1. Objasniti važnost postupaka litografije u proizvodnji integrisanih kola i posebno pokazati etape u

njeogvom odvijanju.

Litografija predstavlja skup tehnoloških postupaka koji se koriste u toku pripreme uslova za prostorno -

selektivnu difuziju primesa u Si - pločicu. Obuhvata:

nanošenje rezista

postupke izrade i nanošenje zaštitnih maski na podlogu

ozračavanje kroz masku i onda ecovanje (nagrizanje)

Rezist je material osetljiv na datu vrstu zračenja, čija se rastvorljivost menja posle ozračenja. Postoji pozitivan i

negativan rezist. Kod pozitivnog rezista, nakon ozračavanja rasvorljivost se poveda. Kod negativnog se

rastvorljivost smanjuje. Zatim se preko ovog sloja rezista postavlja maska, sa precizno definisanim otvorima

ispod kojih rezist treba izložiti zračenju. Koje zračenje demo koristiti zavisi od toga kolika rezolucija nam je

potrebna. Najpreciznije je jonsko, pa elektronsko, rendgen i na kraju UV. Postoje dve vrste maski: maska u

kontaktu sa rezistom (bolja rezolucija, jednokratna upotreba) i maska razmaknuta od rezista (može da se

koristi više puta). Što se tiče nagrizanja rastvorljivog dela rezista može da bude hemijsko ili plazmom.

2. Kako se ostvaruje izolacija komponenti, smanjenje otpornosti polisilicijumskog gejta, podešavanje

napona praga i zaštita ulaza u CMOS tehnologiji?

Izolacija komponenti istog tipa unutar date jame se ostvaruje debelim slojem oksida - bočna izolacija - nema

vertikalne izolacije. Izolacija dva različita tipa tranzistora se ostvaruje razdvajanjem, udaljavanjem TR od ivica

jame (parazitni n-kanalni TR postoji između n+ sorsa i susedne n-jame a parazitni p-kanalni TR postoji između

p+ sorsa i p-jame). Tehnika koja i razdvaja bipolarne TR i poboljšava izolaciju MOS TR zasniva se na formiranju

rova (trenča) između dve jame. Smanjenje otpornosti poliSi gejta se postiže korišdenjem teško topljivih metala

(npr. Mo) ili polisida (tj. kompozitnih slojeva metalnih silicida i polisilicijuma). Izborom gejtovskog materijala i

nivoom dopiranosti kanala se podešava napon praga TR. Kontakt za gejt se pravi izvan aktivne površine

komponente da bi se sprečilo mogude oštedenje tankog oksida ispod gejta.

3. Dati električnu šemu i poprečne preseke za pojedine korake u realizaciji jednog invertora u NMOS

tehnologiji. Koji koraci NMOS tehnologije su najkriticniji? Šta je p-staklo i kakva je njegova uloga?

Invertor u NMOS tehnologiji nejčešde se izvodi u varijanti sa TR sa ugrađenim kanalom kao aktivnim

opteredenjem.

početna podloga je Si pločica p tipa (slabo dopirana 1015 cm-3) orijentacije

<100>

termičkim procesom narastanje oksidnog sloja po celoj površini pločice

nanošenje silicijum nitrida (Si3N4) cela površina

nanošenje fotorezista na celu površinu; njime određujemo aktivne površine

komponente (maskiramo)

implantacija bora; poboljšava izolaciju između tranzistora, tj. formiramo

zaustavni sloj kanala; implantacija se vrši kroz dva sloja (nitrid i oksid) (dobijamo p+)

nitrid koji nije prekriven fotorezistom se uklanja nagrizanjem (to su oblasti

iznad zaustavnih kanala)

zatim se pločica stavlja u oksidacionu ped, i na mestima gde nema nitrida narasta debeo sloj

oksida (FOX); u isto vreme se vrši i difuzija implantiranog bora

uklanjanje nitrida i oksida koji se nalaze preko aktivnih površina tranzistora

narastanje tankog sloja oksida na isto mesto

za NMOS sa indukovanim kanalom (donji) u oblast kanala (aktivna oblas) se implantiraju joni

bora da bi -povedali napon praga, a za TR sa ugrađenim kanalom implantiramo jone arsena da

bi se smanjio napon praga

nanošenje poli Si gejta koji je jako dopiran ili implantiran fosforom do slojne otpornosti od 20

do 30 oma po kvadratu (ova otpornost je ok za komponente sa dužinom gejta vedom od 3um, a

za one sa kradim moramo smanjiti slojnu otpornost na 1 om po kvadratu - to se postiže

korišdenjem teško topljivih metala, ili polisida)

formirani gejt služi kao maska za impalantaciju arsena za formiranje sorsa i drejna

(samopodešavajudi u odnosu na gejt-tako je smanjen efekat bočne difuzije)

preko cele pločice se nanosi P staklo koje se greje da bi se otopilo i da bi se dobila glatka

površina

litografijom se odrede mesta za kontakte sa metalom sa kojih treba nagrizanjem ukloniti staklo

nanošenje metalnog sloja od aluminijuma; kontakt za gejt van aktivne površine

*drugi fotolitografski proces obezbeđuje selektivnu implantaciju fosfora kojom se realizuje ugradjeni

kanal MOSFET-a sa ugradjenim kanalom; U ovom slučaju sam fotorezist se koristi da bi zaštitio oblast

kanala kod MOS tranzistora sa indukovanim kanalom (4); U slededim koracima uklanja se fotorezist i

površina se temeljito čisti da bi se pripremile pločice za narastanje oksida gejta. Kada je oksid gejta

narastao, tredi fotolitografski proces se primenjuje da bi se nagrizanjem realizovali otvori u oksidu gejta

