9.7. Классификация полупроводниковых устройств

По своим функциональным задачам полупроводниковые устройства можно разделить на три группы: преобразовательные, в том числе выпрямительные; усилительные и импульсные, в том числе логические.

Преобразовательные устройства осуществляют преобразование напряжения и тока источника энергии в напряжение и ток, необходимые приемнику энергии. Выпрямительные устройства служат для преобразования синусоидальных напряжений и токов в постоянные. Обратное преобразование реализуют инверторы, а изменение значений постоянного напряжения и частоты синусоидального тока — преобразователи напряжения и частоты. Преобразовательные устройства широко применяются в электроприводе, устройствах электросварки, электротермии и т. д. В усилительных устройствах те или иные параметры сигналов увеличиваются до значений, необходимых для работы исполнительных органов. С помощью импульсных и логических устройств создают различные системы управления. Первые обеспечивают необходимую временную программу, а вторые — необходимую логическую программу совместной работы отдельных частей объекта управления.

Отметим, что деление полупроводниковых устройств по их функциональному назначению в известной степени условно. Реальные полупроводниковые устройства часто содержат элементы нескольких групп, а также генераторы синусоидальных колебаний, стабилизаторы напряжения и т.п.

Интегральные микросхемы (Микроэлектроника).Интегральная микросхема (ИМС) представляет собой сложное микроэлектронное изделие в миниатюрном корпусе с электрическими выводами, включающее в себя множество простейших элементов (транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов), электрически соединенных между собой по заданной схеме, и реализующее определённую функцию преобразования электрических сигналов. Отдельные элементы микросхемы не имеют внешних выводов и не могут рассматриваться как самостоятельные изделия, однако в составе микросхемы могут включаться компоненты, имеющие самостоятельное конструктивное оформление – навесные бескорпусные транзисторы, другие микросхемы, дроссели и т.д.

Создание и непрерывное совершенствование технологии интегральных микросхем связано с быстрым развитием информационной и вычислительной техники и значительным в связи с этим усложнением электрических и электронных схем приборов и устройств. Применение ИМС как самостоятельных функциональных узлов кардинальным образом решает проблемы уменьшения габаритов, снижения потребляемой энергии, повышения надёжности и быстродействия приборов и устройств и в особенности электронных вычислительных машин.

Важными характеристиками интегральных микросхем в числе прочих являются степень интеграции и плотность упаковки. Степень интеграции характеризует количество элементов в микросхеме. ИМС первой степени имеют до 10 элементов, второй - до 100 элементов и т.д. Под плотностью упаковки понимают количество элементов и компонентов в 1 см³ объёма микросхемы. В современных ИМС степень интеграции достигает шести, а плотность упаковки принципиально может быть доведена до 10⁵эл/ см³ и выше, линейные размеры отдельных элементов могут быть менее 1 мкм. Площадь полупроводникового кристалла обычной микросхемы составляет в зависимости от сложности 0,3 – 6 мм². Площадь кристалла микросхем, применяемых в ЭВМ, может достигать 40 мм² и выше. Дальнейшее увеличение площади кристалла нецелесообразно в связи с возрастающей вероятностью наличия в кристаллической решётки дефектов, делающих непригодной всю микросхему.

По технологии изготовления различают гибридные и полупроводниковые интегральные микросхемы. В гибридных микросхемах используется так называемая плёночная технология, пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, дроссели) и проводники выполняют в них в виде проводящих плёнок, а в качестве активных элементов используют навесные транзисторы, диоды и т.д. В полупроводниковых ИМС все активные и пассивные элементы выполнены в объёме и на поверхности кристалла полупроводника. В отдельных случаях при производстве микросхем используют совмещение обеих технологий.