Bài giảng "Linh kiện điện tử - Chương 7: Vi mạch tích hợp" cung cấp cho người học các kiến thức: Khái niệm và phân loại vi mạch tích hợp, các phương pháp chế tạo vi mạch tích hợp bán dẫn, vi mạch tuyến tính, vi mạch số và vi mạch nhớ. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng Linh kiện điện tử: Chương 7 - Nguyễn Văn Hân
- Chương 7:
Vi mạch tích hợp
• Khái niệm và phân loại vi mạch tích hợp
• Các phương pháp chế tạo vi mạch tích hợp bán
NHATRANG UNIVERSITY
dẫn
• Vi mạch tuyến tính
• Vi mạch số và vi mạch nhớ
- Khái niệm và đặc điểm
• Vi mạch tích hợp (IC: Intergrated Circuits) là sản
phẩm của công nghệ vi điện tử, nó gồm rất
nhiều các linh kiện tích cực, thụ động, và dây nối
NHATRANG UNIVERSITY
giữa chúng được chế tạo tích hợp trên một đế
bán dẫn duy nhất theo một sơ đồ cho trước và
thực hiện một vài chức năng nhất định
• Vi mạch tích hợp có kích thước nhỏ, tiêu thụ ít
năng lượng, hoạt động tin cậy, giá thành hạ, tuổi
thọ cao
• Do hạn chế về kích thước nên vi mạch có tốc độ
hoạt động không cao, và yêu cầu nguồn nuôi rất
ổn định
- Phân loại
• Phân loại theo dạng tín hiệu xử lý
– IC tương tự (IC tuyến tính): μA741, 7805, 7905,…
NHATRANG UNIVERSITY
– IC số: Họ 74, IC 555, ROM, RAM,…
• Phân loại theo công nghệ chế tạo
– IC bán dẫn (đơn khối): Các linh kiện thụ động và tích
cực đều được chế tạo trên một đế bán dẫn
– IC màng mỏng: Các linh kiện thụ động được chế tạo
trên đế thủy tinh cách điện, các linh kiện tích cực
được gắn vào mạch như các phần tử rời rạc
– IC màng dày: Các linh kiện thụ động được chế tạo
trên đế bán dẫn, còn các linh kiện tích cực được gắn
vào mạch như các phần tử rời rạc
– IC lai (hybrid IC): Kết hợp các công nghệ khác nhau
- Phân loại
• Phân loại theo loại transistor có trong IC
– IC lưỡng cực: Các transistor tích hợp trong mạch là transistor
lưỡng cực
– IC MOS: Các transistor tích hợp trong mạch là transistor trường
NHATRANG UNIVERSITY
loại MOS (MOS-FET)
• Phân loại theo số lượng phần tử được tích hợp trong IC
– IC SSI (Small Scale Intergration): Mức độ tich hợp nhỏ 1000 phần tử
– IC ULSI (Ultra Large Scale Intergration): Mức độ tích hợp cực lớn
>1 triệu phần tử
– IC GSI (Giant Scale Intergration): Mức độ tích hợp khổng lồ > 1 tỷ
phần tử
- Phân loại
Năm 1961 1966 1971 1980 1985 1990-
nay
NHATRANG UNIVERSITY
Công SSI MSI LSI VLSI ULSI GSI
nghệ
Số phần
- Các phương pháp chế tạo IC
• Phương pháp quang khắc (Photolithography) :
NHATRANG UNIVERSITY
- Các phương pháp chế tạo IC
• Phương pháp quang khắc
– Trên đế Si tạo ra lớp màng mặt nạ (masking film)
NHATRANG UNIVERSITY
bằng SiO2
– Phủ lớp cản quang (photoresist)
– Đặt khuôn sáng (mask) lên lớp cản quang và chiếu
sáng
– Bỏ khuôn sáng và định hình: tùy vào chất làm màng
mặt nạ mà phần bị che sẽ bị ăn mòn hoặc không bị
ăn mòn trong dung dịch rửa
– Sau khi định hình, loại bỏ lớp cản quang ta thu được
một đế bán dẫn có phủ lớp bảo vệ SiO2 có hình dạng
mà ta mong muốn
- Các phương pháp chế tạo IC
• Phương pháp quang khắc
NHATRANG UNIVERSITY
- Các phương pháp chế tạo IC
• Phương pháp Planar:
– Là phương pháp gia công các phần tử của vi mạch
NHATRANG UNIVERSITY
bán dẫn (đơn khối). Đây là phương pháp kết hợp hai
quá trình quang khắc và khuếch tán
• Phương pháp Epitaxy-Planar
– Tương tự như phương pháp Planar, nhưng ở đó
người ta sử dụng quá trình Epitaxy để nuôi cấy một
lớp đơn tinh thể mỏng bên trong một lớp đơn tinh thể
khác