(5), gde neposredno nakon toga deponovani sloj polisilicijuma treba da kontaktira silicijum (ovo je

kontakt izmedju gejta MOSFET-a sa ugradjenim kanalom, njegovog sorsa i drejna MOSFET-a sa

indukovanim kanalom); Deponovani polisilicijum (poliSi se nanosi na celu pločicu) se oblikuje četvrtim

fotolitografskim procesom i sa tim povezanim nagrizanjem polisilicijuma i oksida gejta

P staklo je fosfosilikatno staklo – SiO2 dopiran fosforom i predstavlja izolacionu oblast. Ostatak je dat

gore u tezama.

4. Skicirati CMOS invertor realizovan u SOI tehnologiji i dati prednosti ove realizacije u odnosu na

klasični CMOS. Obrazložiti potrebu za razvojem SOI tehnologije i dati redosled faza u SIMOX

postupku.

SOI strukture su se pojavile iz želje da se aktivan sloj odvoji od nepovoljnog uticaja Si podloge. Takođe,

prvenstvena motivacija za razvoj SOI tehnologije je bila njena izuzetna tolerancija tranzijentnih efekata

zračenja. SOI kola se sastoje od ostrva sa pojedinim komponentama koje su izolovane kako međusobno, tako i

od podloge koja se nalazi ispod njih. Rastojanje između komponenti je mnogo više podložno skradivanju kod

SOI nego kod masivnog Si (veda gustina pakovanja). Latch-up kao pojam ne postoji u SOI tehnologiji (pojava

aktiviranja parazitnih TR). U običnim SOI filmovima, oblasti sorsa i drejna se šire prema izolatoru, isamo

njihove bočne strane služe kao spojevi. Površina tekudeg vertikalnog spoja je mnogo manja nego kod masivnog

Si. Ova smanjenja površina uzrokuju bitno smanjenje parazitnih kapacitivnosti, a stoga i kašnjenja, kao i

smanjenja dinamičkih gubitaka snage. Osnovna prednost SOI je jednostavnija proizvodnja, unapređene

performanse, vedi broj čipova na pločici. Logičke greške su značajno umanjene u SOI. Manji broj maski,

kompaktnija struktura, bliža 1D školskom primeru, potencijalno vedi prinos i manja cena; 2 oksidan sloja:

ukopani (engl. buried oxide - BOX) Upr. elektrode (Gate oxide – GOX)

SOI waferi su skuplji od čistog (bulk) silicijskog wafera; manja površina pn spojeva → manja struja curenja →

manji Poff, rad u nestandardnim uslovima (povišena temeratura i zračenje)...

Među SOI tehnologijama, SIMOX se smatra za najnapredniju i onu koja najviše obedava kada su u pitajnu

CMOS kola velike gustine. SIMOX- tehnologija za formiranje ukopanog oksida (dobija se unutrašnjom

oksidacijom tokom duboke implantacije jona kiseonika u Si, a zatim je potrebno zagrevanje na visokim

temperaturama da bi se povratio kvalitet kristalne rešetke.) Koraci u SIMOX-u su:

implantacija kseonika u Si podlogu

formiranje SiO2 na površini pločice

sinteza sloja ukopanog oksida ispod tankog Si filma

dobijanje nehomogenog Si filma, zagrevanjem na relativno niskoj temperaturi

unapređena i jednostavna SOI struktura dobija se zagrevanje na visokoj temperaturi

5. Navesti i obrazloziti razloge uvođenja četiri nova postupka u proizvodnji NMOS kola u odnosu na

konvencionalna bipolarna kola.

FOX - P staklo je fosfosilikatno staklo – SiO2 dopiran fosforom i predstavlja bolju izolacionu oblast

(dodavanje P u staklo smanjuje pokretljivost Na jona u SiO2 i sprečava difuziju u Si - Na jona ima u

znoju, pa ljudi moraju da nose skafandere)

Korišdenje visokodopiranih Si-gejtova (poliSi), koji u tehnološkoj fazi izrade služe i kao maska za n+

oblasti, zbog čega nema preklapanja gejta sa n+-oblastima sorsova i drejnova, što umanjuje parazitne

kapacitivnosti i povedava brzinu rada ovih kola.

Korišdenje teških metala i polisida - smanjuje se slojna otpornost gejta (na 1 om po kvadrtu, to je

potrebno za FET-ove sa kratkim kanalom)

Jonskom implantacijom su dobijene n+ oblasti veoma oštrih profila. To omogudava vedi stepen

minijaturizacije unipolarnih kola u odnosu na bipolarna, ali im zato niži radni napon i struje smanjuju

brzinu pražnjenja parazitivnih kapacitivnosti i time brzinu rada i gornju graničnu radnu učestanost.

