Основи проектування інтегральних мікросхем широкосмугового підсилювача

Завдання на курсове проектування

Тема: Основи проектування інтегральних мікросхем широкосмугового підсилювача

Термін подання проекту до захисту -

Вихідні дані для проектування

Схема електрична принципова, таблиця електричних параметрів елементів підсилювача

Зміст пояснювальної записки курсового проекту:

Вибір фізичної структури напівпровідникової ІМС на БП-транзисторах

Розрахунок геометричних розмірів елементів ІМС

Розробка ескізу топології ІМС широкосмугового підсилювача

Перелік графічного матеріалу:

Ескіз топології ІМС широкосмугового підсилювача

Керівник проекту _________________________

Завдання прийняв до виконання ________________________

Реферат

Пояснювальна записка містить 30 сторінок, 3 рисунка, 4 використаних джерел, 1 додаток.

Перчень ключових слів: принципова схема, широкосмуговий підсилювач, розрахунок геометричних розмірів, ескіз топології.

Об'єкт розробки: топологія ІМС широкосмугового підсилювача.

Мета роботи: розрахунок геометричних розмірів елементів схеми підсилювача, конструювання ескізу топології.

Методи розробки: конструювання ескізу топології за допомогою пакету програм AutoCAD.

Отримані результати: бібліотека елементів підсилювача, ескіз топології в форматі AutoCAD.

Ступінь впровадження: не запроваджено.

Область застосування: не застосовується.

Основні конструктивні та техніко-експлуатаційні характеристики: кількість шарів в кристалі - 6, кількість елементів у принциповій схемі -20 елементів, з них: 9 npn транзистора, 9 резисторів.

Зміст

Введення

1. Загальні принципи побудови топології біполярних ІМС

1.1 Вибір фізичної структури розроблюваної ІМС

2 Проектування і розрахунок геометричних розмірів елементів ІМС

2.1 Проектування і розрахунок біполярних інтегральних транзисторів

2.2 Розрахунок геометричних розмірів резисторів

3 Розробка бібліотеки елементів широкосмугового підсилювача

3.1 Розрахунок геометричних розмірів біполярного npn транзистора

3.2 Розрахунок геометричних розмірів дифузійного резистора

4 Основні правила проектування топології ІМС

4.1 Проектування топології ІМС

Висновок

Список використаних джерел

Додаток А. Ескіз топології широкосмугового підсилювача

Введення

Основною тенденцією в сучасних напівпровідникових ІМС є збільшення ступеня інтеграції. Це, як правило, проявляється в ускладненні процесу проектування топології ІМС і в підсумку з'являється більшого числа помилок на стадії проектування. Тому можна сказати, що розробка топології ІМС є найбільш важливою і відповідальною операцією при проектуванні будь-якої ІМС.

У практиці проектування топології існує багато підходів. До одного з них можна віднести наступні етапи проектування:

одержання вихідних даних;

розрахунок геометричних розмірів активних і пасивних елементів;

розробка ескізу топології;

розробка попередніх варіантів топології;

вибір остаточного варіанту топології і його оптимізація.

Метою даного курсового проекту є розрахунок геометричних розмірів елементів ІМС широкосмугового підсилювача, проектування топології даної схеми. Вихідними даними при цьому є: схема електрична принципова і електричні параметри.

Наукової новизни курсовий проект не має. Практична значимість полягає в тому, що розроблена топологія напівпровідникової ІМС із заданими, в завданні на проектування, параметрами.

Розроблена топологія напівпровідникової ІМС - це є завершений елемент ІМС, який можна використовувати при проектуванні аналогових мікросхем.

1 Загальні принципи побудови топології біполярних Імс

Загального підходу до проектування біполярних інтегральних мікросхем немає і бути не може, кожен тип характеризується своїми особливостями в залежності від вимог та вихідних даних ІМС. Вихідними даними при конструюванні мікросхем є: принципова електрична схема з номінальними допусками на електричні параметри елементів, базовий технологічний процес із зазначенням технологічних допусків. Принципова схема розробляється ІМС широкосмугового підсилювача приведена на малюнку 1.1, а електричні параметри на дану схему в таблиці 1.

