Przyrządy
półprzewodnikowe i
technologie
stosowane w ich
produkcji
Wykład - 11 -
2
Prof. J. Zieliński
Terminy zaliczeń poprawkowych w semestrze letnim
2010/11
o 28 marzec
o 18 kwiecień
o 16 maj
o 13 czerwiec
Przypominam, że
Przypominam, że
na wszystkie kolejne terminy poprawkowe
obowiązują karty zie-lone.
Do zaliczenia można podejść po zaliczeniu ćwiczeń
rachunko-wych
zaliczona w terminie zerowym teoria a nie wpisana
zaliczona w terminie zerowym teoria a nie wpisana
do indeksu została skreślona
do indeksu została skreślona
Zaliczenia zaczynają się o
godz. 15
sala 2 bud 5
W tym semestrze
Zaliczenie przedmiotu jest w formie egzaminu
> Aby móc przystąpić do egzaminu trzeba mieć
zaliczone ćwicze-nia i laboratoria. Pozytywne oceny
muszą być wpisane do karty o-cen i do indeksu.
Egzamin składa się z dwóch części:
- Pisemnej student pisze odpowiedź na 3 pytania z
zestawu 4-ech
- Ustnej odpowiedzi uzupełniające na pytania z
zestawu pisemne-go + inne pytania.
Wybrane grupy przyrządów
półprzewodnikowych
Złącze p-n
Złącze p-n – bryła półprzewodnika monokrystalicznego,
utworzona przez dwie graniczące ze sobą warstwy
typu p i typu n. Stanowi podstawową część wielu
elementów półprzewodnikowych.
Po zetknięciu warstw n i p wskutek dużej koncentracji
ruchomych nośników następuje proces dyfuzji :
- elektronów z warstwy n >>>do p,
- oraz dziur z warstwy p >>> do n
Działanie większości elementów półprzewodnikowych opiera
się na współdziałaniu złącza p-n i obszaru przelotowego
(transportu), stanowiącego na ogół obszar półprzewodnika jednego
rodzaju. Złącza umożliwiają wprowa-dzenie, odprowadzenie i
sterowanie
strumienia
nośników
ładunku.
Złącza mogą być następujące:
metal – metal,
półprzewodnik – półprzewodnik,
dielektryk – dielektryk,
metal – półprzewodnik oraz
dielektryk – półprzewodnik.
Najczęściej wykorzystywane są złącza
metal – półprzewodnik i półprzewodnik –
półprzewodnik
.
Warstwa zaporowa w złączu p-n. Model pasmowy
złącza.
Połączenie dwóch kryształów (monokryształów) ciała
stałego (pół-przewodnik, metal) w ten sposób, że tworzą
one ścisły kontakt na-zywamy złączem.
Złącze p-n stanowi warstwę przejściową między
obszarem półprzewodnika typu p i półprzewodnika typu n.
Domieszka akce-ptorowa w obszarze typu p sprawia, że
koncentracja dziur w tym obszarze jest większa niż
elektronów – przewodnictwo dziurowe. Natomiast
domieszka donorowa w obszarze typu n prowadzi do
przewagi elektronów w tym obszarze – przewodnictwo
elektrono-we.
Dziury w obszarze p i elektrony w obszarze n
stanowią nośniki większościowe. Przed zetknięciem każdy
z obszarów jest elektrycznie obojętny, ponieważ ładunek
dziur i elektronów zostaje skompensowany ładunkiem
jonów domieszki umieszczonych w węzłach siatki
krystalicznej.
W momencie zetknięcia się półprzewodnika typu p i typu n,
następuje wza-jemny przepływ nośników. Różnica koncentracji
nośników ładunku powoduje ich przemieszczanie – dyfuzję.
Elektrony z obszaru przyzłączowego n dyfun-dują do obszaru p;
podobnie postępują dziury z obszaru przyzłączowego p przechodzą
do obszaru n. W wyniku procesu dyfuzji płyną prądy dyfuzyjne.