6. Dati uporedni prikaz CMOS, bipolarnih i BiCMOS proizvodnih faza. Prodiskutovati pojedine faze i

navesti moguda poboljšanja.

CMOS BiCMOS BIPOLARNI

ukopani sloj +

epitaksijalni

sloj

+

+ jama

+ izolacija +

+ podešavajudi

debeo sloj

+

dubok n+

kontakt

+

+ oksid gejta

+ poliSi

+ LDD otpornik

sopstvena

baza

+

+ p+ s/d spoljna

baza

+ n+ s/d emiter

+ kontakt +

+ metal1 +

+ metal2 +

+ pasivizacija +

Slabije dopirana pločica p-tipa se koristi kao početni materijal. n+ džep - n+ sloj ispod n jame-smanjuje

kolektorsku otpornost, i smanjuje podložnost na latch-up; prvo se na početnu pločicu p-tipa nanese oksid i

složeni nitridni slojevi a zatim se litografijom prave otvori za ukopani džep; ukopani džep se pravi od antimona,

on se usađuje kroz otvore i istovremeno se vrši narastanje debelog sloja oksida koji služi kao maska za ukopani

p-sloj (debeo oksid de narasti samo iznad džepa jer je ostatak zaštiden nitridom); ukopani p-sloj je

samopodešavajudi - njime je poboljšana gustina pakovanja BJT ali je veda kapacitivnost kolektora prema

podlozi; zatim se nanosi epitaksijalni sloj debljine 1-1,5um sa specifičnom otpornošdu od 15omcm - ne koristi

se epi sloj podešen prema potrebama BJT i PMOS elemenata ved se koriste 4 dodatne maske; formiraju se

jame, i to prvo n-jame koje su posle maska za p-jame (samopodešavajude); izolacija LOCOS-tipa radi izolacije

susedinih aktivnih oblasti (Local Oxidation of Silicon -lokalna oksidacija); visoka doza P se ugrađuje se u NPN

kolektorsku oblast radi smanjnja kolektorske otpornosti i radi sprečavanja elementa da uđe u saturaciju;

moguda poboljšanja u daljoj proizvodnji su korišdenje LLD MOSFET-ova (sa slabo dopiranim drejnom) i

korišdenje više slojeva metala za kontakte. Što se tiče dalje nekih poboljšanja, peformanse BJT mogu biti dalje

poboljšane zamenom difuzionog emitera sa poliSi emiterom (plidi emiter i uža baza); poboljšanje se može

postidi i korišdenjem silicida i na taj način su gejtovi, emiteri i difuzije silicidirane na samopodešavajudi način i

smanjene slojne otpornosti.

7. Koje su mogudnosti projektovanja integrisanih kola po narudžbi, kako se realizuju i gde se

primenjuju?

Hibridna kola se namenski proizvode, u malim serijama (100~1000 kom), prema zahtevima potrošača.

Hibrodna tehnologija kombinuje fleksibilnost dizajna i nisku cenu male serije dikretnih kola (slojnih kola), i

minijaturizaciju i pouzdanost monolitnih kola. Prema nameni hibridna kola se dele na analogna (pojačavači,

aktivni filtri, ispravljači-diskretne aktivne poluprovodničke komponente se posebno pakuju, pasivne takođe i

zatim se zajedno zalivaju u smolu ili plastiku radi zaštite), digitalna (logička procesorska kola, poluprovodničke

memorije-aktivna kola se smeštaju na podlogu slojnih kola ili štampane ploče, na kojima se realizuju provodne

trake, zatim se sve zaliva smolom ili smešta u metalno kudište).

8. Šta je pojava bočne difuzije u procesu izrade integrisanih kola? Kojom tehnikom dopiranja se može

izbedi? Za izabranu metodu skicirati aparaturu i objasniti proces dopiranja.

Bočna difuzija je negativni produkt difuzije koja nije sasvim vertikalna, ved postoji i njena bočna komponenta.

Bočna difuzija postavlja ograničenja na minijaturizaciju kola. Jedan od načina da se smanji bočna difuzija jeste

primena jonske implantacije primesa. Osnovni elementi ovog uređaja su: jonski izvor, analizator snopa,

akcelerator i elementi za fokusiranje jona na Si pločicu. Prilikom jonske implantacije koriste se maske

načinjene od tankog metalnog filma, ili od sloja oksida, mada se maske i ne moraju koristiti. Pogodnom

modulacijom jonskog snopa mogu se vršiti promene kako koncentracije tako i dubine implantiranih primesa

jona. Nedostatak ove metode je što je dubina implantacije red um, oko 0,5um-plitko.

