автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Разработка биполярных интегральных схем на основе явлений теплопереноса.

г \ Ml? №7

u ДЕРЖАВНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ «ЛЬВ1ВСЬКА ПОЛITEXHIKA»

На правах рукопису

ХАЛАВКА Андр1Й (ванович

РОЗРОБКА Б1ПОЛЯРНИХ 1НТЕГРАЛЬНИХ СХЕМ НА OCHOBI ЯВИЩ ТЕПЛОПЕРЕНОСУ

Спец1альн1сть: 05-27.01 — Твердот^льна електрошка

(включаючи функцюнальну)

Автореферат дисертаци на здобугтя наукового ступеия кандидата техтчних наук

Льв!в — 1997

Дисертац1ею е рукопис. , Робота виконанз на кафедр! "Електронн1 придави" Державного ,ун1верситету "Льв1вська пол1техн1ка".

Науковий кер1вшж - доктор техн1чних наук, професор

Готра З.Ю.

0ф1цИ£н1 опоненти: доктор техн1чнкх наук, професор

Друккн1н А.О. доктор техн1чних наук, професор ■ Пол1танський л.Ф. Пров1дна орган1зац1я - Льв1вський науково-досл1дний

рад1отехн1чннй 1нститут, м.Льв!в

Захист в1дбудетьсл 4 кв1ткя 1997 р. о 1500 год. на зас1дакн1 спец1ал1зовано! ьчено! ради Д 04.05.18 при Державному ун1верситет1 "Льв1вська пол1техн1ка" (290645, м.1ьв1в, вул. С.Бандери, 12, ауд. 124 головного корпусу).

3 дисертац1ею можна ознакомится в науков1й С1бл1отец1 Державного ун1верситету "Льв1вська пол1техн1ка" (вул. Профе-сорська, 1).

Автореферат роз1сланиЁ "Л " 0-3 1997 р.

Вчений секретар спец1ал1зовано1 ради

РЛ.Байцар

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн1сть 1 ступ!нь доол1дженост1 тематики дисерта-(II. Мал1 розм1ри та в1дносно низька' ц1на нап1впров1дникопих .нтегральних схем (1С) обумовили стр1мке розширення областей ¡астосування рад1оелектронних засоб1в 1 электронного обладания, складн1сть якого неперервно зростав. Для п1двщення шаратурно! густини пакування необх1дний р1ст ступени нтеграцП 1С. Труднощ1 м1кром1н1тюаризац11 пристроТв при (уже низьких частотах загальнов1дом1 1 пов'язан1 з принципо-юю обмежен1стю д1апазону ном1нал1в конденсатор1в 1 резисто-)1в у склад1 твердот1льних 1С та неможлив1стю досягнейня за (опомогою 1нтегральних ИС-структур великих пост1йних часу, 'ому на практиц1 1С д1апазону низьких частот вимагають зас-гасування,зовн1шн1х (нав1сних) елемент1в.

Екв1валент реактивност1 великого номиналу може бути *оеягнений використанням 1нерц1йност1 теплопереносу в крис-:алах 1С. Це дав моклив1сть створення повн1стю однокристаль-шх м1кроелектронних пристро?в (МЕЛ) д1апазону низьких час-гот - ф1льтр1в, генератор1в, виб1рних п1дсилювач1в тощо - та ;прощення схемотехн1чного забезпечення 1х функц!онування.

В1дом1 приклади реал1зац11 1нтегральних схем на основ1 1вищ теплопереносу методами г1бридно! м1кроелектрон1ки. Од-1ак, подальше розширення функц1й, ускладнення шлях1в покра-цення характеристик вказаних пристроТв обмежене пор1вняно зеликим енергоспоживанням, низькою технолог1чн1стю 1 над!й-11стю, Гх високою соб!варт1стю.

Вир1шити вказан1 проблеми, розширити спектр функц1о-«лыгого призначення можливо лише на р1вн1 твердот1льно! 1н-геграцН. Отже, розробка однокристальних 1С на основ! явищ

теплопереносу, а сама - элементно! бази, схемотехники, САПР, технологи виготовлення - е актуальною задачею.

ДисертацШне досл1дження е склэдовою ■ частиною комплексно! науково-техн1чно! програми ' з ' прЮритетних напрямк1в розвитку науки 1 техн1ки ДКНТ УкраТни (проект 05.44.02/053-92-95).

. Мета роботи полягае у розробленн! та досл1дженн! одно-кристальних 1С на основ! явищ.теплопереносу, що'забезпечують м1н1мальне енергоспоживання та розм1ри, високу технолог!ч-н1сть, над!йн!сть та в!дпов1дають вимогам до елементно! бази електронно! апаратури нового покол1ння.

