quetionário circuitos integrados
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Circuitos integradosTRANSCRIPT
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMIARIDO-UFERSA
CAMPUS-CARAÚBAS
Prof.: Brito Filho
Aluno: Deusdedith Antonio de O. Junior
Disciplina:Projeto de Microeletronica
RESPOSTA DO QUESTIONÁRIO
1) O setor eletrônico é altamente dinâmico e inovador, permeando um vasto número
de atividades produtivas. Nesse sentido, o adensamento da sua cadeia produtiva é
uma variável crucial no processo de desenvolvimento da indústria de
microeletrônicos. O Brasil possui uma das maiores jazidas de quartzo do mundo,
mineral de onde é retirado o silício. O quartzo é transformado em silício metálico,
depois purificado até tornar-se cristalmas ainda não está pronto para ser
trabalhado. Esse cristal de silício deve ter todos os átomos em seus devidos lugares
para que não haja nenhuma imperfeição no material e para que a corrente elétrica
que circula pelo chip não sofra alterações. Portanto, ele é fundido em torno de
uma "semente, ou núcleo monocristalino, sobre o qual vão se depositando, já
então corretamente ordenados os átomos de silício. As bolachas, são as finíssimas
fatias de silício de 3 polegadas de diâmetro, são lapidadas ou polidas como barras
de aço de uma usina siderúrgica. Essas lâminas são então divididas em centenas
de chips, cujos circuitos, numa etapa posterior, serão gravados segundo um
método semelhante ao da fotografia. Para que os circuitos sejam gravados na
chapa de silício, ela é aquecida à temperatura de 1 200 graus centígrados, até que
se forme uma finíssima camada protetora de óxido, com uma grande resistência
elétrica. Em seguida, se cobre o wafer com material fotográfico, sobre o qual se
colocam as máscaras que se parecem às antigas chapas de vidro usadas em
fotografias onde os circuitos foram fotografados.
Ao submeter o conjunto a radiação ultravioleta, as áreas ocultas pelas máscaras
ficam intactas, enquanto a luz atinge o material fotográfico, que se dissolve,
deixando livre a camada de óxido de silício. Esse processo é repetido várias vezes,
de acordo com o número de máscaras que forem necessárias. Em seguida, pode
começar o processo de dopagem. O método é o mesmo usado na gravação das
máscaras, mas neste caso as áreas livres são bombardeadas ou dopadas com boro,
fósforo ou arsênio, as chamadas "impurezas" que vão permitir a condutividade
elétrica. Independente do material de que são feitos silício ou arseneto de gálio,
no final de todas as etapas de fabricação os chips ainda estão ligados às centenas
num único wafer. Esse wafer então é serrado e os chips, enfim libertos, são
soldados aos seus suportes mecânicos, os chamados lead-frames. É um trabalho
que no Brasil ainda é mecânico na sua maior parte, além de ser executado. São
operárias que vão manusear, interligar, soldar os chips e depois implantar
minúsculos fios de ouro que os manterão presos aos equipamentos eletrônicos.
Encapsulado num invólucro de epóxi, o chip deixa de ter esse nome. Daí em
diante, o retângulo milimétrico de silício passa a ser conhecido como circuito
integrado.
3) No futuro, prevê-se que os chips serão confeccionados com materiais
supercondutores que, por não oferecerem resistência à eletricidade, podem
transmitir sinais ainda mais velozes do que se sonha com os circuitos atuais. Aliás,
a preocupação dos fabricantes é conseguir chips que processem informações cada
vez mais rapidamente. Para isso, já está sendo usado o arseneto de gálio como
material semicondutor. O arseneto conduz elétrons até seis vezes mais depressa
do que o silício, além de operar em temperaturas mais elevadas, reduzindo a
necessidade de resfriar os computadores e outros sistemas eletrônicos. Como é
muito caro, só é utilizado em pesquisas, ou em supercomputadores militares
americanos ou ainda na fabricação de circuitos para comunicações por
microondas.
5) O processo de dopagem é quando são adicionadas impurezas a um semicondutor
puro (intrínseco), este passa a ser um semicondutor extrínseco. As impurezas
usadas na dopagem de um semicondutor intrínseco podem ser de dois tipos:
impurezas ou átomos dadores e impurezas ou átomos aceitadores. Átomos
dadores têm cinco elétrons de valência (são pentavalentes): Arsénio (AS), Fósforo
(P) ou Antimónio (Sb). Átomos aceitadores têm três elétrons de valência (são
trivalentes): Índio (In), Gálio (Ga), Boro (B) ou Alumínio (Al).
