Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 A bipoláris IC technológia.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 A bipoláris IC technológia."— Előadás másolata:

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet

2 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Bipoláris IC technológia Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

3 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Bipoláris IC technológia lépései n epi réteg leválasztása n + eltemetett réteg M p szigetelés diffúzió M p szubsztrát p+ bázis diffúzió M n+ emitter diffúzió M kontaktus ablakok M fémréteg leválasztása fémezés mintázat M n kollektor n+ eltemetett réteg p+ bázis n+ emitter Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Minden adalékolási lépéshez tartozik egy ablaknyitás az oxidban, ezt nem ábrázoljuk külön. Az ilyen ablaknyitáshoz maszk kell.

4 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Structure of bipolar IC transistors burried layer collector n type island p-Si substrate base contact emitter base collector contact Microelectronics BSc course, Element set in bipolar IC-s © András Poppe & Vladimír Székely, BME-EET

5 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Major process steps 1. n+ burried layer doping (for collector regions) M p n Microelectronics BSc course, Element set in bipolar IC-s © András Poppe & Vladimír Székely, BME-EET

6 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Major process steps 2. n epi layer growth for the active islands n p n Microelectronics BSc course, Element set in bipolar IC-s © András Poppe & Vladimír Székely, BME-EET

7 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Major process steps 3. p type isolation doping (deep diffusion through the n epi layer) M n p p n Microelectronics BSc course, Element set in bipolar IC-s © András Poppe & Vladimír Székely, BME-EET

8 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Major process steps 4. p+ base diffusion M n p p p+ n Microelectronics BSc course, Element set in bipolar IC-s © András Poppe & Vladimír Székely, BME-EET

9 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Major process steps 5. n+ emitter diffusion (also for better collector contact) M n p p p+ n Microelectronics BSc course, Element set in bipolar IC-s © András Poppe & Vladimír Székely, BME-EET

10 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Major process steps n p p p+ 6. contact window opening p+ n Microelectronics BSc course, Element set in bipolar IC-s © András Poppe & Vladimír Székely, BME-EET

11 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Major process steps 6. contact window opening M n p p p+ n Microelectronics BSc course, Element set in bipolar IC-s © András Poppe & Vladimír Székely, BME-EET

12 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Major process steps 7. metallization pattern n p p p+ n Microelectronics BSc course, Element set in bipolar IC-s © András Poppe & Vladimír Székely, BME-EET

13 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Major process steps 7. metallization pattern M n p p p+ n+ Masks needed for a bipolar process: burried layer (n+) isolation (deep p through n epi) base (p) emitter (n+) contact windows metallization pattern The process is optimized for creating good NPN transistors Microelectronics BSc course, Element set in bipolar IC-s © András Poppe & Vladimír Székely, BME-EET

14 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Lehetséges alkatrészek ► A technológiát (vertikális) npn tranzisztorra optimalizálják ► Bizonyos részek elhagyásával, vagy trükkös fémezéssel más alkatrészek is kialakíthatóak  különleges npn tranzisztorok  ellenállások  dióda  pnp tranzisztor ► Többlet maszkkal és többlet technológiai lépéssel: vékonyréteg kapacitás Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

15 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Bipoláris IC technológiával megvalósítható alkatrészek ► Ellenállás bázis diffúzióval ► Emitter diffúzióval megnyomott ellenállás ► PNP tranzisztorok ► Vékonyréteg kapacitás ► Egy OpAmp layoutja

16 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke A bipoláris integrált áramkörök alapelemei Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET NPN tranzisztor Megnyomott ellenállás Bázis diffúziós ellenállás

17 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Bipoláris IC alkatrészek Egy bipoláris IC részlete pásztázó elektronmikroszkóppal leképezve Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Nagy meander alakú ellenállás

18 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Bipoláris IC alkatrészek a szigetelés-diffúzió Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

19 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Bipoláris IC alkatrészek npn (vertikális) tranzisztor Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

20 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Az npn IC tranzisztor szerkezete Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

21 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Bipoláris IC alkatrészek npn tranzisztorok Hatásos emitter él a báziskontaktus oldalán (I=2 A/cm), EB letörés: 5-6 V, CB letörés V, f T = MHz Technológia: az npn (vertikális) tranzisztorokra optimálva Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

22 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Bipoláris IC alkatrészek Nagyáramú npn tranzisztor Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

23 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Bipoláris IC alkatrészek npn tranzisztorok Hatásos emitter él a báziskontaktus oldalán (I=2 A/cm) Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

24 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Bipoláris IC alkatrészek npn tranzisztorok változatai Helytakarékos megoldások: két tranzisztor közös zsebben, multiemitteres tranzisztor Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

25 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Bipoláris IC alkatrészek Bázisdiffúziós ellenállás R – négyzetes ellenállás Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

26 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Bipoláris IC alkatrészek Bázisdiffúziós ellenállások Egy szigetben több ellenállás is lehet. A sziget +U CC -re kötendő! Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

27 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Bipoláris IC alkatrészek Bázisdiffúziós ellenállás, meander alakban hajtogatva Pontosság Paraziták Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

28 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mi kell ahhoz, hogy két ellenállás (alkatrész) NAGYON egyforma legyen? azonos rajzolat azonos pozíció közel egymáshoz NEM minimális méret azonos hőmérséklet layout termikus szimulációja Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

29 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Bipoláris IC alkatrészek "megnyomott" bázisdiffúziós ellenállás Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

