Технологические процессы изготовления микросхем
Информация - Компьютеры, программирование
Другие материалы по предмету Компьютеры, программирование
Введение
Использование специальной технологии изготовления тонких слоев различной проводимости на изоляционной подложке или целенаправленное изменение проводимости в определенных зонах полупроводникового материала позволило реализовать и объединить различные электрические функции в едином технологическом процессе. При установке такого элемента в корпус с необходимыми выводами получают микросхему (МС). Одна МС заменяет несколько элементарных схем, выполненных на основе дискретных элементов.
В настоящее время используют две разновидности технологических процессов изготовления МС: 1) тонкопленочные процессы, 2) полупроводниковые процессы.
Так как тонкопленочная технология позволяет изготовлять только пассивные элементы, а полупроводниковая - активные элементы, то целесообразно использовать их комбинацию. Это приводит к созданию гибридных интегральных МС. Понятия плёночная технология включает в себя процессы термовакуумного испарения и катодного распыления, также трафаретная печать.
микросхема гибридный логический сигнал
1. Анализ схемы логического элемента
На рисунке 1 представлена принципиальная схема логического элемента.
Рис. 1
Проведём раiет для комбинации входных сигналов 1101, то есть согласно принятым значениям Uвх1=Uвх2=Uвх4=U1 > 3 В, а Uвх3=U0 = 0,1 В.
Определим величину тока через резистор R1. Рассмотрим все возможные пути, по которым сможет протекать этот ток. В схеме только один источник напряжения - источник питания +5В. По этому все постоянные токи в схеме могут протекать только в одном направлении от шины +5В к общей шине.
Разделим условно схему на две части.
Рис. 2
Рис. 3
Проведем раiет для комбинации 1101 в первой части схемы (рис. 2)., то есть для случая, когда на оба эмиттера VT1 подано высокое напряжение соответствующее логической единице.
UВХ1 = UВХ2 > 3 В
Потенциал в точке А на базе VT1 будет равен
UA = UБК1+UБЭ2 = 0,6+0,7 = 1,3 В
Так как между данной точкой и общей шиной включено последовательно два p-n перехода: база-коллектор VT1 и база-эмиттер VT2. Так как все два эмиттера транзистора VT1 находятся под более высоким потенциалом, чем база, то оба эмиттерных перехода закрыты и ток точки А протекает по правой ветви. Тогда то I1 равен
1 = (E-UA)/R1 = (5-1,3)/10103 = 0,00037 = 0,37 мА
Через входные эмиттерные переходы протекают обратные токи. Вычислим эти токи, умножая ток базы VT1 (I1) на инверсный коэффициент передачи тока В1:
Э1 = IЭ2 = I1В1 = 0,000370,05 = 1,8510-5 А = 0,0185 мА
В транзистор VT1 втекают три тока IЭ1, IЭ2 и I1, а вытекает через коллекторный переход и попадает в базу транзистора VT2 только один ток IБ2. Исходя из этих соображений вычисляем ток базы VT2:
Б2 = IЭ1+IЭ2+I1 = 0,000407А = 0,407 мА
Так как транзистор VT2 открыт, то его напряжение коллектор-эмиттер будет 0,1 В Найдем ток через резистор R2.
2 = (E-UK2)/R2 = (5-0,1)/8103 = 0,000612 = 0,612 мА
Предполагаем, что транзистор VT2 находится в режиме насыщения, тогда напряжение UКЭ2 = UБЭ3 = 0,1В. Следовательно, VT3 закрыт и ток его коллектора равен нулю.
Проведем раiет для комбинации 1101 во второй части схемы (рис. 3)., то есть для случая, когда на первый эмиттер VT4 подано низкое соответствующее логическому нулю, а на второй высокое напряжение соответствующее логической единице.
UВХ3 = 0,1 В
UВХ24 > 3 В
Покажем на схеме как будут при этом распределяться токи и потенциалы. Ток протекает через переход Б-Э2 транзистора VT4. Напряжение, согласно предложенной модели, равно 0,7В. Следовательно потенциал базы транзистора VT4 (точка B) равен
B = U0+UБЭ2 = 0,1+0,7 = 0,8 В
Переход база-эмиттер Б-Э1 находится под обратным напряжением, так как потенциал базы ниже, чем потенциал эмиттеров на величину 0,8-3 = -2,2В. Поэтому через этот переход протекает только обратный ток. Ток в правой ветви будет отсутствовать, так как для того чтобы он протекал в точке B требуется потенциал равный
БК4+UБЭ5 = 0,6+0,7 = 1,3 В
Следовательно транзистор VT5 будет закрыт. Находим ток I3
3 = (E-UB)/R3 = (5-0,8)/8103 = 0,000525 = 0,525 мА
При этом через резистор R4 протекает только входной ток логического элемента нагрузки, равный по условию I3 = 0,04 мА. Тогда напряжение ны выходе будет равно
вых = E-I3R3 = 5-0,0410-3800 = 4,96 В
Полученное напряжение Uвых близко к напряжению питания и соответствует уровню логической единицы.
Проведём раiет для комбинации входных сигналов 0110, то есть согласно принятым значениям Uвх2=Uвх3=U1>3В, а Uвх1=Uвх4=U0=0,1В.
Ток протекает через переход Б-Э1 транзистора VT1. Напряжение, согласно предложенной модели, равно 0,7В. Следовательно потенциал базы транзистора VT1 (точка A) равен
A = U0+UБЭ2 = 0,1+0,7 = 0,8 В
Переход база-эмиттер Б-Э2 находится под обратным напряжением, так как потенциал базы ниже, чем потенциал эмиттеров на величину 0,8-3 = -2,2В. По этому через этот переход протекает только обратный ток. Ток в правой ветви будет отсутствовать, так как для того чтобы он протекал в точке А требуется потенциа