双极型集成电路
第七章双极型逻辑集成电路优秀课件
长脖子基区通常选取 2~E31方（E约2 500欧E3 姆）
等位接触
E1 E2 E3 E4
为了使多个发射区处
于相同的基区电位C， 在多个发射区旁应设 B 计基区等位孔并用金 属覆盖。
B
C
长脖子基区
2009-3-15
韩良
12
7.1.1两管TTL与非门 6.多发射极晶体管的设计
④肖特基晶体管减小反向漏电流原理
关态：输入有低电平
A
T2
B
T1
T3
T1 深饱和，T2 、 T3截止
C
R3
输出高电平
VOH = VCC -VD - R2 IR2
2009-3-15
韩良
15
7.1.2 三管单元TTL与非门
2.特点
T2的作用：提高抗干扰能力 加快了导通速度
VCC
影响了截止速度
R1
R2 D
D 的作用：加快T3退饱和(截止)
C
T4
如VA = VIL, T1发射结必 然导通，导通后T1的基
R3
极电位被钳在
VB1= VIL+ VON=0.9V
F
控制T3饱和度
R3 的作用：为T3提供泄放通路
A
T2
（加快截止，对导通不利）
B
T1
T3
C
R3
扇出能力差，速度慢， 容性负载能力差
2009-3-15
韩良
16
7.1.2 三管单元TT电仍平没被能箝被位以降单低块输集出成的电逻路辑形摆式幅应用 图到大(c市规RR)将==场模0∞二时， 集时极,而 成，T管3是 电属不D常路于饱改作中O和为C简。，电门化速阻，逻度R速辑。快度单，慢元但，电低低路电电被平平应驱驱用动动在差强中。。
双极型集成电路制造工艺
双极型集成电路（Bipolar）制造工艺双极集成电路基础有源器件：双极晶体管无源器件：电阻、电容、电感等双极IC：数字集成电路、模拟和微波集成电路特点：速度快、稳定性好、负载能力强新型双极晶体管：异质结双极晶体管多晶硅发射极双极晶体管B E C•埋层•外延层•隔离区•基区•发射区和集电区•金属化PN结隔离的NPN晶体管•钝化层•几个概念–有源区:硅片上用于制造元器件的区域–场区:没有制作元器件的区域•埋层•外延层•隔离区•基区•发射区和集电区•金属化•钝化层介质(厚氧化层)隔离的NPN晶体管如何制造双极晶体管？双极晶体管是基于平面工艺，在硅表面加工制造出来的元器件隔离方法：PN结隔离、PN结对通隔离、介质—PN结混合隔离、全介质沟槽隔离PN结隔离PN结对通隔离轻掺杂的外晶体管延层PNP晶体管(横向PNP和衬底PNP)C EN C EB B P PP P横向PNP晶体管B EP CN+N+ N-epiP-subs衬底PNP晶体管pn结隔离SBC结构工艺流程pn结隔离SBC结构工艺流程n+埋层的设计n+埋层的两个作用①减小晶体管收集区串联电阻②减弱寄生PNP管效应考虑二个要点①选固溶度大的杂质以减小埋层的电阻率②选扩散系数小的杂质以减小后续高温工艺中n+埋层向外延层的扩散外延生长的设计外延层电阻率隔离区的设计z确保p+隔离扩散穿透整个n型外延层,和p型衬底相通z隔离扩散过程中外延层的下推距离集电极深接触的设计①进一步降低集电极串联电阻②集电极欧姆接触穿透外延层和埋层相连③使用“磷穿透”工艺两个不利因素：①增加工艺的复杂性n+②加大集电极和基区之间的距离基区形成的设计考虑z为提高电流放大倍数β值和减小基区渡越时间，要求基区宽度W小，基区的掺杂浓度N低b b太低时，在较高工作电压下，集电结和发射结z Nb空间电荷区容易相连会造成穿通现象，而且低Nb 也会加大基区电阻.小到一定限度，也要求提高基区的浓度防止基z Wb区穿通依据实际情况折衷考虑。
双极型电路
双极型电路
在半导体内，多数载流子和少数载流子两种极性的载流子（空穴和电子）都参与有源元件的导电，如通常的NPN或PNP双极型晶体管。
以这类晶体管为基础的单片集成电路，称为双极型集成电路。
以通常的NPN或PNP型双极型晶体管为基础的单片集成电路。
它是1958年世界上最早制成的集成电路。
双极型集成电路主要以硅材料为衬底，在平面工艺基础上采用埋层工艺和隔离技术，以双极型晶体管为基础元件。
按功能可分为数字集成电路和模拟集成电路两类。
在数字集成电路的发展过程中，曾出现了多种不同类型的电路形式，典型的双极型数字集成电路主要有晶体管-晶体管逻辑电路(TTL)，发射极耦合逻辑电路(ECL)，集成注入逻辑电路(I2L)。
TTL电路形式发展较早，工艺比较成熟。
ECL电路速度快，但功耗大。
I2L电路速度较慢，但集成密度高。
同金属-氧化物-半导体集成电路相比，双极型集成电路速度快，广泛地应用于模拟集成电路和数字集成电路。
双极型集成电路是最早制成集成化的电路，出现于1958年。
