Ph n I ầ
1-Gi i thi u và phân lo i IC sớ ệ ạ ố
1.1 Gi i thi u IC sớ ệ ố
IC(intergated-circuit) là m t m ch đi n t mà các thành ph n tác đ ng và thộ ạ ệ ử ầ ộ ụ
đ ng đ u đ c ch t o k t t trong ho c trên m t đ (subtrate) hay thân ho cộ ề ượ ế ạ ế ụ ặ ộ ế ặ
không th tách r i nhau đ c.Đ này có th là m t phi n bán d n(h u h t là Si)ể ờ ượ ế ể ộ ế ẫ ầ ế
ho c m t phi n cách đi n.ặ ộ ế ệ
M t IC th ng có kích th c dài r ng c vài trăm đ n vài ngàn micron,dày cộ ườ ướ ộ ỡ ế ỡ
vài trăm micron đ c đ ng trong m t v b c b ng kim lo i ho c b ngượ ự ộ ỏ ọ ằ ạ ặ ằ
plastic.Nh ng IC nh v y th ng là m t b ph n ch c năng(function device)ữ ư ậ ườ ộ ộ ậ ứ
t c là m t b ph n có kh năng th hi n m t ch c năng đi t nào đó.S k tứ ộ ộ ậ ả ể ệ ộ ứ ệ ử ự ế
t (integration) các thành ph n c a m ch đi n t cũng nh các b ph n c uụ ầ ủ ạ ệ ử ư ộ ậ ấ
thành c a m t h th ng đi n t v n la h ng tìm tòi và theo đu i t lâu trongủ ộ ệ ố ệ ử ẫ ướ ổ ừ
ngành đi n t .Nhu c u c a s k t t phát minh t s k t t t t nhiên c a cácệ ử ầ ủ ự ế ụ ừ ự ế ụ ấ ủ
m ch và h th ng đi n t nh đ n l n,t t n s th p(t c đ ch m) đ n t n sạ ệ ố ệ ử ỏ ế ớ ừ ầ ố ấ ố ộ ậ ế ầ ố
cao(t c đ nhanh).S ti n tri n này là h u qu t t y u c a nhu c u ngày càngố ộ ự ế ể ậ ả ấ ế ủ ầ
tăng trong vi c x lý l ng tin t c(information) ngày càng nhi u c a xã h i phátệ ử ượ ứ ề ủ ộ
tri n.ể
Nh ng h th ng đi n t công phu và ph c t p g m r t nhi u thành ph n,bữ ệ ố ệ ử ứ ạ ồ ấ ề ầ ộ
ph n.Do đó n y ra nhi u v n đ c n gi i quy t:ậ ả ề ấ ề ầ ả ế
1. Kho ng không gian mà s l ng l n các thành ph n chi m đo t (thả ố ườ ớ ầ ế ạ ể
tích).M t máy tính đi n t c n dùng đ n hàng tri u,hàng vài ch c tri uộ ệ ử ầ ế ệ ụ ệ
b ph n r i.N u không th c hi n b ng m ch IC,thì không nh ng thộ ầ ờ ế ự ệ ằ ạ ữ ể
tích c a nó s l n m t cách b t ti n mà đi n năng cung c p cho nó sủ ẽ ớ ộ ấ ệ ệ ấ ẽ
vô cùng ph c t p.Mà n u có th a mãn chăng n a,thì máy cũng khôngứ ạ ế ỏ ữ
th c d ng.ự ụ
2. Đ kh tín(reliability) c a h th ng đi n t :là đ đáng tin c y trongộ ả ủ ệ ố ệ ử ộ ậ
ho t đ ng đúng theo tiêu chu n thi t k .Đ kh tín c a m t h th ngạ ộ ẩ ế ế ộ ả ủ ộ ệ ố