Малюнок 1.1 - Принципова схема широкополосного підсилювача

Таблиця 1.

1.1 Вибір фізичної структури розроблюваної ІМС

Основною структурою, яка визначає електричні параметри та характеристики мікросхеми, є транзистор. Тому, виходячи з вимог, що пред'являються до транзистора, виробляють вибір фізичної структури різних областей [1], тобто задаються певними електрофізичними параметрами, до числа яких належать: концентрація легуючих домішок, рухливість носіїв заряду, час життя і швидкість поверхневої рекомбінації неосновних носіїв заряду, питомий опір матеріалу, діелектрична проникність матеріалу. Для розрахунку інших елементів використовується обрана фізична структура основного транзистора.

В даний час існують два основних види фізичної структури ІМС: мікросхеми на основі біполярних транзисторів і мікросхеми на основі МОН - структури. Найбільша кількість шарів мають мікросхеми на основі біполярних транзисторів (рис. 1.2). Це прихований n +-шар, епітаксійний, p + - розділовий, базовий, емітерний, спеціальний резистивний, і т.д.. Для виготовлення мікросхем на основі МОН - транзисторів необхідний лише один дифузійний шар.

Малюнок 1.2 - Фізична структура біполярного npn транзистора з прихованим n +-шаром.

Питомий опір підкладки вибирається виходячи з вимог до робочій напрузі колекторного переходу транзистора. При цьому напруга пробою переходу колектор-підкладка має бути більше, ніж пробивну напругу переходу колектор-база. Питомий опір підкладки повинно бути якомога більшою. Це забезпечує одночасно малу паразитне ємність переходу колектор-підкладка, але і треба мати на увазі, що одночасно буде збільшуватися опір тіла підкладки, а це є паразитний параметр, який позначається на частотних властивостях. Питомий опір підкладки ρ - повинно вибиратися компромісним шляхом з діапазону 1 ... 10 Ом ∙ див. Товщина підкладки повинна забезпечувати механічну міцність мікросхеми і вона вибирається з діапазону hр = 250 ... 500 мкм.

Рівень легування епітаксійного шару вибирається виходячи з кількох суперечливих вимог:

-Для високого пробивної напруги ізолюючого переходу і для малої питомої ємності переходів необхідно, щоб рівень легування епітаксійного шару був якомога менше (але трохи більше рівня легування підкладки);

-Для зменшення послідовного опору тіла колектора, яке впливає на частотні властивості, рівень легування повинен бути якомога вище.

Ці суперечливі вимоги призводять до наступного компромісу: опір епітаксіальних плівках вибирається таким, щоб воно забезпечувало заданий високовольтна напруга самого високовольтного транзистора з урахуванням способу його виготовлення. Це призводить до вибору значення питомого опору з діапазону ρ к = 0,15 ... 5 Ом ∙ див. Але при всіх реальні параметри транзисторів такі значення питомого опору призводять до завищеного значенням опору тіла колектора. Для уникнення цього вводять високолегований n +-шар. Оскільки напруга колектор - база транзисторів складає Uкб = 12 В, тобто в кілька разів менше пробивної напруги переходу колектор - база, отже не необхідності в застосуванні додаткові заходи захисту від пробою.

Товщина епітаксіальних плівках повинна по можливості бути якомога менше, але існує наступне обмеження:

, (1.1)

де

hеп-глибина залягання колекторного переходу;

-Глибина проникнення n +-області в епітаксійний шар при всіх температурних режимах формування структури;

-Ширина області просторового заряду переходу колектор-база при робочій напрузі;

-Всі технологічні похибки.

Прихований n +-шар виготовляється для того, щоб забезпечити мінімальний опір тіла колектора. Виходячи з цього завдання прихований шар повинен бути максимально легирован, але повинна бути забезпечена неможливість змикання цього шару з базою при подачі на цей перехід колектор-база робочої напруги. При цьому розповзання шару при подальших технологічних операціях має бути суворо неконтрольовано. Поверхневий опір прихованого шару зазвичай становить RSСС = 6 ... 8 Ом / квадрат, товщина hсс = 3 ... 8 мкм, поверхнева концентрація легуючих домішок (часто це сурма через невисокий коефіцієнта дифузії при високих температурах) RSСС = 1018 ... 1019 см-3.