双极型集成电路主要以硅材料为衬底，在平面工艺基础上采用埋层工艺和隔离
技术，以双极型晶体管为基础元件。
它包括数字集成电路和线性集成电路两类。
UTC3845双极型线性集成电路说明书
UTC3845 双极型线性集成电路1电流模式PWM 控制电路描述UTC3845D / E 提供了必要的功能来实现离线或DC 到DC 固定频率电流模式控制方案以最少的外部元件数量。
在内部实现电路包括欠压锁定，启动电流小于1mA 时，精度误差放大器的输入，以确保锁定操作，这也提供了一个PWM 比较器限流控制，和输出级的精密参考修剪设计源或汇高的峰值电流.特点★优化的离线和DC 到DC 转换 ★低启动电流（小于1mA ） ★自动前馈补偿 ★逐脉冲电流限制 ★增强的负载响应特性 ★与滞后欠压闭锁 ★双脉冲抑制 ★高电流图腾柱输出 ★内部调整带隙基准源 ★ 500kHz 的操作 ★低RO 误差放大器DIP-8SOP-8内部框图Vref VFB COMPCURRENT SENSERT/CT VccOUTPUTVccUTC3845双极型线性集成电路注1: Ta>25︒C,P D降额8mW/︒C.2UTC3845双极型线性集成电路3UTC3845 双极型线性集成电路4注2:这些参数仅供参考.注3测量的参数跳变点的闩锁 Vpin 2=0. 注4:增益:ΔVpin 1ΔVpin 3A=;0 ≤Vpin 3≤ 0.8V注5:调整Vcc 高于前启动阈值 15V.UTC3845 双极型线性集成电路5环路增益实验室测试电路VrefVccError Amp Adjust高峰值电流与容性负载，需要完善的接地处理技术.时间安排旁路电容应连接紧密，在的单点接地.晶体管和5kΩ的电位器用于样品振荡器波形并应用一个可调节的斜坡到引脚3到引脚5 。
欠压锁定VonVoffIccVcc在欠压锁定，输出驱动器偏置高阻抗状态。
6脚应该是一个泄放电阻，以防止启动电源开关，输出漏电流分流到地。
误差放大器配置误差放大器可以进出0.5mA 。
UTC3845双极型线性集成电路电流检测电路峰值电流(Is) 由以下公式决定:Ismax=10V/Rs.需要一个小的RC滤波器抑制开关转变。
第八章双极型集成电路1
2020/7/13
47
接触孔和通孔
金属2
金属1
金属1
通
孔
接触 孔
金属2
2020/7/13
48
补充2：芯片封装工艺
2020/7/13
49
（1）封装工序流程
2020/7/13
50
（2）管芯分割工艺
2020/7/13
51
（3）芯片粘贴
2020/7/13
52
（4）引线键合
2020/7/13
53
（5）模压（塑封） （6）封装分类
• 氮化硅的化学气相淀积：中等温度(780～ 820℃)的LPCVD或低温(300℃) PECVD方法 淀积
2020/7/13
41
3、物理气相淀积(PVD)
• 蒸发：在真空系统中，金属原子获得足够的 能量后便可以脱离金属表面的束缚成为蒸汽 原子，淀积在晶片上。按照能量来源的不同 ，有灯丝加热蒸发和电子束蒸发两种
• 热分解淀积法
2020/7/13
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进行干氧和湿氧氧化的氧化炉示意图
2020/7/13
33
2020/7/13
34
2、化学气相淀积(CVD)
• 化学气相淀积(Chemical Vapor Deposition)：通 过气态物质的化学反应在衬底上淀积一层薄膜材 料的过程
• CVD技术特点：
– 具有淀积温度低、不消耗衬底材料、薄膜成分 和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆 盖优良、适用范围广、设备简单等一系列优点
• 作为集成电路的隔离介质材料
• 作为电容器的绝缘介质材料
• 作为多层金属互连层之间的介质材料
• 作为对器件和电路进行钝化的钝化层 材料
简述双极型集成电路的工艺流程
简述双极型集成电路的工艺流程英文回答：Bipolar Integrated Circuit Fabrication Process.The fabrication process of bipolar integrated circuits involves several key steps, including:1. Substrate Preparation: The process begins with preparing the silicon substrate by cleaning and oxidizing it to form a thin layer of silicon