. Основы! завдання наукових досл1дяс8Нь:

- розроблення принцип1в побудови.та шлях!в м1н1м1зац1Т енергоспошвання твердот1льних 1С на явищах теплопереносу;

- оптим1зац!я тополог!!, виб1р конструкцИ та дос-л1дження характеристик 1нтегральних теплопар, як1 конструктивно 1 технолоПчно сум1сн! з элементами б1полярних 1С;

- побудова' моделей структур нап1впров1дникових 1С е врахуванням явиц теплопереносу та спряжения . 1х з програмно-методичним комплексом (ПМК) РБр1се;

. - розроблення ун1ф1кованих 1нтеграйьних МЕЛ на основ: явищ теплопереносу, як! забезпечують функц1ональну та пара-метричну гаучк1сть систем на 1х основ1.

Характеристика методолог!!, методу ^осл1джвння предав ту-1 об'екту. Об'актом наукових досл!джень були структури т елементи нап!впров1дникових 1С. Досл1дження, спрямован1 н вир1шення поставлених завдань, базувалися на використанн метод1в ф1зики нап!впров!дник!в, математичного т комп'ютерного Моделювання теплових процес!в та електроннн к!л, метод!в електротеплово! аналог!!, метод!в перетворек

Лапласа. Достов1рн1сть та обгрунтован!сть наукових резуль-тат1в забезпечуволась коректн1стю проведения розрахунк!в, результатами 1м1тацШшх моделовань 1 експвримонталыгих досл.1 джень структур 1С на основ! явищ теплопереносу, пврев!ркою функц!онування виготовлених макет1в пристроТв.

Наукова новизна робота:

- р03р0бЛ8Н1 М0Д9Л1 структур б!полярш1х 1С з врахуван-ням явищ теплопереносу для побудови нового класу схем;

- розроблено ряд однокристальних б!полярних 1С д1апа-зону низьких частот, в яких вперте запропонована зам1на БС-структури на зосереджвну теплоелектричну систему, проведено кореляц!ю 1х парам9тр1в з конструктивно-т8хнолог1чниш факторами;

- розроОлена нова, сум1щена, структура теплопари, яка забезпечуе в однокристальн1й 1С суттеве змвншення пара-зитних тврмовплив1в в1д елемант1в теплопередач! та п1двищен-ня ступеня 1нтеграц1Т;

- методом електротеплово! аналоги проведено адаптвц1ю математичних моделей явищ теплопереносу для ПМК Р3р1се, що забезпечило мажлив1сть схемотехн!чнаго моделювання !нтег-ральних схем з врахуванням тешгавих зв'язк1в.

На захист виносяться:

- встановлен1 закоиом1рност! зм1ни фазового зсуву в 1нтегралыгих теплопарах;

- спос1б стаб1л!зац11' параметр1в однокристальних 1С на основ! явищ теплопереносу за теллоелектричкими характеристиками теплопар;

- диференц!йн1 схеми теплового збуджекня двотактао! дП, як! за рэхунок в1дсутност! пост1йна! складово! процесу. теплопередач! забвзпочують м1н!м1зац!ю енергоспоживання 1С

- 6 -

на основ! явищ теплопероносу;

- ряд нов11х однонристальних б!полярних 1С но основ1 явищ теплопэреносу, як! забезпечують спрощення схомотохи1ч-ного забезпочення Хх функц1онування.

Практична ц!нн1сть дисертац!йно? роботи:

-. розроблено конструкц!ю !нтегрэльшх теплопар, що у СКЛ8Д1 однокристальных 01полярних 1С вабезпечують м1н1мальн1 Т8шюв1 потужност1 за рахунок граничного зменшення геомет-ричних розм!р1в шляхом 1нтеграц11 у одн1й структур! нагр1в-ного 1 термочутливого елэм9нт!в !нтегралыю! схеми;

- доподено моклив!сть практично! реал!зац11 однокристальних частотша ф1льтр!в з частотою зр!зу 0,2-1 Гц;

- теоретично обгрунтовано та экспериментально п1дт-верджено моклив1сть поСудови однокристалышх схем генерато-р!в сигнал1в низько! частота з пер1одом генерац!! 0,01-10 с;

- розроблено алгоритм 1 программ забезпечення для зд!йснення комплексного моделювання теплоелектричних рехим!в 1С на основ1 ПМК РБр!се.