Базова область виготовляється методом дифузії, тому є неоднорідне легованої. Ступінь легування вибирається з наступних вимог:

-Для збільшення напруги пробою переходу емітер-база і ефективності емітера слід легувати базу як можна менше;

-Зниження рівня легування збільшує паразитне опір бази і погіршує частотні характеристики транзистора;

-Якщо базу слабо легувати, так що поверхнева концентрація становитиме NSб ≤ 5 ∙ 1016 см-3, то це може призвести до інверсії провідності поверхневого шару бази і виходу транзистора з ладу.

Поверхнева концентрація домішок складають приблизно NSб = 1016 ... 1019 см-3. Товщина металургійної бази ω 0 = 0,5 ... 1,0 мкм, середнє питомий опір базової області ρ б = 0,1 ... 1,0 Ом ∙ см, поверхневий опір пасивної бази RSбП = 100 ... 200 Ом / квадрат, поверхневий опір активної бази RSба = 5 ... 20 кОм / квадрат.

Рівень легування емітерний області матиме однаковий бути якомога вище. Але якщо рівень легування досягає NSЕ ≈ 1021 см -3, тоді зменшується час життя носіїв заряду, що призводить до зменшення ефективності емітера. Тому рівень легування вибирається з діапазону NSЕ = 1019 ... 5 ∙ 1020 см-3, поверхневий опір складає RSе = 5 ... 7 Ом / квадрат. Глибина залягання переходу емітер-база визначається, як:

, (1.2)

Глибина розділової дифузії повинна бути трохи більше товщини епітаксіальних плівках, так щоб забезпечувалося злиття цій галузі з підкладкою. Рівень легування цій галузі повинен бути досить високий для ефективної ізоляції pn переходу на кристалі підвищеної площі.

У напівпровідникових мікросхемах в якості межелементних з'єднань застосовуються провідники з плівки алюмінію. Для виключення перетинів провідників використовується 3 основні методи: багатошарова металізація, прокладка шин металізації над каналами резисторів, захищеними шаром SiO2 і провідні дифузійні перемички під шаром двоокису кремнію.

Мінімальна ширина металізованої доріжки (при заданій її товщині) визначається припустимою щільністю струму. Товщина шару Al шин металізації становить порядку 1,5 мкм і шина має питомий опір шару RS ≈ 0,05 Ом / квадрат Значення RS для плівки приблизно в 2,5 ... 3 рази перевищує значення, що отримується з питомого опору алюмінію. Це пов'язано з міграцією Al від колекторних контактів вихідних транзисторів, що підвищує опір тіла колектора, зростання ниток Al, призводить до закорочування емітерний pn переходів та інше.

Геометричні розміри контактних майданчиків визначаються базовою технологією виготовлення мікросхем і складають часто 100 × 100 мкм. Площа контактних площадок повинна забезпечувати хороше сполучення. Їх доцільно розміщувати під окремими ізольованими областями для зменшення результуючої паразитної ємності і виключення небезпеки коротких замикань при дефекті в оксиді.

2 Проектування і розрахунок геометричних розмірів елементів ІМС

У даному розділі наведено методику розрахунків геометричних розмірів біполярних транзисторів і геометричних розмірів резисторів.

2.1 Розрахунок біполярних інтегральних транзисторів

У напівпровідникових ІМС на біполярних транзисторах основним є npn транзистор. Всі npn транзистори можна розділити на 2 групи:

а. Універсальні,

б. Спеціальні.

Універсальні в свою чергу діляться на: мікро і малопотужні (розсіює потужність в діапазоні 0,3 ... 3 мВт), транзистори середньої потужності (3 ... 25МВт), потужні транзистори (більше 25МВт). Спеціальні діляться на: многоеміттерний транзистор і pnp транзистор.