dioxide (SiO2).2. Epitaxial Layer Formation: An epitaxial layer of silicon is deposited on the substrate to create a region with controlled electrical properties suitable for transistors.3. Isolation Diffusion: Boron or phosphorus ions are diffused into the substrate to create isolation regions, separating different components of the circuit.4. Base Diffusion: Boron or phosphorus ions arediffused into selected regions to form the transistor base regions.5. Emitter Diffusion: Phosphorus or arsenic ions are diffused into the base regions to form the transistor emitter regions.6. Contact Formation: Metal contacts are deposited and patterned to connect the different components of the circuit.7. Passivation: A layer of silicon nitride or polyimide is deposited to protect the circuit from external contaminants.8. Packaging: The circuit is encapsulated in a protective package to provide mechanical and environmental protection.中文回答：双极型集成电路的工艺流程。
双极型数字集成电路
双极型数字集成电路双极型数字集成电路（Bipolar Integrated Circuit）是指一类采用双极型晶体管（NPN或PNP）作为基本元件的集成电路。
这类电路通常包含多个晶体管、电阻、电容等元件，通过集成在同一芯片上实现特定的数字逻辑或模拟功能。
以下是一些关于双极型数字集成电路的基本信息：1.双极型晶体管：双极型晶体管是一种半导体器件，包括NPN 型和PNP型。
它们分别由一对P型- N型- P型或N型- P型- N型三层结构组成。
在数字集成电路中，这些晶体管被用于实现逻辑门、存储元件等。
2.集成度：双极型数字集成电路可以实现不同级别的集成度，从小规模集成电路（SSI，Small Scale Integration）到大规模集成电路（LSI，Large Scale Integration）和超大规模集成电路（VLSI，Very Large Scale Integration）。
这取决于芯片上包含的晶体管数量和功能的复杂性。
3.应用领域：双极型数字集成电路广泛应用于各种电子设备和系统，包括计算机、通信设备、控制系统、数字信号处理等。
它们被设计用于执行数字逻辑运算、存储数据、控制电子设备等任务。
4.功耗和速度：相较于其他技术（如CMOS），双极型数字集成电路通常在功耗方面相对较高，但在高速操作方面可能更有优势。
它们在一些需要高性能、高速度操作的应用中仍然具有一定的市场份额。
5.逐步淘汰：随着技术的发展，CMOS（亦称为互补金属氧化物半导体）技术在数字集成电路中逐渐占据主导地位，因为它在功耗、集成度和工艺成本等方面具有优势。
因此，双极型数字集成电路在某些领域逐渐被淘汰。
需要注意的是，随着技术的不断发展，数字集成电路的设计和制造技术也在不断演进，而CMOS技术目前已成为主流。
双极型晶体管集成电路
双极型晶体管集成电路好嘞，今天咱们聊聊双极型晶体管集成电路。
这听起来有点复杂，对吧？不过别担心，咱们慢慢来，像喝茶一样，轻松愉快。
你想象一下，在你的电子设备里，像手机、电视、电脑，这些小小的部件是如何在后台默默工作，提供给我们各种各样的功能。
双极型晶体管，就是它们其中一个非常重要的角色。
这东西就像是电子世界里的小小“开关”，能控制电流的流动，让我们用电的时候，心里更踏实。
它就像是个精明的店家，生意好坏全靠他来决定。
要是没有它，电子设备可能就要变得很笨拙，甚至不能正常工作。
