Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/NEC/A19860210Elc015.shtml

Компания NEC готовится к производству арсенид-галлиевых ИС

Токио. Всем изготовителям арсенид-галлиевых интегральных схем придется теперь очень внимательно следить за деятельностью компании NEC Corp. (Токио). Эта компания приняла решение начать выпуск арсенид-галлиевых кристаллов, предназначенных для конструкторов аппаратуры, которым требуется сверхвысокое быстродействие арсенид-галлиевых ИС для критических сигнальных цепей высокопроизводительных устройств на базе ЭСЛ-схем. Речь идет об испытательной аппаратуре, аппаратуре оптической связи и компьютерах.

Компания NEC начнет поставлять опытные образцы трех типов арсенид-галлиевых кристаллов, совместимых с ЭСЛ-схемами, уже в конце февраля 1986г., а весной планируется выпуск еще полудюжины типов новых приборов. Конструкции корпусов ИС оптимизированы с целью получения максимального быстродействия арсенид-галлиевых приборов, однако уровни сигнальных напряжений и напряжений питания сделаны у них идентичными соответствующим параметрам кремниевых ЭСЛ ИС. Официальный представитель компании NEC говорит, что первоначальная цена новых кристаллов будет равна 253 долл. за прибор, что примерно вдвое дороже по сравнению с ЭСЛ-схемами серии 100К.

Таким образом, с самого начала компания NEC попадет в ту часть данного рынка, которая принадлежит дорогим высококачественным изделиям. Два ведущих американских изготовителя стандартных арсенид-галлиевых логических ИС выпускают примерно аналогичные приборы по ценам менее 200 долл. Однако компания NEC рассчитывает вдвое снизить цены на свои изделия после запуска их в серийное производство и занять после этого прочное место на данном рынке, контролируемом сегодня фирмой Harris-Microwave Semiconductor (Милпитас, шт.Калифорния), филиалом компании Harris Corp., и фирмой GigaBit Logic Inc. (Ньюбери-Парк, шт.Калифорния). «Однако в данный момент я не считаю их [компанию NEC] своими конкурентами, — говорит Энтони Ливингстон, вице-президент фирмы GigaBit по сбыту и маркетингу. — Сегодня мы все вместе конкурируем с изготовителями ЭСЛ-схем».

Первыми тремя кристаллами компании NEC будут трехвходовый вентиль ИЛИ/ИЛИ-НЕ, двухступенчатый триггер D-типа и двухступенчатый триггер Т-типа. Триггерные схемы будут работать с тактовыми частотами до 2 ГГц, тогда как для аналогичных кремниевых приборов этот параметр более чем вдвое ниже. Задержки вентилей составляют 250 пс, триггеров — 400 пс. Для всех ИС времена нарастания импульсных сигналов составляют всего 130 пс, времена спада — 120 пс.

Хидеаки Кохдзу, технический руководитель отдела СВЧ- и оптических приборов во 2-ом отделении БИС компании NEC, говорит, что эти приборы фактически обладают еще более высокими частотами, однако для них в качестве граничной задана частота 2 ГГц, являющаяся верхним пределом для испытательного оборудования. Однако для получения такого высокого быстродействия требуется весьма значительный ток питания от источника напряжения —5,2 В. Ток питания вентиля составляет 50 мА, триггера Т-типа — 60 мА и триггера D-типа — 70 мА.

Столь большой запас по граничной частоте обеспечивает высокий выход годных. Еще более важное значение имеет самосовмещенная технология изготовления ИС, позволяющая получить высокую крутизну (250 См/м) и отличные стоковые характеристики без каких-либо негативных проявлений эффектов короткого канала.

После селективной имплантации ионов кремния, в результате которой верхний 80-мм слой полуизолирующей GaAs-подложки приобретает проводимость n-типа, в этом n-слое изготавливаются металл-полупроводниковые (МеП) полевые транзисторы. Затворы транзисторов представляют собой полоски силицида вольфрама шириной 0,8 мкм. Специалисты компании NEC выбрали этот материал вместо алюминия, более широко используемого в конструкциях СВЧ-транзисторов, по той причине, что силицид вольфрама может выдерживать последующие технологические операции, проводимые при температурах свыше 700 °С. Для алюминия предельная температура обработки равна 500°С.

Затем с помощью химического осаждения из газообразных металлоорганических соединений выполняется селективное эпитаксиальное выращивание истока и стока. «Прокладки» из двуокиси кремния толщиной 0,2 мкм по обеим сторонам затвора обеспечивают самосовмещение в этой операции. Такие микроскопические зазоры между затвором и истоком и затвором и стоком снижают их паразитные последовательные сопротивления. Менее очевидным преимуществом данной конструкции прибора является значительное ослабление эффектов короткого канала, свойственных более обычным конфигурациям, в которых имплантированные области истока и стока проникают в подложку на большую глубину, чем глубина самого канала.

Структура МеП-транзистора формируется на слое арсенида галлия n-типа. «Прокладки» из двуокиси кремния толщиной всего 0,2 мкм отделяют затвор из силици
Структура МеП-транзистора формируется на слое арсенида галлия n-типа. «Прокладки» из двуокиси кремния толщиной всего 0,2 мкм отделяют затвор из силицида вольфрама от самосовмещенных истока и стока.

Межсоединения в ИС выполняются из слоев золота. Во втором слое имеются воздушные мостики, снижающие емкость между соединительными линиями и затворами МеП-транзисторов для повышения скоростных характеристик приборов. В таких проводниках с воздушными зазорами могут возникать паразитные механические резонансные явления, однако специалисты компании NEC сумели их полностью устранить.

Для обеспечения совместимости с ЭСЛ-схемами новые арсенид-галлиевые ИС выполнены на логических схемах на полевых транзисторах с истоковой связью, в которых требуемый логический сигнал и его дополнение генерируются на разных выводах. Благодаря этому одновентильная ИС может функционировать и как схема ИЛИ, и как схема НЕ-ИЛИ. Также с целью совместимости кристаллы работают с тем же самым напряжением питания — 5,2 В, что и ЭСЛ-схемы, хотя для арсенид-галлиевых логических ИС было бы вполне достаточно 3-В питания.

Кохдзу говорит, что когда его компания анонсирует вентильные матрицы и приборы памяти (а это ожидается через 1—1,5 года), то свойственные арсенид-галлиевым приборам преимущества смогут проявиться в полном объеме.

Львиная доля мощности, потребляемой вентильными ИС малого уровня интеграции, приходится на входную схему сдвига уровней, предшествующую логическому вентилю, на выходную схему сдвига уровней, следующую за логическим вентилем, и на 50-Ом формирователь. Для внутренних вентилей в вентильных матрицах потребуется мощность всего 2—5 мВт/вентиль, но при этом они смогут иметь задержки всего 100—150 пс.

В число шести ИС, выпуск которых запланирован на весну 1986г., входят вентиль Исключающее-ИЛИ, мультиплексор 4:1, демультиплексор 1:4, четырехкаскадный импульсный счетчик со сквозным переносом, решающая схема и линейный формирователь [No.6, pp.17,18].

Чарлз Коэн

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 59, No.03 (736), 1986г - пер. с англ. М.: Мир, 1986, стр.21

Electronics Vol.59 No.05 February 03, 1986 A McGraw-Hill Publication

Electronics Vol.59 No.06 February 10, 1986 A McGraw-Hill Publication

Раздел: ОБОЗРЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Тема:     Интегральные схемы





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/NEC/A19860210Elc015.shtml