Реал1зац!я 1 впроваджвння результат!в досл!джень. Результата роботи впровадаен! у Льв!вському науково-досл1дному рад!отехн!чному !нститут1 та Учбово-науково-виробничому центр! при Одеському державному ун!верситет!, що п1дтверджено в!дпов!дними актами. ОС'екти впровадження - теплокерований операцШшй п1дсилювач та вузли систем автоматичного регулю-вання п!дсилення (АРП) з теплоелектричним зворотн1м зв'язком Економ1чний ефокт в!д впровадження складае 22,8 коп на. одну 1нтегральну схему,

Апробац1я. Основний зм!ст 1 результати роботи допов!-дались та обговорювались на М1жнародн!й науково-техн!чн!й конференцИ "Сучасн! проблеми автоматизовано! розробки ! ви-

робництва рад1оелоктрошшх засоб1в та п1дготовки 1нженерних кадр1в" (Льв1в, 1994); Науково-техн1чнн1й конфэренцН "Дос-в!д розробки та застосування приладо-технолог1чнш: САПР м1к-роелоктрон1ш1" (Льв1в, 1995); М1жнародн1й науков1й юнферен-ц11, присвяченШ 150-р1ччю в!д дня народження 1.Пулюя (Льв1в, 1995); I Нац1ональн1й науков1й конференцИ 'Чнформа-тика: теор1я, технолог1я, техн1ка - ГГТТ-95" (Одеса, 1995); V М1жнародн1й науково-практичн1й конференцИ ' "Укра!номовне программа заОозшчення - JKPCOET-95" (Льв1в, 1995); I-3t International Modelling School (Alushta, 1996); XVIII, XIX and XX Annual. Conference of ISHM- Poland (Warsaw, 1994; Porabka-Kozubnie, 1995; Jurata, 1996).

Публ1кац1?. Результата виконаних досл1дкень в1дображе-н1 у 14 друковаиих роботах, у т.ч. 4 заявках на еинзходи.

Конкретна особиста участь автора в одержанн1 наукових реаультат1в, викладених у дисертацИ, полягав у самост1йн1й розробц1 прин!цш1в побудови, схемотэхн1ки вузл1в 1С, матема-тичному модалюванн! структур 1С з врахуванням явшц теплопе-реносу та епряженн1 розроблених моделей з ГМК PSplce, поста-новц1 та проведешь оксперимент1в. Розробка схем пристроТв та ix досл1дження виконан1 у сп1вавторств1 зг1дно наведеного списку л1тератури. Ус1. висновки 1 положения, що складають суть дисертацИ', оформульован1 автором особисто.

Структура та обсяг дисертацИ. Дисертац1я складаеться з1 вступу, п'я'ш розд!л1в, висновк!в, списку використано! л1тератури та додатк!в. Основний зм1ст роботи викладений на 162 стор!нках друковппого тексту, 1люстрованого 44 рисунками 1 4 таб.тацяш. Список л1тератури м1стить 130 нпйменувань.

ОСНОВШЙ ЗМ1СТ РОБОТИ

У вступ! обгрунговуегься актуальн1сть проблеми, форму-лдагься мета 1 завдання досл1джень, наукова новизна та положения, що виносяться на захмст, вказана практична ц1нн1с~ь та реал!зац!я результат1в досл1джень.

У пэршому розд1л! проанал1зовано проблему створення од-нокристальних 1С на основ1 явшц теплопереносу. Основним еле-ментом таких схем в теплопара, що конструктивно повднуе дже-рело тепла (нагр!вник) 1 термочутливий елемент (ТЧЕ) з задании часом теплово! релаксац11. Розглянуто два основн! меха-н!зми теплопереносу в нап1впров1дникових 1С - внутр1ли1й 1 зовн!шн1й. У першому випадку каналом теплопередач1 в крис-тал 1С, при цьому частотн1 характеристики пристро!в обумов-люгаться геометр!ею кристалу. У другому випадку вих1дний сигнал визначаеться параметрами оточуючого середовища. На основ1 анал!зу л1тературних да!шх сформульован! завдання дисертац!йно! роботи.

В заключай частин1 розд1лу обгрунтовано можлив!сть ви-гоговлоння сенсорних пристроТв на основ1 явищ теплопереносу.

У другому розд!л! зд1йснено побудову математичних моделей структур 1С з врахуванням явшц теплопереносу, розроблено алгоритм та програмне забезпечення для розрахунку ' тепло-електричних реим!в 1С за допомогою ПМК РБр1се.