想象一下，如果没有双极型晶体管，我们的生活会变得多么无趣。
可能你想看个电影，结果却发现没有信号，简直像是生活失去了色彩。
双极型晶体管可以将微弱的信号放大，就像是在黑暗的房间里开了一盏明亮的灯，让你看到更多的细节，真是神奇得很。
双极型晶体管还有个超厉害的功能，就是它能同时进行开关和放大，简直是个多面手，哪个电子设备都少不了它的身影。
而且你知道吗，这个晶体管的工作原理其实很简单。
它的核心是一个PN结构，两个半导体材料相结合，形成了一个奇妙的“组合拳”。
你可以把它想象成两位老朋友，一个是P型半导体，另一个是N型半导体。
它们就像是两条河流，彼此交汇，产生了电流。
电流在这之间游走，像鱼儿在水中自由自在。
真的是神奇的设计。
再加上控制电压的变化，就能实现各种各样的功能，太酷了。
在集成电路中，双极型晶体管更是扮演了举足轻重的角色。
它们小得像蚂蚁，但却能让整个电路工作得稳稳当当。
想象一下，如果电路里没有它，其他元件就像是一盘散沙，完全无法发挥作用。
可是有了它，整个电路就像是一场精彩的乐队演出，和谐又动听。
各种乐器各司其职，双极型晶体管就像是指挥，调动着所有的乐器，让音乐响彻云霄。
真的，集成电路就像一幅精美的画卷，每一笔都至关重要，而双极型晶体管就是那最亮眼的色彩。
说到这里，你可能会问，双极型晶体管是不是很难搞？其实不然，虽然它的名字听起来挺高大上的，但使用它其实很简单。
UTC494[1]
控制单端或并联输出 所需的13脚控制电压
控制推挽输出 所需的13脚控制电压
VTHI IOIO+
VCE(sat) IC(OFF) IE(OFF)
VOCL VOCH
零占空比周期
0.5V<V3<3.5V 0.5V<V3<3.5V
VE=0V,IC=200mA VC=15V,IE=200mA
7
2005 06.16 V1.1
UTC494
管脚排列图
同同同同同 1 反同同同同 2 补补 / PWM 补补补同同同 3 死死死死死死 4 定死定定 CT 5 定死定定 RT 6
地7
C1
8
双极型线性集成电路
16 同同同同同 15 反同同同同 14 参参电 Vref 13 同输死死 12 定电 Vcc
μ 10 F
500 300
单位
V V V mA —
KΩ
KHZ
杭州友旺电子有限公司
2
2005 06.16 V1.1
UTC494
双极型线性集成电路
除非有特别说明， ℃ 电参数(
VCC=15V,fOSC=10KHZ,Ta=0—+70 )
参数
符号
测试条件
参考源部分
参考源电压 电压调整率 温度系数 负载调整率 短路输出电流
70℃。 ★UTC494的封装形式为16线塑封双列直插式。
DIP-16
特点
★内部经过修调的5V基准电压源精度达到1% ★未相连的输出晶体管具有200mA的陷电流和灌电流能力 ★输出控制以适应推挽输出和单端输出 ★通过死区时间控制可调整占空比周期 ★完整的PWM控制线路 ★片上振荡器可进行主从型工作 ★内部控制线路可禁止双脉冲出现在任何一个输出端
双极型集成电路工艺
双极型集成电路工艺（详案）各位同学：大家好！本节课将给大家介绍双极型集成电路的制造方法和过程，也就是制作工艺。
首先我们作一些必要的知识准备，来复习一下集成电路的相关知识。
广义的集成电路通俗的讲就是我们常说的芯片，它是将若干电子元件制作在一块单晶硅片上，并用金属或多晶硅互联线将它们连结起来的具有一定功能的电路，这些半导体电子元件包括：双极型晶体管、场效应管、二极管、电阻、电感、电容等。
世界上第一块IC 是由仙童半导体公司的Robert Noyce 和德州仪器公司的Jack Kilby 于是1959年分别独自发明的。
集成电路按照不同的标准可以有很多分类。
最常见的是按照处理信号的连续性来分类，可分为模拟集成电路和数字集成电路，模拟集成电路处理的是时间连续的模拟信号，而数字集成电路处理的则是时间与幅度取值都离散的数字信号。
还有一种分类方法是按构成集成电路的有源元件的种类来划分的，若构成电路的有源元件只有双极型晶体管，则为双极型集成电路；若构成电路的有源元件只有MOS 管(场效应晶体管)，则为MOS 集成电路；若电路中既有双极型晶体管，又有MOS 管，则为BiCMOS 集成电路。
以上我们简单介绍了集成电路的划分，生产每一种集成电路都需要相应的制造工艺，比如双极型集成电路需要双极型集成电路工艺，MOS 集成电路需要MOS 工艺，而BiCMOS 集成电路则需要的相应的BiCMOS 工艺等等。
双极型集成电路工艺是所有集成电路工艺中最早发明的，尽管受到CMOS 工艺的巨大挑战，它仍然在高速、模拟、功率等类型的电路中占有很重要的地位。