Вибір геометричних розмірів транзисторів, кількість емітерів, базових і колекторних контактів і їх форма визначаються вимогами до параметрів. Максимальна щільність емітерного струму, перевищення якої приводить до зменшення коефіцієнта підсилення транзистора, обмежує робочий струм. Визначення розмірів емітерний області а, отже, і топології транзистора проводиться виходячи із забезпечення максимального коефіцієнта посилення при робочому струмі емітера [2].

Розрахунок геометричних розмірів емітерний області ведеться наступним чином. Довжина емітерний області розраховується за формулою

le = 3dmin + Δ, (2.1)

де

dmin-мінімальний геометричний розмір, забезпечуваний використовуваним методом літографії.

Далі визначаємо максимальна питома струм для довільного випадку за формулою

, (2.2)

де

Iemax-емітерний струм, перевищення якого викликає перехід до високого рівня інжекції;

β-максимальне значення коефіцієнта передачі струму;

. (2.3)

При ψ <1 робочої або "активної" є ліва частина емітера, найближча до базового контакту.

Після визначення геометричних розмірів емітерний області транзистора необхідно визначити повні геометричні розміри цього елемента. Для прикладу виберемо одну з конфігурацій транзистора (рис.2.1).

Знайдені вихідні дані le і be.

lb ≥ le + 4dmin + 2 Δ ФШ + Δ совм, (2.4)

bb ≥ be + 2dmin + 2 Δ ФШ + Δ совм, (2.5)

де

Δ совм-похибка при суміщенні фотошаблонів,

Δ ФШ-похибка при виготовленні фотошаблонів.

, (2.6)

, (2.7)

де

a-мінімальна відстань між краєм розділової дифузії і краєм дифузії n + - шару до колектора.

, (2.8)

, (2.9)

. (2.10)

Малюнок 2.1 - Топологічний креслення малопотужного npn транзистора

Розміри колектора визначаються як

, (2.11)

. (2.12)

За такою ж методикою розраховуються геометричні розміри таких елементів, як pnp транзистори і діоди на основі якого-небудь переходу транзистора.

Розраховані таким чином лінійні розміри транзистора з конкретною конфігурацією є мінімально можливим для даного типу технології і повинні бути враховані для конкретних параметрів і конкретних галузей застосування транзистора.

2.2 Розрахунок геометричних розмірів резисторів

Резистори біполярних мікросхем зазвичай виготовляються на основі окремих дифузійних шарів транзисторної структури або з полікремнію.

Вихідними даними при проектуванні резисторів є: номінал - R, поверхневий опір шару, на якому він виготовляється - RS, потужність розсіювання - P; похибка номіналу - YR, температурний діапазон роботи - Δ T, bmin, похибки виготовлення - ; Питома потужність розсіювання - P0 і т.д [3].

У діапазоні номіналів від 100 Ом до 50 кОм резистори виготовляють на основі базового шару мікросхеми. Його звичайні параметри:

Розрахунок починаємо з визначення коефіцієнта форми:

. (2.13)

Якщо Кф> 1, то розрахунок починаємо з розрахунку b

Якщо Кф <1, то розрахунок починаємо з розрахунку l

Якщо R = 50 ... 1000 Ом, тоді резистори робляться прямокутної форми.Еслі R> 1 ... 2 кОм, то рекомендується виготовляти резистор складної форми з будь-яким числом вигинів і будь-якою довжиною прямокутних ділянок.

, (2.14)

де

-Мінімальна ширина резистора, що забезпечує необхідну рассеиваемую потужність;

-Мінімальна ефективна ширина резистора, що забезпечує задану точність виготовлення.

, (2.15)

, (2.16)

, (2.17)

де

YКф-відносна похибка виготовлення резисторів;

YR-відносна похибка номіналу;

YRs-відносна похибка поверхневого опору;

-Відносна похибка зміни номіналу при зміні температури.

Потім знаючи bрасч і Кф визначаємо Lрасч,

Lрасч = Кф ∙ bрасч. (2.18)

Розрахувавши попередню довжину і ширину резистора необхідно перевірити співвідношення:

-Для резистора прямокутної форми

, (2.19)

де

k-коефіцієнт пріконтактной області. (Визначається за таблицями, графіками і монограма.)

