Реферати українською » Радиоэлектроника » Сверхбольшие інтегральні схеми


Реферат Сверхбольшие інтегральні схеми

Страница 1 из 4 | Следующая страница

Зміст

 

1. ЗАПРОВАДЖЕННЯ ……………………………..…………………………………….2

2. n-МОП СБИС ТЕХНОЛОГІЯ…………………………………………… .4

           2.1Основы технології виробництва n-МОПСБИС……………………4

           2.2Этапы технологічного процесу….………………………………. 5

3. СБИС ПРОГРАММИРУЕМОЙ ЛОГІКИ (ПЛ.)………………………  .7

4. МИКРОПРОЦЕССОРЫ……………………………………………………12

5. МАТРИЧНЫЕ МИКРОПРОЦЕССОРЫ ………...……………………. .17

5.1 Матричные микропроцессоры………………………..……………...17

5.2 Транзисторные матрицы………………………………..…………….17

5.3 Матричные процессоры…………………………………..…………..20

5.4 Автоматизація проектування

цифрових СБИС з урахуванням матриць Вайнбергера і транзисторних

матриц………………………………………………………………….…..21

6. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СБИС  ………….26

6.1 Основні типи БМК………………………..…………………….….28

6.2 Реалізація логічних елементів на БМК…..………………….….30

6.3 Системи автоматизованого проектування матричних біс, завдання проектирования……………………………………...31

6.4 Основні етапи проектирования…………………..………………..33

7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………... ...35

8. СПИСОК ИСПЛЬЗУЕМОЙ ЛІТЕРАТУРИ……………………………37              

1. ЗАПРОВАДЖЕННЯ

З часу появи перших напівпровідникових мікросхем (початок 1960-х років) мікроелектроніка пройшла цей шлях від найпростіших логічних елементів до складних цифрових пристроїв, які виробляються одному напівпровідниковому монокристалле площею близько 1 див2. Для позначення мікросхем зі ступенем інтеграції вище 104 елементів на кристалі наприкінці 1970-х років з'явився термін "надвеликі інтегральні схеми" (СБИС). Вже за кілька років розвиток цих мікросхем стало генеральним напрямом у мікроелектроніці.

На початку розвитку електронна промисловість являла собою галузь техніки, повністю засновану на операціях складання, і дозволяла реалізувати дуже складний функції шляхом поєднання безлічі елементів щодо одного виробі. У цьому значної частини приросту вартості виробів пов'язана з процесом складання. Основними етапами цього процесу були етапи проектування, виконання та сполук між електронними компонентами. Функції й розміри пристроїв, які можуть реалізуватися практично, обмежувалися кількістю використовувані компонентів, їх фізичними розмірами і надійністю.

Історично склалося так отже спочатку увагу до ІВ залучили такі їх особливості, немов малі розміри і безліч, та був розвиток техніки ІВ, що дозволяє скомпонувати лежить на поверхні кристала значну кількість елементів, включаючи між сполуки, поступово призвело до можливість створення СБИС. Т.о. можна було як "підвищення економічності" електронних схем, а й поліпшення їх характеристик з одночасним підвищенням надійності. Розвиток техніки і технології СБИС зумовило дуже серйозні зобов'язання в специфіці електронній промисловості для, що полягає у "вдосконаленні процесу виготовлення ІС та методів їх проектування. Типовим чинником першої групи є вдосконалення мікро технології. Зменшення розмірів напівпровідникових приладів дозволяє одночасно домогтися як поліпшення характеристик ІВ, формально визначених законом пропорційності розмірів, і поліпшення економічних (потребує матеріальних та енергетичних) показників, що з зменшенням площі кристала.

Історично першим полупроводниковым матеріалом, використаним на ранніх стадіях розробки напівпровідникових приладів, був германій. Удосконалення германієвої технології прискорило створення низки приладів, включаючи германиевые точкові і сплавні транзистори. Проте невдовзі германій замінили кремнієм, які мають такою важливою властивістю, як отримання в окислительной середовищі тонкого, міцного і влагонепроницаемого диэлектрического шару аморфною двоокису кремнію (SiO2).

У 60-ті роки найбільшого поширення отримали ІВ з урахуванням біполярних транзисторів. Починаючи з 1975 р. над ринком превалюють цифрові ІВ з урахуванням МОП-структур. Переваги ІВ з урахуванням МОП-структур:

Миниатюризация.

