1.8 Grundlagen der Digitaltechnik

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 Kaum zu realisieren sind: − Spulen (Induktivitäten) − Transformatoren) − große Kapazitäten über ca. 10 pF − Relais und elektromechanische Komponenten Induktivität große Kapazitäten Elektromechanische Bauelemente Übertrager / Transformator 6 Große Widerstände, Präzisionswiderstände Abb. 8.9: In IC-Technologie nicht realisierbare Komponenten (Induktivitäten sind bedingt möglich) Zudem existiert für alle integrierten Bauelemente ein gemeinsamer Masse (GND)-Anschluß. Damit sind Entkopplungen problematisch. In den meisten Technologien sind auch entweder nur bipolare Transistoren oder nur MOS- Transistoren verfügbar. Mischtechnologien existieren aber. Diese Einschränkungen erscheinen für den Elektroniker, der Schaltungen auf dem "Brett" mit Komponenten aus der Schublade zu bauen gewohnt ist, schwerwiegend. Dem gegenüber stehen handfeste Vorteile: − geringe Kosten pro aktivem Bauelement (ein diskret aufgebauter Transistor kostet ca. 0,1 DM, eine Transistorfunktion in einem hochintegrierten IC ist für 10**-4 DM entsprechend 0,01 Pfg und weniger zu bekommen) − ICs haben im Vergleich zu diskreten Schaltungen eine mehrfach höhere Zuverlässigkeit und Lebensdauer − Gewicht, Platzbedarf und Leistungsverbrauch pro Transistorfunktion sind um Größenordnungen niedriger. Die Fertigung von ICs ist ein aufwendiger Prozeß, der bei modernen Technologien aus hunderten von Einzelschritten besteht, die wiederum detailliert aufeinander abgestimmt sein müssen. Damit sind ICs grundsätzlich kostengünstig nur bei Stückzahlen von Tausenden bis Millionen herstellbar. Einmal gefertigte ICs kann man, falls ein Entwurfsfehler vorliegt, kaum jemals reparieren. Sie verlangen also eine ganz neue Entwurfstechnologie (siehe Spezialvorlesung ab 6. Semester). Da das Innere von ICs von außen kaum zugänglich ist , kann man auch nur sehr beschränkt in der Schaltung messen und prüfen. Deshalb verlangen ICs eine eigene, sehr spezielle Test-Technologie (Spezialvorlesung in Vorbereitung).
Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 8.3 Die Silizium-Planartechnik Seit den 60er Jahren hat sich ein grundlegendes Fertigungsverfahren für integrierte Halbleiterschaltungen entwickelt, auf dem die gesamt Mikroelektronik beruht. Man nennt dies die "Planartechik". Sie ist gekennzeichnet dadurch, daß Halbleiter-Bauelemente massenweise gleichzeitig mit Hilfe fotomechanischer Abbildungsverfahren gefertigt werde. Das Ausgangsmaterial ist stets eine Scheibe einkristallinen, hochreinen, an den Oberflächen polierten Siliziums. Bei einer Dicke von ca. 0,7 mm hat ein solcher "Wafer" einen Durchmesser von bis zu ca. 30 cm. Das Grundmaterial ist, je nach Typ der zu fertigenden Schaltung, entweder schwach p- oder n-dotiert. Die verschiedenen Fertigungsschritte benutzen zumeist eine in etwa ähnliche Prozeßfolge. 1. Wafer (nicht maßstäblich) 2. Oxidation 3. Beschichtung mit Fotolack 4. Selektive Belichtung 5. Selektives Entfernen der der belichteten Lackstellen 6. Entfernen der Oxidschicht an den belichteten Stellen 7 7. Strippen der Lackreste 8. Selektive Dotierung der geöffneten Bereiche Abb. 8.10: Grundlegende Prozeßschritte der Silizium-Planartechnik Am Anfang der Prozeßfolge steht stets die Oxidierung der Silizium-Oberflächen. Das Oxid dient als Maskierungsschicht für eine Anzahl von Prozeßschritten, weil z. B. bei Behandlung der Oberfläche des Halbleiters mit einem Dotierstoff (z. B. PH3-Gas, Phosphin) der Dotierstoff in eine Silizium- Oberfläche wesentlich schneller eindiffundiert als in eine SiO2-Oberfläche. Effektiv geschieht die Diffusion ins SiO2 so langsam, daß eine solche Schicht das darunter liegende Silizium effektiv abschirmt. Bei einem Dotierungsprozeß, der in der Regel bei etwa 1000 Grad Celsius im sogenannten Diffusionsofen stattfindet, wird als der Dotierstoff zur Bildung p- oder n-leitender Bereiche gezielt an vorher "geöffneten" Stellen in den Halbleiter eingebracht. Das selektive Öffnen selbst erfordert einen mehrstufigen Prozeß: Im ersten Schritt wird die Silizium-Oberfläche durch Oxidation mit Sauerstoff der Wasserdampf (bei 1000 Grad C. im Ofen) oxidiert. Man unterscheidet dabei die Trockenoxidation, bei der sich langsam ein sehr homogenes, hochwertiges Oxid bildet (z. B. auch für Transistor-Gates geeignet) Danach erfolgt eine Abdeckung mit einem lichtempfindlichen Kunststoff, meistens als "Fotoresist" bezeichnet. Die Übertragung von Strukturmustern für z. B. zu diffundierende Bereiche geschieht nun mittels einer selektiven Belichtung der Oberfläche z. B. durch eine Maske hindurch. Eine Quarzlampe sendet UV-Strahlung aus, die von einer als Maske wirkenden teilweise geschwärzten Glasplatte nur an den zu belichtenden Stellen durchgelassen wird. In den meisten Fällen ist der Resist an den belichteten Stellen anschließend in einem Lösungsmittel leichter löslich als die unbelichteten Teile (Positivlack). Es gibt aber auch Resist-Sorten, die nur an den belichteten Stellen unlöslich werden. (Negativlack).
Seite 1 und 2: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 8. G
Seite 3 und 4: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 Anst
Seite 5: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 Gün
Seite 9 und 10: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 Wie
Seite 11 und 12: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 Im v
Seite 13 und 14: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 In d
Seite 15 und 16: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 Die
Seite 17 und 18: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 n-en
Seite 19 und 20: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 Abb.
Seite 21 und 22: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 schr
Seite 23 und 24: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 Für
Seite 25 und 26: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 EEPR
Seite 27 und 28: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 8.5.
Seite 29 und 30: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 Wäh
Seite 31 und 32: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 Trot
Seite 33 und 34: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 8.5.
Seite 35 und 36: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 In d
Seite 39 und 40: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 Typ
Seite 43 und 44: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 Date
Seite 45 und 46: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 Bei
Seite 47 und 48: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 Gate
Seite 49: Informatik V, Kap. 8, WS 98/99 Die

1.8 Grundlagen der Digitaltechnik

Erfolgreiche ePaper selbst erstellen

Template löschen?

Als Template speichern?