9. Uporediti prednosti i nedostatke n-well, p-well i twin-tube procesa proizvodnje CMOS kola. Prikazati

skicama presek invertora izrađenog ovim postupkom.

p-well - vrši se implantacija ili difzija dopanata p-tipa u n supstrat, dovoljno visoke koncentracije da bi se

prekompezovala n-podloga. Dopiranost n-podloge mora biti dovoljno visoka da bi se osigurale odgovarajude

krakteristike p-kanalnih komponenti. Dopiranost p-jame treba biti 5-10 puta veda nego u n-podlozi. Preterana

dopiranost p-jame uzrokuje štetne efekte u n-kanalnom TR (inače, n-kanalni se nalazi u p jami; promena nivoa

polarizacije gejta, smanjenje pokretljivosti i povedana kapacitivnost S i D prema p-jami); dobro za p kanalne,

nepovoljno za n kanalne

n-well -alternativni postupak - n jama se formira u p supstratu. N-kanalni TR se formira u podlozi p-tipa tako da

je ovaj postupak kompatibilan sa standardnim NMOS procesom. N-jama prekompezuje p-podlogu i p-kanalni

TR trpi efekte prekomerne dopiranosti n-jame

twin-tub-implantacija dve odvojene jame u lako dopiranom Si. Nijedan tip komponenti ne trpi efekte

preterane dopiranosti i polazni materijal je V-epitaksijalni sloj preko n+. Složenija tehnologija izrade.

10. Koji su problemi izolacije i latch-up efekta kod CMOS integrisanih kola i kako se otklanjaju? Koje su

mogudnosti izbora materijala za gejt i šta se time postize?

Izolacija komponenti istog tipa unutar date jame se ostvaruje debelim slojem oksida - bočna izolacija - nema

vertikalne izolacije. Izolacija dva različita tipa tranzistora se ostvaruje razdvajanjem, udaljavanjem TR od ivica

jame (parazitni n-kanalni TR postoji između n+ sorsa i susedne n-jame a parazitni p-kanalni TR postoji između

p+ sorsa i p-jame). Latch-up je posledica parazitnih bipolarnih TR obrazvanih od oblasti sorsa/drejna i jama

(javlja se zbog veoma male udaljenosti oblasti difuzije sorsa/drejna od susedne jame). Latch-up je pojava

aktiviranja parazitnih TR. Bipolarni TR čine pnpn strukturu (tiristorska struktura). Tiristorska struktura može biti

polarisana tako da uslovi veliku struju između Vdd i Vss i time prekid rada CMOS kola, ili čak samouništenje.

Tehnika koja i razdvaja bipolarne TR i poboljšava izolaciju MOS TR zasniva se na formiranju rova (trenča)

između dve jame. Proces formiranja trench-a obuhvata nagrizanje uskog, dubokog žljeba u Si i potom punjenje

tog žljeba oksidom ili poliSi.

Izborom gejtovskog materijala i nivoom dopiranosti kanala se određuje napon praga za TR. Nivoi n kanalnih i p

kanalnih TR treba da budu što sličniji, i što je mogude manji. Dve vrste materijala za izbor gejta:

najčešde poliSi n-tipa dovoljno visoko dopiran da izazove degeneracij poliSi, u kombinaciji sa polisidima

za smanjenje površinske otpornosti. Ovaj meterijal je idealan za n-kanalne komponente, a kod p-

kanalnih se napon praga ne može jednostavno spustiti ispod 0,7V

drugi izbor je p+ poliSi - idealan za p-kanalne, teže podešavanje praga kod n-kanalnih

postoje i drugi materijali kao što su MoSi2 - ok za obe vrste TR ali je čitav postupak složeniji

11. Objasniti potrebu za razvojem poluprovodnickih heterogenih struktura. Objasniti rad i dati šematski

prikaz poprečnog preseka JFET tranzistora na bazi GaAs-AlxGa1-xAs heterospoja.

Si kola su danas dostila svoj limit po pitanju minijaturizacije i brzine rada. Za prevazilaženje limita brzine rada Si

nametnuo se GaAs i novi materijali velikog energetskog procepa, a sa stanovišta novih konstrukcija su se

nametnula nanoelektronska kola.

Heterostukture se poslednjih godina intezivno proučavaju za izradu integrisanih optoelektronskih kola.

AlxGa1-xAs/GaAs heterospoj - I generacija optičkih kola (0.85um)

(InAs)1-x(GaP)x/InP i In1-xGaxAs/InP heterospojevi -II generacija optičkih kola (1.3 ili 1.55um) -

omogudavaju izradu laserskih izvoda

Očekuje se značajna primena III-IV heterostruktura u izradi ultra brzih napravica. InP-k-ke su mnogo manje

temperaturno osetljive. III-V nitridi imaju direktan energetski procep i formiraju čvrste rastvore međusobno

što omogudava izradu lasera na bazi ovih materijala u čitavom vidljivom delu spektra.

TR bazirani na AlxGa1-xAs/GaAs su kvalitetniji od Si TR (povedana je mogudnost dopiranja baze, veda

koncentracija primesa u emiteru korišdenjem materijala sa velikim energetskim procepom, povedana je

pokretljivost nosilaca u bazi i driftovska brzina u kolektoru)

HETEROSLOJNI JFET podloga GaAs ~ 200um, GaAs nedopiran ~0.2um, AlxGa1-xAs ~0.1um ovaj poslednji je

monokristalni sloj

velika brzina rada 8*107, gornja granična učestanost 200GHz, mala disipacija, velika izlazna otpornost, veliko

naponsko pojačanje, problem je izrada kvalitetnih omskih kontakata izmedju metala i legure.

GaAs ima manji energetski procep od legure i to tako da se na energetskoj skali dno provodne zone GaAs

nalazi ispod dna legure. Kako je u ovom TR legura n-tipa, a GaAs nedopiran, to de provodni elektroni iz legure

prelaziti na energetski niže dno provodne zone u GaAs, dok de jonizovani donorski centri ostati u kristalnoj

rešeti legure.