双极型集成电路工艺按其所采用的隔离类型可分为两类，一类是采用介质隔离，也即在器件之间制备P-N 结作电隔离区，一类采用自然隔离。
采用介质隔离双极型集成电路工艺制作的电路有TTL(晶体管—晶体管逻辑) 电路、ECL(射极耦合逻辑)电路、STTL （肖特基晶体管—晶体管逻辑）电路等，而I 2 采用P-N 结作介质隔离的双极工艺按照制作的晶体管结构又可进一步细分为三种类型，即标准的埋入集电极晶体管工艺（SBC ）,集电极扩散隔离晶体管工艺（CDI ）,三重扩散晶体管工艺（3D ）。
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PMOS逻辑门
CMOS逻辑门
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数字集成电路分类
2. 根据集成规模的大小分类 （1） 小规模集成电路SSI （2） 中规模集成电路MSI （3） 大规模集成电路LSI （4） 超大规模集成电路VLSI
3. 根据设计方法和功能定义分类 （1）非用户定制电路（Non-custom design IC） （2）全用户定制电路（Full-custom design IC ） （3）半用户定制电路（Semi-custom design IC） （4）超大规模集成电路VLSI
输出电压uF ＝ UCES＝0.3V。
FA
真值表？ 逻辑符号？
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TTL集成门电路
1、TTL与非门
+VCC(+5V)
R1 3kΩ
R2 750Ω
R4 100Ω
A B
T1
T3
T2
T4 F
A D1
R3
R5
T5
360Ω 3kΩ
B
D2
+VCC(+5V)
R1 3kΩ
b1 D3 c1
TTL 与非门电路
R3 R5
B
T'1
T'2
TTL 或非门电路
+VCC VCC 3F 3B 3A 4F 4B 4A R4
14 13 12 11 10 9 8
T4
F
74LS02
T5
1234567
1F 1B 1A 2F 2B 2A GND 74LS02 的引脚排列图
①A、B中只要有一个为1，输出为低电平，即F＝0。 ②A＝B＝0时，输出为高电平，即F＝1。
伏安特性
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晶体二极管的开关特性
D
+
+
ui
RL uo
－
－
开关电路
ui＝0V时，二极管截止， 如同开关断开，uo＝0V。
ui ＝ 5V 时 ， 二 极 管 导 通 ， 如 同 0.7V 的 电 压 源 ， uo ＝ 4.3V 。
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晶体二极管的开关特性
2、二极管的动态开关特性
存储时间ts 渡越时间tt
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简单逻辑门电路
1、二极管与门
5V
D1
A
D2 0V B
+VCC(+5V) R 3kΩ
F
uA uB uF
D1 D2
0V 0V 0.7V 导通 导通
0V 5V 0.7V 导通 截止
5V 0V 0.7V 截止 导通
5V 5V 5V 截止 截止
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F=AB 真值表？ 逻辑符号？
简单逻辑门电路
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半导体器件的开关特性 1、晶体二极管的开关特性 2、晶体三极管的开关特性
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晶体二极管的开关特性
1、二极管的静态开关特性 二极管符号： 正极
＋ uD －
负极
Ui<0.5V时，二极 管截止，iD=0。
UBR
0
iD(mA)
IF
0.5 0.7
iD
Ui>0.5V时，二 极管导通。 uD(V)
第3章 集成门电路
学习要点
晶体二极管、晶体三极管的开关特性 TTL集成逻辑门 CMOS集成逻辑门
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数字集成电路分类
1.根据采用的半导体器件分类
（1）双极型集成电路：晶体管-晶体管逻辑门 TTL电路
射极耦合逻辑门
ECL电路
集成注入逻辑门
I2L电路
（2）单极型MOS集成电路：NMOS逻辑门
T4
F
T5
74LS04 1234567
1A 1F 2A 2F 3A 3F GND 6 反相器 74LS04 的引脚排列图
①A=0时，T2、T5截止，T3、T4导通，F=1。 ②A=1时，T2、T5导通，T3、T4截止，F=0。
FA
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TTL集成门电路
TTL或非门
R1
R2
T3
AБайду номын сангаас
T1
T2
R'1
VCC 2A 2B NC 2C 2D 2F
14 13 12 11 10 9 8 74LS00
1234567
14 13 12 11 10 9 8 74LS20
1234567
1A 1B 1F 2A 2B 2F GND 1A 1B NC 1C 1D 1F GND
74LS00 的引脚排列图
74LS20 的引脚排列图
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晶体三极管的开关特性
截止状态 Rb
＋
+VCC
b c Rc
＋
ui=UIL<0.5V －
饱和状态
＋
uo=+VCC
e
－
+VCC
Rb b c Rc ＋＋
＋
ui=UIH iB≥IBS －
0.7V
－ －0.3V e
uo=0.3V －
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逻辑门电路 1、简单门电路 2、TTL集成逻辑门 3、CMOS集成逻辑门
T1 的等效电路
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TTL集成门电路 功能表
uA uB
uF
0.3V 0.3V 3.6V
0.3V 3.6V 3.6V
3.6V 0.3V 3.6V
3.6V 3.6V 0.3V
真值表？
F AB
输入有低，输出为高； 输入全高，输出为低。
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TTL集成门电路
VCC 3A 3B 3F 4A 4B 4F
2、二极管或门
5V A
D1 0V B
D2
uA uB
0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V
uF
0V 4.3V 4.3V 4.3V
D1 D2 截止 截止 截止 导通 导通 截止 导通 导通
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F
R
3kΩ
F=A+B
真值表？ 逻辑符号？
简单逻辑门电路
3、三极管非门
①uA＝0V时，三极管截止，iB＝0，iC＝0， 输出电压uF＝VCC＝5V ②uA＝5V时，三极管导通。
二极管的反向
恢复时间e=ts+tt，
限制了二极管的开 关速度。
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晶体三极管的开关特性
NPN 型三极管截止、放大、饱和 3 种工作状态的特点
工作状态 条件
偏置情况 工 作
集电极电流 特 点 ce 间电压
ce 间等效电阻
截止 iB＝0 发射结反偏 集电结反偏 uBE<0，uBC<0
iC＝0
uCE＝VCC
74LS00内含4个2输入与非门， 74LS20内含2个4输入与非门。
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TTL集成门电路
2、TTL非门、或非门、与或非门、与门、或门及异或门
R1
R2
3kΩ 750Ω
T3
A T1
T2
R3
R5
360Ω 3kΩ
TTL非门
TTL 反相器电路
+VCC
R4 100Ω
VCC 4A 4F 5A 5F 6A 6F 14 13 12 11 10 9 8
F AB
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TTL集成门电路
TTL与或非门
R1
R2
A
很大， 相当开关断开
放大 0＜iB＜IBS 发射结正偏 集电结反偏
uBE>0， uBC<0 iC＝β iB uCE＝VCC－ iCRc
可变
饱和 iB＞IBS 发射结正偏 集电结正偏 uBE>0，uBC>0
iC＝ICS uCE＝UCES＝
0.3V 很小， 相当开关闭合
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晶体三极管的开关特性