Функц!я передач! 1нтегрально1 теплопари розрахована з р1вняння тешюпров!дност! при в!дпов1дних крайових умов ах. Тепловою моделлю кристалу був багатошаровий паралелеп!пед з тешю!зольваними б1чними поверхнями. Отримано вираз для тер-м!чного коеф!ц!ента передач! у вигляд!:

FO) =

(1)

1,0 з - комплексна частота; Т - температура ТЧЕ; Р - потуж-

!nm 1 Snm _ коеф1ц1енти розкладу в ряд фур'а функцШ розпо-11лу нагр1вника i ТЧЕ по поверхн! кристалу; - спектр шасних частот, визначаеться структурою та геометр1вю кристалу. Досл1джено вплив конструктивна параметр!в на частота! горактеристшит. Експериментальн! залежност! та в!дпов!дн1 !м юзультати розрахунку зг1дно (1) ампл1туди 1 фази як функц!! шстоти та в1дстан1 м1ж нагрШшком 1 ТЧЕ зображен1 на шс. 1. Результата досл1джень св!дчать про наступив:

1. Теплов1 процеси в кристалах 1С характеризуются шачною 1дарц1йн1стю - частота зр1зу близька до 1 Гц.

2. Твплопари 1С забезпечують крут1сть спадання ампл!-^удно-частотно! характеристики, що характерна для RC схем.

3. 31 зО!льшенням в1дстан1 в!д нагр!вника фазовий зсув ' теплоелектричнШ систем1 зросгае; в1н мозке перевищувати -180° на частот1, менш1й 100 Гц.

Методом електротеплово! 'аналоги • проведено спряжения юзроблених моделей з ПМК PSpice. При цьому теплопару зам1-гоють заступною схемою, складеною з керованих джерел та (С-ланок, що реал1зують засобами PSpice функц1ю (1). Розра-:унок параметр1в елемент!в застушю! схеми проводять при (опомоз1 розробленого пакету програм "ThermoSPICE", який s грограмною оболонкою до програм PSpice.

Трет1й розд!л присвячений розробленню елементно? бази 1ап1впров1дникоЕ11Х 1С на основ! явшц теплонереносу та нового 5агятспроф1днюго компонента - теплокероБаиого оггаг>пц1йного

11сть, розс!яна на нагр!внику; С - теплоемн!сть кристалу 1С;

■а

СП

0 -i -6 -12 --18-24 -30-36 -42-48 •54

О дБ .= 105 мЬС/ыВт

1 10

Частота, Гц

1

2

3

Г I I Ч-)

100

-15-д

-20'.

-45

-60

-75^

Ití

а. •-90-i

и -105 •:

ГС* -120 -i

(О -135 -i

о

-150 4

& -165 4

и -1B0 ■:

со

-195 :

-210 ^

-225 :

-240 t

-255-

° 2

б)

i 1 1 н-1-1—I ) I I I I |-1-1—i i i i i 11

1 10 100 Частота, Гц

Рис. 1. Ампл1тудно-частотна (а) та. фазово-частотна « характеристики теплопар 1С у itopnycl типу 401.14-(суц1лыюю л1н1ею показано результата теоретично] розрахунку): 1 - 350 мкм; 2 - Y00 мкм; 3- 1050 мм

- 1.1 -

п1дсилювача.

В основу влемантноЯ бази розроблюватшх 1С на явщах теплопереносу покладено влементну базу б!поляр1шх 1С. Особлива увага звернена на консгрукцП 1нтегральшос твшюпар. Гозроблено конструкц11 теплопэр з ТЧЕ - транзисторами, як1 сум1щають у соб! нагр1вний элемент. Застосування сум1щених структур забезпечув в однокристальних схемах м1н1м1зац1ю паразитшх термовплив1в в1д елемент1в теплопервдач1, а в1дтак - можлив!оть пЗдвищення ступеня 1нтеграцП.

3 метою ун1ф1кац1К вузл1в 1С на основ1 явиш теплопереносу та п1двгацення ун1вврсальност1 розроблено новий багато-проф1лып1й компонент - тегглокерований операцШшй п1дсилювач (ТОП), що е основою для створення широкого спектру однокристальних МЕЛ д!аггазону низьких частот.

ФушиЦональна схема ТОП зображена на рис. 2. Теплоке- • рований операцШшй п1дсилювач - це иап1впроп1дникова 1С, до складу якоТ, кр!м власне операцЗйного н1дсилювача (ОП), вхо-

Pitc. 2. Функц1ональна схема ТОП

дать -схема теплового збудження елемент1в вх1дного каскада ОП. Проф1ль використання конкретного пристрою та його пара-метри визначаються резисторами зворотнього зв'язку.

Схема теплового збудження реал!зована як диференцШш

схема двотактяо! д11, що забезпечув м1н1мальний (нульовий;

роз!гр1в нагр1вних елемент1в, а, отже, м1н1мальнэ енергоспо-

живання пристрою при в!дсутност1 входного сигналу (l£„ = 0). • вх

3 врахуванням сигналу який подають Оезпосередньс на вх1д ОП, вих1дний сигнал ТОП запишемо у вигляд1:

W^V^'V^x* VUL' <2)

де Kjts) - параметр, що враховуе чя^тотну залежн1сть тепло-вих зв'язк!в; КЕ - коеф1ц1ент п1дсилення ОП.