Низька споживання потужності.

Високий відсоток виходу.

Високе швидкодія.

Високий рівень технологічності.

У технології СБИС ступінь інтеграції перевищує 215 елементів на кристал. Рівень мініатюризації, який використали під час виробництва процесора Intel Pentium в 1993 року, становив 0,8 мкм, нині використовують транзистори із довжиною каналу 0,18 мкм, а перспективі - розробка пристроїв із довжиною каналу в 0,13 мкм, що у щільну наближається до межі фізичних обмежень працювати що така транзисторів.

Технологія створення й отримання надвеликих інтегральних схем з мінімальними розмірами у стані глибокої субмикронной області (0,25- 0,5 мкм до 2000 року) і наноелектроніка (напівпровідникові прилади з розмірами робочих областей до 100 нм до 2010 року) включають такі основні напрями:

технологію надвеликих кремнієвих схем з мінімальними розмірами у глибокій субмикронной області;

технологію надшвидкісних гетеропереходных приладів та інтегральних схем з урахуванням арсеніду галію, германію кремній та інших сполук;

технологію отримання нанорозмірних приладів, включаючи нанолитографию.

При цих напрямів передбачається створення надчистих монокристаллических напівпровідникових матеріалів і технологічних реагентів, включаючи гази і рідини; забезпечення понад чистих виробничих умов (за класом 0,1 і від) в зонах обробітку грунту і транспорту пластин; розробка технологічних операцій та створення комплексу устаткування нових фізичних принципах, зокрема кластерного типу, з автоматизованим контролем процесів, які забезпечують задану прецизионность обробітку грунту і низький рівень забруднення, і навіть високу продуктивність процесів і відтворюваність результатів, якість і надійність електронних елементів.

Технологія надвеликих інтегральних схем забезпечує розробку й промислове освоєння випуску широкої номенклатури інтегральних схем, складових елементну базу високопродуктивних ЕОМ, спеціалізованої і побутової радіоелектронної апаратури, засобів зв'язку й телекомунікацій, зокрема космічного базування. За такої технології можливі мінімальні робочі розміри становлять 0,1-0,5 мкм і менше (до70 нм до 2010 року), досягаються висока продуктивність з допомогою використання пластин великого діаметра (200 і більше мм) та повної автоматизації процесів, вагомий відсоток виходу придатних електронних приладів та висока окупність вкладених у виробництво коштів.

Кремниевая технологія є основою для створення елементної бази радіоелектроніки, обчислювальної техніки і коштів автоматизації та зв'язку широко він. Технологія гетеропереходных інтегральних схем завдяки високому швидкодії цих приладів орієнтована на спеціалізовані надшвидкісні застосування, включаючи космічну техніку, елементну базу суперкомп'ютерів, техніку зв'язку й телекомунікацій, і навіть спеціальну апаратуру оборонного призначення.

Нанотехнологія стане промислової приблизно починаючи з 2010 року, що відкриє перспективу створення принципово нової генерації приладів та інтегральних схем на нових фізичних ефекти й призведе надалі вдаватися до корінним перетворенням у багатьох областях діяльності, насамперед - у науці, освіті, управлінні виробництвом, зокрема під час створення мікро роботів, персональних зв'язку, глобальних телекомунікацій, обчислювальних пристроїв на нейромережних принципах.

2. n-МОП СБИС ТЕХНОЛОГІЯ

2.1 Основи технології виробництва n-МОП СБИС

Транзистор з урахуванням структури метал - діелектрик - напівпровідник (МОП) одна із найширше використовуваних елементів СБИС. Перший транзистор, працюючий на ефект поля, було продемонстровано в 1960 року. Спочатку польові транзистори з двоокисом кремнію як подзатворного диэлектрика формувалися на підкладці n- типу провідності. Потім через більшої рухливості електронів, ніж в дірок для формування надвеликих швидкодіючих інтегральних схем використовують n- канальні транзистори, формовані на p- підкладці.

Розглянемо основні технологічні етапи виробництва n-МОП СБИС з прикладу створення логічного вентиля И-НЕ з цими двома входами.

Принципова схема вентиля (инвертора) приведено малюнку.

Схема складається з послідовно з'єднаних двох транзисторів, що працюють у режимі збагачення (нормально закритих) і самого транзистора, працював у режимі збідніння (нормально відкритий). Усі транзистори розташовуються між шиною джерела харчування Vdd і заземляющей шиною Vss. Затворы у перших двох транзисторів служать входами схеми, а затвор третього транзистора, з'єднаний з джерелом другого, є виходом инвертора.

