DISPOSITIVI E CIRCUITI
INTEGRATI
Corso di recupero in Fondamenti di Elettronica – Università di Palermo
A.A. 2014-2015
Preparazione del monocristallo:
Metodo di Czocralsky
Tecnologia planare
1) formazione dello strato
epitassiale
2) formazione dello strato di
biossido di silicio
3) rimozione selettiva del biossido
tramite fotolitografia
4) diffusione o impiantazione ionica
delle impurità droganti
5) metallizzazione
SiO2
Si
fotoresist
SiO2
Si
- Ossidazione
Fotolitografia
- Preparazione per la fotolitografia
luce U.V.
lastra di vetro con
zone opache
- Esposizione attraverso la maschera
- Rimozione del resist esposto (sviluppo)
- Attacco del SiO2 con acido fluoridrico
- Rimozione del resist non esposto
- Introduzione delle impurità (drogaggio)
Esempio di dispositivo integrato
(CMOS)
Carico attivo
vgs2 = 0
vGS = 0
i
v = RDdii carico
retta
1/ RD
v
VDD
A
vo
g m1 ro1 // ro 2
vi
(ro2 » RD)
Evoluzione famiglie logiche
SSI (Small Scale Integration), massimo di dieci porte logiche
VLSI
MSI (Medium Scale Integration), da dieci a cento porte logiche
LSI (Large Scale Integration), da cento a mille porte logiche
SSI, MSI, LSI
VLSI (Very Large Scale Integration), numero di porte logiche > mille
4 pJ
1,5 ns
Caratteristiche famiglie logiche
TTL
CMOS
• Tensione di alimentazione VCC
4,5-5,5 V
• Corrente di alimentazione ICC
10 mA
≈0
• Potenza dissipata Pd
10 mW
10 nW
0,8 V
2V
0,4 V
2,4 V
VCC /3
2·VCC /3
≈0
≈ VCC
• Livelli di tensione di ingresso e di uscita:
VILmax
VCC
VCC
VIHmin
VOHmin
VIHmin
circuito
VOLmax
integrato
VOHmin
V
ILmax
0
VOLmax
0
3-18 V
Caratteristiche famiglie logiche
TTL
• Livelli di corrente di ingresso e di uscita:
IILmax
IIHmax
IOLmax
IOHmax
1,6 mA
40 mA
16 mA
400 mA
CMOS
1 pA
1 pA
1 mA
1 mA
Caratteristiche famiglie logiche
• Fan-out sul livello alto FOH
• Fan-out sul livello basso FOL
I OH max
I IH max
I OL max
I IL max
• Corrente di cortocircuito Ios
• Tempi di commutazione
tp =
TTL
CMOS
10
50
10
50
30 mA
5 mA
10 ns
100 ns
MOSFET in commutazione
Vo = VDD
DS(ON)
VGS >
< Vt
VDS(ON)
RD » rON
Famiglia CMOS
-VDD0==
Conduzione: VGS < Vt (negativa)
PMOS
VDD
VDD
Conduzione: VGS > Vt (positiva)
NMOS
VDD0 =
inverter
Famiglia CMOS
CMOS: protezione ingressi
CMOS: dissipazione di potenza
Caratteristiche CMOS
Open collector/open drain
Si può alimentare la resistenza di pull-up RC con una
tensione diversa da quella propria della porta logica
Buffer (Driver)
• Pilotaggio di lampade, relè, linee, ecc.
• Uscita (tipica) in open drain
01
VOH(max) = 30 V
IOL(max) = 40 mA
RL = 1,3 kW
Va VOL
= 18 mA (< 40 mA)
IL
RL
Porte three-state
A
0
1
G
1
1
Y
0
1
×
0
Z
A
G
Y
= 01
0
0
0
1
0
1
×
1
Z
L’ingresso d’abilitazione deve rendere interdetti entrambi i
MOSFET
Trigger di Schmitt
jitter
Porte di trasmissione
=1
=0
Se C = 1 i transistor sono accesi e i punti 1 e 2 sono connessi
dalla bassa rON dei due MOSFET in parallelo
Se C = 0 i transistor sono entrambi interdetti e 1 e 2 sono scollegati
Pilotaggio TTL-LED
Con ACMOS-ACTMOS:
Pilotaggio CMOS (4000B)-LED
oppure per aumentare la corrente d’uscita…
max 0,44 mA
… e in tutti quei casi in cui non si è sicuri se l’integrato è in grado
di erogare corrente sufficiente a fare accendere i LED