-Для резистора складної форми

, (2.20)

де

n-число прямокутних ділянок;

(N-1)-число вигинів;

0,55-коефіцієнт, що враховує один згин.

При цьому слід пам'ятати, що bрасч це ефективна, а не топологічна ширина резистора.

, (2.21)

де

bрасч-топологічна ширина резистора (ширина на шаблонів);

-Розповзання дифузії в бічну область при дифузії.

. (2.22)

3 Розробка бібліотеки елементів широкосмугового підсилювача

Принципова електрична схема генератор представлена ​​у додатку. Вона складається з 35 елементів, з них: 14 npn транзистора, 8 pnp транзисторів, 6 резисторів і 7 планарних транзисторів з інжекційним харчуванням (И2Л - логіка). Таким чином, для створення бібліотеки елементів цифра - аналогового перетворювача необхідно розрахувати геометричні розміри 1 npn транзистора, 1 pnp транзисторів і резистора.

3.1 Розрахунок геометричних розмірів біполярного npn транзистора

Розрахунок геометричних розмірів npn транзистора проводиться відповідно до методики наведеною в пункті 2.1., Отже, всі розрахунок проводяться виходячи з розмірів області емітера. Розрахунок області емітера виробляємо виходячи з мінімального геометричного розміру досяжного використовуваним методом літографії (за технологічними нормами ВАТ «Орбіта» - dmin = 6 мкм, Δ ФШ = 0,5, Δ совм. = 0,5), співвідношення 2.1, і по максимальному емітерного току (співвідношення 2.2). Але так як ми не маємо вихідних даних для розрахунку за цими формулами то, розмір емітерний області можна провести за емпіричною формулою, отриманою дослідним шляхом.

I еmах = 0,16 ПЕФ, (3.1)

де

Iеmах-емітерний струм, перевищення якого викликає перехід до високого рівня інжекції;

ПЕФ-ефективний периметр емітера.

Максимальний емітерний струм для транзисторів використовуються у схемі широкосмугового підсилювача наведено в таблиці 1. Типове значення емітерного струму - Iеmах = 4 мА, тобто підставляючи дане значення струму у співвідношення 3.1 можна визначити ефективний периметр емітера:

Пефф = = 16 мкм

При роботі транзистора фактично інжектується тільки та частина емітера, яка ближче до базового контакту. Тоді розрахунковий розмір емітера виберемо рівним 16 мкм. Таким чином, емітер транзистора буде мати квадратну форму зі стороною

bе = lе = 3 dmin - Δ = 14 мкм.

Вікна до емітерний області виберемо рівним мінімального розміру вікна в оксиді dmin = bек = lек = 6 мкм.

Як було відмічено вище, похибка суміщення фотошаблонів і похибка при виготовленні фотошаблона рівні Δ совм = Δ ФШ = 0,5 мкм, мінімальний розмір вікна в оксиді dmin = 6 мкм.

Всі інші геометричні розміри транзистора розраховуються за формулами, наведеними в пункті 2.

Довжина області бази розраховується за формулою 2.4

LБ ≥ 14 + 4 · 6 + 2 ∙ 0,5 + 0,5 = 39,5 мкм.

Приймемо LБ = 40 мкм.

Ширина області бази розраховується за формулою 2.5

bб ≥ 14 + 2 · 6 + 2 ∙ 0,5 + 0,5 = 27,5 мкм.

Приймемо bб = 28 мкм.

Довжина вікна контакту до базової області дорівнює мінімальному розміру вікна в оксиді lбк = dmin = 6 мкм, ширина

bбк ≤ bб - 2dmin + 2 Δ ФШ + Δ совм = 28 - 12 + 1 + 0,5 = 15,5 мкм.

Приймемо bбк = 14 мкм.

a ≥ hес + xjкб +2 Δ ФШ + Δ совм = 8 + 2,5 + 1 + 0,5 = 12 мкм,

з hес + xjеб +2 Δ ФШ + Δ совм = 8 + 1,7 + 1 + 0,5 = 11,2 мкм.

