Universidad de la Salle                elaboración eficaz de los dispositivos                (Candelaria)                 ...
Tecnología de Fabricación                         fácil de oxidar para formar un excelente                                ...
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rapidez y a una baja temperatura (menos de        circuitos eléctricamente se separan unos de500°C).                      ...
longitud y el ancho de las regiones              p Transistor pnp lateral Cuando se utilizandifundidas. Todos los resistor...
hecho suelen contener circuitos monolíticos        GLSI (Giga Large Scale Integration) gigasin cápsula (dices), transistor...
un sistema de realimentación positiva, de            de reloj, etc, es importante mantener lamodo que cuanto mayor sea la ...
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Electronica 1 integrados 1

  1. 1. Universidad de la Salle elaboración eficaz de los dispositivos (Candelaria) electrónicos de antaño como los de la actualidad. Jaime López cortes 42091034 Refiriendo se a la historia de estos dispositivos es pertinente resaltar que En Electrónica 1 abril de 1949, el ingeniero alemán Werner Grupo: 1 Jacobi (Siemens AG) completa la primera solicitud de patente para circuitos integrados Elaboración y clasificación de circuitos con dispositivos amplificadores de integrados semiconductores. Jacobi realizó una típica aplicación industrial para su patente, la cual no fue registrada. Más tarde, la integración de circuitos fue conceptualizada por el científico de radares Geoffrey W.A. Dummer (1909-2002), que estaba trabajando para la Royal RadarLos circuitos integrados como su nombre lo Establishment del Ministerio de Defensaindica son la agrupación de una Británico, a finales de la década de 1940 yconfiguración de un circuito contenida en un principios de la década de 1950.medio o dispositivo el cual según susespecificaciones de fábrica y utilidad varían Proceso de elaboración de los circuitoslas diferentes posiciones en los cuales se este integradosmismo se alimenta para su funcionamientocomo también este recibe, se entregainformación en forma de señales eléctricas La fabricación de circuitos integrados es unlas cuales son el producto del proceso que proceso complejo y en el que intervienendicho circuitos realicen según su numerosas etapas. Cada fabricante deespecificación. circuitos integrados tiene sus propias técnicas que guardan como secreto deBasándose en el descubrimiento y el uso de empresa, aunque las técnicas son parecidas.los diodos en la década de los años 60, laelaboración de los circuitos integrados tuvo Los dispositivos integrados pueden ser tantoun crecimiento de carácter exponencial analógicos como digitales, aunque todosdebido a la versatilidad que estos chips tienen como base un materialtuvieron y tienen debido a su eficiencia poco semiconductor, normalmente el silicio.tamaño y bajo consumo, como también lacapacidad que estos han tenido con el pasodel tiempo para incluir dentro de estos másconfiguraciones de circuitos por lo tantohaciéndolos indispensables para la
  2. 2. Tecnología de Fabricación fácil de oxidar para formar un excelente aislante SiO2 (vidrio). Este óxido nativo es útil para construir capacitores y MOSFET. También sirve como barrera de protección contra la difusión de impurezas indeseables hacia el mineral adyacente de silicio de alta pureza. Esta propiedad de protección del oxido de silicio permite que sus propiedades eléctricas sean fáciles de modificar en áreasLa fabricación de circuitos integrados a predefinidas. Por consiguiente, se puedengrande escala se explica a través de un construir elementos activos y pasivos en laprocedimiento VLSI (por sus siglas en inglés) misma pieza material (o sustrato). Entoncescon silicio estándar. Se presentan las los componentes pueden interconectarsecaracterísticas de los dispositivos disponibles con capas de metal (similares a las que seen tecnologías de la fabricación CMOS y utilizan en las tarjetas de circuito impreso)BiCMOS, donde se analizarán los aspectos de para formar el llamado circuito