DISPOSITIVI E CIRCUITI DISPOSITIVI E CIRCUITI INTEGRATIINTEGRATI

Corso di recupero in Fondamenti di Elettronica – Università di Palermo Corso di recupero in Fondamenti di Elettronica – Università di Palermo

A.A. 2014-2015 A.A. 2014-2015

Preparazione del monocristallo:Preparazione del monocristallo:Metodo di CzocralskyMetodo di Czocralsky

Tecnologia planareTecnologia planare

1) formazione dello strato epitassiale2) formazione dello strato di biossido di silicio3) rimozione selettiva del biossido tramite fotolitografia4) diffusione o impiantazione ionica delle impurità droganti5) metallizzazione

FotolitografiaFotolitografiaSiO2

Si - Ossidazione

SiO2

Si

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 Esempio di dispositivo integrato (CMOS)(CMOS)

Carico attivoCarico attivo

i

v

v = RD i

1/ RD

VDD

vGS = 0vgs2 = 0

211 // oomi

o rrgv

vA

(ro2 » RD)

retta di carico

Evoluzione famiglie logicheEvoluzione famiglie logiche

SSI (Small Scale Integration), massimo di dieci porte logiche

VLSI (Very Large Scale Integration), numero di porte logiche > mille

MSI (Medium Scale Integration), da dieci a cento porte logiche

LSI (Large Scale Integration), da cento a mille porte logiche

1,5 ns4 pJ

SSI, MSI, LSI

VLSI

Caratteristiche famiglie logicheCaratteristiche famiglie logiche

• Tensione di alimentazione VCC

TTL CMOS

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 VIHmin VOLmax VOHmin

0,8 V VCC /3 2 V 2·VCC /3

0,4 V ≈ 0 2,4 V ≈ VCC

0

VILmax

VIHmin

VCC

circuitointegrato

0VOLmax

VOHmin

VCC

Caratteristiche famiglie logicheCaratteristiche famiglie logicheTTL CMOS

• Livelli di corrente di ingresso e di uscita: IILmax IIHmax

IOLmax IOHmax

1,6 mA 1 pA 40 A 1 pA 16 mA 1 mA 400 A 1 mA

Caratteristiche famiglie logicheCaratteristiche famiglie logiche

• Fan-out sul livello alto

TTL CMOS

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

max

max

IH

OH

I

IFOH

max

max

IL

OL

I

IFOL

MOSFET in commutazioneMOSFET in commutazione

VGS > Vt VGS < Vt

Vo = VDS(ON) Vo = VDD

VDS(ON)

RD » rON

Famiglia CMOSFamiglia CMOS

inverter

Conduzione: VGS > Vt (positiva)

Conduzione: VGS < Vt (negativa)

0 =

-VDD =

VDD

VDD

VDD =

0 =

NMOS

PMOS

Famiglia CMOSFamiglia CMOS

CMOS: protezione ingressiCMOS: protezione ingressi

CMOS: dissipazione di potenzaCMOS: dissipazione di potenza

Caratteristiche CMOSCaratteristiche CMOS

Open collector/open drainOpen collector/open drain

Si può alimentare la resistenza di pull-up RC con una tensione diversa da quella propria della porta logica

Buffer (Driver)Buffer (Driver)

• Pilotaggio di lampade, relè, linee, ecc.

• Uscita (tipica) in open drain

IOL(max) = 40 mA

0

L

OLaL R

VVI

RL = 1,3 k

= 18 mA (< 40 mA)

1

VOH(max) = 30 V

Porte three-statePorte three-state

A G Y

0 1 0

1 1 1

× 0 Z

A G Y

0 0 0

1 0 1

× 1 Z

= 1= 0

L’ingresso d’abilitazione deve rendere interdetti entrambi i MOSFET

Trigger di SchmittTrigger di Schmitt

jitter

Porte di trasmissionePorte di trasmissione

= 0

= 1

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-LEDPilotaggio TTL-LED

Con ACMOS-ACTMOS:

Pilotaggio CMOS (4000B)-LEDPilotaggio CMOS (4000B)-LEDoppure 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 gradodi erogare corrente sufficiente a fare accendere i LED