Микросхемалар. Уларнинг принципиал, тузилиш ва функционал схемалари

3-маъруза

МИКРОСХЕМАЛАР. УЛАРНИНГ ПРИНЦИПИАЛ, ТУЗИЛИШ ВА ФУНКЦИОНАЛ СХЕМАЛАРИ.
Радиоэлектрон курилмалар жуда куп сондагн электрон асбоблардап ташкил топади. Фан ва техниканинг ривожланиши билан уларнинг сони ва тури янада ортиб бормоқда. Шунинг учун радиоэлектрон қурилманинг мустахкамлиги, узоқ, муддат ишончли хизмат қила олиш қобилияти ва бошқа хусусиятларини оширган ҳолда уларнинг хажмини кичрайтириш, оғирлиги ва сарф қиладигап қувватини камайтирнш каби масалалар ўртага қўйилмоқда.
Ярим ўтказгичлар техникасининг ривожланиши ярим ўтказгичли асбобларнинг маълум комбинациядаги систсмасини бир қобиққа жойлаштириш имкониятини яратди. Бундай асбоблар модуль — схемалар ёки микромодуллар деб аталади. Уларда ўта ихчам қобиқсиз ярим ўтказгичли асбоблар, пленкали (пардасимон) каршилик ва конденсаторлар маълум схема асосида бир қобиқ ичига йиғилади ва
бирор электрон қурилманинг тўлиқ схемасини ташкил этади. Шунинг

3
учун улар микросхемалар деб
Микросхемаларнинг l см
хрм аталади.
хажмида камида 5 та элемент (транзистор,

диод, резистор, сиғим ва индуктивлик) катнашиб, улар бирор электрон қурилманинг тугаллантан схемасини ташкил этиши лозим. Ҳозир интеграл микросхема (ИМС) деб аталадиган ярим ўтказгичли асбоблар кенг қўлланилади. Улар қурилманинг умумий ҳажмини 20ООО мартадан ортиқ кичрайтириш имконини берадн. ИМС шундай қурилмаки, унинг барча элементлари ёки уларнинг-бир қисми ажралмас қилиб боғланган бўлади. Улар бир-бири билан шундай туташганки, натижада бир бутун қурилма бўлиб хизмат қилади.
Микросхемаларни турларга ажратиш жуда кўп белгиларга асосланади: материалининг тури, элементларининг сони, функционал боғланиши, қандай мақсадга хизмат қилиши, ишлаб чикариш технологияси, конструкцияси ва бошқалар. Масалан, бажарадиган ишининг турига қараб — кучайтиргичлар, генераторлар, мантилий элементлар; функционал мақсадига қараб — рақамли, қиёсий (чизикли), қиёсий — рақамли; ишлаб чиқариш технологияси ва конструкциясига қараб — ярим ўтказгичли, пардасимон (пленкали), дурагай (гибрид) ва бирлаштирилган схемалар мавжуд.
ИМСнинг мураккаблиги ярим ўтказгич кристалида нечта элемент жойлаштирилганлиги билан белгиланади. Шунга кўра микросхемалар интегралланиш даражаси орқали характерланади. Масалан, элементларининг сони 10 тагача бўлган микросхемалар биринчи даражали интеграл схема (ИС1) ёки оддий микросхема, элементларининг сони 100 тагача бўлганлари—иккинчи даражали интеграл схема (ИС2) ёки ўрта (ЎИС) микросхема деб аталади. Элементларининг сони 100-10000 бўлган ИСлар III даражали, яъни катта интеграл схема (КИС), 10.000 дан ортиқ элементга эга бўлган микросхемалар эса, ўта катта (ЎКИС), яъни юқори даражада интегралланишли микросхемалар ҳисобланади. Оддий ИМСга мантиқий элементлар, ўрта ИМСга эса, ЭҲМнинг хотира қурилмалари, ҳисоблагичлар, жамлаш қурилмалари — сумматорлар мисол бўлади. Арифметика — мантиқ ва бошқариш қурилмалари катта ИМС-дир.
Шуни айтиш керакки, микросхемаларнинг интегралланиш даражасини орттириш ва унга боглиқ элементлар ўлчамини кичрайтиришнинг чегараси бор. Бир неча ўн минг элементни бир схемага бирлаштириш (интеграллаш) технологик жиҳатдан жуда мураккаб бўлиб, иқтисодий жиҳатдан мақсадга мувофиқ эмас. Шунинг учун функционал микроэлектроникага ўтилмоқда. Унда қурилманипг бирор функцияси бажариш стандарт элементлар ёрдамида эмас, балки физик хрдисалар асосида бажарилади. Интеграл микросхемалар функционал боғланишига қараб 2 хил — импульс—қиёсий ва мантиқий (логик) бўлади. Импульс-қиёсий ИМС гармоник ёки импульс тебранишларни хосил к.илиш ёки кучайтиришда, мантикий ИМС эса, қурилмани электрон калит режимида ишлашини таъминлашда қўлланилади.
ИМСларнинг кичик ўлчам ва массага эга бўлиши, кам қувват сарфлаши, юқори ишонч билан ишлаши, юқори тезкорлиги, арзонлиги ва бошқалар уларнинг афзалликларидир. ИМСнинг юқори ишонч билан

