Поэлементный разбор внутренностей простейшей микросхемы — ULN2003

В предыдущих статьях с фотографиями кристаллов микросхем (1 ^[1], 2 ^[2]) — в комментариях писали о том, что нужно разобрать простую микросхему по деталям — чтобы было понятно «что есть что» на самом низком уровне, и где там «магический дым» прячется. Я долго не мог выбрать микросхему, в схеме которой можно было бы разобраться за несколько минут — но наконец решение было найдено: ULN2003 — массив транзисторов Дарлингтона ^[3].

Эта микросхема состоит из 21 резистора, 14 транзисторов и 7 диодов, часто используется чтобы от слабой ноги микроконтроллера управлять относительно мощной нагрузкой (50 вольт / 0.5 ампер) .

Сам кристалл

Выглядит следующим образом. Цвета несколько усилены относительно натуральных, под контактными площадками металл поврежден кислотой (и приобрел такой коричневый цвет):

^[4]

Как видим, 7 каналов абсолютно идентичны, потому будем рассматривать только один. К счастью для нас, схема каждого канала нам известна — и мы можем в неё подглядывать:

А теперь 1 канал с отмеченными элементами. Сопоставление конкретных элементов схеме — оставляю как домашнее задание для читателя.

^[5]

Но как же сделан сам транзистор? Известно, что внутренняя структура планарного биполярного npn транзистора при производстве получается следующая:

Тонкая база — «подныривает» под эмиттер. Не смотря на то, что и на коллекторе и на эмиттере — кремний легирован в тип n, отличается концентрация легирующей примеси и толщина: это делают для того, чтобы оптимизировать транзистор для «усиления тока» в одном направлении.

Зная это — мы можем внимательнее посмотреть на 1 транзистор, и понять где там что. Кремний, легированный в разный тип — немного отличается по цвету. Обычным глазом это практически не заметно — тут насыщенность цветов и контраст выкручены почти на максимум. На этой фотографии — масштаб: 6 пикселей = 1 микрометр.

Автор: BarsMonster

Источник ^[6]