Анал1з (2) показуе, що найменша зм!на потукност1, роз-с1яно! на нагр1вних елементах, призводить до суттево! зм1ни вих1дного сигналу. М1н1мально допустима значения теплово! потужност1 на диференц1йних,термоперетворювачах визначаеться напругою эм1щення операцШюго п1дсилювача ТОП. Проведен1 досл1дкення макет1в 1нтегральних ТОП показали, що при в1дпо~ в!дному вибор1 схемотехн1ки ОП, що забезпечув напругу зм1-щення в межах 1 мВ, м!н1мальне енергоспоживання ТОП може бути обмежене на р!вн1 15-20 мВт.

Оц1нено шумов1 параметри ТОП. В1дношення сигнал/шум на виход1 ТОП зростае з! зб1льшенням крутост1 елэктротегогавого перетворення, зменшенням температури надлишкового роз!гр1ву нагр1вних елемент1в та ширини смуги пропускания. Показано, що, оск1льки 1нтегральн1 пристро! на ochobI явшц теплопере-носу характеризуються вузькою смугою пропускания-в д1апазон1 шзьких частот, теплов1 шуми в1д елемент1в теплопередач1 не е дом1нуючими i не впливають суттево на роботу пристрою.

- 13 -

Сп1ВВ1ДН0Ш9ННЯ (2) в осиовним р1внянням, що описуз роботу ТОП. Створення частотноселектипних та Змпульсних схем на основ1 ТОП передбачае застосувания резистор1в зворотнього зв'язку. Як приклад, на рис. 3, а наведено схему генератора 1мпульс1в; результата досл1джень залекност1 пер1оду 1мпуль-с1в в1д И,для р1з!шх 1^(0) зображен1 на рис.3,0. Результата досл1джень показали, що спектр мокливих значень пер1оду коливань генераторних схем на явищах теплопереносу мае нинш межу; м!н1мальний пер1од обврнено пропорц1йний частот1 Х1ео. на як!й. фазовий зсув на 1нтегральних теплопарах сягяв -180°.

Проведен1 експериментальн1 досл1дження виявили можли-в1сть самозбудження в 1С на основ1 явиц теплопереносу. Для забезпечення ст1йкост1 необх1дне виконання умови (критер1й ст!йкост1):

| КТ<3'180>-КБ | < . (3>

Забезпечення критер1ю ст1Йкост1 (3) досягавться накла-дашшм обмекення на величину коеф1ц1ента п1дсилення та зас-тосуванняЫ зосереджеяо! структури теплопари, яка характеризуемся м1н1малышм фазовим зсувом.

У четвертому розд1л! вир1шуеться проблема створення спбц1ал1зоваких однокристальных 1С на основ1 явиц теплопереносу - частотного ф1лътра, системи АРП з тепловлектричним зворотн1м зв'язком та операц1йного п1дсилювача з 1мпульс-ним тепловим автобалансуванням нуля, розглянуто схемотехн1-ку вузл1в цих схем.

На рис. 4, а зображена структурна схема твердот1льно'Т 1С частотного ф1льтра на основ1 явищ теплопереносу. В основу робота схеми покладено стаб1л1зац1ю коеф1ц1ента п1дсилення за теплоелектричниш параметрами частотноселективно! ' ланкя

8)

Рис. 3. Схема електрична (а) та аалекн1сть пер1оду 1мпульс1в (б) генератора на основ1 ТОП в!д Н/^ для р1зних, К 0: 1 - 0,015; 2 - 0,021; 3 - 0,130

) нульов1й частот!.. Ф1льтр м1стить'два 1деиткчк1 конпли, дан з яких (основний канал 1) зд1йснюв частоту обробку 1гналу, а другий (допом!жний канал 2) використано для сто-1л1зац1! коеф1ц1ента п1дсилоння. На вх1д допом1кного копалу эдають посг1йну напругу иоп. За допомогою внутр1шнього ОП оеф1ц1ш1т п1дсилення корованих п1дсилк>вач1в обох конол1в становлюеться тагам, 'щоб забезпечити одгашчний кооф1ц!еит ередач! у допом1жному канал1, а отжэ - адииичкиЛ коефШент 1дсилення по пост1йному струму в основному канал1 фьтьтрэ. дм забезпечубться висока температурив 1 часова стаб1льк1сть арактеристих та !х в1дтворюван1сть у процос1 виготовлення.