Nośniki przedostające się do przeciwnych obszarów stają się
nadmiarowymi nośnikami mniejszościowymi w tych obszarach.
Nośniki te rekombinują z no-śnikami większościowymi, które nie
przeszły na drugą stronę złącza.
W wyni-ku tego w obszarze n
powstaje nadmiar ładunku jonów dodatnich,
a
w obsza-rze p
nadmiar ładunku jonów ujemnych
. Są to ładunki jonów ulokowanych
(nieruchomych) w węzłach siatki krystalicznej. W obszarach
przyzłączo-wych
powstaje
więc
podwójna
warstwa
nieskompensowanych ładun-ków. Nazywa się ona warstwą
zaporową, obszarem ładunku przestrzen-nego lub obszarem
zubożonym,
gdzie
nie
praktycznie
nośników
wię-
kszościowych.
Po utworzeniu takiej warstwy przepływ
nośników większościowych zostaje zahamowany, gdyż ładunek
przestrzenny dodatni po stronie n będzie hamował dalszy dopływ
nośników (dziur) dodatnich z obszaru p do n oraz ładunek ujemny
po stronie p będzie hamował dalszy dopływ nośników (elektronów)
ujemnych z obszaru n do p. tworzy się pole elektryczne
reprezentowane przez barierę potencjału. Wysokość bariery, a więc
różnica potencjałów, nazywana napięciem dyfuzyjnym
Złącze niespolaryzowane
gdzie: q – ładunek elektronu; k- stała Boltzmanna; T- temperatura
bezwzględna;
Na, Nd – koncentracja akceptorów i donorów; n
i
– koncentracja samoistna
półprzewodnika.
Gęstość ładunku nieskompensowanego po obu stronach
bariery po-tencjału jest równa odpowiednim koncentracjom
domieszek akcep-torów i donorów (Na, Nd) w temperaturze
pokojowej.
Pole elektryczne wytworzone przez ładunek przestrzenny
sprzyja przepływowi nośników mniejszościowych. Nośniki
mniejszościowe (elektrony w obszarze p, dziury w obszarze
n) powstają w wyniku generacji termicznej. Niektóre z nich
dyfundują
ku
krawędziom
war-stwy
zaporowej
i
„przechodzą” na drugą stronę. Oprócz prądów dy-fuzyjnych
nośników większościowych przez złącze płyną prądy uno-
szenia I
pu
i I
nu
nośników mniejszościowych. Kierunki tych
prądów są przeciwne do kierunków prądów dyfuzyjnych.
Model pasmowy złącza.
a) przed utworzeniem, b) po utworzeniu.
n, p – typ półprzewodnika, W
V
– wierzchołek pasma podstawowego, W
C
–
dno pasma przewodnictwa, W
F
– poziom Fermiego, Wi – poziom
samoistny, l
d
– szerokość warstwy zaporowej, U
D
– napięcie dyfuzyjne.
Złącze spolaryzowane
Polaryzacja złącza p-n w kierunku przewodzenia.
Polaryzacja to stan, jaki występuje w złączu pod wpływem
przyłoże-nia z zewnątrz różnych potencjałów do obydwu
obszarów półprze-wodnika.
Jeżeli do półprzewodnika typu p przyłożymy potencjał
dodatni, a do półprzewodnika typu n – potencjał ujemny,
wówczas mówimy, że złącze jest spolaryzowane w kierunku
przewodzenia. Zmniejsza się bariera potencjału do wartości:
przy czym: U – napięcie zewnętrzne, U
D
– napięcie dyfuzyjne
Maleje szerokość warstwy zaporowej (we wzorze należy
zamiast U
D
podstawić U
D
– U), maleją ładunek i natężenie
pola
elektrycznego.
Zmniejszenie
bariery
potencjału
powoduje wzrost prądu dyfuzyjnego, tj. wzrost liczby dziur
przechodzących z obszaru p do obszaru n i ele-ktronów
przechodzących z obszaru n do obszaru p. Te dodatkowe no-
śniki są nazywane wstrzykniętymi nadmiarowymi nośnikami
mniejszo-ściowymi Δp i Δn.
W chwili wprowadzenia przyciągają one nośniki o przeciwnym
znaku – większościowe w danym obszarze. Koncentracja
nośników nadmiarowych Δp i Δn zmniejsza się zatem
wykładniczo w miarę oddalania się od warstwy zaporowej w
wyniku rekombinacji z nośnikami większościowymi. Wskutek
niejednakowej
koncentracji,
wstrzyknięte
nośniki
mniejszościowe dyfundują do obszarów o mniejszej
koncentracji, a więc w kierunku doprowadzeń. Jednocześnie
od
strony
doprowadzeń
napływają
nowe
nośniki
większościowe, wprowadzone przy polaryzacji złącza,
zapewniające neutralizację ładunku wprowadzonego do
poszczególnych obszarów. Prądy unoszenia Ipu i Inu
praktycznie zostają niezmienne. W wyniku zwiększania
składowej dyfuzyjnej prądu, w obwodzie zewnętrznym płynie
prąd
I
sat
– prąd nasycenia złącza,
zależy od stałych fizycznych
materiałowych oraz
konstrukcyjnych złącza
Symbol U
T
– oznacza potencjał
termodynamiczny
Polaryzacja złącza p-n w kierunku zaporowym.
Złącze jest spolaryzowane w kierunku zaporowym wtedy, gdy do
półprzewo-dnika typu n przyłożymy potencjał wyższy (plus), a do
półprzewodnika typu p – niższy (minus).
Napięcie zewnętrzne ma kierunek zgodny z kierunkiem napięcia U
D
.
Nastę-puje dalszy odpływ swobodnych nośników z obszaru
otaczającego warstwę zaporową. Zwiększa się szerokość i wzrasta
bariera potencjału.
Zwiększenie bariery potencjału powoduje zmniejszenie dyfuzji
nośników, czyli zmniejszenie koncentracji nośników wprowadzanych
na drugą stronę złącza. Bariera ta nie stanowi „przeszkody” dla
przepływu prądu unoszenia – prądu wstecznego. Jest on jednak
niewielki 10
^–6
- 10
^-12
A i bardzo nieznacznie zależy od wartości
przyłożonego napięcia, zależy natomiast od temperatury złącza i
technologii jego wytwarzania.
Zależność prądu I od napięcia zewnętrznego U przy polaryzacji w
kierunku zaporowym jest analogiczna z wzorem (4.5), z tym że przy
polaryzacji w kie-runku przewodzenia napięcie U jest dodatnie, a
przy
polaryzacji
w
kierunku
zaporowym
jest
ujemne.
Charakterystyka prądowo – napięciowa pokazana została na
rysunku.
3. Przebicie złącza
Przebicie złącza: oznacza zniszczenie lub trwałe uszkodzenie
złącza pod wpływem gwałtownego wzrostu prądu, przy czym
polaryzacja złącza wystę-puje w kierunku zaporowym.
Zjawisko Zenera – występuje ono w
złą-czach
o
wąskiej
warstwie
zaporowej
lub
silnie
domieszkowanych. Istotą tego zja-
wiska
jest
przejście
elektronu
uwolnionego
z
wiązania
kowalencyjnego z półprzewo-dnika
typu p do typu n , nie mając energii
większej od energii tej bariery. Takie
przej-ście nazywamy tunelowym. W
wyniku tego zjawiska gwałtownie
zwiększa się prąd wsteczny złącza.
Zjawisko Zenera wystę-puje przy
napięciach mniejszych niż 5V w
złączach krzemowych.
p
p
n
n
Charakterystyka prądowo – napięciowa złącz p-n ze
zjawiskiem tunelowym.
1 – Charakterystyka prądowo – napięciowa złącza p-n.
2 – Prąd tunelowy.
3 – odcinek charakterystyki o ujemnej rezystancji.
Powielanie Lawinowe – Zjawisko to występuje w obszarze warstwy
zaporo-wej. Polega ono na rozpędzeniu w silnym polu elektrycznym,
nośnika swobo-dnego, który zderza się z innym elektronem w sieci
krystalicznej i wybija go. Ilościowo zjawisko to opisywane przez
współczynnik powielania lawino-wego – M, określany jako
stosunek liczby nośników opuszczających warstwę zaporową do
liczby nośników wchodzących do niej. Zjawisko Powielania
lawinowego występuje przy spolaryzowaniu napięciem większym niż
7V. Wartość tego napięcia zależy od stopnia domieszkowania: im
większe domieszkowanie tym mniejsza wartość napięcia.
Zjawisko Zenera i Powielanie Lawinowe w swej istocie nie niszczą trwale
złącza, ale długotrwały przepływ prądu o dużej wartości prowadzi do
wydzielenia się dużej ilości ciepła, które powoduje trwałe uszkodzenie złącza.
4. Zjawisko tunelowe.
Zjawisko tunelowe: występuje w złączach bardzo silnie
domie-szkowanych,
przy
polaryzacji
złącza
w
kierunku
przewodzenia. W modelu pasmowym, dno pasma podstawowego
półprzewodnika typu p jest powyżej wierzchołka pasma
przewodnictwa półprzewodnika typu n. To umożliwia przejście
tunelowe nośników z półprzewodnika p do n, a utrudnia przejście w
przeciwną stronę nawet przy bardzo małym napięciu polaryzacji.
p
p
n
n
Zjawisko
tunelowe
5. Schemat zastępczy i parametry złącza PN
- pojemności złącza:
Schemat zastępczy złącza uwzględnia zjawiska w obszarach
przyzłączowych i warstwie zaporowej, zachodzące w wyniku zmian
wartości napięcia przyłożonego do złącza. Zjawiska te decydują o
szybkości
działania
złącza.
Gwałtowna
zmiana
napięcia
przykładanego do złącza powoduje zwężenie lub rozszerzenie
warstwy zaporowej, a co za tym idzie, zmianę liczby
magazynowanych par eletron-dziura. W schemacie zastępczym jest
to prezentowane przez pojemność dyfuzyjną – C
d
. W warstwie
zaporowej znajdują się swobodne nośniki, które w schemacie
zastępczym reprezentuje pojemność warstwy zaporowej – C
T
.
Schemat zastępczy złącza p-n
stanowiącego diodę.
Cr- pojemność warstwy zaporowej,
C
d-
pojemność dyfuzyjna,
g- konduktancja złącza, r
b
-
rezystancja obszaru słabiej
domieszkowanego,
L
o
- indykcyjność doprowadzeń,
C
o
-pojemność oprawki
Heterozłącza
Heterozłącze jest złączem wytworzonym z dwóch
półprzewodników
o
różnych
szerokościach
pasma
zabronionego (np. Ge-Si, Ge-GaAs, GaAs-GaP) – są to
typowe złącza laserowe i na fotodetektory
Generalnie wymagana jest bardzo dobra zgodność
budowy
sieci
krystalicznej
i
współczynników
rozszerzalności cieplnej, ponieważ nie są one spełnione to
na granicy dwu warstw istnieją dyslokacje i defekty
mające istotny wpływ na charakterystyki heterozłącza.
Możliwe są konstrukcje heterozłącza typu p-n, n-p, oraz p-
p, n-n.
Diody półprzewodnikowe
Diody prostownicze
Diody uniwersalne
Stabilitrony
Diody impulsowe
Diody pojemnościowe
Diody tunelowe
Diody mikrofalowe
Diody klasyfikujemy ze względu na:
- materiał: krzemowe i germanowe,
- konstrukcję: ostrzowe i warstwowe, stopowe i dyfuzyjne, mesa, planarne i
epiplanarne,
- zastosowanie: prostownicze, uniwersalne, impulsowe, Zenera (stabilizacyjne),
pojemnościowe, tunelowe,
Podział diod ze względu na
zastosowanie
Diody uniwersalne
– diody stosowane w układach detekcji
małej mocy. Stosuje się je w układach detekcji amplitudowej, w
układach ograniczników, w detektorach stosunkowych odbiorników
FM, oraz w demodulatorach pierścieniowych
Stabilitrony (diody Zenera)
–
przeznaczone
do
zastosowania
w
układach
stabilizacji
napięć,
układach
ograniczników, jako źródła napięć odniesienia
Diody tunelowe
– są tak silnie domieszkowane, że ich
charakterystyka w kierunku przewodzenia ma odcinek o
ujemnej rezystancji dynamicznej
Diody impulsowe
– przeznaczone do zastosowań w układach
impulsowych w których spełniają rolę kluczy przełączających
impulsy tylko w jednym kierunku. Diodę impulsową powinny
charakteryzować bardzo mała rezystancja w kierunku przewodzenia
oraz bardo duża w kierunku zaporowym; bezzwłoczna reakcja na
impulsy czyli brak opóźnień i zniekształceń impulsów.
Diody pojemnościowe
– stosowane są w układach
automatycznie
strojonych
obwodów
rezonansowych,
wzmacniaczach,
generatorach
parametrycznych,
powielaczach
częstotliwości,
przełącznikach
sygnałów
mikrofalowych
Tranzystory
Tranzystor bipolarny
Tranzystor = element transformujący rezystancję >>
półprzewodnikowy
element
wzmacniający
będący
funkcjonalnym odpowiednikiem lampy (triody)
Tranzystor jest wzmacniaczem stosowanym zarówno do
liniowego zwiększania mocy sygnału, jak również
nieliniowego. Służy również do skokowego, kluczującego
sterowania mocy
.
Najbardziej
znanym
przyrządem
półprzewodnikowym
jest
tranzystor.
Opracowanie tranzystora bipolarnego zapo-
czątkowało rewolucję w elektronice, która, na
dobrą sprawę trwa do dziś.
Pierwszy tranzystor bipolarny
zbudował rok później inny
amerykański fizyk - W.B.
Shockley. Cała ta trójka za
wynalezienie tranzystora
otrzymała w 1956 roku
Nagrodę Nobla.
Pierwszy tranzystor, zbudowany w
1948 roku metodą ostrzową. Jego
konstruktorami byli J. Bardeen oraz
W.H. Brattain.
Tranzystor
Tranzystor to trójelektrodowy półprzewodnikowy
element elektroniczny, posiadający zdolność
wzmacniania sygnału elektrycznego
Tranzystory są urządzeniami półprzewodnikowymi
umożliwiającymi sterowanie przepływem dużego
prądu, za pomocą prądu znacznie mniejszego
Replika pierwszego
tranzystora
Tranzystor bipolarny
Tranzystor bipolarny to tranzystor,
który zbudowany jest z trzech warstw
półprzewodników o różnym rodzaju
przewodnictwa, tworzących dwa
złącza p-n; sposób polaryzacji złącz
determinuje stan prac tranzystora.
Tranzystor posiada trzy końcówki
przyłączone do warstw półprzewodnika,
nazywane:
• emiter (ozn. E),
• baza (ozn. B),
• kolektor (ozn. C).
Ze względu na kolejność warstw
półprzewodnika rozróżnia się dwa typy
tranzystorów: pnp oraz npn;
>>
w tranzystorach npn nośnikiem prądu
są elektrony,
>> w tranzystorach pnp dziury
.
Tranzystor posiada trzy końcówki przyłączone do
warstw półprzewodnika, nazywane:
emiter (ozn. E)
baza (ozn.
B)
kolektor
(ozn. C)
Uproszczona struktura i symbol tranzystora npn
Nośnikiem
prądu są
elektrony
emiter (ozn. E)
kolektor
(ozn. C)
baza (ozn.
B)
Uproszczona struktura i symbol tranzystora pnp
Nośnikami
prądu są
dziury
Termin „dziura” odnosi się do miejsca, w którym
brakuje elektronu, a przepływ dziur to w rzeczywistości
przeskakiwanie
elektronów
pomiędzy
kolejnymi
dziurami
Zasada działania
Tranzystory bipolarne oznacza się
pierwszymi literami słów baza, kolektor
(colektor) i emiter - BCE.
Zasada działania tranzystora bipolarnego od
strony 'użytkowej' polega na
sterowaniu
wartością prądu
kolektora za pomocą
prądu bazy.
(Prąd emitera jest zawsze sumą prądu
kolektora i prądu bazy).
Aby wyjaśnić najogólniejszą zasadę
działania wszystkich bez wyjątków
tranzystorów posłużę się przykładem
zaworu do wody. Otóż przyjmijmy, że
zawór ten można bardzo lekko otwierać
i zamykać i używając bardzo małej siły
sterować przepływem w grubej rurze.
Można więc powiedzieć, że ów zawór
jest wzmacniaczem, gdyż bardzo
niewielka siła z jaką działa nasza ręka
na kurek steruje o wiele większą siłą z
jaką napiera na zawór strumień wody.
Niewielki, słaby sygnał (=nasza ręka)
steruje przepływem silnego sygnału
dostarczanego ze źródła zasilania
(woda w zaworze). Ponieważ sygnał
podstawowy steruje przepływem w
swój takt więc i sygnał wyjściowy
będzie miał ten sam takt, a przy tym
będzie znacznie silniejszy (ręka kręci
zawór w różne strony i tak samo
zmienia się ilość wody przepływająca
przez zawór).
Tranzystory unipolarne =
polowe
Są to tranzystory w których ma miejsce transport
tylko jednego rodzaju ładunków
Układy scalone
• Układem
scalonym
nazywa
się
mikrostrukturę,
spełniającą
określoną
funkcje układową, w której wszystkie lub
część elementów są wykonane nierozłącznie
w podłożu lub umieszczone na podłożu.
• Układu takiego nie można rozłożyć na części
bez uszkodzenia, nie można również
zmieniać połą-czeń między elementami ani
ich naprawiać.
W urządzeniach elektronicznych układ
scalony jest
podstawowym, pojedynczym
i niepodzielnym
elementem, takim jak
rezystor, kondensator, dioda lub tranzystor w
technice konwencjonalnej.
Układy scalone są wynikiem prac zmierzających do jak
największej miniaturyzacji sprzętu elektronicznego,
przy jednocześnie zwiększonej niezawodności.
Technika minimodułowa pozwoliła uzyskać gęstość
upakowania rzędu kilku elementów w centymetrze
sześciennym, a technika mikromodułowa – rzędu
kilkunastu elementów w centymetrze sześciennym.
• W układach scalonych gęstość
upakowania jest obecnie rzędu
kilku
tysięcy
elementów
w
centymetrze
sześciennym,
a
wymiar
linio-wy
pojedynczego
elementu w układzie sca-lonym
jest rzędu mikrometrów.
• Miarą skali scalenia
jest liczba
podstawowych jednostek
funkcjonalnych (bramek) zawartych
w jednym układzie lub liczna
elementów (tranzystorów)
Wyróżnia się układy:
-
> małej skali scalenia
(integracji) SSI (ang.
Small Scale Integration), zawierające do 100
elementów;
> średniej skali scalenia (
integracji) MSI (ang.
Medium Scale Integratiion), zawierające od 100
do 1000 elementów;
> wielkiej skali scalenia
(integracji) LSI (ang.
Large Scale Integration), zawierające od 10
3
do
10
5
ele-mentów;
> bardzo wielkiej skali scalenia
VLSI
(ang. Very Large Scale integration),
zawierające ponad 10
5
ele-mentów.
Ze względu na wykonaną funkcję układy
scalone, podobnie jak wszystkie układy
elektroniczne, dzieli się na dwie grupy:
1. Układy cyfrowe,
2. Układy analogowe.
Układy analogowe
są przystosowane do
przetwarzania napięć (lub prądów),
których wartości zawierają się w pewnym
przedziale wartości.
Układy cyfrowe
służą do przetwarzania
sygnałów o dwóch wielkościach napięć
(ewentualnie prądów): wysokiej (H-high) i
niskiej (L- low).
Układy
scalone
pod
względem
technologicznym wykonuje się w postaci
monolitycznej
lub w postaci
hybrydowej
.
W
układach monolitycznych
wszystkie
elementy aktywne i pasywne wytwarza się
wewnątrz podłoża. Podłożem tym jest płytka
krzemowa. Połączenia między elementami są
dokonywane ścieżkami metalicznymi na
powierzchni pasującej warstwy dwutlenku
krzemu Si0
2
. Podstawowymi elementami
aktywnymi mogą być tranzystory bipolarne
lub unipolarne z izolowaną bramką. Stąd też
używa się określeń odpowiednio „układy
bipolarne” i „układy unipolarne”.
W
układach hybrydowych
do rezystorów i
kondensatorów produkowanych techniką war-
stwową dołącza się diody i tranzystory
dyskretne
lub
diody
i
tranzystory
monolityczne.
W
technice
warstwowej
elementy wytwarza się na podłożu izolacyjnym
(szkło, ceramika), będącym jednocześnie
podłożem konstrukcyjnym. Na tym podłożu
osadza się ścieżki połączeniowe oraz elementy
bierne: w układach cienkowarstwowych o
grubości ok. 0,05 µm, a w układach
grubowarstwowych o grubości ok. 10 µm
W
układach cyfrowych
, zwłaszcza LSI i VLSI,
podstawową technologią jest technologia MOS-
podstawowe
funkcje
układowe,
a
więc
tranzystorów, rezystorów i kondensatorów mogą
spełniać
tranzystory
MOSFET.
Wykonanie
tranzystora MOSFET wymaga mniejszej liczby
operacji niż wykonanie tranzystora bipolarnego. W
układach
monolitycznych
MOS
występuje
naturalna samoizolacja, podczas gdy odizolowanie
poszczególnych elementów w układzie bipolarnym
zajmuje
znaczny
obszar
płytki.
Gęstość
upakowania w układach scalonych MOS jest
większa niż w układach bipolarnych (powierzchnia
tranzystora MOSFET wynosi ok. 15*10
3
mm
2
).
Większe gęstości upakowania wiążą się z
możliwością uzyskania większej skali integracji.
Duże zalety mają scalone układy
komplemen-tarne MOS, tzw. układy
CMOS. W układach tych stosuje się
jednocześnie tranzystory z kanałem
typu n oraz p. wymaga to dodatkowych
proce-sów technologicznych, jednak
umożliwia
wyko-nanie
cyfrowych
układów scalonych wysokiej jakości i o
bardzo małym poborze mocy.
Do nowszych technologii MOS należą m. in.
DMOS, VMOS, CTD i SOS.
Układy wykonane technologia
SOS
(ang.
Silicon on Sapphire – krzem na szafirze) są
wykorzystywane w aparaturze kosmicznej.
Technologia ta polega na osadzaniu
monokrystalicznych warstw krzemowych na
podłożu izolacyjnym – szafirze. Układy te
charakteryzują się dużą szybkością
działania i dużą odpornością na
promieniowanie kosmiczne.
Zalety układów scalonych:
• zmniejszenie wymiarów i masy,
• zwiększona niezawodność,
• małe koszty,
• dobre parametry,
• duża szybkość działania i mały
pobór mocy.
Dwaj inżynierowie, którzy zaprezentowali pierwsze na świecie układy
scalone to Jack Kilby (pracujący wówczas w Texas Instruments) i Robert
Noyce (zatrudniony w Fairchild Semiconductor, późniejszy
współzałożyciel firmy Intel). Noyce i Kilby pracowali oddzielnie, ale
niemal jednocześnie zaprezentowali bardzo podobne do siebie
rozwiązania. Z tym, iż Noyce oparł swój wynalazek na krzemie, a Kilby
na germanie
Rezonator kwarcowy