Semicondutor Tipo N
É um semicondutor que recebeu átomos pentavalentes, ou seja, átomos que
possuem cinco elétrons na camada de valência. Como exemplos de substâncias
pentavalentes podemos citar o arsênio, antimônio e fósforo. Quando os átomos de
impurezas se associam com os outros átomos, um dos elétrons da camada de
valência, sobe para a banda de condução, porque ele só precisa de quatro elétrons
na camada de valência para estabelecer a ligação covalente. Para cada átomo de
impureza introduzido no cristal, aparecerá um elétron livre. Se forem
introduzidos, por exemplo, 20 milhões de átomos de impurezas, o cristal terá 20
milhões de elétrons livres, sem contar os elétrons livres produzidos termicamente
por causa da quebra de ligações covalentes. Num semicondutor tipo N, os elétrons
livres são chamados de portadores majoritários porque existe em maior
quantidade, enquanto que as lacunas são chamadas de portadores minoritários por
se encontrarem em menor quantidade.
Semicondutor Tipo P
Um semicondutor tipo P é obtido através da injeção de átomos trivalentes no
cristal puro. Como exemplos de impurezas trivalentes podemos citar o alumínio,
boro e gálio. Como um átomo trivalente possui três elétrons na camada de
valência, uma lacuna será criada quando o mesmo for se associar com os átomos
vizinhos através da ligação covalente. Para cada átomo de impureza, aparecera
uma lacuna. Um cristal dopado com átomos trivalentes é um semicondutor tipo P.
Ele possui uma grande quantidade de lacunas e alguns elétrons livres produzidos
termicamente, devido à quebra de ligações covalentes. Neste caso, as lacunas são
os portadores majoritários e os elétrons livres são os portadores minoritários.
7) É o resultado da associação de um semicondutor do tipo “p” com semicondutor
sendo do tipo “n”. Possuem a propriedade de só permitirem a passagem de
corrente em um único sentido. São, portanto, utilizados como diodos e
transistores. Quando a d.d.p. aplicada apresenta a mesma orientação do
semicondutor, isto é, quando a parte negativa do semicondutor está ligada ao pólo
negativo da bateria e a parte positiva ao pólo positivo da bateria, a corrente flui
normalmente pelo circuito. Porém, quando a orientação da d.d.p. e a do
semicondutor são contrárias, não há fluxo de corrente no circuito.
9) Os componentes ativos são capazes de gerar energia e exercer uma função de
controle sobre uma energia adicional de um outro componente. Fazem parte desse
grupo diodos, transistores, circuitos integrados, dispositivos optoeletrônicos e
fontes de energia. Já os componentes passivos não aumentam a intensidade de
uma corrente ou tensão. Eles tem como característica interagir com a energia do
circuito, dissipando-a em outras formas como, por exemplo, em calor. Como
exemplos de componentes passivos podemos citar resistores, capacitores,
indutores, sensores e antenas.
13) Aporta inversora CMOS é composta por transistores nMOS e pMOS em série. O
terminal de entrada é ligado às duas portas, de forma que uma tensão positiva
coloca em condução o transistor nMOS e corta o pMOS, produzindo uma tensão
zero na saída. Uma tensão zero aplicada ao terminal de entrada produz um efeito
complementar, produzindo uma tensão na saída igual à tensão de alimentação
VDD.
Devido ao emprego dos dois tipos de transistores complementares, a tecnologia
foi chamada de CMOS. Para tanto necessita-se de regiões de “substrato” tipo n e
outro tipo p. Isto é possível pela implementação de uma região delimitada com
dopagem de tipo oposto ao do substrato e que se chama ilha ou de poço (em inglês,
é chamado de “well” ou “tub”). Uma característica fundamental de portas CMOS
é que elas não consomem corrente (POTÊNCIA) durante um estado estático.
Apenas durante a transição de um estado a outro temos consumo de corrente 2
(potência).
15) O princípio do transístor é poder controlar a corrente. Ele é montado numa
estrutura de cristais semicondutores, de modo a formar duas camadas de cristais
do mesmo tipo intercaladas por uma camada de cristal do tipo oposto, que controla
a passagem de corrente entre as outras duas. Cada uma dessas camadas recebe um
nome em relação à sua função na operação do transístor, As extremidades são
chamadas de emissor e coletor, e a camada central é chamada de base. Os aspectos
construtivos simplificados e os símbolos elétricos dos transístores são mostrados
na figura 1 abaixo. Observe que há duas possibilidade de implementação.