В 1ншх розроблених пристроях 1лерц1йн1сть явщ тепло-юроносу застосована для симетрування вход!в мэтролоПчних ¡1дсилювач1в та автоматичного регулювання коеф1ц1ента п1дси-гення. У пвршому випадку симетрування зд!йснюеться пер!одич-пм перериванням з частотою, що лежить поза смугою пропус-сання п!дсилювача, 1 п1дстроввакням нуля вих!дного сигналу 1даульсним нагр1вом дифоренцШю! пари вх1дних транзйстор1в. [Три цьому класться м1я1м1зуватя напругу зм!щення. Як корухь чий використано внутр1шн1й генератор на основ1 ТОП. 0ск1льки пост1йна часу розбзлансу вх1даого каскаду п1дсилювача при 1мпульсному тепловому збуд»енн1 та перЮд кол1!вань керуючого генератора визначаються тими к конструктивними параметрам 1фисталу схвми,. забезпечуеться висока стаб1льн1сть комуту-вання у схем1 опврац!йного п1дсилювача з 1шульсним тепловим автобалансуванням нуля при однокристальному виготовлеян1 вс1х КОМПОН8нт1в.

Структурна схема система АРП з таплоелектричним зво-ротн1м зв'язком зобракеиа на рис. 4-, б. Вх1дну напругу ивх подають на п!дсилювач 1 з керованим коефЩ1ентом п!дсилен-

Рис. 4. Структурн! схеми спсц1ал1зованих однокристальних 1С на основ1 явищ теплопереиосу: а - частотний ф1льтр з автостаб1л1зац1ею коеф1ц1ента Шдсилення по пост1й-ному струму; б - система АРП з .теплоелектричним зворотн!м зв'язком

'- 1? -

. Вих1дну напругу п1дсилмвача и детектують амшйтудним гектором 2. Напругу разбалансу, яка прогторц1йна р!згаш1 эрноТ напруги иоп (напруги затркмки) 1 сяредиього значения Одного сигналу, перотворюють у тепловий сигнал, який 5ають на керуючий елемент 3 1 використовують для регулю-шя п1дсилогаш. Теплове 1нтегрування вих1дного сигналу, зтосованэ в розроблен1й систем1 АРП, забезнечуа 1Г безкон-шаторну реал1зац1ю, що особливо важливо при однокристаль-лу виготовле!ш1.

У п'ятому розд1л! розглядаються технолог1чн1 особливост1 ?отовл01шя однокристальних 1С на явищах теплопереносу. За юру вибрано технолог1ю б1полярних 1С з 1золяц1ею елемен-з зворотньо зм1щеним р-п переходом. У випэдку. коли на зтогну характеристику накладен1 обмеження, мокливэ форму-шя канал1в теплопередач1 . мезатехнолог1еп, 1золяц1сю электриком чи оксидовашш пористим кремн1ем. Показано, що хпов1дним внбором способу тепло1золяц11 мокна забезпечити жтично неперервний спектр пост1йних часу, в 1нтервал1 ьб...10-1 с.

ТОХПОЛОГ1Ч1ШЙ контроль якает! структур 1С на ОСНОВ1 га теплопереносу гтроводлвся на сшэц!ально виготовленому зтовому сристал1. Кристал м1стить на01р тестових структур, I забезпечують можлкв!сть комплексного досл1дження вшшв1в 1У корпусу, !нших конструктивш1Х ,елем0нт1в м1зсрозборки на зактеристики теплопереносу в 1С.

В додатках наведено текста програм, результата розра-пс1в частотних характеристик теплових зв'язк1в у кристалах 11впров1дникових 1С та документа, як1 п1дтвердокують впро-хження Еиконано! роботи. .

РЕЗУЛЬТАТ!! РОБОТИ I ШСНОВКИ

У дан1й робот1 викладен'о результата розробки нап1впро вХднлкових 1С на осиов1 явищ твплопереносу. Вперше 1нерц1й н1сть теплопоропосу покладона в основу створення ряду одно кристалышх МЕЛ з розширеними функц1ональними мокливостями.

У.процес1 вир!шення поставлених завдань у дисертац1й н1й робот1 отриман1 наступн1 результати.

1. Розроблено математичШ моде л 1 структур твердот!ль них 1С на основ1 явищ твплопереносу та проведено !х спряжен ня з г.^,. -ом схемотехн1чного моделювання РБр1се, що забезпе чило ыожлив!сть комплексного моделювання теплоелектричЕш: режим!в зазначеного тгау схем.