integradodiseño de los circuitos integrados que son monolítico, que es en esencia una piezadistintos a los del diseño de circuitos única de metal.discretos. Por consiguiente, entender lascaracterísticas del dispositivo es esencial al Pasos Generales de Fabricación de undiseñar buenos VLSI a la medida o circuitos Circuito Integrado formado por Silicio comointegrados para aplicaciones específicas. Este componente activo.método considera solo tecnologías que se Los pasos de fabricación básica se puedenbasan en el silicio; ya que es el material más realizar muchas veces, en diferentespopular, gracias a que posee una amplia combinaciones y en diferentes condicionesvariedad de compromisos costo desempeño. de procedimiento durante un turno deDesarrollos recientes en tecnologías de SiGe fabricación completo.y silicio, sometido a esfuerzo, reforzarán aúnmás la posición de los procesos defabricación que se basan en este elementoen la industria microelectrónica en los añosvenideros.El silicio es un elemento abundante queexiste naturalmente en forma de arena.Puede ser refinado por medio de técnicas Preparación de la oblea El material inicialbien establecidas de purificación y para los circuitos integrados modernos es elcrecimiento de cristales. El silicio también Silicio de muy alta pureza, donde adquiere laexhibe propiedades físicas apropiadas para la forma de un cilindro sólido de color grisfabricación de dispositivos activos con acero de 10 a 30 cm de diámetro y puede serbuenas características eléctricas, además es de 1m a 2m de longitud (Figura 1). Este
  3. 3. cristal se rebana para producir obleas Difusión Es el proceso mediante el cual loscirculares de 400um a 600um de espesor, átomos se mueven de una región de alta(1um es igual a 1x10-6 metros). Después, se concentración a una de baja a través delalisa la pieza hasta obtener un acabado de cristal semiconductor. En el proceso deespejo, a partir de técnicas de pulimento manufactura la difusión es un métodoquímicas y mecánicas. Las propiedades mediante el cual se introducen átomos deeléctricas y mecánicas de la oblea dependen impurezas en el Silicio para cambiar sude la orientación de los planos cristalinos, resistividad; por lo tanto, para acelerar elconcentración e impurezas existentes. Para proceso de difusión de impurezas se realiza alograr tener mayor resistividad, se necesita altas temperaturas (1000 a 1200 °C), estoalterar las propiedades eléctricas del Silicio a para obtener el perfil de dopaje deseado. Laspartir de un proceso conocido como dopaje. impurezas más comunes utilizadas comoUna oblea de silicio tipo n excesivamente contaminantes son el Boro (tipo p), elimpurificado (baja resistividad) sería Fósforo (tipo n) y el Arsénico (tipo n). Si ladesignada como material n+, mientras que concentración de la impureza esuna región levemente impurificada se excesivamente fuerte, la capa difundidadesignaría n-. también puede utilizarse como conductor. Oxidación Se refiere al proceso químico de Implantación de iones Es otro método que sereacción del Silicio con el Oxígeno para utiliza para introducir átomos de impurezasformar Bióxido de Silicio (SiO2). Para acelerar en el cristal semiconductor. Un implantadordicha reacción se necesitan de hornos de iones produce iones del contaminanteultralimpios especiales de alta temperatura. deseado, los acelera mediante un campoEl Oxígeno que se utiliza en la reacción se eléctrico y les permite chocar contra laintroduce como un gas de alta pureza superficie del semiconductor. La cantidad de(proceso de “oxidación seca”) o como vapor iones que se implantan puede controlarse al(“oxidación húmeda”). La Oxidación húmeda variar la corriente del haz (flujo de iones).tiene una mayor tasa de crecimiento, aunque Este proceso se utiliza normalmente cuandola oxidación seca produce mejores el control preciso del perfil del dopaje escaracterísticas eléctricas. Su constante esencial para la operación del dispositivo.dieléctrica es 3.9 y se le puede utilizar parafabricar excelentes capacitores. El Bióxido de Deposición por medio de vapor químico Esde Silicio es una película