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

Fotolitografia - Ossidazione - Preparazione per la fotolitografia SiO2 Si - Ossidazione fotoresist - Preparazione per la fotolitografia - Esposizione attraverso la maschera lastra di vetro con zone opache luce U.V. - 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 (ro2 » RD) i vgs2 = 0 v = RD i vGS = 0 1/ RD v VDD retta di carico v = RD i vGS = 0 1/ RD v VDD (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 3-18 V Corrente di alimentazione ICC 10 mA ≈ 0 Potenza dissipata Pd 10 mW 10 nW Livelli di tensione di ingresso e di uscita: VILmax 0,8 V VCC /3 VILmax VIHmin VCC circuito integrato VOLmax VOHmin VIHmin 2 V 2·VCC /3 VOLmax 0,4 V ≈ 0 VOHmin 2,4 V ≈ VCC

Caratteristiche famiglie logiche TTL CMOS Livelli di corrente di ingresso e di uscita: IILmax 1,6 mA 1 pA IIHmax 40 mA 1 pA IOLmax 16 mA 1 mA IOHmax 400 mA 1 mA

Caratteristiche famiglie logiche TTL CMOS Fan-out sul livello alto 10 50 Fan-out sul livello basso 10 50 Corrente di cortocircuito Ios 30 mA 5 mA Tempi di commutazione tp = 10 ns 100 ns

MOSFET in commutazione Vo = VDD Vo = VDS(ON) VGS < Vt VGS > Vt VDS(ON) RD » rON

Famiglia CMOS -VDD = 0 = Conduzione: VGS < Vt (negativa) PMOS VDD VDD Conduzione: VGS > Vt (positiva) NMOS VDD = 0 = 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 1 RL = 1,3 kW VOH(max) = 30 V IOL(max) = 40 mA = 18 mA (< 40 mA)

Porte three-state = 1 = 0 A G Y 1 × Z trasmettitore ricevitore A G Y 1 1 × Z trasmettitore ricevitore A G Y 1 × Z = 0 = 1 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