2. Досл1джено залекност1 фазового зеуву у геплоелект рцчн1й систем1 в1д конструктивних параметр1в теплопар. Пока зано, що заотосування теплопар, у яких нагр'1вний элемент су м1щзний з термочутливим, забезпечув коаишвЮть реал!зац1 пристро!в на основ1 явищ твплопереносу з п1двшцаним запаса ст1йкост1 по фаз1.

.3. Розроблено конструкц11 теплопар з термочутливим) елементами - транзисторами, як1 сум1щають у соб1 нагр1вни1 елемент. Застосування сум1щених структур забезпечуе зменшен ня паразитного терм1чы'ого впливу в1д нагр1вних элемент! теплопар на 1нш1 елементи схеми 1 дозволяв п1двищити ступ1н: 1нтеграц11. .

4. Запропоновацо 1 розроблено диференц1йну схему теп лового збудження двотактно! д11, енергоспожызання яко! м1н! м1зоване за рахунок в1дсутност1 пост1йно! складово! процес, теплопередача.. -

5. Розроблено новий багатопроф!лышй компонент 1С

шлокеровоний оипр"ц1йннй Шдсшмвач, на ociranl якого зп-эспоновано ряд частотносрлекгипшх та Ыиульсиих нристроГв [спазону низьких частот.

6. Вияплоно моклиПсть спмозбудтшя в 1С мл оспогЛ зщ теплопереносу, при цьому частота генерацП визначаоться зрзмотрами оломент1в у кол! звзротнього зв'язку; максимоль-эю в частота, на як!й Фпзовий зсув на 1нтогральних теплопз-эх сягяс -180°.

7. Показано, що стаб1л1заи!я коеф1ц1снта п1дсилення 1льтр!в на явищах теплопереносу за топлоелектричнши пара-этрами частотноселективно! ланки на нульов1й частот1 дозво-яе п!двищ1!ти томпоратурну 1 часову ста01льн1сть характерного! схем та ix в1дтворювап1сть у npoijecl виготовлення.

8. Встзновлено, що пост1йна часу разбалансу видного аскаду п!дсилювача при 1шульсному тепловому збудлитц та эр1од кол1гоань генератора на пвгааах теплопереносу визнача-ться тими к конструктивними параметрами кристалу схеми, що озволяе п1двиаити стаб1льн1сть комутувакня у схем! операц!й-ого п!дсилгавача з 1мпульсним тепловим автобалансуванням ну-я при однокристальному виготовленн1 вс1х компонент!в.

9. Розроблено новий клас нап!впров!днгаювих 1С д!впа-ону !шзы 'х частот, у яких для досягнення велико! постШго! асу i спрощення схемотехн!чного забезпечеиня Тх фуга<ц1ону-ання застосовано 1яерц!Ян1сть явищ теплопереносу: частотний »!льтр з автостаб!л!ззц1ею коеф!ц!ента п!дсилення по пост1й-:ому струму, систему АРП з геплоелектричним зворотн!л( зв'яэ-:ом, операц!йний Шдсшговач а Штульсним тепловим автобалан-:уванням нуля.

РозроОлен! 1С на явгацах теплопереносу вир1шують проб-гему твердот!льно! 1нгагртЦТ МЕЛ д!апазону тньш частот.

0СН0ВН1 РЁЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦ1Г 0ПУБЛШ0ВАН1 В РОБОТАХ:

1. Халавка АЛ. Досл1даення ст1йкост1 замкненоТ тепло електрично! системи // В1сник ДУ "Льв1вська пол1техн1ка" Автоматика, вим1рювакня 1 керування. - 1996. - и 305. С.78-81.

2. Система АРП з теплоелектричшш звор'отн1м зв'язком , Готра З.Ю., Голяка Р.Л., Халавка АЛ., Кал1та В. // В1сни ДУ "Льв1всыса пол1техШ.ка". Автоматика, вим1рюва1шя 1 керу' вання. - 1996, - У 305. - С.75-78.

3. Моделювання теплоолектричних режим1в 1нтегралыпс схем за допомогою пакету РБр1се / Готра З.Ю., Голяка Р.Л., Халавка АЛ., Кал1та В. // В1сник ДУ "Льв1вська пол!техн1ка' Комп'ютерн1 системи проектування: теор1я 1 практика.- 1996, - N 313. - С.104-110.,

4. Заявка 94062528, УкраТна. МПК5 Н 01 I 29/52. 1нтег-ралышй транзистор / Готра З.Ю., Голяка Р.Л., Халавка АЛ, Заявл. 02.06.94. Опубл. 29.09.95. Бюл. "Промисл. власн1сть'\ N 3 (1995).

5. Заявка 94062529, 'Украла. МПК5 Н 01 I 29/44. 1нтег-ральний д1од / Готра З.Ю., Голяка Р.Л., Халавка АЛ. За-явл. 02.06.94. Опубл.^ 26.12.95. Бюл. "Промисл. власн1сть", N А (1995).