Приймемо з = 12 мкм.

f xiкб + xjеб +2 Δ ФШ + Δ совм = 2,5 + 1,7 + 1 + 0,5 = 5,7 мкм.

Приймемо f = 6 мкм.

= 28 + 24 + 1 + 0,5 = 53,5 мкм.

Приймемо Bк = 54 мкм.

Геометричні розміри подконтактной області колектора розраховуються за формулами

= 18 + 1 + 0,5 = 19,5 мкм.

Приймемо lкк = 18 мкм.

= 54 - 24 + 1 + 0,5 = 31,5 мкм.

Приймемо bкк = 30 мкм.

= 40 + 18 + 12 + 12 + 6 + 1 +0,5 =

= 89,5 мкм,

Приймемо lк = 90 мкм.

3.2 Розрахунок геометричних розмірів дифузійного резистора

У схемі широкосмугового підсилювача (Додаток А) є 9 резисторів з розкидом номіналів від 700 Ом до 5,4 кОм і різною потужністю розсіювання. Найбільшого поширення набули дифузійні резистори на основі базової дифузії.

Так як всі резистори виконані на одному шарі, то немає необхідності приводити детальні розрахунки кожного резистора. Для прикладу, розрахуємо резистор R1 і проведемо розрахунок його геометричних розмірів за методикою описаної в пункті 2.2, при Rs = 250 Ом / □.

Розрахунок починаємо з визначення коефіцієнта форми:

Так як Кф> 1, то розрахунок починаємо з розрахунку ширини резистора - b.

, (2.14)

де

-Мінімальна ширина резистора, що забезпечує необхідну рассеиваемую потужність;

-Мінімальна ефективна ширина резистора, що забезпечує задану точність виготовлення.

Мінімальна ефективна ширина дифузійного резистора bmin = dmin = 6 мкм.

Зі співвідношення 2.15 визначаємо . Значення розсіюваною резистором потужності та номінал наведено в табличних даних завдання на курсовий проект, типове значення допустимої потужності розсіювання резистором - P0 ≈ 5 Вт/мм2.

= 3,45 мкм

;

.

де

YR = 20%-відносна похибка номіналу;

YRs = 5 - 10%-відносна похибка поверхневого опору (приймемо YRs = 10%);

-Відносна похибка зміни номіналу при зміні температури. Температурний коефіцієнт опору базового резистора - α T = 0,002 Ом ∙ К-1.

∙ 100% = 29%

= 20 - 10 - 29 = 20%

= 1,1 мкм

Приймемо ефективну ширину резистора - bрасч. = 6 мкм.

Lрасч = Кф ∙ bрасч = 16,8 ∙ 6 = 100,8 мкм.

Приймемо Lрасч. = 101мкм.

За формулою (2.20) проведемо перевірку номіналу резистора виходячи з розрахункових значень довжини і ширини резистора.

R1 = 250 ∙ [(95 / 6) + (4-1) ∙ 0,55] = 18,6 ∙ 250 = 4,3 кОм

Аналогічним чином проводитися розрахунок для інших резисторів.

.

Мінімальна ефективна ширина дифузійного резистора bmin = dmin = 6 мкм.

= 44,7 мкм

;

.

де

YR = 15%;

YRs = 10%

30%

= 15 - 10 - 30 = 25%

= 7 мкм

Приймемо ефективну ширину резистора - bрасч. = 45 мкм.

Lрасч = Кф ∙ bрасч = 0,4 ∙ 45 = 18 мкм.

Приймемо Lрасч. = 18 мкм.

За формулою (2.20) проведемо перевірку номіналу резистора виходячи з розрахункових значень довжини і ширини резистора.

R3 = 250 ∙ (18/45) = 100 Ом

Інші резистори розраховуються аналогічним чином.

4 Основні правила проектування топології ІМС

Головна вимога при розробці топології - максимальна щільність упаковки елементів при мінімальній кількості перетинів межелементних сполук. При цьому забезпечується оптимальне використання площі кристала при виконанні всіх конструктивних і технологічних вимог і обмежень. Вихідними даними при розробці топології є принципова електрична схема, технологічні та конструктивні вимоги і обмеження.