12. Skicirati različite vrste DRAM delija i objasniti postignuta poboljsanja.

DRAM delija=1 kondezator+jedan NMOS TR sa indukovanim kanalom (pristupni TR)-najjednostavnija delijska

struktura; moguda je maksimizacija gustine

Gejt je priključen na liniju za selekciju vrste ili liniju reči, a sors na liniju za izbor bita (kolona). Kada su obe ove

linije dovedene na visok napon tada je TR uključen i naelektrisanje može da teče u kondezator. Ako kondezator

nije bio naelektrisan (logička nula), tada naelektrisanje teče u kondezator. A ako je bio naelektrisan, onda vrlo

malo naelektrisanje teče u C. Da bi očitali sadržaj, merimo proteklu količinu naelektrisanja kroz kondezator. Da

bi nešto upisali u deliju jedostavno punimo kondezator do željenog stanja (0 ili 1).

Potrebno je da kapacitivnost bude što veda, da bi dala što vedi mogudi signal kolima za očitavanje i otpornost

bit linije treba da bude što manja da bi preformanse delije bile dobre.

Drejn region može biti eliminisan koristedi poliSi deliju u dva nivoa (gornji je gejt transfer a donji je gejt

podataka)

DRAM-dvonivovska delija

poboljšanje: POVEDANJE EL. POLJA

Smanjenjem debljine oksida postižemo povedanje električnog polja (možemo da ga povedavamo do vrednosti

2-4MV/cm, jer de nakon toga se pojaviti znatna struja u oksidu koja de štetno delovati na vreme čuvanja

podataka i pouzadnost kondezatora).

Permitivnost povedavamo korišdenjem drugih izolatora kao što su Si3N4 ili Ta2O5-ovim značajno povedavamo

permitivnost ali je proces mnogo kompikovaniji nego da koristimo SiO2.

Drugi način da efektivno povedamo polje na oksidu je selektivna implantacija bora i plitkog arsena ispod

kondezatora. Ovo dopiranje stvara pozitivno vezano naelektrisanje direktno ispod oksida što povedava

kapacitivnost vezanog naelektrisanja. Ovo se zove RAM delija visoke kapacitivnosti. Dalje poboljšanje je

izbacivanje drejna, prelazak na dvonivovsku čeliju. A potom i na trodimenzionalnu strukturu, kao što je trenč

kondezator. On je formiran ecovanjem trenča na Si, tako da je oblast kondezatora određena oblašdu koju

ograničavaju zidovi trenča.

13. Izvršiti podelu MCM kudista, prikazati tehnološke postupke za njihovo dobijanje i navesti njihove

glavne karakteristike. Koje su prednosti MCM (Multi-Chip Module) pakovanja i integracije u odnosu

na WSI ( Wafer Scale Integration) ?

MCM-multi chip module-višečipni moduli

MCM-L-laminated (napredna tehnologija štampanih pločica PCB, višeslojnih, obedavajuda tehnologija,

više slojeva prvodnika i organskog izolatora se nanesu zajedno i laminiraju pod pritiskom i toplotom,

niska cena, visoka gustina pakovanja, potrebni rashladni uređaji)

MCM-C-ceramic (pečena keramika, na bazi LTCC traka, izrada ploča korišdenjem višeslojnih keramičkih

pločica)

MCM-D-deposition (tankoslojna tehnologija integrisanih kola, jedna štampana ploča se povezuje sa

drugom, npr. postupkom direktnog bondovanja wafera. Na pojedinim mestima gde de se pločica

spojiti, ostave se pedovi i dovedu se u kontakt, povedava se temperatura i kiseonik koji je ostao u

porama između, stvara SiO2, koji onda drži te dve pločice zajedno. Pasivne komponente se prave

nanošenjem, depozicijom).

PREDNOSTI: Ako na wejferu pravimo složena integrisana kola ona zauzimaju vedu površinu i manje ih staje.

Ako se pri tome dasi da je određeni broj kola neispravan, to de prinos učiniti mnogo manjim nego da smo

pravili ogroman broj kola manje složenosti a da je ne ispravan isti broj kola. Dakle, prinos opada sa

povedanjem složenosti, a time cena raste. Da bi zadržali visok prinos po waferu, a i zna se da se pasivne

komponente loše prave u Si, prešlo se na MCM module u koje se stavljaju i pasivne komponente i ožičenja a

odozgo idu čipovi koji se onda povezuju. Prednost-mogudnost poprave samo jednog dela, jednog čipa čak i

popravljanje nekih veza.

14. Dati glavne prednosti i nedostatke tankoslojnih integrisanih kola u odnosu na:

a) debeloslojna

b) monolitna integrisana kola

Koja taknoslojna kola su najrasprostranjenija i najprofitabilnija?

