Типы интегральных схем

Типы интегральных схем Дополнительный материал по теме: “Полупроводники” Учитель физики Кюкяйской СОШ Сунтарского улуса Республики Саха Федоров А. М.

p-n изготовляют переход Полупроводники, из которых транзисторы и диоды, разделяются на полупроводники с электронной - n( negative - отрицательный) и дырочной – положительный) проводимостью. Принцип действия полупроводниковых диодов основан на свойствах p-n перехода, находятся два полупроводника p и n типа. В месте контакта зарядов происходит диффузия (дырок) из области p в область n, а электронов обратно, из n в p. Однако без внешнего воздействия _ _ _ процесс стабилизируется, потому что образуется так _ _ называемый запирающий слой. _ + + + + + + + + + + + + + + положительных – p (positive __ __ __ __ __ __ __ __ когда в контакте n p + + + + + +

Полупроводниковые прямое вкл К А диоды При подключении к области p “ плюса “ источника электрического тока, а к n “минуса”, запирающий слой разрушится, такой диод будет проводить ток. Если осуществить подключение источника питания наоборот, т. е. к p – “минус”, а к n – “плюс”, то ток будет фактически равен нулю. Это основное свойство полупроводниковых диодов позволяет применять их в качестве выпрямителей тока. из Большинство полупроводников делается кремния и германия с различными добавками, из оксидов некоторых металлов. В зависимости от добавок они имеют n- или p-тип. обратное вкл

Транзистор Транзистор представляет собой трехслойную структуру из таких же полупроводниковых материалов, однако в основе его работы лежит не один, а два p-n перехода. Внешние слои называют эмиттером и коллектором, а средний (обычно очень тонкий, порядка нескольких микрон) слой – базой.

Биполярный транзистор Тип p – n – p n К p n p Тип n – p – n Э n p Б Основной недостаток биполярного транзистора – большое потребление энергии и выделение тепла.

Полевой транзистор p- типа), В качестве альтернативы был разработан полевой транзистор. Он представляет собой однополярный полупроводниковый прибор, которого называются исток, сток, затвор. При подаче напряжения на затвор и сток( или соответственно исток) носители заряда, электроны в областях с проводимостью n- типа (или дырки в областях с через проводимостью возникающий под затвором тонкий проводящий канал. проходят выводы

МОП - транзисторы Полевые транзисторы с изолированным затвором – МДМ(металл – диэлектрик – полупроводник). МОП- транзисторы более экономичны. Транзистор, изобретенный в 1948 г., лежит в основе всех современных микросхем и микропроцессоров. Его авторы- Уильям Шокли, Уолтер Браттейн, Джон Бардин получили Нобелевскую премию по физике в 1956 г.

Применение транзисторов в представляли вычислительной технике Состояние транзистора, когда через коллектор течет большой ток, можно условно принять за 1, а малый – за 0. Вначале транзисторы изготовлялись как отдельные элементы и собой цилиндры диаметром в десяток миллиметров с несколькими проволочными выводами.

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ •Полупроводниковая микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены на одном полупроводниковом кристалле (например, кремния, германия, арсенида галлия). •Плёночная микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде плёнок: толстоплёночная интегральная схема; тонкоплёночная интегральная схема. •Гибридная микросхема — кроме полупроводникового кристалла содержит несколько бескорпусных диодов, транзисторов и(или) других электронных компонентов, помещённых в один корпус.