t t nhiên ph thu c vào đ kh tín c a các thành ph n c u thành và cácấ ụ ộ ộ ả ủ ầ ấ
b ph n n i ti p gi a chúng.H th ng càng ph c t p,s b ph n càngộ ậ ố ế ữ ệ ố ứ ạ ố ộ ậ
tăng và ch n i ti p càng nhi u.Vì v y,n u dùng b ph n r i r c choỗ ố ế ề ậ ế ộ ậ ờ ạ
Su tm bi:
www.daihoc.com.vn
các h th ng ph c t p,đ kh tín c a nó s gi m th p.M t h th ngệ ố ứ ạ ộ ả ủ ẽ ả ấ ộ ệ ố
nh v y s tr c tr c r t nhanh.ư ậ ẽ ụ ặ ấ
3. V n đ th i gian th c hi nấ ề ờ ự ệ
4. S k t t áp d ng vào IC th ng th c hi n giai đo n b ph n ch cự ế ụ ụ ườ ự ệ ở ạ ộ ậ ứ
năng.Song khái ni m k t t không nh t thi t d ng l i giai đo nệ ế ụ ấ ế ừ ạ ở ạ
này.Ng i ta v n n l c đ k t t v i m t đ c c cao trong IC,nh mườ ẫ ỗ ự ể ế ụ ớ ậ ộ ự ằ
h ng t i vi c k t t toàn th h th ng đi n t trên m t phi m(chíp).ướ ớ ệ ế ụ ể ệ ố ệ ử ộ ế
Tóm l i công ngh IC đ a đ n nh ng đi m l i so v i k thu t linh ki n r i nhạ ệ ư ế ữ ể ợ ớ ỹ ậ ệ ờ ư
sau:
-Giá thành s n ph m hả ẩ ạ
-Kích c nh ỡ ỏ
-Đ kh tín cao(t t c các thành ph n đ c ch t o cùng lúc và khôngộ ả ấ ả ầ ượ ế ạ
có nh ng đi m hàn,n i).ữ ể ố
-Tăng ch t l ng (do giá thành h ,các m t ph c t p h n có th đ cấ ượ ạ ặ ứ ạ ơ ể ượ
ch n đ h th ng đ t đ n nh ng tính năng t t nh t).ọ ể ệ ố ạ ế ữ ố ấ
-Các linh ki n đ c ph i h p t t(matched).Vì t t c các transistorệ ượ ố ợ ố ấ ả
đ c ch t o đ ng th i và cùng m t qui trình nên các thông s t ngượ ế ạ ồ ờ ộ ố ươ
ng c a chúng ta v c b n có cùng đ l n đ i v i s bi n thiên c aứ ủ ề ơ ả ộ ớ ố ớ ự ế ủ
nhi t đ .ệ ộ
-Tu i th cao.ổ ọ
1.2 Các lo i IC.ạ
Phân lo i theo quy môạ
Lo i ICạCác c ng căn b nổ ả S các linh ki nố ệ
T ng h p quy mô nh SSIổ ợ ỏ Nh h n 12ỏ ơ Lên đ n 99ế
T ng h p quy mô trung bìnhổ ợ
MSI
12→99 100→999
T ng h p quy mô l n LSIổ ợ ớ 100→999 1000→999
Su tm bi:
www.daihoc.com.vn
T ng h p quy mô r t l n VLSIổ ợ ấ ớ L n h n 1000ớ ơ L n h n 10000ớ ơ
D a trên qui trình s n xu t,có th chia IC ra làm 3 lo i:ự ả ấ ể ạ
IC màng(film IC):
Trên m t đ b ng ch t cách đi n,dùng các l p màng t o nên các thành ph nộ ế ằ ấ ệ ớ ạ ầ
khác.Lo i này ch g m các thành ph n th đ ng nh đi n tr ,t đi n và cu nạ ỉ ồ ầ ụ ộ ư ệ ở ụ ệ ộ
