствие разработанно й ИМС требованиям технического задания . Топол огия микросхемы разработана с учетом технолог ических возможностей оборудования . Линейные разме ры элементов и рас с тояния между ними больше минимально допустимых , что обес печит меньшую погрешность при производстве , а следовательно , и больший выход годных изд елий при групповом производстве. Электрические параметры схемы учитывают р аботу схемы в реальных условиях , а имен но скачки питающего напряжения и напр яжения на логических входах. Расчеты параметров элементов схемы предус матривают ее эксплуатацию в климатических усл овиях , характерных для широты Украины. Разработанная ИМС полностью пригодна для эксплуатации в современн ой электронной аппаратуре. Литература. 1. Калниболотский Ю.М . и др . Расчет и конструирование микросхем .- Киев , "Выс шая школа ",1983. 2. Конструирование и технология микросхем . Под ред . Коледова Л.А . – М .:"Высшая ш кола ", 1984 3. Методичн і вказівки д о виконання розрахункових робіт на ЕОМ з курсу "Мікроелектроника та функціон альна електроніка ", ч .1,2,- Київ , КПІ , 1993. Техническое з адание № 6. Схема логики ИЛИ-НЕ на биполярных тран зисторах. Технология планарно-эпитаксиальная , изоляция э лементов слоем n -пол упроводника. Элемент Характеристика 1 R 1 – R 4 4,7 кОм 20% 2 R 5 3,3 кОм 20% 3 C 1 – C 4 20 пФ 20% U раб = 4 В , диэлектрик – SiO 2 4 T 1 – T 4 Типовый транзистор монолитных ИС , однобаз овый полосковый.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
В гости пришла тёща и они с дочерью закрылись на кухне. Зять сидит, смотрит телевизор. Тут к нему подходит сынишка:
- Пап, а как я появился?
- Тебя аист принёс.
- А ты?
- И меня аист принёс.
- И маму?
- И маму.
- И бабушку?
- Нет, бабушку чёрт принёс ...
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, курсовая по радиоэлектронике "Микроэлектроника и функциональная электроника (разработка топологии ИМС)", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru