Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2008
Тип роботи:
Контрольна робота
Предмет:
Електроніка та мікросхемотехніка
Група:
КС-23
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти та науки України
Національний університет «Львівська Політехніка»
Домашня контрольна робота
з електроніки та мікросхемотехніки
Львів 2008
Зміст
Плівкові та гібридні інтегральні мікросхеми………………………… 3 – 8 ст.
Y – параметри біполярного транзистора з провідністю p-n-p типу для схеми ввімкнення з спільною базою……………………………………… 8 – 10 ст.
Завдання №1. Опишіть фізичні процеси або принцип роботи і побудови, основні параметри і характеристики, умовне позначення і область застосування вказаного електронного елемента.
48. Інтегра́льна мікросхе́ма ( {{lang-ru|интегральная микросхема}, англ. integrated circuit, IC; нім. integral Mikroschema n) — мініатюрний мікроелектронний виріб, елементи якого нерозривно пов'язані конструктивно, технологічно та електрично. Виконує визначені функції перетворення і має високу щільність упаковки електрично з'єднаних між собою елементів і компонентів, які є одним цілим з точки зору вимог до випробувань та експлуатації.
Роберт Нойс (1927-1990) і Джек С. Кілбі (1923) однаковою мірою вважаються авторами головного винаходу століття інформаційних технологій. Не знаючи один одного, вони вирішили проблему мінімізації дискретних елементів монтажної плати комп’ютера та перенесення їх на пластину з кремнію (Нойс) і германію (Кілбі). Це значно збільшило продуктивність комп’ютера й одночасно скоротило його вартість. Інтегральна схема, як і раніше, залишається ключовим досягненням ери електроніки. У 2000 році Нобелівську премію одержали автори робіт з двох основних напрямів електронної напівпровідникової компонентної бази інформаційних технологій. Джек Кілбі — за винахід інтегральних схем.
Поняття та особливості відкриття інтегральних схем Інтегральна (мікро)схема (ІС, ІМС, МС), чіп, мікрочіп (англ. chip — тріска, уламок, фішка) — мікроелектронний пристрій — електронна схема довільної складності, виготовлена на напівпровідниковому кристалі (чи плівці) і поміщена в нерозбірний корпус. Часто під інтегральною схемою (ІС) розуміють власне кристал або плівку з електронною схемою, а під мікросхемою (МС) — ІС, вкладену в корпус. У той же час вираження «чіп компоненти» означає «компоненти для поверхневого монтажу» у відмінності від компонентів для традиційної пайки в отвори на платі. Тому вірніше говорити «чіп мікросхема», маючи на увазі мікросхему для поверхневого монтажу. В даний момент (2006 рік) велика частина мікросхем виготовляється в корпусах для поверхневого монтажу. У 1958 році двоє вчених, що живуть у зовсім різних місцях, винайшли практично ідентичну модель інтегральної схеми. Один з них, Джек Кілби, працював на Texas Instruments, іншої, Роберт Нойс, був власником компанії по виробництву напівпровідників Fairchild Semiconductor Corporation. Транзистори, резистори, конденсатори й інші деталі в той час розміщалися на платах окремо, і учені вирішили спробувати їх об'єднати в один монолітний кристал з напівпровідникового матеріалу. Тільки Кілби скористався германієм, а Нойс віддав перевагу кремнію. У 1959 році вони окремо один від одного одержали патенти на свої винаходи — почалося протистояння двох компаній, що закінчилося мирним договором і створенням спільної ліцензії на виробництво чіпів. Після того як у 1961 році Fairchild Semiconductor Corporation пустила чіпи у вільний продаж, їхній відразу стали використовувати у виробництві калькуляторів і комп'ютерів замість окремих транзисторів, що дозволило значно зменшити розмір і збільшити продуктивність.
Елементи інтегральної мікросхеми – це частина інтегральної мікросхеми, яка реалізує функцію будь-якого електро-радіоелемента (транзистора, резистора, діода, конденсатора). Ця частина виконана нероздільно від кристала або підложки інтегральної мікросхеми. Тому елемент не може бути відокремленний від підложки, як самостійний вироб.
Компонент інтегральної мікросхеми – це частина інтегральної мікросхеми, яка реалізує функцію будь-якого електро-радіоелемента, і може бути виконанна як самостійний вироб з точки зору вимог до випробовування, використання і експлуатації.
В гібридних мікросхемах пасивні елементи і всі з’єднання представляють собою плівки із різних матеріалів, нанесених на діелектричну підложку, а в якості активних елементів використовуються навісні дискретні напівпровідникові прилади. В цих мікросхемах використанні переваги плівкової технології в поєднанні з технологією напівпровідникових приладів.
В свою чергу плівкові елементи можуть бути тонкоплівкові (товщина плівки менше 1 мкм) і товсто плівкові (товщина плівки більше 1 мкм). Тонкі і товсті плівки мають свої переваги.
В тонко плівкових мікросхемах основний матеріал провідників і контактних площадок – алюміній. В товсто плівкових використовують пасти, які містять платину, золото і скло або срібло і скло.
За допомогою тонко плівкової технології, без додаткової підготовки, можна отримати більш вузький допуск на номінали резисторів і конденсаторів, досягається більш висока щільність розміщення елементів на підложці, а також менші діелектричні втрати на високих частотах, що дозволяє використовувати тонкоплівкові гібридні інтегральні мікросхеми у пристроях, які працюйть у високочастотному і надвисокочастотному діапазоні.
Товстоплівкова технологія дешевша в порівнянні з тонко плівковою, при виготовленні можна використовувати простіше обладнання, і менші вимоги до використовуємих приміщень. Товстоплівкові інтегральні мікросхеми володіють більшою механічною міцністю, мають кращу корозійну і теплостійкість. Товсті плівки можуть пропускати значно більші струми в порівнянні з тонкими плівками (при однаковій ширині плівкового елемента).
Конструкція гібридної інтегральної мікросхеми
Процес виготовлення гібридної мікросхеми можна розділити на чотири основних етапи: формування підложи із матеріалу з діелектричними властивостями; нанесення на підложку плівкових пасивних елементів, з’єднувальних провідників і контактних площадок; монтаж дискретних активних і пасивних елементів схеми; збірка мікросхеми.
Основні конструктивні елементи гібридної мікросхеми, крім підложки і корпуса, - це плівкові резистори, конденсатори, провідники, контактні площадки, навісні без корпусні напівпровідникові прилади (транзистори, діоди, мікросхеми) мініатюрні навісні пасивні елементи (конденсатори великої ємності, трансформатори, дроселі). Останні використовують тільки в тих випадках, коли для отримання заданих вихідних параметрів неможливо реалізувати вузол без конденсаторів великої ємності і котушок.
Рівні проектування · Фізичний — методи реалізації одного транзистора (або невеликої групи) у виді легованих зон на кристалі. · Електричний — принципова електрична схема (транзистори, конденсатори, резистори і т.п.). · Логічний — логічна схема (логічні інвертори, елементи ИЛИ-НІ, И-НІ і т.п.). · Схемо- і системотехнічний рівень — схемо- і системотехнічна схеми (тригери, компаратори, шифратори, дешифратори, АЛУ і т.п.). · Топологічний — топологічні фотошаблони для виробництва. · Програмний рівень (для мікроконтролерів і мікропроцесорів) — команди ассемблера для програміста. В даний час велика частина інтегральних схем розробляється за допомогою САПР, що дозволяють автоматизувати і значно прискорити процес одержання топологічних фотошаблонів.
Класифікація інтегральних схем, технологія виготовлення Ступінь інтеграції У СРСР в минулому запропоновані наступні назви мікросхем у залежності від ступеня інтеграції (у дужках кількість елементів для цифрових схем): · МІС — мала інтегральна схема (до 100 елементів у кристалі); · СІС — середня інтегральна схема (до 1 000); · ВІС — велика інтегральна схема (до 10 000); · ЗВІС — зверхвелика інтегральна схема (до 1 мільйона); · УВІС — ультравелика інтегральна схема (до 1 мільярда); · ГВІС — гігавеликі (більш 1 мільярда). В даний час назва ГВІС практично не використовується (наприклад, останні версії процесорів Pentium 4 містять поки кілька сотень мільйонів транзисторів), і всі схеми з числом елементів, що перевищують 10 000, відносять до класу ЗВІС, вважаючи УВІС його підкласом.
Технологія виготовлення · Напівпровідникова мікросхема — всі елементи і межелементние з'єднання виконані на одному напівпровідниковому кристалі (наприклад, кремнію, германія, арсеніду галію). · Плівкова мікросхема — всі елементи і межелементние з'єднання виконані у виді плівок: - товстоплівкова інтегральна схема; - тонкоплівкова інтегральна схема. · Гібридна мікросхема — крім напівпровідникового кристалу містить трохи безкорпусних діодів, транзисторів і(чи) інших електронних компонентів, поміщених в один корпус.
Плівковою інтегральною мікросхемою (ШМС) називавається ІМС , усі елементи і міжелементні з’єднання якої виконані у вигляді плівок. Плівкові ІС мають підкладку (плату) з діелектрика (скло, кераміка та ін.). підкладки являють собою діелектричні пластинки товщиною 0,5 – 1 мм, ретельно відшліфовані і відполіровані. При виготовлені плівкових резисторів на підкладку наносяться резистивні плівки. Якщо опір резистора не повинен бути дуже великим, то плівка виготовляється із сплаву високого опору, наприклад ніхрому. А для резисторів високого опору застосовується суміш металу з керамікою, що одержала назву кермет. На кінцях резистивної плівки виготовляються виводи у вигляді металевих плівок, що разом з тим є лініями, що з’єднують резистор з іншими елементами. Опір плівкового резистора залежить від геометричних розмірв плівки (довжини, ширини, товщини) та матеріалу:
,
де ρ – питомий опір матеріалу плівки; 1 – її довжина; d – товщина; a – ширина.