Нормально відкритий транзистор є джерелом струму обох інших. Выходное напруга має низька значення (логічний нуль) в тому разі, коли обидва перших транзистора відкриті, тобто. з їхньої затвори подано високий потенціал - логічна одиниця.

Подложка. Як підкладки вибирають кремній p- типу провідності легований бором КДБ (100) з концентрацією домішки 1015 - 1016див-3. Вибір таку концентрацію обумовлений кількома причинами. З одного боку зменшення домішки призводить до зниження чутливості порогового напруги до напрузі усунення підкладці і поступового зменшення ємності p-n переходів, наводячи до підвищення швидкодії транзистора. З іншого боку зростає концентрація неосновних носіїв, викликають зростання струму витоку через назад усунутий p-n перехід, що може спричинити до зіткненню областей просторового заряду стоку - та джерела транзистора (прокол). Однією з варіантів розв'язання цього протиріччя є вирощування слаболегированных епітаксійних кремнієвих верств на сильнолегированной підкладці, має малу концентрацію неосновних носіїв.

Орієнтація кремнієвої підкладки (100) має перевагу проти (111), що полягає з вищої рухливості електронів, зумовленої низькою щільністю поверхневих станів за українсько-словацьким кордоном кремний-диэлектрик.

2.2 Етапи технологічного процесу.

1 етап.

Ионная імплантація бору до створення ізоляції між транзисторами з допомогою p-n переходів.

Поверхню кремнієвої підкладки наносяться проміжний шар термічної двоокису кремнію і шар нітриду кремнію, грає роль маски при наступному локальному окислюванні кремнію. Далі з допомогою процесу літографії лежить на поверхні вытравливаются вікна, у яких здійснюється іонна імплантація бору. Іноді імплантацію здійснюють через шар окисла зменшення концентрації домішки в підкладці і глибини її проникнення.

2 етап.

Аналізуючи цей етап проводяться такі технологічні операції:

- локальне окислювання кремнію (ЛОКОС процес);

- формування подзатворного окисла (після видалення проміжних  

  верств двоокису і нітриду кремнію);          

- імплантація бору для регулювання порогового напруги нормально

       закритих транзисторів; -

- формування вікна під прихований контакт.

3 етап.

На цьому етапі проводиться іонна імплантація миш'яку на формування каналу нормально відкритого транзистора. Використання миш'яку замість фосфору зумовлено меншою його завглибшки напівпровідникову підкладку.

4 етап.

Проводиться нанесення поликристаллического кремнію з його наступним легированием миш'яком. Поликремний виконує роль майбутніх затворів, запобігає p- канали від подальшої перекомпенсации акцепторной домішки миш'яком і є матеріалом на подальше сполуки стоку - та затвора нормально відкритого транзистора. Аналізуючи цей етап досягається самосовмещение стоків, витоків і затворів.

5 етап.

Заключний етап формування схеми. Нею здійснюються:
- літографія під металлизацию до стокам і витоків транзисторів
- нанесення фосфор силікатного скла (ФСС). ФСС запобігає дифузію іонів натрію, згладжує рельєф поверхні, виробляє додаткову активацію домішки.
- формується пассивирующий діелектричний шар (окисел чи плазмохимический нітрид кремнію)

3. СБИС запрограмованої логіки (ПЛ.)

 

Вітчизняним виробникам електронної техніки важко конкурувати із зарубіжними фірмами у сфері виробництва товарів широкого споживання. Однак у області розробки і створення складної наукомісткої продукції Росії збереглися умови, кадри, науковий доробок. Велика кількість підприємств та шкільних установ здатне розробляти унікальні електронні устрою. Высокотехнологичным "сировиною" для таких розробок у галузі цифровий електроніки служать легко доступні ринку електронні компоненти: мікропроцесори, контролери, СБИС пам'яті та інших. - усе, що дозволяє виконувати завдання спеціальної обробки сигналів і обчислень програмним шляхом (із притаманними програмної реалізації достоїнствами й недоліками). Микропроцессорная техніка що й міцно укоренилася у вітчизняні розробки. Однак у останні роки виник нова елементна база - СБИС запрограмованої логіки (programmable logic device - PLD), яка, вдало доповнюючи і замінюючи мікропроцесорні кошти, найближчими роками стане "настільним матеріалом" для розробників. СБИС ПЛ виявляються поза конкуренцією в західних областях, де потрібно створення високопродуктивних спеціалізованих пристроїв, орієнтованих апаратну реалізацію. Аппаратное вирішення завдань забезпечує розпаралелювання процесу обробітку грунту і збільшує продуктивність вдесятеро проти програмним рішенням, а використання СБИС ПЛ, на відміну спеціалізованих СБИС, забезпечує ті ж самі гнучкість реалізації, як в будь-яких програмних рішень. Останніми роками динаміка розвитку та виробництва СБИС ПЛ. поступається лише мікросхемах пам'яті і перевищує 50% на рік.

