持久強度

[拼音]：xianxing jicheng dianlu

[英文]：linear integrated circuit

以放大器為基礎的一種積體電路。60年代初，用半導體矽片製成第一個簡單的整合放大器，用“線性”一詞表示放大器對輸入訊號的響應通常呈現線性關係。後來，這種電路又包括振盪器、定時器，以及資料轉換器等許多非線性電路和數字與線性功能相結合的電路。由於處理的資訊都涉及到連續變化的物理量(模擬量)，人們也把這種電路稱為模擬積體電路。

發展情況

與分立元件電路相比，積體電路在設計上具有若干有利條件。由於所有器件是在一個很小的晶片上同時製造出來，其特性十分一致，而且元件引數具有高的比例精度。線性電路通常需要在一個電路中使用不同型別的器件，因而難以整合，初期發展緩慢。1964年，製成橫向PNP電晶體，對線性積體電路的發展起了重要的作用。這是用一個環狀的P型擴散區作集電極，用環中另一個P型擴散區作發射極。這種結構能與標準的NPN電晶體同時製造，為實現雙極型互補電路創造了條件。1966年，第一個高效能的通用運算放大器問世。它在電路中應用靈活，體積很小，促進了電子學的迅速發展。60年代後期，各種線性電路獲得廣泛應用。70年代，各種高精度的數-模和模-數轉換器成為數字技術和微處理機在資訊處理、過程控制等領域裡推廣應用的關鍵器件。

線性電路方面的一個新進展是採用 MOS工藝製造音訊濾波器。其原理是開關電容法，即用開關將電容器交替接至電路中不同的電壓節點來傳輸電荷，從而產生等效電阻。這種技術特別適用於 MOS工藝（見開關電容濾波器）。另一方面，由於應用模擬取樣技術，採用 MOS工藝已能製出高穩定度的運算放大器和高精度的數－模與模-數轉換器。這兩種技術的結合，為模擬資訊處理和通訊裝置分系統的大規模整合技術開闢了廣闊的前景。

製作工藝

大多數線性積體電路採用標準雙極型工藝製造。為獲得高效能電路，有時在標準工藝基礎上作某些修改或採取附加的製造工序，以便在同一晶片上製作不同效能的各種元件和器件。

雙極-場效應相容技術

在雙極型晶片上製作高效能結型場效應電晶體的技術。當晶片上NPN管形成後，分別用兩次離子注入技術摻雜形成低濃度P-型溝道和高濃度N+型柵區（圖1）。其柵-漏擊穿電壓可達50～60伏，夾斷電壓可控制在1伏左右。

超增益電晶體

共發射極電流增益高達1000～5000的NPN電晶體。用離子注入技術製作基區，基區摻雜濃度比通常NPN管基區低一個數量級，基區厚度也比通常NPN管基區更薄（圖2）。

亞表面擊穿二極體

通常的擊穿二極體利用 NPN電晶體的eb結，其擊穿現象發生在結表面。而亞表面擊穿二極體則是在N+型發射區下用離子注入法制作一個高濃度P+型層，在表面下方深處形成一個N+-P+結（圖3）。這種電晶體的擊穿電壓低於表面結的擊穿電壓，擊穿過程不受表面狀況的影響，噪音低，並且具有良好的長期穩定性。

高頻工藝

採用標準雙極型工藝製造的 NPN電晶體，其特徵頻率一般低於1000兆赫。要求高頻和高速效能時則採用微細加工、薄層外延和淺結技術等，器件的特徵頻率可達3000～5000兆赫。典型的高頻工藝如圖4。

高耐壓技術

線性雙極型工藝通常可達到50～60伏的耐壓效能。若要獲得近100伏或更高的耐壓效能，可採取如下措施：

（1）增加N型外延層厚度（如 20微米以上），以提高NPN管的擊穿電壓；

（2）增加氧化層厚度，防止帶負電位的金屬互連線在跨越橫向PNP電晶體時產生寄生MOS管效應；

（3）用場電極保護隔離結表面，以避免電場過於集中，導致擊穿電壓降低（圖5）。

線性CMOS技術

這是一種十分複雜的通用性相容技術，能同時製作各種雙極型器件和CMOS器件（見互補金屬-氧化物-半導體積體電路）。用這種技術可將高效能線性電路與高密度的高速邏輯電路結合在一個晶片上。一種用難熔金屬鉬作為柵極材料的線性CMOS工藝，能把P溝道與N溝道MOS器件製作線上性雙極型晶片的N型外延層上，僅須用10次光刻，它具有鋁與鉬兩層互連線。P溝道與N溝道器件可單獨或共用一個N區（圖6）。

精密元件

無源元件電阻器通常採用擴散層或離子注入層形成的半導體電阻器。在矽片上製作合金薄膜電阻器，可獲得更好的溫度穩定性。然而，兩者的阻值精度大致都不超過 1％。高精度電阻器需要藉助各種阻值修正技術而獲得。通常採用直徑大約10微米的脈衝鐳射束，修正方法有熔斷互連線法（圖7a）和熔斷擴散層法（圖7b）。

電路型別

根據電路的功能和用途，線性積體電路大致可劃分為：

（1）通用電路，包括運算放大器、電壓比較器、電壓基準電路、穩壓電源電路；

（2）工業控制與測量電路，包括定時器、波形發生器、檢測器、感測器電路、鎖相環路、模擬乘法器、馬達驅動電路、功率控制電路、模擬開關；

（3）資料轉換電路，包括數－模轉換器、模-數轉換器、電壓-頻率轉換器；

（4）通訊電路，包括電話通訊電路、行動通訊電路；

（5）消費類電路，包括電視機電路、錄影機電路、音響電路。實際上，還有許多其他的電路，如心臟起搏器等醫療用電路。另一方面，由於大規模整合技術和計算機輔助設計和測量技術的日益發展，線性電路的設計正在從傳統的標準單元向功能複雜的定製積體電路發展。

基本電路形式

線性積體電路品種很多，設計各不相同。但有一些功能單元電路用作基本構件，在許多電路中已得到廣泛應用。

差動放大器

具有對稱結構（圖8）。電晶體對Q1與Q2特性一致，稱為差分對。由於採用恆流源偏置，若基極電流可忽略不計，則集電極電流I

與I

之和等於I0，與輸入電壓U1、U2無關，輸入電壓只改變偏置電流 I0在Q1與Q2中的分配情況。I

與I

之差對輸入差動電壓U1- U2的關係由下式給出：

這是正切函式。當驅動訊號很小時(|U1-U2|<

4UT時，它成為限幅放大器，可用於兩個訊號的相位比較。限幅作用並非由於電晶體的飽和，而是由於恆流偏置限制了集電極電流的增加，因而具有很好的頻率響應特性。差動放大器有多種變型。在單端輸出時，可以僅用一個負載電阻器或者用電流鏡代替電阻器(圖9)。偏置恆流源有時也可以用一個電阻器取代。此外，兩個電晶體的發射極之間也可串入電阻，用來改變放大器的效能。