Тонкоплівкові резистори за точністю та стабільністю кращі, ніж товстоплівові , але виробництво їх складніше і дорожче. У тонкоплівкових резисторів питомий опір може бути від 10 до 300 Ом і номінали – від 10 до 106 Ом. Температурна стабільнвсть таких резтсторів за значенням темічного коефіцієнта опору (ТКО) приблизно 0,25˙10-4 К-1 . Пртягом тривалого часу експлуатації опір цих резисторів змінюється мало. Товстоплівкові резистори мають мають питомий опір від 5 Ом до 1 Мом на квадрат , номвнали – від 0,5 до 5˙108 Ом. ТКО таких резисторів β ~ 10-4 К-1 , однак стабільність у часі таких резтсторівгірша, ніж у плівкових.
Плівкові конденсатори виготовляють з двома обкладинками. Одна – наноситься на підкладку, потім на неї наноситься діелектрична плівка, а зверху розміщується друга.
Плівкові котушки виготовляють у вигляді плоских спвралей, найчастішк прямокутної форми.
Гібридною інтегральною мікросхемою (ГІМС) називається ІМС, у якої пасивні елементи плівкові, а активні – начіпні. Начіпні елементи – це мініатюрні, найчастіше безкорпусні діоди і транзистори, що являють собою самостійні елементи, які приклеюються (навішуються) у відповідних місцях до підкладки і з’єднуються тонкими провідниками з плівковими елементами схеми. Гібридні ІМС застосовуються як частини підсилювальних приладів.
У великих інтегральних схемах застосовуються багатошарові структури з декількома підкладками, які розміщені паралельно одна одній у кілька поверхів. Така система з’єднаних елементів називається багаторівневим або багатошаровим розведенням.
Усі інтегральні мікросхеми піддають герметизації для їх захисту від зовнішніх впливів. За конструктивно-технологічними ознаками герметизації розрізняють корпусні (вакуумна герметизація) та безкорпусні (покриття епоксидним чи іншими лаками) ІМС.
Завдання №2. За характеристиками вказаного елемента (положення робочої точки необхідно вибрати з довідника самостійно) визначити і розрахувати:
2.4.1. У – параметри біполярного транзимтора з провідністю p-n-p типу для схеми ввімкнення з спільною базою.
Серед напівпровідникових приладів важливе місце займає транзистор, який застосовується для підсилення і перетворення електричних сигналів і має три виводи. Найбільше розповсюдження отримали транзистори з двома n-p переходами, які називають біполярними, оскільки їх робота основана на використанні носіїв заряду обох знаків. Транзистор побудований на основі напівпровідникової монокристалічної пластини, в якій створені три області з різними типами електропровідності.
Середня область транзистора називається базою, одна крайня область – емітером, а друга – колектором. Таким чином транзистор має два n-p переходи: емітерний – між емітером і базою і колекторний – між базою і колектором. Віддаль між цими переходами повинна бути дуже малою (одиниці мікрометра), окрім цього концентрація домішок у базі завжди на декілька порядків менша ніж в емітері і колекторі.
В залежності від полярності напруги на його переходах. транзистор може працювати в трьох режимах. В активному режимі на емітерному переході напруга пряма, а на колекторному – зворотна. В режимі відсічки або закривання на обидва переходи подається зворотна напруга. Якщо на обох переходах напруга пряма, то транзистор працює в режимі насичення. Різновидністю активного режиму є інверсне ввімкнення транзистора, коли емітерний перехід зміщений у зворотному, а колекторний в прямому напрямках. Активний режим є основним і використовується в підсилювачах і генераторах.
Для схеми з спільною базою:
,,,;
де А, А, В, В.
Ці параметри визначають при короткому замиканні для змінного струму. Вихідна провідність
Провідність зворотного зв’язку
Параметр вказує яка частина струму виникає за рахунок зворотного зв’язку при зміні вихідної напруги.
Провідність управління(крутизна)
Величина характеризує керуючу дію вхідної напруги на вихідний струм .
Вихідна провідність
За допомогою у-параметрів струми і напруження транзистора можна зв’язати рівняннями
Отже:
Список використаної літератури
Руденко В.С. Основы элекроники. – К.: Высшая школа, 1985.
Виноградов Ю.В. Основы электронной и полупроводниковой техники. – М.: Энергия, 1972.
Захаров В.К. Лыпарь Ю.И. Электронные устройства автоматики и телемеханики. – Л.:
Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. – С-П.: КОРОНА принт, 1998.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора