Основи мікроелектроніки, класифікація інтегральних схем
Інтегральна схема являє собою конструктивно закінчений виріб електронної техніки, що містить сукупність електрично пов'язаних в функціональну схему транзисторів, діодів, конденсаторів, резисторів і інших електрорадіоелементів, виготовлених в єдиному технологічному циклі.
Інтегральні схеми (ІС) є основним продуктом мікроелектронного виробництва. ІС є елементної базою коштів електронної техніки, призначеної для перетворення, обробки і зберігання інформації.
Умовне графічне зображення інтегральної схеми залежить від стандарту окремих випускають ІС країн (рис. 1.1).
Мал. 1.1. Умовне позначення інтегрального логічного елемента типу АБО - НЕ (NAND):
а - СРСР - Україна; б - Німеччина (старе) DIN 4070old; в - США, US-ASA;
г - Німеччина (нове) DIN 40700new \ IEEE Std91
На рис. 1.2 показаний загальний вигляд вітчизняних інтегральних мікросхем.
Мал. 1.2. Загальний вигляд вітчизняних інтегральних схем
Інтегральні схеми можна класифікувати по ряду незалежних параметрів. Загальний підхід до класифікації інтегральних схем представлений на рис. 1.3.
Мал. 1.3. Класифікація інтегральних схем (див. Продовження)
За конструктивно-технологічного виконання розрізняють три групи ІС:
- 1.1 - монолітні (напівпровідникові);
- 1.3 - інші (плівкові, вакуумні, керамічні і т. Д.).
Мал. 1.3. продовження
За вітчизняному стандарту ГОСТ 18682-73 їм присвоєні такі індекси:
- 2, 4, 6, 8 - гібридні;
Мал. 1.3. продовження
Напівпровідникової (монолітної) інтегральної схемою називають ІС, елементи якої виконані в обсязі і (або) на поверхні напівпровідникової підкладки. Елементом інтегральної схеми вважається невіддільна складова частина ІС, що виконує функцію якогось електрорадіоелементами.
За типом використовуваних активних елементів монолітні ІС поділяються на:
- 1.1.1 - уніполярні (польові, МДП або МОП);
- 1.1.3 - комбіновані (біполярно-польові).
МДП ИС в залежності від типу інтегральних структур поділяються на:
- комплементарні або КМОП (1.1.1.3).
У свою чергу в залежності від використовуваного типу логічних структур і конструктивно-технологічних рішень біполярні ІС ділять на:
- резисторно-транзисторную логіку (РТЛ) - 1.1.2.1;
- діод-транзисторную логіку (ДТЛ) - 1.1.2.2;
- транзисторних-транзисторную логіку, в тому числі з діодами Шотткі (ТТЛ і ТТЛШ) - 1.1.2.3 і 1.1.2.4, відповідно;
- інтегрально-інжекційну логіку (И2Л) - 1.1.2.5;
- емітерний-пов'язану логіку (ЕСЛ) і її різновиди - 1.1.2.6.
У комбінованих ІС одночасно використовуються біполярні і польові транзистори, і ця технологія отримала назву БіМОП (1.1.3.1).
Мал. 1.3. закінчення
Гібридної інтегральної схемою (1.2) називають ІС, в якій елементи і компоненти виконані на діелектричній підкладці. Під компонентами розуміються мініатюрні навісні дискретні електрорадіоелементи.
Пасивні елементи гібридних ІС можуть бути виконані на основі толстопленочной (1.2.1) (з товщиною плівки більше 1 мкм) або тонкопленочной (1.2.2) технологій, а активні компоненти виконуються по напівпровідникової технології і монтуються на поверхню діелектричної підкладки.
В інших ІС (1.3) можуть бути використані:
- вакуумні мікродіодние і тріодних структури (ВІС - 1.3.1);
- керамічні елементи (1.3.2);
- плівкові активні і пасивні елементи (1.3.3). ІС цієї групи промислових зразків не мають.
Наступним незалежним ознакою класифікації є ступінь інтеграції К. Значення K визначається як показник ступеня числа елементів N в ІС:
Малі інтегральні схеми (МІС - 2.1) містять до 100 елементів і компонентів на кристалі (N £ 2).
Середні ІС (СІС - 2.2) містять до 1000 елементів на кристалі (N £ 3).
Великі інтегральні схеми (БІС - 2.3) містять до 10 000 елементів на кристалі (N £ 4).
Надвеликі ІС (НВІС - 2.4) є закінченим мікроелектронний пристрій, здатний виконувати функції апаратури і містять до 1 000 000 елементів на кристалі (N £ 6).
До ультрабольшой ІС (УБИС - 2.5) відносять інтегральні схеми зі ступенем інтеграції N ³ 6.
За функціональним призначенням інтегральні схеми діляться на шість основних класів.
Цифрові ІС (3.1) призначені для обробки сигналів, заданих у вигляді дискретних функцій. У свою чергу цифрові ІС діляться на:
- логічні ІС (3.1.1);
- пристрої, що запам'ятовують ЗУ (3.1.2);
- пристрої для обробки цифрової інформації (3.1.4).
На рис. 1.3 наведено класифікацію ІС, в якій дві букви позначають функціональну підгрупу і вид мікросхеми в системі умовних позначень вітчизняних інтегральних схем.
Аналогові інтегральні схеми (3.2) призначені для обробки сигналів, заданих у вигляді безперервної функції. Цей клас ІС поділяється на:
- пристрої затримки сигналів (3.2.4);
- пристрої селекції (3.2.5);
- фільтри частот (3.2.6);
Зі збільшенням ступеня інтеграції ІС збільшилася функціональна складність мікросхем і одночасно зменшилася універсальність ІС. З'явилися БІС, функції якої дозволяли програмувати і зберігати цифрові масиви. Клас ІС для обчислювальних пристроїв отримав назву мікропроцесорів (3.3.1), серії ІС програмно і технологічно сумісні отримали назву мікропроцесорних комплектів (3.3.2).
Окремий клас ІС складають джерела живлення (3.4), багатофункціональні пристрої (3.5), фоточутливі прилади із зарядним зв'язком (3.6). Скорочення номенклатури БІС можливо шляхом створення базового кристала, що представляє собою матрицю з з'єднаних між собою елементів, електричні зв'язки між якими формуються відповідно до функціонального призначення ІС. Такий клас ІС отримав назву базового матричного кристала (БМК - 3.7). За вживаності в апаратурі інтегральні схеми діляться на схеми загального застосування (4.1) і схеми спеціального призначення (4.2).
За конструктивним оформленням ІС поділяються на корпусні (5.1) і безкорпусні (5.2). Існує п'ять типів корпусів, що відрізняються як формою (прямокутна, кругла, овальна), так і матеріалом (пластмасові, керамічні, металоскляний, металокерамічні, металополімерні).
За вживаності в апаратурі інтегральні схеми поділяються на схеми загального застосування і схеми спеціального застосування. За технологією виробництва монолітних інтегральних схем розрізняють кілька типів:
- 6.1 - кремнієва технологія;