Figure 1: O transístor da esquerda é chamado de NPN e o outro de PNP.
O emissor é fortemente dopado, com grande número de portadores de carga. O
nome emissor vem da propriedade de emitir portadores de carga. A base tem uma
dopagem média e é muito fina, não conseguindo absorver todos os portadores
emitidos pelo emissor. O coletor tem uma dopagem leve e é a maior das camadas,
sendo o responsável pela coleta dos portadores vindos do emissor. Da mesma
forma que nos diodos, são formadas barreiras de potencial nas junções das
camadas P e N. O comportamento básico dos transístores em circuitos eletrônicos
é fazer o controle da passagem de corrente entre o emissor e o coletor através da
base. Para isto é necessário polarizar corretamente as junções do transístor.
17) Um dispositivo de potência MOSFET é projetado para alcançar o melhor
desempenho em termos de eficiência e confiabilidade em aplicações de clientes.
Os principais parâmetros podem ser resumidas da seguinte forma: em Rdson
estado de resistência, tensão de limiar Vth, tensão de ruptura BVdss, carga portão
Qg, reverter parâmetros de recuperação e queda de baixa tensão durante a
operação do diodo dreno. Além disso, o dispositivo tem de ser fiável em termos
de:
- Gestão de temperatura
- Tempo de vida
Quando o MOSFET poder funciona em modo linear, as principais características
são limitadas apenas ao gerenciamento de temperatura e robustez no que é
conhecido como instabilidade térmica ou térmica pista. A operação no modo
linear é caracterizado na escolha Ids corrente e queda de tensão Vds por uma
tensão Vgs selecionado pelo motorista controle de feedback (quase sempre o sinal
de controle é definido para se juntar a um valor corrente específica). Nesta
condição, o dispositivo de dissipação de energia torna-se elevada e a temperatura
média de junção aumenta o seu valor. Durante esta fase, a estabilidade de trabalho
do dispositivo depende das características de estrutura intrínseca do sistema de
aquecimento e de câmbio.
A temperatura é um fator importante, uma vez que se a classificação máximo é
excedido, o dispositivo de falha. Quando o dispositivo está no estado de equilíbrio
térmico, a corrente é limitada pela temperatura, porque os Rdson aumenta com ele
e, consequentemente, a corrente é forçada para uma limitação automática. No
entanto, no modo linear de outros fatores que podem contribuir para trazer o
dispositivo para exceder a temperatura máxima. Estes fatores são:
- Dissipação de energia não uniforme;
- Ponto tempo Zero;
- Características Tecnologia.
A dissipação de energia atinge valores elevados quando o dispositivo funciona em
modo linear, porque o dispositivo trabalha com elevada queda de tensão e corrente
elevada, de modo que os aumentos de temperatura intrínseca rápida. Isto significa
que total de junção-ambiente Rthj-a resistência térmica (dispositivo + dissipador
de calor) tem de ser escolhido em um bom caminho para dissipar o montante total
de calor no ambiente externo. Além disso, na superfície da fonte, as áreas ao lado
da fonte do fio de ligação tornam-se pontos quentes, devido à administração de
alta potência, por conseguinte, a temperatura local pode exceder o índice máx.
Zero tempo define uma característica específica do dispositivo de alimentação
MOSFET a uma determinada temperatura.
19) Os simuladores baseados no SPICE permitem que o usuário faça a escolha de
modelos para o MOSFET. Dentre os parâmetros do modelo SPICE temos um
chamado LEVEL (nível), que seleciona o modelo a ser empregado pelo
simulador, quando o LEVEL=1 corresponde ao modelo mais simples de primeira
ordem, o mesmo está baseado nas equações da lei quadrática para o MOSFET.
Parâmetros básicos do modelo
LEVEL, TOX, COX, UO, KP e LAMBDA
Parâmetros da tensão de limiar
VTO, GAMMA, NSUB e PHI
Parâmetros de diodo do mosfet
JS, CJ, MJ, CJSW, MJSW e PB
Parâmetros de dimensão do mosfet
LD e WD
Parâmetros da capacitância de porta MOS
CGBO, CGDO e CGSO