Circuitos Integrados

TECNICAS DE FABRICACION DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS

Hasta ahora hemos estudiado circuitos discretos. La palabra discretos quiere decir separados o distintos. Y se

refiere al uso de transistores y resistores separados en la construcción de circuitos. Un circuito discreto es

aquel en el cual todos los componentes se han soldado o conectado mecánicamente en alguna otra forma.

La invención del circuito integrado (CI) en la década de los 60 fue un descubrimiento muy importante ya que

supero la necesidad de conectar mecánicamente los componentes discretos. Para empezar, un CI es un

dispositivo que cuenta con sus propios transistores y resistores. Estos componentes internos no son discretos,

sino que están integrados. Esto significa que se producen y conectan durante el mismo proceso de fabricación.

El producto final, ya sea un amplificador multietapa o un circuito de conmutación, puede llevar a cabo una

función completa. Debido a que sus componentes integrados son microscópicamente pequeños, un fabricante

puede colocar cientos de ellos en el espacio que ocupa un simple transistor discreto.

Uno de los primeros CI que se fabricaron fue el amplificador operacional (amp op.). Un amplificador

operacional característico es un amplificador de cd de alta ganancia que opera desde los 0 HZ hasta 1MHZ.

Un amp op Ci es como una caja negra mágica con terminales externas o puntos para conexión. Al conectar

esas terminales de conexión con voltajes de alimentación, generadores de señal y resistencias de carga, se

puede construir de manera fácil y rápida un amplificador optimo. El truco es, sin embargo, saber que

terminales se conectan y conque. También ayuda conocer un poco lo que hay adentro de la caja negra, porque

entonces se estará en una mejor posición al detectar fallas, analizar o diseñar circuitos con CI.

CIRCUITOS INTEGRADOS

Alguna vez, los amplificadores operaciones se construyeron como circuitos discretos. El termino de

amplificador operacional se refiere a un amplificador que lleva una operación matemática. Históricamente,

los primeros se usaron en computadoras analógicas, donde ejecutaban operaciones matemáticas tales como

integración y diferenciación.

Actualmente, la mayoría de los amplificadores operacionales se producen como circuitos integrados. Antes de

estudiar los circuitos de amplificadores operacionales y otros temas afines, demos un breve vistazo a la forma

en que se construyen los circuitos integrados bipolares. El proceso que se describe acontinuacion es una de las

formas de las muchas que hay. Lo único que se necesita es la idea general de cómo se produce un CI. Este

sencillo conocimiento hará más fácil entender ideas mas avanzadas acerca delos amplificadores operacionales.

IDEA BASICA

En primer lugar, un fabricante produce un cristal p de varias pulgadas de largo.

Este se corta en varia obleas delgadas como se ve en la siguiente figura.

Un lado de la oblea se reviste de un aislante y se pule para dejarla libre de asperezas. A la oblea se le llama

sustrato p; y es el que se usara como chasis de de los componentes integrados. A continuación, las obleas se

colocan en un horno. Aquí se hace circular por encima de ellas una mezcla de gas de átomos de silicio y

átomos pentavalentes. Esto forma una capa delgada de semiconductor tipo n en la superficie caliente del

sustrato en la siguiente figura.

Se le llama a esta capa epitaxial. Como se ve en la figura pasada, la capa epitaxial tiene un espesor de

aproximadamente de 0.1 a 1 mil.

Para evitar que la capa epitaxial se contamine, se sopla sobre la superficie oxigeno puro. Los átomos de

oxigeno se combinan con los de silicio, para formar una capa de dióxido de silicio (SiO2) en la superficie

como se muestra en la siguiente figura.

Esta capa precidida al vidrio de SiO2 sella la superficie y evita reacciones químicas posteriores. El sellado de

la superficie se conoce como pasivacion. La oblea a continuación se corta en áreas rectangulares como se ve

en la siguiente figura.

Cada una de estas áreas se convertirá en un chip. Pero antes de que la oblea se corte, el fabricante producirá

cientos de circuitos en ella, uno en cada área de la figura anterior. Esta producción en masa es la razón del

bajo costo de los circuitos integrados.

La forma en que sé horma un transistor integrado es la siguiente. Una sección del SiO2 se desprende,

quedando expuesta parte de la capa epitaxial de la siguiente figura.

Fig. a)

La oblea entonces se coloca en un horno donde átomos trivalentes se difunden en la capa epitaxial. La

concentración de átomos trivalentes es suficiente para transformar la capa epitaxial expuesta de material p en

material n. Por consiguiente, se tiene una isla de material n bajo la capa de SiO2 de la siguiente figura.

Fig. b)

Se vuelve a soplar otra vez oxigeno para formar la capa completa de SiO2 mostrada en la siguiente figura.

Fig c)

Un hueco se forma a continuación en la capa de SiO2, quedando expuesta la capa epitaxial n ver la siguiente

figura.

Fig d)

Al hueco en la capa de SiO2 se le denomina ventana. La capa que se mira a a través de la ventana será el

colector del transistor. Para formar la base, se pasan átomos trivalentes a través de la ventana; esas impurezas

se difunden en la capa epitaxial y forman una isla de material tipo p ver la siguiente figura.

Fig. e)

Se vuelve a formar una capa de SiO2 pasando oxigeno sobre la oblea ver siguiente figura.

Fig. f)

Para formar el emisor, se forma una ventana en la capa de SiO2, quedando expuesta una isla de material tipo p

ver la siguiente figura.

Fig. g)

Difundiendo átomos pentavalentes en la isla p, se puede formar la pequeña isla n de la siguiente figura.

Fig. h)

Entonces Se sella la estructura soplando oxigeno sobre la oblea ver la siguiente figura.

Para evitar que la capa epitaxial se contamine, se sopla sobre la superficie oxigeno puro. Los átomos de

oxigeno se combinan con los de silicio, para formar una capa de dióxido de silicio (SiO2) en la superficie

como se muestra en la siguiente figura.

Esta capa precidida al vidrio de SiO2 sella la superficie y evita reacciones químicas posteriores. El sellado de

la superficie se conoce como pasivacion. La oblea a continuación se corta en áreas rectangulares como se ve

en la siguiente

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