delgada, un proceso mediante el cual gases o vaporestransparente y su superficie es altamente se hacen reaccionar químicamente, lo cualreflejante. Si se ilumina con luz blanca una conduce a la formación de sólidos en unoblea oxidada la interferencia constructiva y sustrato. Las propiedades de la capa de óxidodestructiva hará que ciertos colores se que se deposita por medio de vapor químicoreflejen y con base en el color de la no son tan buenas como las de un óxidosuperficie de la oblea se puede deducir el térmicamente formado, pero es suficienteespesor de la capa de Óxido. para que actúe como aislante térmico. La ventaja de una capa depositada por vapor químico es que el óxido se deposita con
  4. 4. rapidez y a una baja temperatura (menos de circuitos eléctricamente se separan unos de500°C). otros (rebanándolos) y los buenos (“pastillas”) se montan en cápsulasMetalización Su propósito es interconectar (“soportes”). Normalmente se utilizanlos diversos componentes (transistores, alambres de oro para conectar las terminalescapacitores, etc.) para formar el circuito del paquete al patrón de metalización en laintegrado que se desea, implica la deposición pastilla; por último, se sella el paquete coninicial de un metal sobre la superficie del plástico o resina epóxica al vacio o en unaSilicio. El espesor de la película del metal atmósfera inerte.puede ser controlado por la duración de ladeposición electrónica, que normalmente es Componentes Electrónicos más usados en elde 1 a 2 minutos. diseño de circuitos: Fotolitografía Esta técnica es utilizada paradefinir la geometría de la superficie de losdiversos componentes de un circuitointegrado. Para lograr la fotolitografía,primeramente se debe recubrir la oblea conuna capa fotosensible llamada sustanciafotoendurecible que utiliza una técnica MOSFET Se prefiere el MOSFET canal n alllamada “de giro”; después de esto se MOSFET canal p. La movilidad de lautilizará una placa fotográfica con patrones superficie de electrones del dispositivo dedibujados para exponer de forma selectiva la canal n es de dos a cuatro veces más alta a lacapa fotosensible a la iluminación de los huecos. Este transistor ofrece unaultravioleta. Las áreas opuestas se corriente más alta y una resistencia baja; asíablandarán y podrán ser removidas con un como una transconductancia más alta. Suquímico, y de esta manera, producir con diseño se caracteriza por su voltaje deprecisión geometrías de superficies muy umbral y sus tamaños de dispositivos, enfinas. La capa fotosensible puede utilizarse general, los MOSFET (tipo n o p) se diseñanpara proteger por debajo los materiales para que tengan voltajes de umbral decontra el ataque químico en húmedo o magnitud similar para un proceso particular;contra el ataque químico de iones reactivos. por lo tanto, los circuitos MOSFET son muchoEste requerimiento impone restricciones más flexibles en su diseño.mecánicas y ópticas muy críticas en el equipode fotolitografía. Resistores Las regiones de distinta difusión tienen diferente resistividad. El pozo n enEmpacado Una oblea de Silicio puede general se utiliza para resistores de valorcontener varios cientos de circuitos o chips medio, mientras que las difusiones n+ y p+terminados, cada chip puede contener de 10 son útiles para resistores de valor bajo.a 108 o más transistores en un área Cuando se diseña un valor real de unarectangular, típicamente entre 1 mm y 10 resistencia se hace a través del cambio de lamm por lado. Después de haber probado los
