Радиотехника

Изоляция элементов друг от друга  достигается несколькими способами. Например, для каждого элемента или группы элементов изготовляется специальный «карман» (островок), электрически изолированный от других участков и от подложки. Для изоляции наиболее часто применяются p-n -переходы, включенные в обратном направлении.

Элементы соединяются несколькими способами: нанесением токопроводящих металлических дорожек, изолированных от подложки слоем диэлектрика; с помощью высоколегированных диффузионных каналов в объеме полупроводника; с помощью проволочных соединений. Для уменьшения падения напряжения сопротивление межсоединений должно быть минимальным.

МДП-транзисторы используются в  качестве конденсаторов и резисторов, емкость и сопротивление которых изменяются в определенных пределах путем регулирования напряжения на управляющем электроде — затворе

Достоинство полевых транзисторов (элементов МДП) состоит также  в том, что они не нуждаются в специальной изоляции, так как взаимодействие между смежными МДП-транзисторами через кристалл отсутствует и их можно располагать на минимальном расстоянии друг от друга.

Гибридные интегральные микросхемы (ГИМ) содержат элементы двух типов: пленочные, выполненные в виде пленок, нанесенных на стеклянную или керамическую пластинку (подложку), и навесные, имеющие самостоятельное конструктивное оформление.

В зависимости от технологии получения пленок ГИМ делятся на толстопленочные и тонкопленочные. К толстым относятся пленки толщиной единицы — сотни микрометров, к тонким — толщиной до нескольких микрометров.

Для изготовления ГИМ вначале на диэлектрической подложке с помощью толсто- или тонкопленочной технологии создаются пассивные элементы — резисторы, конденсаторы, контактные площадки и внутренние соединения. Затем устанавливаются навесные элементы.

Гибридные толстопленочные микросхемы представляют собой пассивную схему из толстопленочных элементов – проводников, резисторов, конденсаторов на керамическом основании с навесными активными компонентами. Толстопленочная технология основана на сравнительно простом методе. Не требующем сложного оборудования. По этой технологии через сетку трафарет на диэлектрическую подложку наносят пасты, а затем вжигают. Используются три вида паст: резистивные для получения резисторов, диэлектрические для получении я конденсаторов, и проводящие для создания контактных площадок и обкладок конденсаторов.

Гибридные ИС, изготовленные по толстопленочной технологии отличаются дешевизной и хорошими электрофизическими параметрами, характеризуются высокой надежностью и стабильностью при длительном воздействии, высокой стойкостью к механическим перегрузкам и температурным воздействиям из-за хорошей теплопроводности керамического основания. Недостаток толстопленочных ГИМ относительно низкая прецизионность элементов (резисторов и конденсаторов) из-за невозможности обеспечить достаточно малые допуски на их номиналы.

Гибридные тонкопленочные   микросхемы состоят из  изоляционной  подложки на   которой   нанесены   тонкопленочные резисторы,   конденсаторы, металлические проводники и контактные площадки.   Тонкопленочные   пассивные элементы   обладают  лучшими частотными свойствами, чем полупроводниковые   поэтому   имеют   преимущества при использовании в диапазонах высокой    и   сверхвысокой   частот.

Тонкопленочная технология основана на методах термовакуумного осаждения и   катодного   распыления, тонкопленочные резисторы напыляют на подложки в виде узких полосок, заканчивающихся    контактными    площадками. Для    получения    больших сопротивлений    тонкопленочному    резистору придается    соответствующая конфигурация.

Тонкопленочные конденсаторы обычно имеют планарную структуру получаемую при осаждении трех пленочных слоев: проводник – диэлектрик – проводник. Емкость такого конденсатора , как известно, зависит от площади электродов и диэлектрической проницаемости диэлектрика и обратно пропорциональна расстоянию между пленками. Наиболее экономичное использование занимаемой площади обеспечивают тонкопленочные конденсаторы квадратной формы.

В качестве навесных активных элементов используются бескорпусные транзисторы, у которых кристаллы полупроводника защищены от воздействия внешних факторов за счет методов пассивации их поверхности и герметизации с помощью специальных защитных покрытий. Бескорпусные транзисторы — обычно кремниевые структуры NPN.