SLOJNA U ODNOSU NA MONOLITNA KOLA: jeftinija za male serije, sa 2-3 puta kradim vremenom za razvoj

jednog kola. Vedih su dimenzija(za red veličine),veda dozvoljena disipacija, pogodnija za primenu u kolima

snage, bolje k-ke pasivnih elemenata. Lošije k-ke aktivnih elemenata, manja pouzdanost i gustina pakovanja,

viša cena pri vedim serijama. Tankoslojna se koriste za izradu periferijskih magnetnih memorija velikog

kapaciteta. Omogudavaju rad na visokim frekvencijama, raznovrsnost u projektovanju, dugoročna stabilnost i

pouzdanost kola, nizak koeficijen promene otpornosti sa temperaturom, male tolerancije parametara,

mogudnost funkcionalnog i apsolutnog trimovanja, bolje termičke karakteristike kola, smanjenje veličine i

težine, niža cena otpornika, manji troškovi garancije ispravnosti rada uređaja, lako servisiranje i popravka,

jednostavna izrada i popravka, niske cene razvoja

Dobre strane monolitnih i slojnih kola se kobminuju u izradi hibridnih IC (pasivni elementi slojni, aktivni

monolitni).

TANKOSLOJNA U ODNOSU NA DEBELOSLOJNA:

prednosti tankih: visoka učestanost, uske tolerancije, temperaturna stabilnost, mala zapremina kola

,hermetičnost, nizak šum, stepen integracije, visoka gustina pakovanja, jako mala otpornost provodnih puteva,

prednosti debelih: postojanost na vazduhu, proizvodnja na više mesta, spoljašnji izvodi, komponente za

lemljenje, SMT komponente, niža cena

15. Dati glavne odlike kola realizovanih u tehnologiji debelog filma. Skicirati postupak dobijanja

debeloslojnih otpornika i način projektovanja njihove otpornosti. Dati poređenje sa LTCC.

Postupak proizvodnje:

o projektovanje -maske, filmovi, sita, podloga i paste (slično kao litografija)

o sitoštampa (slično difuziji)

o sušenje-sinterovanje hibridnih pasti na podlozi(pečenje)

o podešavanje otpornosti

o montaža elementa

o lemljenje, ultrazvučno zavarivanje

početna podloga je oksid aluminijuma (Al2O3)

tehnologija se zasniva na višestruom pečenju, koje kvari osobine dobijene komponente

materijali za formiranje debelih slojeva (otpornih, dielektričnih, provodnih) pripremaju se u obliku

paste (pasta=odovarajudi prah+sitne staklene čestice u organskom rastvaraču) ; kod paste je bitna

viskoznost, sa povedanjem pritiska viskoznost bi trebala da se smanjuje i obrnuto

nanošenje slojeva - elektrohemijskim putem ili sitoštampom (elektrohemijski postupci služe za

podebljavanje predhodnih slojeva, za zaštitu, lemljenje, ali se na taj način mogu praviti i provodni

putevi na podlogama; obično se koristi sitoštampa)

sita biramo u odnosu na toleranciju širine linije (čelična ili najlonska); sito se razvuče preko rama, pa

preko sita se nanosi rezist, pa maska,pa osvetljenje; koriste se za selektivno nanošenje pasti na

podlogu; pasta se kroz sito istiskuje na podlogu pritiskom elastičnog noža

sušenje-da bi isparilo organsko vezivo da ne kvari k-ke; sušenje se vrši na T=150 u roku od 10-15 min

sinterovanje-na T>600, da bi staklo omekšalo; sinterovanje služi za čvrsto povezivanje sloja za podlogu

trimovanje (skidanje slojeva peskom) *funkcionalno trimovanje-trimovanje sa pradenjem nekih

parametara ili vrednosti f-ja na osciloskopu; *lasersko trimovanje-skidanje delova slojeva laserom -

trimovanjem se dodatno podešava otpornost

radi se na relativno niskim temeraturama pa se mogu koristiti dobri provodnici (Au,Ag,Cu) zato što su

njihove tačke topljenja iznad ovih temeratura

hibridna kola se mogu naknadno podešavati

Otpornik u debeloslojnoj tehnologiji može imati vrednost od 100 oma do 1 Mom.

Prvo se nanosi provodna pasta, pa se peče, pa onda otporna pasta. Otpornik ne mora biti ovog oblika, može

biti neka izlomljena linija...

16. Koje su glavne prednosti i nedostaci GaAs integrisanih kola,u odnosu na Si integrisana kola? Kako se

realizuje GaAs integrisano kolo u MESFET tehnologiji? Dati njegov poprecni presek?

Specifičnosti GaAs (jedinjenje), i poređenje sa Si:

GaAs, i materijali velikog energetskog procepa (dijamant, SiC, BN i drugi nitridi) su brži od Si

GaAs kola su isključivo UNIPOLARNA kola (zbog znatno manje pokretljivosti šupljina u odnosu na

elektrone), i dobijaju se korišdenjem planarnih tehnoloških postupaka (slično kao Si)

pogodniji su za izradu balističkih kola

veda pokretljivost elektrona, što rezultuje nižom serijskom otpornošdu

veda brzina drifta=>veda brzina rada uređaja

poluizolaciona podloga dopirana hromom=>može da obezbedi usaglašenost kristalne rešetke

dielektrično izolacionog supstrata

izolacione oblasti nastale protonskim bombardovanjem GaAs

korišdenje tankoslojnog i veoma kompleksnog silicijum-nitrida za tanke dielektrične slojeve MOS

kondezatora

više složenih nivoa provodnih slojeva (za nisikoomske kontakte sa n+ oblastima-Au-Ge slojevi(sors,

drejn, kontakti otpornika), za Šotkijev kontakt sa n-oblastima(gejt) i donje ploče kondezatora-Mo-Au,

za gornje ploče kondezatora Ti-Pt-Au, dielektrik u kondenzatoru je od Si3N4 )

nedostaci

nedostatak kvalitetnog oksida (pa se koriste JFET unipolarni tranzistori) (razlog za to je što As na

sobnoj temperaturi odmah iz čvrstog stanja isparava-sublimiše); nema MOS tehnologije ved MES