  5. 5. longitud y el ancho de las regiones p Transistor pnp lateral Cuando se utilizandifundidas. Todos los resistores difundidos este tipo de dispositivos electrónico, el pozoestán autoaislados por las uniones pn n sirve como región de base n con difusionespolarizadas a la inversa. Sin embargo una p+ como emisor y colector. La separación dedesventaja es que están acompañados por entre las dos difusiones determina el anchouna sustancial capacitancia parásita de unión de la base. Como el perfil de dopaje no estáque los hace no muy útiles en el uso de perfeccionado para las uniones base-frecuencias altas. Además, es posible que colector, y como el ancho de la base estáexista una variación en el valor real de la limitado por la resolución de fotolitográficaresistencia cuando se aumenta el voltaje mínima, el desempeño de este dispositivo nodebido a un efecto llamado JFET. Para es muy bueno.obtener un valor más exacto, se recomiendaque se fabrique con una capa de polisilicio e Resistores de base p y de base estrecha Laque se coloca encima del grueso campo de difusión en la base p se puede utilizar paraÓxido. formar un resistor de base p directo. Como la región de la base es, por lo general, de unCapacitores Existen 2 tipos de estructura de nivel de dopaje relativamente bajo y con unacapacitor en los procesos CMOS, capacitores profundidad de unión moderada, esMOS y de interpolietileno. La capacitancia de adecuada para resistores de valor medio. Sicompuerta MOS es básicamente la se requiere un resistor de valor grande, secapacitancia de compuerta a fuente de un puede utilizar el de base estrecha; ya queMOSFET, la cual depende del área de dicha exhiben malos coeficientes de tolerancia ycompuerta; este capacitor exhibe una gran temperatura pero una coincidenciadependencia del voltaje, para eliminar este relativamente buena.problema, se requiere un implante n+adicional para formar la placa inferior de loscapacitores. Estos dos capacitores MOS Existen tres tipos de circuitos integrados:están físicamente en contacto con elsustrato, lo que produce una gran Circuitos monolíticos: Están fabricados en uncapacitancia parásita en la unión pn en la solo monocristal, habitualmente de silicio,placa inferior. El capacitor interpoli exhibe pero también existen en germanio, arseniurocaracterísticas casi ideales pero a expensas de galio, silicio-germanio, etc.de la incluir una segunda capa de polisilicio Circuitos híbridos de capa fina: Son muyen el proceso CMOS, donde los efectos similares a los circuitos monolíticos, pero,parásitos se mantienen al mínimo. Para los 2 además, contienen componentes difíciles detipos de capacitores anteriormente (interpoli fabricar con tecnología monolítica. Muchosy MOS), los valores de capacitancia pueden conversores A/D y conversores D/A secontrolarse hasta un margen de error de 1%. fabricaron en tecnología híbrida hasta queEsta propiedad es extremadamente útil para los progresos en la tecnología permitierondiseñar circuitos CMOS análogos de fabricar resistencias precisas.precisión. Circuitos híbridos de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De
  6. 6. hecho suelen contener circuitos monolíticos GLSI (Giga Large Scale Integration) gigasin cápsula (dices), transistores, diodos, etc, grande: más de un millón de transistoressobre un sustrato dieléctrico, En cuanto a las funciones integradas, losinterconectados con pistas conductoras. Las circuitos se clasifican en dos grandes grupos:resistencias se depositan por serigrafía y seajustan haciéndoles cortes con láser. Todo Circuitos integrados analógicos.ello se encapsula, tanto en cápsulas plásticas Pueden constar desde simples transistorescomo metálicas, dependiendo de la encapsulados juntos, sin unión entre ellos,disipación de potencia que necesiten. En hasta dispositivos completos comomuchos casos, la cápsula no está amplificadores, osciladores o incluso"moldeada", sino que simplemente consiste receptores de radio completos.en una resina epoxi que protege el circuito. Circuitos integrados digitales.En el mercado se encuentran circuitos Pueden ser desde básicas puertas lógicas (Y,híbridos para módulos de RF, fuentes de O, NO) hasta los más complicadosalimentación, circuitos de encendido para microprocesadores o microcontroladores.automóvil, etc. Éstos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de unClasificación de los circuitos integrados sistema. En general, la fabricación de los CI es compleja ya que tienen una alta integración de componentes en un espacio muy reducido de forma que llegan a ser microscópicos. Sin embargo, permiten grandes simplificaciones con respecto los antiguos circuitos, además de un montaje más rápido. Limitaciones de los circuitos Integrados Existen ciertos límites físicos y económicos al desarrollo de los circuitoslos circuitos integrados se clasifican en: integrados. Básicamente, son barreras que se van alejando al mejorar la tecnología, peroSSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: no desaparecen. Las principales son:de 10 a 100 transistoresMSI (Medium Scale Integration) medio: 101 a Disipación de potencia-Evacuación del calor1.000 transistoresLSI (Large Scale Integration) grande: 1.001 a Los circuitos eléctricos disipan potencia.10.000 transistores Cuando el número de componentesVLSI (Very Large Scale Integration) muy integrados en un volumen dado crece, lasgrande: 10.001 a 100.000 transistores exigencias en cuanto a disipación de estaULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra potencia, también crecen, calentando elgrande: 100.001 a 1.000.000 transistores sustrato y degradando el comportamiento del dispositivo. Además, en muchos casos es
  7. 7. un sistema de realimentación positiva, de de reloj, etc, es importante mantener lamodo que cuanto mayor sea la temperatura, impedancia de las líneas y, todavía más, en más corriente conducen, fenómeno que se los circuitos de radio y de microondas. suele llamar "embalamiento térmico" y, que si no se evita, llega a destruir el dispositivo.Los amplificadores de audio y los reguladores de tensión son proclives a este fenómeno, por lo que suelen incorporar protecciones térmicas. Límites en los componentes Los circuitos de potencia, evidentemente, Los componentes disponibles para integrar son los que más energía deben disipar. Para tienen ciertas limitaciones, que difieren deello su cápsula contiene partes metálicas, en las de sus contrapartidas discretas. contacto con la parte inferior del chip, quesirven de conducto térmico para transferir el Resistencias. Son indeseables por necesitar calor del chip al disipador o al ambiente. La una gran cantidad de superficie. Por ello sólo reducción de resistividad térmica de este se usan valores reducidos y en tecnologíasconducto, así como de las nuevas cápsulas de MOS se eliminan casi totalmente. compuestos de silicona, permiten mayores Condensadores. Sólo son posibles valores disipaciones con cápsulas más pequeñas. muy reducidos y a costa de mucha superficie. Como ejemplo, en el amplificadorLos circuitos digitales resuelven el problema operacional μA741, el condensador de reduciendo la tensión de alimentación y estabilización viene a ocupar un cuarto del utilizando tecnologías de bajo consumo, chip.como CMOS. Aun así en los circuitos con más Bobinas. Se usan comúnmente en circuitos densidad de integración y elevadas de radiofrecuencia, siendo híbridos muchas velocidades, la disipación es uno de los veces. En general no se integran. mayores problemas, llegándose a utilizar experimentalmente ciertos tipos de Densidad de integración criostatos. Precisamente la alta resistividadtérmica del arseniuro de galio es su talón deAquiles para realizar circuitos digitales con él. Capacidades y autoinducciones parásitas Este efecto se refiere principalmente a las Durante el proceso de fabricación de losconexiones eléctricas entre el chip, la cápsula circuitos integrados se van acumulando losy el circuito donde va montada, limitando su defectos, de modo que cierto número de frecuencia de funcionamiento. Con pastillas componentes del circuito final no funcionan más pequeñas se reduce la capacidad y la correctamente. Cuando el chip integra un autoinducción de ellas. En los circuitos número mayor de componentes, estos digitales excitadores de buses, generadores
  8. 8. componentes defectuosos disminuyen laproporción de chips funcionales. Es por elloque en circuitos de memorias, por ejemplo, donde existen millones de transistores, sefabrican más de los necesarios, de manera que se puede variar la interconexión final para obtener la organización especificada Bibliografía -Enciclopedia libre encarta 2004 -enciclopedia libre Wikipedia -tec.nologia.com -elblogdesmr.blogspot.com/2010/11/glosario -sist-de-codificaciones.html

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