CFA LogoCFA Logo Computer
Новости Прайс-лист [Б/У] Для ноутбуков Заказ, Оплата, Доставка Сервис объявления Драйвера Статьи Как нас найти Контакты
Новости
RSS канал новостей
Компания Dell представила два новых монитора серии S. Ультратонкий Dell S2419HM на 23,8 дюйма, а ...
Подразделение компании ASUS выпускающее видеокарты сообщает о выходе новой, укороченной, версии ...
На этой неделе пользователи смогли получить первые данные о том, каким будет смартфон Motorola Moto ...
Компания Sapphire Technology в эти выходные осуществила запуск доступной модифицированной версии ...
Компания G.Skill представила миру самый быстрый в своем послужном списке комплект памяти DDR4 с ...
Самое интересное
Программаторы 25 SPI FLASH Адаптеры Optibay HDD Caddy Драйвера nVidia GeForce Драйвера AMD Radeon HD Игры на DVD Сравнение видеокарт Сравнение процессоров

АРХИВ СТАТЕЙ ЖУРНАЛА «МОЙ КОМПЬЮТЕР» ЗА 2003 ГОД

В недрах микросхем

Сергей КРУШНЕВИЧ insgas@svitonline.com

(Продолжение, начало см. в МК № 52 (223) за 2002 г. и МК № 1-2 (224-225))

Очень долгое время основное количество микросхем изготавливалось по биполярной технологии. Но сейчас ее место заняла униполярная технология, а на горизонте уже показалась технология кремний-на-изоляторе.

Униполярная МОП-технология

Униполярная МОП (металл-окисел-полупроводник) технология относится к классу «полевых», так как принцип работы основного конструктивного элемента (транзистора) основан на эффекте действия электрического поля на полупроводник. Так как в транзисторах, изготовленных по данной технологии, ток течет по области одного типа проводимости, она получила название «униполярной» (от слова «уно» — один).

На рисунке 1 представлен p-канальный МОП-транзистор. Кратко рассмотрим принцип его работы. К истоку и стоку прикладывается напряжение. Но так как на пути тока находятся два встречно включенных p+-n-перехода, поэтому при любой полярности приложенного напряжения ток не потечет. Если на затвор подать отрицательное напряжение, то электроны (отрицательно заряженные частицы) будут отталкиваться от затвора и уходить в глубь полупроводника, а дырки (положительно зараженные частицы), наоборот, начнут притягиваться к затвору (рис. 2). В результате под затвором возникает инверсная (с обратным типом проводимости) область (по научному — «канал») с дырочной (p-типа) проводимостью, в результате чего исчезает p-n-переход и начинает течь ток.

Рис. 1   Рис. 2

Кроме p-канальных транзисторов широко используются также n-канальные (рис. 1), которые отличаются лишь тем, что для возникновения канала на затвор необходимо вместо отрицательного подать положительное напряжение.

КМОП-технология

Для достижения более высокого коэффициента усиления объединяют p- и n-канальный транзистор. Эта технология называется комплиментарная МОП, или CMOS (complementary-metal-oxide-semiconductor).

Хочу заметить, что большинство современных микросхем изготавливаются именно по этой технологии, благодаря ее высокой экономичности: ведь управление транзистором осуществляется за счет потенциала на затворе, в отличие от биполярной технологии, где для этого используется ток через базу. Поэтому цифровые КМОП-микросхемы потребляют ток лишь в момент изменения состояния (например, переключения с «0» на «1»). В статическом положении (когда изменений состояний не происходит) текут лишь незначительные (доли мкА) токи утечки.

Преимущество МОП-технологичности очевидно — чтобы получить законченный транзистор, необходимо, как минимум, четыре раза провести процесс литографии (у биполярной технологии этот минимум находится на уровне шести литографий). Кроме того, МОП-транзисторы совершенно не нужно изолировать друг от друга. Все это позволяет на несколько порядков повысить степень их интеграции, по сравнению с биполярной технологией.

Но и у МОП есть свои недостатки — значительная часть мощности, подаваемой на КМОП (МОП) микросхемы, израсходуется на перезарядку паразитных емкостей. Они возникают везде, где рядом расположены два проводника или области. Причем, чем больше площадь проводников (областей) и меньше расстояние между ними, тем больше эта емкость. С возрастанием рабочей частоты, увеличивается и ток через паразитные емкости (ток утечки).

Еще одним «тормозом» является паразитная индуктивность — чем тоньше и длиннее проводник, тем выше его собственная индуктивность. С повышением частоты сопротивление индуктивности возрастает. Необходимо также учитывать, что в современных КМОП-микросхемах на одном квадратном миллиметре расположены сотни и даже тысячи элементов. В итоге влияние паразитных емкостей и индуктивностей очень сильно сказывается на предельной рабочей частоте схем, прежде всего из-за появления задержки распространения сигнала от входа к выходу.

Чтобы снизить влияние паразитных емкостей и индуктивностей, стараются по возможности понизить рабочие напряжения и токи в микросхемах, а также уменьшить размеры самих элементов и зазоров между ними.

Кстати, иногда паразитная емкость превращается из недостатка в преимущество — это справедливо в отношении микросхем памяти, в которых заряд на затворе (паразитная емкость) служит для хранения информации.

Кремний на изоляторе

Следующим шагом в развитии микроэлектроники стало появление технологии КНИ —кремний на изоляторе (SOI —silicon-on-insulator). Суть этой технологии состоит в получении монокристаллического кремния на поверхности диэлектрической подложки, в отличие от рассмотренных ранее технологий, где все элементы создают внутри кристалла полупроводника.

Основной проблемой в развитии этой технологии стала задача получения на поверхности поликристаллического материала (практически все диэлектрические материалы имеют поликристаллическую структуру) слоя монокристаллического полупроводника. Возникшая проблема была решена, когда в качестве подложки стали использовать сапфир. Данный материал представляет собой оксид алюминия (Al2O3) с монокристаллической (!) структурой.

Но в этой технологии вскрылись и недостатки — это очень высокая концентрация дефектов в строении кристаллической решетки, что сделало практически невозможным использование биполярной технологии. По технологии кремний-на-сапфире (КНС) сейчас Рис. 3рационально изготавливать только МОП- и КМОП-микросхемы.

Так как из технологии кремний-на-сапфире ученые не смогли выжать многого, они решили пойти другим путем. На диэлектрическую поликристаллическую подложку (оксид кремния на поверхности кристалла кремния) нанесли слой кремния (он будет поликристаллическим) и произвели рекристаллизацию нанесенного слоя. Если использовать монокристаллическую затравку, то нанесенный слой станет также монокристаллическим. Хоть и в этой технологии много дефектов кристаллической решетки, но их все же меньше, чем в технологии кремний-на-сапфире.

Разработка новых микросхем по этой технологии (рис. 3) позволяет создать на поверхности подложки несколько слоев полупроводниковых элементов. А значит, эта технология может стать основой для появления микросхем нового поколения —трехмерных интегральных микросхем.

На сегодня все. Жду от вас писем и до встречи на страницах МК.

(Продолжение следует)

Рекомендуем ещё прочитать:






Данную страницу никто не комментировал. Вы можете стать первым.

Ваше имя:
Ваша почта:

RSS
Комментарий:
Введите символы: *
captcha
Обновить





Хостинг на серверах в Украине, США и Германии. © www.sector.biz.ua 2006-2015 design by Vadim Popov