6. Заявка 94062530, УкраТна. МПК5 Н 01 Ь 29/40, 29/60, 1нгегралышй стаб!л1трон / Готра З.Ю., Голяка РЛ., Халавкг АЛ. Заявл. 02.06.94. Опубл. 26.12.95. Бюл. "Промисл. влас-н1сть", N А (1995).

7. Заявка 94086683, Укра!на. МПК5 Н 01 Ь 29/00, 29/68. 1нтегральний резистор / Готра З.Ю., Голяка Р.Л., Халавкг

I., Бердник М.Я. Зэявл. 18.08.94. Опубл. 29.03.96. Бюл. ромисл. власн1сть", N 1 (1996).

8. Модель теплового зв'язку для стаидортиих пакет1в' ЛР / Готра З.Ю., Халавка A.I., Голяка Р.Л., Бердник М.Я.

Деп. в ДНТБ УкраГни 17.02.95, ¡V 420 - Ук. 95. - 11 с.

9. Готра З.Ю., Халавка A.I., Голяка Р.Л. Однокристаль-й тепловий ф1льтр з електрошшм керуванням // Деп. в ДНТБ раГни 13.04.95, JV 838 - Ук. 95. - 5 с. •

10. Теплокерований ОП як елементна . база нового (кол1ння 1С на ochobI явищ теплопереиосу / Готра З.Ю., )ляка Р.Л., Смеркло Л.М., Халавка АЛ. // Деп. в ДНТБ сра!ни 20.06.95, К 1571 - Ук. 95. - 10 с.

11. Халавка A.I. ОперацШшй п1дсилювач з тепловим зтобалансуванням нуля // Деп. в ДНТБ УкраГни 20.06.95, 1572 - Ук. 95. -г 7 с. . .

12. 1нтегральш!й частотаий ф1льтр на ochobI явиц зплопереносу з автостаб1л1зац1ею коефЩ1ента п!дсил9ння по зст1йному струму / Готра З.Ю., Голяка Р.Л., • Смеркло Л.М., элавка A.I. // Деп. в ДНТБ УкраЧки 9.01.96, У 226 - Ук. 5. - 7 с.

13. Тотра З.Ю., Голяка Р.Л., Халавка.А.I.. Детектор го-изонтального положения в 1нтегральному вкконанн1 // 1нфор-ацШшй листок У 009-94. - Льв1в: ЦНТЕ1, 1994 р.

14. Thermal-controlled operational amplifier / Gota Z., Kalita V?.. Khalarka A. at al. // Proc. 19-th Conf. f ISHM-Poland. Porabka-Kozutmlc, September 17-20, 1995. roclaw, 1996. - P.189-192.

- 22 -

Халавка А.И. Разработка биполярных интегральных схек на основа явлений теплопереноса. Дисертация на соискание ученой степени кандидата тершческих наук по специальности 05.27.01 - Твердотельная электроника (включая функциональную). Государственный университет "Льв1всь^а пол1техн1ка", Львов, 1997. ■

Защищаются 14 научных работ, содержащих результаты теоретических и экспериментальных исследований явлений тепло-переноса в структурах полупроводниковых ИС, • а также возможности применения инерционности теплопередачи для создания однокристальных устройств низкочастотного диапазона. Разработаны принципы построения, элементная база, схемотехника v САПР биполярных ИС на основе явлений теплопереноса, рассмотрены технологические особенности изготовления. Разработанные ИС на основе явлений теплопереноса решили проблему твердотельной интеграции микроэлектронных устройств диапазона низких частот. '

Khalavka A.I. Elaboration of bipolar integratec .circuits on the basis of ■ the heat-tranafer process. Dissertation on search of the scientific degree of candidate of technical science by speciality 05.27.01 - Solid-state electronics (including functional). State university "Lvi's Polytechnic", Lviv, 1997. • ' .

14 scientifical publications which'contain the results of theoretical and experimental investigations ol heat-transfer process in semiconductor 1С structures as well as possibility of the use of heat-transfer lnertiativlty foi the. creation of single-crystal low-frequency devices are being defended. The principles of creation, element basis, scheme-technique and CAD of the bipolar ICs on the basis ol the heat-transfer process are elaborated, the technological peculiarities of performtlon are considered. The elaboratec ICs on the basis of the heat-transfer process solved the problem of solid-state integration of microelectronic low-frequency devices.

Ключов! слова: 1нтегральна схема, частотний ф1льтр багатопроф1льний компонент, канал теплопередач1, операц1йни1 п!дсилювач, теплове збудження.