30 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Bipoláris IC alkatrészek értéke néhányszor 100 k  (kb.) emitter diffúzió bázisdiffúzió Enyhén nemlineáris Feszültsége korlátozott "megnyomott" bázisdiffúziós ellenállás Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

31 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke "zömök" emitterdiffúziós ellenállás (vezeték keresztezés) értéke kb. 2  Emitter diffúzió Fémezés Bipoláris IC alkatrészek Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

32 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Bipoláris IC alkatrészek Laterális pnp tranzisztor Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

33 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Több is lehet egy zsebben! Bipoláris IC alkatrészek Laterális pnp tranzisztor Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

34 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Önmagában áramtükör! Bipoláris IC alkatrészek Laterális "szektor" pnp tranzisztorok Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

35 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke I I I 3I Köralakúak is léteznek! Bipoláris IC alkatrészek Laterális "szektor" pnp tranzisztorok Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

36 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke n + eltemetett réteg ellenütemű erősítő (B) Bipoláris IC alkatrészek Vertikális pnp tranzisztor Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

37 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke d ox : 0,1  m (50 V) C fajl : 3-400pF/mm 2 A jósági tényező javítása A parazita kapacitás hatástalanítása Bipoláris IC alkatrészek A "vékonyréteg" kondenzátor Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

38 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Bipoláris IC alkatrészek Vékonyréteg (fém-SiO 2 -n + ) kondenzátor egy műveleti erősítőben Értéke: kb. 30pF C fajl : 3-400pF/mm Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

39 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Hasonlítsuk össze a kondenzátor és egy tranzisztor méretét! Bipoláris IC alkatrészek Vékonyréteg (fém-SiO 2 -n + ) kondenzátor egy műveleti erősítőben Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

40 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Bipoláris IC alkatrészek A pn átmenet mint kondenzátor A tértöltési kapacitás kihasználható, de feszültségfüggő (nemlineáris) nem kaphat nyitó feszültséget ! EB: 1000pF/mm 2 (5 V-ig ! ) CB: 150pF/mm 2 (~50 V-ig ) Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

41 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Műveleti erősítő layout, alkatrész elrendezés T1, T2: NPN, bemeneti differenciálerősítő T3, T4: PNP, laterális T5, T6, T7: NPN T10, T11, T13: PNP laterális tranzisztorok D1, D2: diódák T16-17: NPN darlington T19-21: egy zsebben 3 NPN tranzisztor R1, R6: nagy ellenállások R7: megnyomott ellenállás R8, R9: kis ellenállások T22: PNP vertikális T23: NPN vertikális (nagyáramúak) Szimmetria, hogy a termikus hatások a lehető legegyformábbak legyenek Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

42 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Bemeneti diff. erősítő (common centroid) Kimeneti tranzisztorok Az ideális elrendezés ► Teljesítmény végfok tranzisztorok távol a differenciális pár alkotta bemenettől ► Szimmetrikus elrendezése - common centroid:  x és y irányú technológiai szórásra is érzéketlen  azonos izotermák Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

43 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Termikus hatások analóg IC-knél: bipoláris OpAmp ► A termikus impedancia fogalma ► Termikus visszacsatolás egy OpAmp-nál ► A layout hatása a termikus visszacsatolásra Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

44 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke A termikus impedancia fogalma A transzfer impedancia Z th (  ) komplex értékű A kapu impedancia T1 hőmérséklet növekmény Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

45 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Termikus visszacsatolás – opamp-ban Stacionárius állapot, V OUT > 0   -2 mV/ o C Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

46 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Termikus visszacsatolás – opamp-ban Stacionárius üzem Hatás a nyílt hurkú transzfer karakterisztikán Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

47 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Termikus visszacsatolás – opamp-ban A vizsgálat módszere: Mind méréseket, mind szimulációkat végeztünk. Egy kereskedelmi forgalomban lévő közismert típust vizsgáltunk, ez a  A741 müveleti erősítő. Mind a stacionárius, mind a dinamikus viselkedést mértük és szimuláltuk. Több, azonos típusú, de különböző gyártótól származó egyedet vizsgáltunk. A különböző dizájnok ugyanazon áramkört realizálták, de az alkatrészek elrendezése eltérő volt. Az alkatrész elrendezést, az IC-k layout-ját a felbontott tokok mikroszkópi képe alapján derítettük fel Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

48 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke A modellezés részletei Az erősítő kapcsolása A fizikai réteg- szerkezet A vizsgált áramkör a  A741 müveleti erősítő A sárgával jelölt tranzisztorokat elektro-termikus modellel írtuk le Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

49 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke A layout-ok "visszafejtése" Layout "A" Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

50 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke A layout-ok "visszafejtése" Layout "B" Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

51 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Nyílthurkú transzfer karakterisztika (mérés és szimuláció) Layout "A" Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

52 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Nyílthurkú transzfer karakterisztika (mérés és szimuláció) Layout "B" Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

53 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Termikus hatások a kimeneti impedanciában Vizsgálatok a frekvencia tartományban Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

54 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Layout "A", a felső tranzisztor működik, G=10 4 Ez a hatás a terheletlen opamp-nál is fellép! Vizsgálatok a frekvencia tartományban Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET

55 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET "A" "B" Ezek az IC-k csupán az alkatrészek elhelyezésében térnek el! Vizsgálatok a frekvencia tartományban


Letölteni ppt "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 A bipoláris IC technológia."

Hasonló előadás


Google Hirdetések