При розробці топології ІМС дотримувалися наступних основних правил проектування топології напівпровідникових ІМС з ізоляцією pn-переходом [1]:

1). Для обліку впливу дифузії домішки під маскує оксид, растравліванія оксиду, помилок фотолітографії при складанні топологічної схеми всі елементи схем, крім контактних майданчиків, рекомендується розміщувати на відстані від щілини під розділову дифузію, рівному подвоєній товщині епітаксійного шару.

2). До ізолюючим pn-переходах завжди повинен бути доданий напруга зворотного зсуву, що практично здійснюється підключенням підкладки p-типу, або області розділової дифузії p-типу, до точки схеми з найбільш негативним потенціалом. При цьому зворотна напруга, прикладена до ізолюючим pn - переходу, не повинно перевищувати напруги пробою.

3). При розміщенні елементом мікросхем та виконанні зазорів між ними необхідно строго виконувати обмеження, що відповідають типовим технологічним процесом.

4). Резистори, які формуються на основі базового дифузійного шару, можна розташовувати в одній ізольованій області, яка підключається до самого позитивного потенціалу схеми, тобто до колекторному джерела живлення.

5). Резистори на основі емітерного і колекторного шарів слід розташовувати в окремих ізольованих областях.

6). Реальна форма резисторів, крім ширини смужки, не є критичною. Резистори можуть бути прямими, зігнутими або мати будь-яку іншу форму, проте у всіх випадках відношення довжини резистора до його ширини повинне бути узгоджене з питомим опором вихідного дифузійного шару та забезпечено отриманням заданого номіналу. Високоомні резистори слід виконувати у вигляді паралельних смужок з перемичками між ними. Номінальний опір резистора в цьому випадку буде витримано більш точно, ніж при зігнутому резисторі.

7). Для зменшення місць локального нагріву резистори з великою розсіюваною потужністю не слід розташовувати поблизу активних елементів, а рекомендується виносити з на край кристала.

8). Резистори, у яких потрібно точно витримати ставлення номіналів, повинні мати однакову ширину і конфігурацію і розташовуватися поруч один з одним. Це правило відноситься і до інших елементів мікросхем, для яких потрібно забезпечити узгодження характеристик, тобто їх топології повинні бути однакові, а взаємне розташування - як можна більш близьким.

9). Будь-дифузійний резистор може перетинатися проводить доріжкою, так як проведення металевого провідника по шару двоокису кремнію, що покриває резистор, не робить істотного шкідливого впливу.

10). Форма і місце розташування конденсаторів не є критичними.

11). Для дифузійних конденсаторів потрібні окремі ізольовані області. Виняток становлять випадки, коли один з висновків конденсатора є спільним з іншого ізольованою областю.

12). Транзистори npn-типа, що працюють в режимі емітерного повторювача, можна розміщувати в одній ізольованій області разом з резисторами.

13). Всі колекторні області n-типу, що мають різні потенціали, повинні бути ізольовані.

14). Для кожного діода, що формується на основі переходу колектор-база, повинна бути передбачена окрема ізольована область. Діоди, що формуються на основі переходу емітер-база, можна розміщувати в одній ізольованій області.

15). Для поліпшення розв'язки між колекторними ізольованими областями контакт до підкладки рекомендується виконувати в безпосередній близькості від потужного транзистора.

16). Для дифузійних областей потрібні окремі ізольовані області.

17). Для зменшення паразитної ємності між контактними майданчиками і підкладкою під кожною з них рекомендується створювати ізольовану область. У цьому випадку місткість між контактної майданчиком і підкладкою виявляється включеною послідовно з ємністю ізолюючого переходу і, отже, результуюча паразитна ємність зменшується.

18). Сполуки, що використовуються для введення харчування та заземлення, слід виконувати у вигляді коротких широких смужок, що забезпечує зменшення паразитних опорів.

19). Число зовнішніх висновків у схемі, а також порядок розташування та позначення контактних майданчиків висновків мікросхем на кристалі повинні відповідати висновків корпусу.