Логические интегральные микросхемы выполняют простейшие логические операции, которые являются предметом алгебры логики или булевой алгебры. В основе алгебры логики лежат логические величины, характеризующие 2 взаимоисключающих понятия «есть» или «нет», «включено» или «выключено» и т. д.

Наиболее удобна двоичная система  счисления, в которой используются 2 цифры: 1 и 0, реализуемые соответствующим кодированием этих сигналов, которое бывает потенциальным и импульсным.

При потенциальном кодировании  цифрам 1 и 0 соответствуют различные уровни напряжения, обычно логической единице — высокий потенциал U¹, а логическому нулю — низкий потенциал U⁰, которые сохраняются в течение всего времени представления данной информации.

При импульсном коде логической единице соответствует наличие импульса, а логическому нулю — его отсутствие. Разность высокого и низкого потенциальных уровней называется размахом логического сигнала, или логическим перепадом U_л=U¹-U⁰.

Чем больше размах логического  сигнала, тем выше помехозащищенность системы  посокльку случайные помехи не превратят один уровень в другой. Когда логическая единица соответствует высокому потенцальному уровню, а логический нуль низкому, то такая логика позитивная (положительная), а наоборот — негативная (отрицательная).

Основные функциональные логические элементы — группа И; ИЛИ; НЕ, называемая полной группой или булевым базисом. Простейший из этих элементов—функция НЕ, или функция отрицания или инверсии. Схема, обеспечивающая выполнение такой функции, называется инвертором, или схемой НЕ Функция инверсии характеризуется кружком на выходной стороне прямоугольника и является функцией одного аргумента. При поступлении на вход схемы НЕ импульса положительной полярности на выходе получим импульс отрицательной полярности и наоборот.

 

Рис.21  Группа основных логических элементов

 

Логический элемент ИЛИ реализует  логическое сложение (дизъюнкцию). Единица на выходе логического элемента ИЛИ будет при наличии на одном или на всех входах 1.

Логический элемент И осуществляет логическое умножение (конъюнкцию). Единица на выходе логического элемента И будет тогда, когда на всех его входах будет 1, и если хотя бы на одном входе будет 0, то и на выходе будет 0.

Сочетание функции ИЛИ с инверсией приводит к комбинированной функции ИЛИ—НЕ. Соответственно сочетание функции И с инверсией приводит к комбинированной функции И—НЕ. Эти логические элементы находят широкое применение, так как на их основе можно реализовать любую другую логическую функцию. При этом количество аргументов, а значит, и количество входов у соответствующих схем может быть равно трем, четырем и более.

Поскольку каждая входная переменная может принимать только 2 значения— 0   или    1—значит,   функция   п переменных имеет 2ⁿ комбинаций значений переменных.

Значение функций для трех входных переменных и, следовательно, восьми комбинаций приводится в табл.1, называемой таблицей истинности.

 

Табл.1 Таблица истинности

 

 

Рис. 22 Транзисторная логическая схема  ИЛИ-НЕ

 

 

 

 

Рис.23 Статические МДП-схемы

а –логический элемент И-НЕ; б –логический элемент ИЛИ-НЕ

Интегральные микросхемы имеют  условное обозначение, состоящее из четырех элементов: первый — цифра, указывающая конструктивно-технологическое исполнение микросхемы (1,5, 7 — полупроводниковые; 2, 4, 6, 8 — гибридные; 3 — прочие микросхемы, например, пленочные); второй — 2 цифры, обозначающие порядковый номер разработки серии (от 00 до 99); третий— 2 буквы, отображающие функциональное назначение микросхем, обозначающие: ЛА или ЛБ — логический элемент И—НЕ, ИЛИ—НЕ; ЛИ — логический элемент И; ЛЛ — логический элемент ИЛИ; ЛД — расширители; УВ — усилители высокой частоты; УР — усилители промежуточной частоты и т. д.; четвертый — порядковый номер разработки микросхем по функциональному признаку в данной серии.