– Epitaxy là phương pháp tạo ra một màng mỏng bằng
cách sử dụng các chùm phân tử lắng đọng trên đế
tinh thể ở môi trường chân không
- Các phương pháp chế tạo IC
• Minh họa phương pháp Planar chế tạo một transistor
– a, b,c: quá trình quang khắc tạo mặt nạ
– d: quá trình khuếc tán tạo miền C của transistor
NHATRANG UNIVERSITY
– e: Các quá trình lặp lại để tạo thành một transistor hoàn chỉnh
- Các linh kiện trong vi mạch
• Điện trở trong IC
– Điện trở bán dẫn: Điện trở thường được chế tạo từ
NHATRANG UNIVERSITY
một khối bán dẫn (đơn khối) hoặc một khối bán dẫn
khác khuếch tán vào bán dẫn đế
– Điện trở màng mỏng: Thường sử dụng phương pháp
bốc hơi và lắng đọng trong chân không, hoặc phương
pháp Epitaxy để tạo ra lớp màng mỏng
• Tụ điện trong IC
– Tụ điện là lớp tiếp giáp p-n phân cực ngược
– Tụ điện MOS (Kim loại-SiO2-Bán dẫn)
– Tụ điện màng mỏng
- Các linh kiện trong vi mạch
• Cuộn cảm trong IC
– Trong IC thường không chế tạo cuộn cảm, trong
NHATRANG UNIVERSITY
trường hợp bắt buộc phải có cuộn cảm thì người ta
chế tạo cuộn cảm bằng công nghệ màng mỏng
• Transistor trong IC
– Transistor lưỡng cực thường sử dụng loại n-p-n, chế
tạo bằng công nghệ Planar hoặc Epitaxy-Planar
– Transistor trường gồm cả JFET và MOSFET chế tạo
theo công nghệ Planar hoặc Epitaxy-Planar
• Điốt trong IC
– Trong IC Điốt thường được tạo thành từ transistor
lưỡng cực bằng cách nối tắt 2 cực của nó
- Vi mạch khuếch đại thuật toán
• Vi mạch khuếch đại thuật toán là loại vi mạch thực hiện
khuếch đại tín hiệu tương tự và thực hiện một số phép
toán dựa vào mạch hồi tiếp bên ngoài vi mạch khuếch
đại thuật toán
NHATRANG UNIVERSITY
• Một bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng phải đạt được các
tiêu chuẩn sau:
– Hệ số khuếch đại điện áp rất lớn K→∞
– Trở kháng vào rất lớn Rv→∞
– Trở kháng ra rất nhỏ Rr→0
– Làm việc đồng đều trong toàn bộ dải tần Δf→∞
- Vi mạch khuếch đại thuật toán
• Một mạch khuếch đại thuật toán gồm có 1 đầu ra
và hai đầu vào, cùng các chân cấp nguồn cho nó:
NHATRANG UNIVERSITY
– Đầu vào đảo (N): tín hiệu vào và tín hiệu ra ngược pha
– Đầu vào không đảo (P): tín hiệu vào và tín hiệu ra cùng
pha
• Cấu trúc cơ bản của một bộ khuếch đại thuật toán
gồm:
– Tầng đầu là một mạch khuếch đại vi sai
– Tầng trung gian là một hoặc vài mạch khuếch đại
– Tầng ra là mạch khuếch đại CC, hoặc mạch khuếch đại
công suất theo kiểu đẩy kéo
- Vi mạch khuếch đại thuật toán
NHATRANG UNIVERSITY
- Vi mạch khuếch đại thuật toán
Ur
+Ec
Urmax ®¶o Urmax kh«ng
NHATRANG UNIVERSITY
®¶o
Uv
-Ec
Đặc tuyến truyền đạt của bộ khuếch đại thuật toán
chia thành hai vùng rõ rệt:
• Vùng khuếch đại: Là vùng tín hiệu vào và tín hiệu ra
tăng tuyến tính với nhau Ur=K.Uv (K rất lớn)
• Vùng bão hòa: Là vùng Ur tăng nhanh và đạt giá trị bão
hòa ≈ ±Ec
- Một số ứng dụng của Op-Am
• Mạch khuếch đại đảo và
không đảo
NHATRANG UNIVERSITY
Rht
KD
R1
Rht
K KD 1
R1
- Một số ứng dụng của Op-Am
• Mạch cộng đảo và
không đảo
NHATRANG UNIVERSITY
1 Rht
Ur (1 ) U Vi
n R
Rht
Ur U Vi
R
- Vi mạch ổn áp
• Vi mạch ổn áp là vi mạch có nhiệm vụ ổn định
điện áp ở đầu ra khi điện áp đầu vào thay đổi
NHATRANG UNIVERSITY
– Vi mạch ổn áp họ 78xx: ổn áp điện áp +xx(V) (Ví dụ:
7805→ổn áp +5V; 1812→ổn áp +12V)
– Vi mạch ổn áp họ 79xx: ổn áp điện áp –xx(V) (Ví dụ:
7905→ổn áp→-5V; 7912→ổn áp -12V)
- Vi mạch ổn áp
• Sơ đồ ổn áp dùng IC ổn áp
NHATRANG UNIVERSITY
78xx
79xx
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