SiO2 se koristi u debelom sloju za izolaciju komponenata po površini pločice (sprečava atome arsena da

pobegnu iz GaAs pri ostalim procesima); nanosi se hemijskim deponovanjem

GaAs ima 10ak puta niži stepen integracije (zbog slabijeg odvođenja toplote sa čipa); problem se može

ublažiti korišdenjem tankih dijamantskih slojeva na donjoj strani čipova radi lakšeg odvođenja toplote

znatno viša cena u odnosu na Si IC

vrlo kratko vreme života manjinskih nosioca

kristalni defekti za mnogo redova veličine vedi nego kod Si

Izrada:

MESFET-vedinski nosioci se prenose kroz kontakte metal-poluprovodnik.

Polazni materijal je poluizolacioni GaAs dopiran hromom

nanošenje SiO2 da bi sprečio odlazak atoma As iz GaAs u narednim termalnim ciklusima

obrazovanje kanala i diodnih regiona implantacijom svetlosnih doza (Se, S, ili Si); dubina 0,1um i 10 na

17 koncentracija; oko 80% implantiranih jona se aktivira, zamenjujudi atome Ga u kristalnoj rešetki; na

taj način se dobija po celoj površini tanak n sloj

nova, sada selektivna jonska implantacija za formiranje n+ oblasti (sors, drej, omske oblasti)

obrazovanje izolacionih oblasti selektivnim protonskim bombardovanjem

formiranje više nivoa provodnih oblasti

o nanošenje SiO2 po celoj površini

o metalizacija omskih kontakata (sors, drejn, oblasti dioda)- Au-Ge

o za Šotkijev kontakt (metal-n-oblast) i dojie ploče kondezatora Mo-Au

o drugi izolator za dielektrik u kondezatoru- Si3N4

o metal drugog nivoa za gornju elektrodu kondezatora-Ti-Pt-Au

17. Skicirati i objasniti glavne karakteristike:

a) FAMOS ( Floating gate Avalanche injection MOS )

b) E2FAMOS ( Electrically Erasable repogrammable FAMOS )

c) MIOS ( Metal-Insulator-Oxide-Semiconductor)

celija.

Poluprovodničke memorije

Neuništive memorije - memorije kod kojih podaci ostaju i nakon isključenja napajanja.

FAMOS - Floating gate Avalanche Injection MOS-MOS TR sa plivajudim (visedim) gejtom i lavinskim

injektovanim naelektrisanjem

Naelektrisanje prelazi iz kanala u gejt i tako se pamti (avalanche injector) - nastaje kapacitivna sprega između

gejta i drejna, usled čega se elektroni injektuju u oksid gejta. Brisanje je mogude samo UV ili X zračenjem

E2FAMOS Electrical - u suštini je to običan MOSFET sa modifikovanim gejtom (kompozitni gejt se sastoji od

regularnog gejta i od lebdedeg koji je okružen izolatorom)

Ovde visok napon 25V između D i S i posle u kanalu dovodi do proboja u oksidu i elektroni pređu u gejtč kada

se priključi visok pozitivan napon na kontrolni gejt, naelektrisanje de biti injektovano iz oblasti kanala kroz

oksid gejta u lebdedi gejt. Kada se priključeni napon ukloni naelektrisanje de biti sačuvano u lebdedem gejtu. Za

brisanje je potreban visok negativan napon.

FAMOS se briše UV osvetljavanjem oko 20-30 min

E2FAMOS - mogude je selektovano brisanje

Mem. delije su uvek u matrici

MIOS (metal - izolator-oksid-poluprovodnik) - kada je priključen + napon elektroni tuneluju kroz tanak sloj

oksida i tamo bivaju uhvadeni u trap stanja u oksid-nitridnom interfejsu, pa na taj način ostaju skladištena

naelektrisanja.

18. Koje vrste optičkih memorija postoje i koja je njihova osnovna razlika u poredjenju sa magnetsko-

optickim memorijama? Objasniti princip rada magnetsko-optickih memorija i dati najperspektivnije

materijale za ovu primenu.

19. Navesti poreklo magnetskih osobina materijala i izvrsiti njihovu podelu. Koji hemijski elementi se

odlikuju jakim magnetskim uredjenjem? Kakva jedinjenja dobijamo njihovom kombinacijom?

Prikazati njihovu primenu u magnetsko-optickim memorijama.