c m mà thôi.ả
oDây n i gi a các b ph n: Dùng màng kim lo i có đi n trố ữ ộ ậ ạ ệ ở
su t nh nh Au,Al,Cu…ấ ỏ ư
oĐi n tr : Dùng màng kim lo i ho c h p kim có đi n tr su t l nệ ở ạ ặ ợ ệ ở ấ ớ
nh Ni-Cr;Ni-Cr-Al;Cr-Si;Cr có th t o nên đi n tr có tr s r tư ể ạ ệ ở ị ố ấ
l n.ớ
ođi n: Dùng màng kim lo i đ đóng vai trò b n c c và dùng màngệ ạ ể ả ự
đi n môi:Sio;Sio2,Al203;Ta205.Tuy nhiên khó t o đ c t có đi nệ ạ ượ ụ ệ
dung l n h n 0,02 F/cm2.ớ ơ
oCu n T c m:Dùng m t màng kim lo i hình xo n.Tuy nhiên khóộ ụ ả ộ ạ ắ
t o đ c cu n c m l n quá 5H v i kích th c h p lý.Trong s đạ ượ ộ ả ớ ớ ướ ợ ơ ồ
IC, ng i ta tránh dùng cu n c m đ không chi m th tích.ườ ộ ả ể ế ể
oCách đi n gi a các b ph n:Dùng SiO;SiO2;Al2O3.ệ ữ ộ ậ
oCó m t th i,transistor màng m ng đ c nghiên c u r t nhi u độ ờ ỏ ượ ứ ấ ề ể
ng d ng vào IC màng.Nh ng ti c là transistor màng ch a đ t đ nứ ụ ư ế ư ạ ế
giai đo n th c d ng,n u không ph i là ít có tri n v ng th c d ng.ạ ự ụ ế ả ể ọ ự ụ
IC đ n tinh th (monolithic IC):ơ ể
-Còn g i là IC bán d n(semiconductor IC) – là IC dùng m t đ (subtrate)ọ ẫ ộ ế
b ng ch t bán d n (th ng là Si).Trên(hay trong) đ đó,ng i ta ch t oằ ấ ẫ ườ ế ườ ế ạ
transistor, diode ,đi n tr ,t đi n.R i dùng ch t cách đi n SiO2 đ ph lênệ ở ụ ệ ồ ấ ệ ể ủ
che ch cho các b ph n đó trên l p SiO2,dùng màng kim lo i đ n i cácở ộ ậ ớ ạ ể ố
b ph n v i nhau.ộ ậ ớ
Su tm bi:
www.daihoc.com.vn
Transistor,diode đ u là các b ph n bán d n.ề ộ ậ ẫ
Đi n tr :Đ c ch t o b ng cách l i d ng đi n tr c a l p bánệ ở ượ ế ạ ằ ợ ụ ệ ở ủ ớ
d n có khu ch tán t p ch t.ẫ ế ạ ấ
T đi n: Đ c ch t o b ng các l i d ng đi n dung c a vùngụ ệ ượ ế ạ ằ ợ ụ ệ ủ
hi m t i m t n i P-N b phân c c ngh ch.ế ạ ộ ố ị ự ị
Đôi khi ng i ta có th thêm nh ng thành ph n khác h n c a các thànhườ ể ữ ầ ơ ủ
ph n k trên đ dùng cho các m c đích đ c thùầ ể ể ụ ặ
Các thành ph n trên đ c ch t o thành m t s r t nhi u trên cùng m tầ ượ ế ạ ộ ố ấ ề ộ
chip.Có r t nhi u m i n i gi a chúng và chúng đ c cách ly nh nh ng m i n iấ ề ố ố ữ ượ ờ ữ ố ố
P-N b phân c c ngh ch(đi n tr có hàng trăm M)ị ự ị ệ ở
IC lai(hibrid IC).
