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船舶電気装備技術講座 〔基礎理論編〕 (レーダー)

 事業名 船舶の電気装備に関する技術指導等
 団体名 日本船舶電装協会 注目度注目度5


1・3・9 集積回路、Integrated Circuit: IC;
 半導体素子を小さくして電子回路を集約したものを略してICと呼ぶ。ICはチップ当たりの素子数(集積度)が多くなるに従ってLarge Scale Integration: LSI, Very Large Scale Integration: VLSI, Ultra Large Scale Integration: ULSIと呼ばれる。LSIは素子の加工寸法が1μm、集積度が106程度であったがULSIでは0.1μm、108のICができるようになってきた。
 IC回路の構成と製作法により薄膜型ICとモノリシック型ICに分類される。薄膜型は半導体材料で薄い膜状のR、L、C素子を作り基板上で回路を組み立てるICで、トランジスタのような能動素子を基板上に外付けをする混成集積回路(ハイブリッドIC)もある。
 集積度は高くできないが製作工程が簡単で、変更が容易、大電力に対応できるなどの利点がある。図1・46に薄膜集積回路による差動増幅回路の基板上のパターンと実際のIC回路を示す。
 
図1・46 差動増幅器の薄膜集積回路
(拡大画面:67KB)
 
 モノリシックは単体の意味で、写真技術で回路を描き、写真食刻、蒸着や拡散技術で単一基板内にLCRの受動素子とダイオードやトランジスタの能動素子から配線までを集約した電子回路を構成する。大量生産に向き信頼性が高いICができる。
 製法は、P又はN型半導体基板上に回路パターンを写真焼き付けする。図1・47はN型基板にNPN及びPNPトランジスタを形成する場合を示す。N型シリコン基板上に酸化シリコンS1O2の薄膜絶縁層を形成して、電子回路パターンを写真焼き付ける。トランジスタを形成する部分の絶縁層を化学的薬品処理で取り除きインジウムやガリウム等の不純物を蒸着注入するとNからP型に反転する。さらに砒素やアンチモンなどを注入すると再びPからN型に反転するのでNPN層が形成される。同様に不純物材料を選ぶとPNPトランジスタが形成できる。
 抵抗や配線は抵抗体材料や導体材料を蒸着して形成する。コンデンサやコイルなどの受動素子も形成できるが、形状が大きくなるので増幅器と組合せた等価容量や等価インダクタンスを形成する。モノリシックICは能動素子を多数集積するメモリー回路等に有利であるが、論理回路や機能デバイスなど高度なIC回路も多量生産できるようになってきた。図1・48にモノリシックダイオードとトランジスタを示す。
 
図1・47 モノリシックICの生成
 
図1・48 ダイオードとトランジスタ







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