E513 : TEKNIK ELEKTRONIK BAB 1 : 13

Transcript

1 E513 : TEKNIK ELEKTRONIK BAB 1 : 13 BAB 1 ( Bahagian 2) TAJUK : PENGKELASAN LITAR BERSEPADU OBJEKTIF Di akhir topik ini pelajar akan dapat : a. Mengklasifikasikan Litar Bersepadu berdasarkan kaedah pembikinan, samada Monolitik, Saput atau Hibrid. b. Menyatakan ciri-ciri setiap kaedah pembikinan, seperti substratum yang digunakan, jenis-jenis komponen pada serpih dan keluasan penggunaannya. c. Mengklasifikasikan Litar Bersepadu berdasarkan jenis transistor dalam litar bagi Litar Bersepadu silikon menggunakan kaedah pembikinan Monolitik, sebagai samada Litar Bersepadu dwikutub atau Litar Bersepadu MOS. d. Membincangkan kelebihan dan kelemahan Litar Bersepadu dwikutub. e. Menyatakan beberapa contoh Litar Bersepadu dwikutub skala besar seperti TTL, ECL dan I 2 L. f. Membandingkan jenis transistor yang digunakan (simbol skimatik dan struktur binaan) dan kelebihan setiap litar. g. Menyatakan beberapa contoh Litar Bersepadu MOS seperti PMOS, NMOS, CMOS, BiCMOS dan VMOS. h. Melukiskan struktur binaan komponen asas i. Membincangkan kelebihan dan kelemahan setiap teknologi Klasifikasi Litar Bersepadu Secara amnya, terdapat EMPAT klasifikasi Iitar bersepadu: 1. Klasifikasi Litar Bersepadu berdasarkan fungsi litar. 2. Klasifikasi Litar Bersepadu berdasarkan kaedah pembikinan (fabrikasi) 3. Klasifikasi Litar Bersepadu berdasarkan jenis transistor. 4. Klasifikasi Litar Bersepadu berdasarkan metadologi rekabentuk.

2 E513 : TEKNIK ELEKTRONIK BAB 1 : Klasifikasi Litar Bersepadu Berdasarkan Fungsi Litar Litar Bersepadu Linear / Analog - Litar bersepadu yang berkendali dengan masukan dan keluaran isyarat analog - isyarat berterusan dengan bentuk gelombang sinus. - Contoh-contoh: i. Op-Amp ii. Penguat kuasa iii. (Power Amplifier) iv. Pendarab (Multiplier) v. Pembanding (Comparator) vi. Pengatur Voltan (Voltage Regulator) Digital - Litar bersepadu yang berkendali dengan masukan dan keluaran isyarat digital - isyarat melangkah (diskret) dengan bentuk isyarat segiempat. - Contoh-contoh: i. Get-get logik ii. Flip-flop iii. Pembilang (Counter) iv. Cip Kalkulator v. Cip lngatan vi. Mikropemproses 1.16 Klasifikasi Litar Bersepadu berdasarkan kaedah pembikinan (fabrikasi) Monolitik Semua komponen (aktif dan pasif) dihasilkan pada satu serpih silikon (wafer). Paling popular digunakan kerana kos rendah. Kebolehpercayaan tinggi. Keburukan: - kelemahan pemencilan - julat komponen pasif terhad - rekabentuk Litar tidak anjal Hibrid Pergabungan dua atau lebih serpih. Percantuman kaedah fabrikasi monolitik dan filem. Komponen aktif dibentuk secara kaedah monolitik. Komponen pasif dibentuk secara kaedah filem. Rekabentuk yang paling anjal.

3 E513 : TEKNIK ELEKTRONIK BAB 1 : 15 Keburukan: - kos terlalu tinggi. - Kurang kebolehpercayaan. Biasanya digunakan sebagai prototaip litar bersepadu monolitik Filem Komponen dihasilkan di atas serpih penebat seperti seramik atau kaca. Komponen pasif sahaja. Julat komponen lebih luas. Kurang masalah pemencilan. Komponen aktif boleh ditambahkan secara luaran - rekabentuk yang lebih anjal. Keburukan: - kos lebih tinggi. - Tidak sesuai untuk komponen aktif 1.17 Bandingan ciri bagi teknologi-teknologi pembikinan litar bersepadu Ciri-ciri Jenis Komponen yang dihasilkan Teknologi Monolitik Aktif dan Pasif Teknologi Filem / Saput Pasif (Resistor & Capasitor) Teknologi Hibrid Aktif dan Pasif Bahan Substratum Silikon (Si) Germanium (Ge) Galium Arsenik (GaAs) Kaedah saling hubungan Di permukaan atas Subtratum. Kaedah Teknologi Dwikutub, MOS, GaAs Lapisan Pengalir di atas penebat (kaca, Seramik) Menggunakan logam (Al atau Emas) Filem Nipis 0.5 µm, Filem Tebal 25 µm Silikon dan Penebat Saiz Seberhana Kecil Besar saling hubungan dua atau lebih serpih. Gabungan antara monolotik dan filem

4 E513 : TEKNIK ELEKTRONIK BAB 1 : Ciri-ciri Transistor MOS Jenis Kelebihan Transistor MOS pmos - transistor yang mula dihasilkan - kos pembikinan murah - kaedah pembikinan mudah. nmos - Saiz yang lebih kecil berbanding dgn. pmos - Kendalian pantas CMOS - Pelepasan kuasa rendah BiCMOS - kepantasan kendalian yang tinggi. - Pelepasan kuasa tinggi Kekurangan - Pengendalian litar lambat - Pergerakan arus hol 2x lebih lambat daripada elektron. - Proses pembikinannya sukar - Saiz yang lebih besar daripada pmos dan nmos. - Saiz serpih yang besar - Proses pembikinan yang komplek - Kos pembikinan mahal Jenis-jenis Perintang Separuh Pengalir Perintang Resapan 25Ω. -25KΩ Filem Nipis 25Ω -100KΩ Filem Tebal 25Ω-100KΩ. Jepit 10KΩ-500KΩ. Binaan perintang bagi separuh pengalir adalah berasaskan kerintangan pada kawasan resapan atau dengan mengendapkan filem ke atas lapisan substratum bertebat. Nilai bagi rintangan adalah bergantung kepada nilai "rintangan helaian.. (sheet resistance), Rs. Rs = ρ L / Wt ohmpersegi di mana, ρ ialah nilai kerintangan L ialah panjang W ialah lebar t ialah ketebalan Perintang Resepan

5 E513 : TEKNIK ELEKTRONIK BAB 1 : 17 Perintang Resapan dihasilkan dengan meresapkan lapisan nipis bahan jenis-p di atas lapisan jenis-n. Nilai rintangan adalah bergantung kepada a) Kepekatan bahan resapan b) Kedalaman resapan c) Nisbah panjang/lebarkawasan resapan Perintang Filem Terbahagi kepada dua: a) Filem nipis (400 ohm persegi) b) Filem tebal (20K ohm per segi).satu filem logam diletakkan di atas SiO2..Nilai rintangan bergantung kepadajenis dan luas filem yang digunakan Perintang Jepit Menghasilkan nilai rintangan yang lebih besar berbanding dengan kaedah fabrikasi yang lain. (10KΩ - 500KΩ.) Jenis-jenis Kapasitor Separuh Pengalir Kapasitor Resapan Simpang PN MOS atau Filem Nipis Epitaksi Kapasitor Teresap / Simpang (diffused/ Junction Capsitor)

6 E513 : TEKNIK ELEKTRONIK BAB 1 : 18 Kapasitor Teresap adalah kapasitor berpolariti yang dibentuk oleh pengaruh lapisan berdopan tinggi N+. Nilai kapasitor sebenar ditentukan oleh luas kawasan resapan jenis-p Kapasitor MOS/ Filem nipis (SiO2) Kapasitor Epitaksi Kapasitor MOS tanpa polariti dibentuk olehplat selari yang mempunyai, dielektrik SiO2. Permukaan berlogam aluminium membentuk plat atasan bagi kapasitor. Plat bawahan dibentuk oleh lapisan berdopan tinggi N+. Nilai kapasitan, C adalah berkadar songsang dengan ketebalan oksida Kapasitor Epitaksi biasanya mempunyai nilai kapasitans yang lebih tinggi. Kawasan resapan P sebagai dielektrik. Lapisan Resapan Pengeluar N+ sebagai plat atasan. Lapisan tertanam N+ sebagai plat bawahan.

7 E513 : TEKNIK ELEKTRONIK BAB 1 : Klasifikasi Litar Bersepadu Mengikut Jenis Transistor Jenis -jenis Transistor Litar Bersepadu Dwikutub TTL ECL I 2 L Litar Bersepadu MOS PMOS NMOS CMOS VMOS Litar Bersepadu BiCMOS Litar Bersepadu Dwikutub (Bipolar) Litar bersepadu dwikutub adalah Iitarbersepadu yang berasaskan kepada penggunaan transistor dwikutub dalam fabrikasi. Peranti analog biasanya dihasilkan dengan menggunakan kaedah Iitar bersepadu dwikutub. Struktur Binaan Transistor NPN Terdapat TIGA (3) jenis transistor dwikutub yang biasanya digunakan dalam litar bersepadu dwikutub: (i) Transistor-transistor Logic (TTL) (ii) Emitter-Couple Logic (ECL) (iii) Integrated Injection Logic (IlL) Litar bersepadu dwikutub TTL adalah yang paling banyak digunakan kerana kelajuan pensuisan yang tinggi, dan Masukan menawarkan lebih banyak fungsi. Walau bagaimanapun, ia berkendalian pada arus yang lebih tinggi dan memerlukaan kawasan silikon yang luas semasa fabrikasi. Rajah Skematik Get TAK-DAN TTL

8 E513 : TEKNIK ELEKTRONIK BAB 1 : Litar bersepadu dwikutub ECL Litar bersepadu dwikutub ECL merupakan litar bersepadu yang mempunyai kelajuan pensuian yang paling tinggi. Kelajuan pensuisan ECL adalah yang tinggi dan ianya mempunyai tahap hingar yang rendah. Maka ia adalah amat sesuai digunakan untuk tujuan industri. Walau bagaimanapun, lesapan kuasanya adalah lebih tinggi berbanding litar bersepadu dwikutub yang lain Litar Logik Suntikan Bersepadu (IIL) Litar Logik Suntikan Bersepadu (IIL) menawarkan kendalian pada frekuensi tinggi dan ketumpatan tinggi dalam pembungkusan.

9 E513 : TEKNIK ELEKTRONIK BAB 1 : 21

10 E513 : TEKNIK ELEKTRONIK BAB 1 : 22