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