СБИС ПЛ є полузаказную СБИС і включають реалізовані на кристалі універсальні настроювані користувачем функціональні перетворювачі і программируемые зв'язок між цими перетворювачами. У порівняні з базовими матричними кристалами (БМК) використання СБИС ПЛ забезпечує більш короткий цикл розробки, економічний виграш при мелкосерийном (за кілька тисяч виробів) виробництві й можливість змін - у проект будь-якою етапі розробки. Заказную СБИС чи БМК розроблять для Вашого унікального проекту кілька місяців. Але тільки на СБИС ПЛ Ви запрограммируете його самі за найкоротший термін і з мінімальними витратами. Розробник спеціалізованого цифрового устрою, використовуючи кошти САПР СБИС ПЛ, звичайній йому формі (схеми, текстове опис) задає необхідну будова та отримує програмуючий СБИС ПЛ файл, що використовується при програмуванні на программаторе чи на платі. Програмування залежить від завданні потрібних властивостей функціональним перетворювачів та встановленні необхідних перетинів поміж ними. Программируемые елементи - електронні ключі. Такий цикл проектирования/изготовления займає незначне час, зміни можуть вноситися про всяк стадії розробки за лічені хвилини, а впровадження нових засобів проектування на початковому етапі знають мало вимагає матеріальних витрат.

Виробники, архітектура й можливості що у час типів СБИС ПЛ різноманітні. Систематизация мікросхем гнучкою логіки виробляється зазвичай за такими класифікаційним ознаками:

ступінь інтеграції (логічна ємність);

архітектура функціонального перетворювача;

організація внутрішньої структури СБИС і структури матриці сполук функціональних перетворювачів;

тип використовуваного программируемого елемента;

наявність внутрішньої оперативної пам'яті.

Ступінь інтеграції (логічна ємність) - найважливіша характеристика СБИС ПЛ, через яку здійснюється вибір. Виробники СБИС ПЛ стоять на передових рубежах електронної технології (поточна робоча проектна норма становить 0,25 мкм), і кількість транзисторів в СБИС ПЛ великий ємкості мільйони. Що внаслідок надмірності структур, які включають велика кількість комутувальних транзисторів, логічний ємність вимірюють в еквівалентних логічних вентилях типу 2И-НЕ (2ИЛИ-НЕ), які довелося б для реалізації пристроїв тієї самі складнощі, що й відповідних СБИС.

 Основні виробники СБИС ПЛ - фірми Altera (34% світового обсягу продажу), Xilinx (33%), Actel (9%). Максимальна логічна ємність досягнуто нині в СБИС ПЛ, випущених фірмою Altera (сімейства FLEX10K), і як 250000 логічних вентилів, а до кінця 1998 р. досягне 1 мільйона (кількісні дані наведено за станом 01.06.98 р.).

Функциональные перетворювачі СБИС ПЛ містять у собі настроювані кошти реалізації логічних функцій і тригер (тобто. є простим кінцевим автоматом). Найчастіше логічні функції реалізуються як суми логічних творів (sum of product) або на шестнадцатибитных ПЗУ (таблиці перекодування). СБИС ПЛ з функціональними перетворювачами з урахуванням сум термов, дозволяють простіше реалізовувати складні логічні функції, але в базі таблиць перекодування створювати насичені триггерами устрою.

Організація внутрішньої структури СБИС і структури матриці сполук функціональних перетворювачів - основний відмітний ознака різних СБИС ПЛ. На рис.3 показано поділ найпопулярніших СБИС ПЛ за цими ознаками.

Більшість фірм випускає

Страница 1 из 4 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація