Hey, welche Bauelemente können in der Mikroelelektronik eigentlich integriert werden? Meistens wird ja der Herstellungsprozess von Transistoren beschrieben, aber eine Schaltung besteht ja auch aus Widerständen, Kondensatoren und Spulen. Ist es auch möglich diese 3 Grundbauelemente auf einem Wafer zu fertigen? Bei Widerständen und Kondensatoren kann ich mir das in etwa ja noch vorstellen, aber spätestens bei Induktivitäten wüsste ich nicht mehr, wie man diese (praxisnah) monolithisch bauen kann. Ist das überhaupt möglich? Wird es in der Praxis auch gemacht oder hilft man sich dort mit anderen Tricks? Grüße
Ich habe schon Mikroskop-Bilder von Chips gesehen, in denen Spulen, Antennen und sogar Transformatoren untergebracht waren.
Man versucht alles mit Transistoren zu erschlagen. Für die Induktivität siehe z.B. https://de.wikipedia.org/wiki/Gyrator. Selbst Widerstände werden gerne transistorisiert, das geht einfacher als den Aufwand für eine richtig dimensionierte Widerstandsschicht zu betreiben.
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Axel G. schrieb: > Selbst Widerstände werden gerne transistorisiert, das geht einfacher als > den Aufwand für eine richtig dimensionierte Widerstandsschicht zu > betreiben. Das hört sich interessant an, wie geht das denn ungefähr? Ein Transistor zeigt ja eigentlich in keiner Weise ein Verhalten eines Widerstandes.
student01 schrieb: > Axel G. schrieb: >> Selbst Widerstände werden gerne transistorisiert, das geht einfacher als >> den Aufwand für eine richtig dimensionierte Widerstandsschicht zu >> betreiben. > > Das hört sich interessant an, wie geht das denn ungefähr? Ein Transistor > zeigt ja eigentlich in keiner Weise ein Verhalten eines Widerstandes. Tja, Student00, dann solltest du vielleicht noch ein paar Vorlesungen abwarten.
Na dann schau Dir mal den Feldeffekt-Transistor an (in seinen unterschiedlichen Varianten).
> Man versucht alles mit Transistoren zu erschlagen.
Sie versuchen, aber das geht nicht so gut, weil ein echter Kondensator
oder Resistor eben besser ist. Deswegen weden sie meistens noch
benötigt.
student01 schrieb: > Axel G. schrieb: >> Selbst Widerstände werden gerne transistorisiert, das geht einfacher als >> den Aufwand für eine richtig dimensionierte Widerstandsschicht zu >> betreiben. > > Das hört sich interessant an, wie geht das denn ungefähr? Ein Transistor > zeigt ja eigentlich in keiner Weise ein Verhalten eines Widerstandes. Hint: Transistor ist ein Kunstwort aus TRANSfer resISTOR, also "steuerbarer Widerstand". aus: https://de.wikipedia.org/wiki/Transistor MfG, PS: more links: http://www.circuitstoday.com/monolithic-ic http://www.idc-online.com/technical_references/pdfs/electronic_engineering/Integrated_Resistors.pdf
Ah, danke. Der Artikel von CircuitToday ist wirklich gut. Aber offenbar werden Spulen tatsächlich nicht so gerne hergestellt: >No satisfactory integrated inductors exist. If high Q inductors with inductance >of values larger than 5μH are required, they are usually supplied by a wound >inductor which is connected externally to the chip. Therefore, the use of >inductors is normally avoided when integrated circuits are used. Die Idee mit dem Kondensator aus einer umgekehrtgepolten Diode stufe ich aber irgendwie als schwierig ein. Die Sperrschichtkapazität ist ja spannungsabhängig, ist bestimmt nicht leicht mit der beschränkung Schaltungen zu bauen
Ist das niederohmige P-Substrat der Grund für die Leckströme, die in Prozessoren auftreten können? Warum benutzt man eigentlich gerade P-Substrate und nicht intrinsisches Silizium (==>noch niedrigere Leitfähigkeit bei Raumtemperatur)?
Ein Leckstrom ist ein elektrischer Strom, der über einen Pfad fließt, der nicht zur Leitung von Strom vorgesehen ist. Leckströme werden mehr und mehr zum Problem, je kleiner die Strukturen werden, in den Halbleiter gefertigt werden. Die Isolationsschichten sind mittlerweile nur noch wenige Atomlagen (!) dick, wodurch sich leichter Elektronen ihren Weg bahnen können.
student01 schrieb: > Das hört sich interessant an, wie geht das denn ungefähr? Ein Transistor > zeigt ja eigentlich in keiner Weise ein Verhalten eines Widerstandes. Häufig werden Widerstände auch durch Konstantstromquellen ersetzt, die dann aus 2 oder mehr Transistoren bestehen und nebenbei auch meist schaltungstechnische Vorteile bringen. Ein Transistor lässt sich meist sogar wesentlich platzsparender Integrieren als ein Widerstand. Kondensatoren werden üblicherweise aus Metall-Isolator-Halbleiter (MIS) oder Metall-Isolator-Metall (MIM) Schichtstapeln aufgebaut, das ist kein zu großes Problem und man bekommt mit einigen Tricks sogar relativ hohe Kapazitäten hoher Güte. Spulen werden tatsächlich gemieden, sicherlich gibt es da auch Ausnahmen aber im Allgemeinen ist das Erzeugen einer hohen Induktivität platzintensiv. Stefan U. schrieb: > Ich habe schon Mikroskop-Bilder von Chips gesehen, in denen Spulen, > Antennen und sogar Transformatoren untergebracht waren. Auch in Controllern oder eher im Bereich MEMS? student01 schrieb: > Warum benutzt man eigentlich gerade P-Substrate und nicht intrinsisches > Silizium Gerade bei Prozessoren benutzt man sowas doch gar nicht mehr. Das ist SOI Technologie (Silicon on Insulator) oder lieg ich da falsch?
Fpga K. schrieb: > Transistor ist ein Kunstwort aus TRANSfer resISTOR, also > "steuerbarer Widerstand". So wie Condom - in Latein heißt das so wie "gemeinsame Kuppel", also alles überspannend, umhüllend... Kenner schrieb: > Ein Leckstrom ist ein Fluss, der irgendwo anders hin fließt?
Bodo schrieb: > student01 schrieb: >> Das hört sich interessant an, wie geht das denn ungefähr? Ein Transistor >> zeigt ja eigentlich in keiner Weise ein Verhalten eines Widerstandes. > > Häufig werden Widerstände auch durch Konstantstromquellen ersetzt, die > dann aus 2 oder mehr Transistoren bestehen und nebenbei auch meist > schaltungstechnische Vorteile bringen. Yep. Ebenfalls gern verwendet: Stromspiegel und Strombänke (ein Strom-spiegel mit mehrere Ausgängen). Einfach mal ein paar Datenblätter von Analog-IC anschauen (z.B. OPV) da sind oft Innenschaltungen abgedruckt. >> Warum benutzt man eigentlich gerade P-Substrate und nicht intrinsisches >> Silizium > > Gerade bei Prozessoren benutzt man sowas doch gar nicht mehr. Das ist > SOI Technologie (Silicon on Insulator) oder lieg ich da falsch? Kommt drauf an. SOI ist deutlich teurer. Deswegen lohnt sich das nur bei IC mit entsprechend hohen Preisen.
https://sus.ziti.uni-heidelberg.de/Lehre/VLSIVorlesungHS09/ Passive Baulemente und deren Layout (2.7 MB): https://sus.ziti.uni-heidelberg.de/Lehre/VLSIVorlesungHS09/VLSI_06_BauteileUndLayout.pdf
Bodo schrieb: > student01 schrieb: >> Das hört sich interessant an, wie geht das denn ungefähr? Ein Transistor >> zeigt ja eigentlich in keiner Weise ein Verhalten eines Widerstandes. > > Häufig werden Widerstände auch durch Konstantstromquellen ersetzt, die > dann aus 2 oder mehr Transistoren bestehen und nebenbei auch meist > schaltungstechnische Vorteile bringen. Ein Transistor lässt sich meist > sogar wesentlich platzsparender Integrieren als ein Widerstand. Der Trick ist, das man nicht das Bauteil nachbauen muß um dessen Funktion nachzubilden. Also wo man einen definierten Strom benötigt kann man das durch ein Widerstandsnetzwerk erreichen oder durch eine Konstantstromquelle. Ebenso kann man eine galvanische Trennung durch einen Trafo wie auch durch einen optokoppler erreichen. Letzteres ist gut integrierbar, der Trafo nicht. > Spulen werden tatsächlich gemieden, sicherlich gibt es da auch Ausnahmen > aber im Allgemeinen ist das Erzeugen einer hohen Induktivität > platzintensiv. Oder gar unmöglich, deshalb realisiert Schaltregler auch als Minimodule: Steuer-IC und Speicherspule in einem mikromodule verkappt. MfG,
student01 schrieb: > Warum benutzt man eigentlich gerade P-Substrate und nicht intrinsisches > Silizium (==>noch niedrigere Leitfähigkeit bei Raumtemperatur)? Ich habe heute nochmal darüber nachgedacht und eigentlich ist es total einfach. Wenn man intrinsisches Silizium nehmen würde, dann würde es keine isolierenden PN-Übergänge mehr an den Inseln der Bauelemente geben.
Es ist zu beachten, dass es keinen perfekten Kristall gibt (Entropieargument der Thermodynamik). In realen Kristallen beträgt die intrinsische Störstellenkonzentration ca. 5·1013 cm−3, d. h. jedes milliardste Atom gehört zu einem anderen Element; durch extrinsische Störstellen (Dotierung) lässt sich die Ladungsträgerdichte und damit die Leitfähigkeit weiter steigern. Da der Ionisationsgrad der Störstellen von der Temperatur abhängt, nimmt die Ladungsträgerdichte zunächst mit der Temperatur zu (Störstellenreserve). Bei Raumtemperatur sind (bei Silizium) normalerweise alle Störstellen ionisiert (Störstellenerschöpfung), und die Ladungsträgerdichte hängt nicht mehr von der Temperatur, sondern von der Dotierkonzentration ab; dieser Fall wird als extrinsisch bezeichnet. Erhöht man die Temperatur weiter, verliert der Halbleiter seinen Charakter als n-dotiert oder p-dotiert, da zunehmend mehr Ladungsträger durch die intrinsische Ladungsträgergeneration generiert werden. Das Halbleitermaterial wird wieder intrinsisch, weil die thermische Energie nun ausreicht, Elektronen vom Valenzband ins Leitungsband anzuregen. Bei Silizium-Halbleiterbauelementen wird deshalb eine maximale Betriebstemperatur von 125 °C angegeben.
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