20). Комутація елементів мікросхем повинна мати мінімальну кількість перетинів. Якщо повністю уникнути перетинів не вдається, їх можна здійснити, використовуючи обкладки конденсаторів, формуючи додаткові контакти до колекторним областям транзисторів, застосовуючи дифузійні перемички і створюючи додаткові шари ізоляції між пересічними провідниками. При розробці топологічної схеми необхідно прагнути до отримання мінімально можливої ​​довжини міжелектродних сполук.

21). Коли наявність паразитних ємностей не істотно, резистори можуть бути розміщені в тих же ізольованих областях, що і транзистори. При цьому не має значення, чи повинні вони з'єднуватися між собою. Відстань між резисторами повинно бути не менше 10 мкм. Колектор транзистора і резистор повинні розташовуватися на відстані не менше 12 мкм.

22). Відстань між дифузійної базової областю і контактом колектора може бути збільшена, щоб провести одну або дві металеві доріжки між контактами колектора і бази. Це можна зробити, так як колекторний струм головним чином протікає від бази через прихований шар до колекторному контакту. Однак чим більше відстань між базою і колектором, тим більше паразитне опір і паразитна ємність колектора. Металевий провідник не може бути розміщений між контактами бази і емітера за рахунок подовження дифузійного базового шару.

23). Найбільш важливим правилом при розробці топології є мінімізація площі, займаної мікросхемою. Це дозволяє збільшити число мікросхем, виготовлених на пластині з заданим діаметром. Крім того, необхідно врахувати, що вірогідність випадкових дефектів у напівпровідниковому кристалі зростає із збільшенням площі. Розміри мікросхем залежать від числа ізолюючих областей та їх майданчики, а також від сумарної площі сполучної металізації, включаючи площу, займану контактними майданчиками.

4.1 Проектування топології ІМС широкосмугового підсилювача

Вихідними даними є принципова електрична схема (Додаток А) геометричні розміри елементів. На цьому етапі вирішуються такі питання, як визначення необхідного числа ізольованих областей, мінімізація можливого числа перетинів комутаційних шин елементів і довжини шин.

Всі транзистори даної ІМС виконані за стандартною конфігурації рис.1.2.

Транзистори VT3, VT5 виконують роль диференціального підсилювача навантаженого активним навантаженням виконаної на транзисторах VT2, VT4 і резистори R2, R4. Діоди D1, D2 включені послідовно задають напруга зсуву на базі транзисторів. Транзистори VT1, VT7 включені по схемі з загальним емітером забезпечують великий вхідний опір даної схеми. Кінцевий каскад виконаний на транзисторах VT8, VT9 і резисторах R6 - R9.

Резистори R1 - R5, R6, R8 - R9 володіють досить великим номіналом, отже, мають складну форму, тобто виконані у вигляді меандру. Резистори поміщені в два ізолюючих кишені, і підключається до найвищого потенціалу схеми, тобто до колекторному джерела живлення.

При проектуванні топології підсилювача використовувалося один шар металізації.

Для зменшення паразитної ємності між контактними майданчиками і підкладкою під кожною з них створена ізольована область.

Топологічний креслення принципової схеми наведений у Додатку Б.

Висновок

На основі вихідних даних наведених у завданні була розроблена бібліотека елементів і розраховані геометричні розміри елементів. На основі розрахованих елементів був розроблений ескіз топології ІМС широкосмугового підсилювача.

Список використаних джерел

1.Матсон Е.А., Крижанівський Д.В. Довідковий посібник з конструювання мікросхем Мн.: Вищ. шк. 1982

2.Конструірованіе і технологія мікросхем. Курсове проектування: Учеб. посібник для вузів. Коледов Л.А., Волков В.А., Докучаєв М.М. та ін; Під ред. Л.А. Коледлва.-М.: Вищ. шк., 1984. 231с., Іл.

3.Березін А.С., Мочалкіна О.В. Технологія та конструювання інтегральних схем М. Радіо і зв'язок 1983 р

4.Курносов. А. І., Юдін В. В. Технологія виробництва напівпровідникових та інтегральних мікросхем - М.: Вища школа, 1986 р. - 368 с.

Додаток А