K-ke MAGNETSKIH materijala:

magnetske osobine su posledica kretanja elektrona oko jezgra i oko svoje ose

magnetski moment atoma (Pma) je jednak zbiru orbitalnog i spinskog

podela:

slabo magletsko uređenje (dijamagnetici - Cu i Au, µR je malo manje od 1; idealan dijamagmetik

χm=-1 - superprovodniK; paramagnetici µR je manje ili jednako od 1) - nemaju tehnološki značaj

jako magnetsko uređenje (ferOmagnetici Ms≠0, antiferomagnetici Ms=0 i ferImagnetici); i kada

nema polja dolazi do spontane magnetizacije; na osnovu oblika histerezisne petlje se dele na:

meki (uska, Hc=<1000A/m)-problemi-lako razmagnetisavanje

tvrdi (siroki histerezis)-tesko namagnetisavanje i razmagnetisavanje

Ms-spontana magnetizacija i kod feromagnetika je uvek različita od nule; kod antiferomafnetika Ms=0;

µR je kod ferimag. manje nego kod feromag.

NAjjače mag. osobine imaju oni mat. koji imaju nesparene spinove u 3d ljusci (Fe,Ni,Co)-PRELAZNI metali

LANTANIDI-samarijum, barijum, stroncijum-RETKE ZEMLJE-nespareni spinovi na 4f podljusci

Uvek se jedna retka zemlja može zameniti drugom, kao i jedan prelazni metal drugim

NAJBOLJI MAGNET=kombinacija prelaznih metala i retkih zemlji

Gustina zapisivanje u magnetskim materijalima je neograničena

Magnetske i magnetooptičke osobine je mogude oblikovati sastavom kao i uslovima nanošenja. Koriste se u

proizvodnji optičkih diskova, MO, MD

.

.

.

20. Skicirati poprecni presek CCD ( Charge-Coupled-Device,uredjaj sa spregnutim naelektrisanjem)

memorija. Ukratko objasniti njihov rad i primenu.

CCD MEMORIJE (charge coupe devices) - najjednostavnije i sa vrlo visokim stepenom integracije

naprave sa spregnutim naelektrisanjem.

Poluprovodničke memorije, i koriste se kao glavne memorije (cena im je skuplja i brži su)=primarna memorija

Sastoje se od mnogo MOS kondezator smeštenih blisko jedan do drugog. S obzirom da naelektrisanje u MOS

kondezatoru može biti sačuvano ograničeno vreme, to se ono ovede prenosi sa jednog kondezatora na

susedni, korak po korak, sa brzinom učestanosti pobudnog kola. Zato su ove memorije isključivo dinamičkog

karaktera. Princip rada demo ilustrovati na primeru dvofaznog uređaja.

Skroz donji sloj je poluprovodnički substrat, pa onda ide oksidni sloj koji pokriva substrat. Gornje elektrode su

od Al a donje od polikristalnog Si. Dve elektrode imaju različite kapacitivnosti i napon praga.

Na CCD su dovedeni dovoljno veliki pozitivni pomešani impulsi primenjeni na sve elektrode da bi proizveli

površinsko osiromašenje; donja elektroda na 5V a gornja na 10V; malo vedi pred napon je primenjen na

centralnu elektrodu tako da je centar MOS strukture pod vedim osiromašenjem i tu se formnira potencijalna

jama. Ako su ubačeni manjinski nosioci (elektroni), bide sakupljeni u tu jamu. Ako se poveda potencijal trede

elektrode(skroz desna na 15V) tako da nadmaši potencijal centralne elektrode, u ovom slučaju manjinski

nosioci de se premestti sa centralne na desnu elektrodu. Prema tome, potencijal elektroda se može ponovo

podesti tako da se trajno mesto memorisanja nalazi na desnoj elektrodi. Nastavljajudi ovaj proces mi možemo

uspešno prenositi nosioce duž linearne matrice. CCD mogu ispuniti širok opseg elektronskih funkcija

uključujudi opažanje slika i obradu signala.

dodatak:

emiter tr se pravi u bazi; baza je uvek slabo dopirana;

kondezatori:

MOS kondezator se pravi od n+ oblasti

pn kondezator od p oblasti baze i n+ oblasti kolektora;

otpornici:

bazni (oba kontakta za otpornik se izvlače na p oblasti; moguda otpornost u intervalu od 5oma-

50koma)

emiterski(oba kontakta na emiterskoj oblasti, R od 1 om do 10koma)

otpornosti reda nekoliko 100koma: jedan kontakt na plitkoj n+ oblasti drugi kontakt na drugoj n+

plitkoj oblasti

reda Moma se dobija tako što se kontakti prave na plitkim p+ oblastima koje su međusobno povzane

tankim kanalom istog tipa

za diode takođe postoji više mogudnosti:

A=kratko spojeni B i C, K= E

A=B, K=E

jos dve kombinacije, samo E ik zamene mesta

Šotkijeva dioda-kontakt za A se pravi direktno na epi sloju (n sloju) a katoda na plitkom n+ sloju

Šotkijev TR je kombinacija običnog npn TR i Šotkijeve dide između B i C.

pn kondezator

MOS kondezator

1

1

(MOSkondenzator) (n-p-n tranzistor)

p 10 cm (podloga) 15 -3

(bazno-difuzioni otpornik)

p+

n n

n+ n+

p+

p

p+

2 (B) (E) (C)3 5 4

T

C

AlSiO2

R

(a)

(b)

2 3

0,5 m 0,5 m

m

m

4

5

Šotkijeva dioda

mogučnosti vezivanja TR u svrhu

pravljenja diode