Классификация микросхем В СССР были предложены следующие названия микросхем в зависимости от степени интеграции (указано количество элементов для цифровых схем): •Малая интегральная схема (МИС) — до 100 элементов в кристалле. •Средняя интегральная схема (СИС) — до 1000 элементов в кристалле. •Большая интегральная схема (БИС) — до 10000 элементов в кристалле. •Сверхбольшая интегральная схема (СБИС) — до 1 миллиона элементов в кристалле. •Ультрабольшая интегральная схема (УБИС) — до 1 миллиарда элементов в кристалле. •Гигабольшая интегральная схема (ГБИС) — более 1 миллиарда элементов в кристалле. В настоящее время название ГБИС практически не используется (например, последние версии процессоров Pentium 4 содержат пока несколько сотен миллионов транзисторов), и все схемы с числом элементов, превышающим 10 000, относят к классу СБИС, считая УБИС его подклассом. Интегральная микросхема может обладать законченным, сложным, функционалом — целого (однокристальный микрокомпьютера микрокомпьютер). угодно сколь вплоть до

Корпуса микросхем Микросхемы выпускаются в двух конструктивных вариантах — корпусном и бескорпусном. Бескорпусная  микросхема —  это  полупроводниковый  кристалл,  предназначенный  для  монтажа  в  гибридную микросхему или микросборку. Корпус — это часть конструкции микросхемы, предназначенная для защиты от внешних воздействий и  для соединения с внешними электрическими цепями посредством выводов. Корпуса стандартизованы  для  упрощения  технологического  процесса  изготовления  изделий  из  разных  микросхем.  Число  стандартных корпусов исчисляется сотнями. В российских корпусах расстояние между выводами измеряется в миллиметрах и наиболее часто это  2,5 мм или 1,25 мм. У импортных микросхем расстояние измеряют в дюймах, используя величину 1/10  или  1/20  дюйма,  что  соответствует  2,54  и  1,28 мм.  В  корпусах  до  16  выводов  эта  разница  не  значительна, а при больших размерах идентичные корпуса уже несовместимы. В современных импортных корпусах для поверхностного монтажа применяют и метрические размеры:  0,8 мм; 0,65 мм и другие.

Вид обрабатываемого сигнала частот, операционные Все микросхемы подразделяют на две группы - аналоговые и цифровые. Аналоговые микросхемы предназначены для работы с непрерывными во времени сигналами. К их числу можно отнести усилители радио-, звуковой и промежуточной усилители, стабилизаторы напряжения и др. Для аналоговых микросхем характерно то, что входная и выходная электрические величины могут иметь любые значения в заданном диапазоне. В цифровых же микросхемах входные и выходные сигналы могут иметь один из двух уровней напряжения: высокий или низкий. В первом случае говорят, что мы имеем дело с высоким логическим уровнем, или логической 1, а во В  основу  работы  цифровых  микросхем  положена  двоичная  система  счисления.  В  этой  втором - с низким логическим уровнем, или логическим 0. системе используются две цифры: 0 и 1. Цифра 0 соответствует отсутствию напряжения  на  выходе логического  устройства,  1 ­  наличию  напряжения.  С помощью  нулей и единиц  двоичной  системы  можно  записать  (закодировать)  любое  десятичное  число.  Так,  для  записи  одноразрядного  десятичного  числа  требуются  четыре  двоичных  разряда.  Сказанное поясняется табл. 1.

В  первом  столбце  таблицы  (ее  называют  таблицей  истинности)  записаны  десятичные  числа от 0 до 9, а в последующих четырех столбцах ­ разряды двоичного числа. Видно,  что  число  в  последующей  строке  получается  в  результате  прибавления  1  к  первому  разряду двоичного числа. С помощью четырех разрядов можно записать числа от 0000  до  1111,  что  соответствует  диапазону  чисел  от  0  до  15  в  десятичной  системе.  Таким  образом, если двоичное число содержит N разрядов, то с его помощью можно записать  максимальное десятичное число, равное 2^(N­1). По таблице также несложно заметить,  как  можно  перевести  число  из  двоичной  системы  в  десятичную.  Для  этого  достаточно  сложить  степени  числа  2,  соответствующие  тем  разрядам,  в  которых  записаны  логические 1. Так, двоичное число 1001 соответствует десятичному числу 9 (2^3 + 2^0). Двоичную  систему  счисления  используют  в  большинстве  современных  цифровых  вычислительных машин.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!