ишлаши пайвандланадиган бирикмалар сонининг камайиши ҳисобига бўлса, юқори тезкорлиги — элементлари орасидаги туташтириш оралиғининг кичиклиги билан характерланади.
Ҳар бир микросхемани ишлатишда ташқи манба кучланиши, нагрузкасининг катталиги, таъсир этувчи сигнал хусусиятлари ва бошқалар олдиндан аниқланган бўлиши лозим. Ярим ўтказгичли, пардасимон, дурагай (гибрид) ва бирлаштирилган (қўшма) ИМСлар энг куп қўлланиладиган микросхемалардир. Ярим ўтказгичли ИМС ярим ўтказгич материалидан иборат бўлиб, унинг сиртқи қатламида ёки хажмида электр схема элементларига, туташтириш симларига, ҳиимоя (изоляция) қатламларига эквивалент бўлган соҳалар ҳосил қилпнган бўлади.
Кўпинча ярим ўтказгич сифатида кремний кристали олинади. У микросхеманинг асосини ташкил қилади ва таглик ёки кристалл деб аталади. Кристаллда р — п ўтишлар ҳосил қилиш йўли билан схеманинг пассив ва актив элементлари жорий қилинади. Улар бир-биридан ҳимояланган оролчалар деб аталадиган қисмларда ташкил топади.
Ярим ўтказгичли ИМСлар кўп тўпламли қилиб ясалади. Ҳар бир тўпламга бир вақтда жуда кўп микросхема жойлашади. Масалан, диаметри 76 мм бўлган битта пластинкага 5000 тагача микросхема жойланиши мумкин. Унинг ҳар бирида 10 тадан 20000 тагача электрон элемент қатнашади.
Пардасимон ИМС махсус таглик сиртида жойлаштирилган кўп қатламли пардалар тўпламидан иборат. Таглик сифатида шиша, керамика (сопол) каби материаллар олинади. Пардасимон ИМСлар икки турга ажратилади: юпқа (1—2 мкм) пардали ва қалин (10— 20 мкм) пардали. Улар фақат қалинликлари билангина эмас, балки тагликка тушириш технологияси билан ҳам бир-биридан фарқ қилади.
Пардасимон ИМСдан фақат пассив элемент — резисторлар конденсаторлар, индуктивлик ғалтаги ясалади. Улардан RC — фильтрлар тузилади.
Дурагай ИМС шундан микросхемаки, у пардасимон, яримўтказгичли ва дискрет осма актив элементларнинг бирорта комбинациясини ташкил қилади. Улар пардасимон ИМСнинг диэлектрик таглигига жойлаштирилади.