-Là lo i IC lai gi a hai lo i trênạ ữ ạ
-T vi m ch màng m ng(ch ch a các thành ph n th đông),ng i taừ ạ ỏ ỉ ứ ầ ụ ườ
g n ngay trên đ c a nó nh ng thành ph n tíchắ ế ủ ữ ầ
c c(transistor,diode)t i nh ng n i đã dành s n.Các transistor và diodeự ạ ữ ơ ẵ
g n trong m ch lai không c n có v hay đ riêng,mà ch c n đ cắ ạ ầ ỏ ể ỉ ầ ượ
b o v b ng m t l p men tráng.ả ệ ằ ộ ớ
- u đi m c a m ch lai là:Ư ể ủ ạ
Có th t o nhi u IC(digital hay analog)ể ạ ề
Có kh năng t o ra các ph n t th đ ng có các gía tr khác nhauả ạ ầ ử ụ ộ ị
v i sai s nh .ớ ố ỏ
Có kh năng đ t trên m t đ ,các ph n t màng m ng ,cácả ặ ộ ế ầ ử ỏ
transistor,diode và ngay c các lo i IC bán d n.ả ạ ẫ
-Th c ra khi ch t o,ng i ta có th dùng qui trinh ph i h p.Các thànhự ế ạ ườ ể ố ợ
ph n k thu t planar,còn các thành ph n th đ ng thì theo k thu tầ ỹ ậ ầ ụ ộ ỹ ậ
màng.Nh ng vì quá trình ch t o các thành ph n tác đ ng và th đ ng đ cư ế ạ ầ ộ ụ ộ ượ
th c hi n không đ ng th i nên các đ c tính và thông s c a các thành ph nự ệ ồ ờ ặ ố ủ ầ
th đ ng không ph thu c vào các đ c tính và thông s c a các thành ph nụ ộ ụ ộ ặ ố ủ ầ
Su tm bi:
www.daihoc.com.vn
tác đ ng mà ch ph thu c vào vi c l a ch n v t li u,b d y và hìnhộ ỉ ụ ộ ệ ự ọ ậ ệ ề ầ
dáng.Ngoài ra,vì các transistor c a các IC lo i này n m trong đ nên kíchủ ạ ằ ế
th c IC đ c thu nh nhi u so v i IC ch a transistor r i.ướ ượ ỏ ề ớ ứ ờ
-IC ch t o b ng qui trình ph i h p c a nhi u u đi m.V i k thu tế ạ ằ ố ợ ủ ề ư ể ớ ỹ ậ
màng,trên m t di n tích nh có th t o ra m t đi n tr có giá tr l n,h sộ ệ ỏ ể ạ ộ ệ ở ị ớ ệ ố
nhi t nh .Đi u khi n t c đ ng ng đ ng c a màng,có th t o ra m t màngệ ỏ ề ể ố ộ ư ộ ủ ể ạ ộ
đi n tr v i đ chính xác r t cao.ệ ở ớ ọ ấ
D a trên ch c năng x lý tín hi u ng i ta chia IC làm hai lo i:IC digital và ICự ứ ử ệ ườ ạ
analog(còn g i là IC tuy n tính)ọ ế
IC digital:
-Là lo i IC x lý tín hi u s . ( Digital signal) ạ ử ệ ố
Ch ng lo i IC digital không nhi u.Chúng ch g m m t s cácủ ạ ề ỉ ồ ộ ố
lo i m chlogic căn b n,g i là c ng logic.ạ ạ ả ọ ổ
V công ngh ch t o IC digital g m các lo i :ề ệ ế ạ ồ ạ
-RTL: resistor-transistor logic
-DTL: diode-transistor logic
-TTL: transistor-transistor logic
-MOS: metal-oxide semiconductor
-CMOS: complementary MOS
IC analog
-Là lo i IC x lý tín hi u Analog, đó là lo i tín hi u bi n đ i liên t c soạ ử ệ ạ ệ ế ổ ụ
v i IC digital,lo i IC Analog phát tri n ch m h n.M t lý do là vì ICớ ạ ể ậ ơ ộ
analog ph n l n là m ch chuyên d ng(special use),tr m t vài tr ngầ ớ ạ ụ ừ ộ ườ
h p đ c bi t nh OP-AMP(IC khu ch đ i thu t toán),khu ch đ i videoượ ặ ệ ư ế ạ ậ ế ạ
và nh ng m ch ph d ng(universal use).Do đó đ th a mãn nhu c u sữ ạ ổ ụ ể ỏ ầ ử
d ng,ng i ta ph i thi t k ,ch t o r t nhi u lo i khác nhau. ụ ườ ả ế ế ế ạ ấ ề ạ
Su tm bi:
www.daihoc.com.vn