Осма элемент деганда, асосан, ихчамлаштирнлган қобиқсиз диод ва транзисторлар тушунилади. Улар мустақил элемент булиб, тагликка ёпиштириб (осиб) купил ади ва парда элементлари билан ингичка симлар ёрдамида туташтирилади. Дурагай ИМСда ярим ўтказгичли ИМС хам осма элемент хисобланади. Айрим холларда етарлича катта сиғим ва индуктивлик зарур бул-ганда ихчамлаштирнлган конденсатор ва индуктивлик ғалтаги хам осма элемент сифатида жорий килинади, чунки пардасимон ИМСда ката сиғим ва индуктивликка эришиш мумкин бўлмайди.
Бирлаштирилган ИМС да актив злементлар ярим ўтказгичли микросхемадаги, пассив элементлар эса, пардасимон микросхемалардаги каби ясалади. Улар умумий тагликка химояланган холда жойлаштирилади.
Барча ИМСлар герметик кобикка ўралган булиб, ундан схемага туташтириш учлари — электродлар чикарилади.
Бу параграфда, асосан, ярим утказгичли ИМСларнинг элементлари билан танишамиз. Сабаби пардасимон ИМСларда факат пассив элементлар — каршилик, сиғим ва индуктивлик хосил килинищи мумкинлиги айтилган эди. Улар таглик сиртига ўтказувчан ва химояловчи моддаларни пуркаш ёки пардалар катлами сифатида
жойлаштириш йули билан хосил қилинади. Бунда таглик диэлектрик материалдан ясалгани учун элементларни бир-биридан химоялашга хожат колмайди. Ундан ташкари, таглик етарлича қалин ва элементлар орасидаги масофа узок, булгани учун улар орасидаги зарарли (паразит) сиғимларни хисобга олмаслик мумкин. 3.30- расмда пуркаш йули билан хосил килинган тугри туртбурчак шаклида ясалган индуктивлик ғалтаги кўрсатилган.
Ярим утказгичли ИМСларнинг элементлари ярим утказгич кристалининг сирти ёки хажмида жойлашади. Уларнинг хар бири ярим утказгичнинг маълум сохасини эгаллайди ва мустакил элемент — диод,транзистор,резистор,
конденсатор ва бошка лар булиб хизмат килади. Бу сохалар бир- биридан ё диэлектрик, ёки тескари кучланиш уланган р — п ўтишлар ёрдамида химоя килинади. Улар пуркаш йули билан хосил килинадиган симчалар ёрдамида бирор электр схемани акс эттирган хрлда туташтирилади. Туташтириш симчалари металл тармоқчалар деб аталади. Улар, асосан, алюминийдан тайёрланади.
Ярим утказгичли ИМСларнинг элементларини ясаш мураккаб технологик жараён булиб, уларнинг турлари хилма-хилдир. Барча жараёнларнинг негизини транзисторлар таркиби ташкил килади, яъни барча пассив ва актив элементлар транзистор асосида хосил килннади. Асос транзистор вазифасини биполяр ёки униполяр транзисторлар бажаради.
Транзисторлар. Биполяр транзисторларни ясашда унинг Хар икки формуласи р— п — р ва п — р — п дан фойдаланилади. Улардан п — р
— п тури энг куп тар-қалган.
Электрод калит вазифасида ишлатилади. Улар жуда кичик токларда ишлайди ва ўта тезкор курилма хисобланади.
Диодлар. Одатда диод қилиш учун битта р — п ўтиш ясаш етарли булади. Лекин ИМСларда транзистор таркиби асос килиб олингани учун у биполяр транзисторнинг ўтишлари оркали яратилади.
Биполяр транзистордаи диод қилишнинг 5 хил тури мавжуд (3.32- раем). Улар бир-биридан параметрлари билан фарқ килади. Масалан, 3.32- расмдаги а — улаиишда диоднинг очиқ холатдан ёиик холатга утиш вакти етарлича қисқа булса, б — уланишда у катта булади.
Транзисторларни ясашда, асосан, планар ва эпитаксал — планар деб аталган технологик жараёнлар кулланиладй. Планар технологияда ярим ўтказгич кристалига донор ва акцептор моддалар диффузия усулида киритилади. Унда транзисторлар электродларининг туташтириш учлари бир текисликда жойлаштирилади. Бу уларни диэлектрик пардаси ёрдамида ташки таъсирлардан химоя килиш имконини беради.
Эпитаксал—планар технология усулида транзисторлар юпқа монокристаллни ўстириш йўли билан хосил килинади.
Планар технология транзисторлар ясашда энг куп таркалганидир. Лекин бунда ИМСда хосил килинадиган р — п ўтишлар аник, чегарага эга булмайди, чунки диффузия материалнинг сиртидан бошланади. Шунинг учун котишманинг атомлари бошлангич материалда бир хил таксимланмайди — сиртда куп, ички тарафга эса, камайиб боради. Бу схема элементларининг сифатига катта таъсир курсатади. Иккинчи усулда бу камчилик йукотилади.
Планер технология асосида ясалган п — р — п турдаги биполяр транзисторларда эмиттер ва коллектор ўтишларидан ўтадиган ток вертикал йуналишда окади. Шунинг учун улар вертикал транзисторлар деб аталади. Бундан фарклаш учун р — п — р турдаги транзисторларда р — п ўтишлардан ўтадиган ток горизонтал йуналишда ўтадиган килинади ва улар горизонтал транзисторлар деб аталади.
Шуни айтиш керакки, ярим утказгичли ИМСда хар доим зарарли элементлар хам хосил булади. Масалан, Р — кристалл асосида п — р — п турдаги транзистор ясалганда асос кристалл ва транзисторнинг коллектор ва база сохалари орасида р — п — р турдаги зарарли транзистор хосил бўлади. Зарарли элементларнинг таъсирини хисобга олиш учун транзисторнинг турли хил эквивалент схемаларидан фойдаланилади.
Микроэлектрониканинг ривожланиши дискрет ярим
ўтказгичлар техникасида