發(fā)展情況 與分立元件電路相比，集成電路在設(shè)計(jì)上具有若干有利條件。由于所有器件是在一個很小的芯片上同時(shí)制造出來，其特性十分一致，而且元件參數(shù)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類型的器件，因而難以集成，初期發(fā)展緩慢。1964年，制成橫向PNP晶體管,對線性集成電路的發(fā)展起了重要的作用。這是用一個環(huán)狀的P型擴(kuò)散區(qū)作集電極,用環(huán)中另一個P型擴(kuò)散區(qū)作發(fā)射極。這種結(jié)構(gòu)能與標(biāo)準(zhǔn)的NPN晶體管同時(shí)制造，為實(shí)現(xiàn)雙極型互補(bǔ)電路創(chuàng)造了條件。1966年，第一個高性能的通用運(yùn)算放大器問世。它在電路中應(yīng)用靈活,體積很小,促進(jìn)了電子學(xué)的迅速發(fā)展。60年代后期，各種線性電路獲得廣泛應(yīng)用。70年代，各種高精度的數(shù)-模和模-數(shù)轉(zhuǎn)換器成為數(shù)字技術(shù)和微處理機(jī)在信息處理、過程控制等領(lǐng)域里推廣應(yīng)用的關(guān)鍵器件。
線性電路方面的一個新進(jìn)展是采用 MOS工藝制造音頻濾波器。其原理是開關(guān)電容法，即用開關(guān)將電容器交替接至電路中不同的電壓節(jié)點(diǎn)來傳輸電荷，從而產(chǎn)生等效電阻。這種技術(shù)特別適用于 MOS工藝（見開關(guān)電容濾波器）。另一方面,由于應(yīng)用模擬采樣技術(shù),采用 MOS工藝已能制出高穩(wěn)定度的運(yùn)算放大器和高精度的數(shù)－模與模-數(shù)轉(zhuǎn)換器。這兩種技術(shù)的結(jié)合,為模擬信息處理和通信設(shè)備分系統(tǒng)的大規(guī)模集成技術(shù)開辟了廣闊的前景。
制作工藝 大多數(shù)線性集成電路采用標(biāo)準(zhǔn)雙極型工藝制造。為獲得高性能電路，有時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)工藝基礎(chǔ)上作某些修改或采取附加的制造工序，以便在同一芯片上制作不同性能的各種元件和器件。
雙極-場效應(yīng)相容技術(shù) 在雙極型芯片上制作高性能結(jié)型場效應(yīng)晶體管的技術(shù)。當(dāng)芯片上NPN管形成后,分別用兩次離子注入技術(shù)摻雜形成低濃度P
-型溝道和高濃度N
型柵區(qū)（圖1）。其柵-漏擊穿電壓可達(dá)50～60伏,夾斷電壓可控制在1伏左右。
線性集成電路 共發(fā)射極電流增益高達(dá)1000～5000的NPN晶體管。用離子注入技術(shù)制作基區(qū),基區(qū)摻雜濃度比通常NPN管基區(qū)低一個數(shù)量級，基區(qū)厚度也比通常NPN管基區(qū)更薄（圖2）。
線性集成電路 通常的擊穿二極管利用 NPN晶體管的eb結(jié)，其擊穿現(xiàn)象發(fā)生在結(jié)表面。而亞表面擊穿二極管則是在N
型發(fā)射區(qū)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(jié)（圖3）。這種晶體管的擊穿電壓低于表面結(jié)的擊穿電壓，擊穿過程不受表面狀況的影響，噪音低，并且具有良好的長期穩(wěn)定性。
高頻工藝 采用標(biāo)準(zhǔn)雙極型工藝制造的 NPN晶體管，其特征頻率一般低于1000兆赫。要求高頻和高速性能時(shí)則采用微細(xì)加工、薄層外延和淺結(jié)技術(shù)等，器件的特征頻率可達(dá)3000～5000兆赫。典型的高頻工藝如圖4。
線性集成電路
線性集成電路 線性雙極型工藝通�？蛇_(dá)到50～60伏的耐壓性能。若要獲得近100伏或更高的耐壓性能,可采取如下措施：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(fù)電位的金屬互連線在跨越橫向PNP晶體管時(shí)產(chǎn)生寄生MOS管效應(yīng)；③用場電極保護(hù)隔離結(jié)表面，以避免電場過于集中，導(dǎo)致?lián)舸╇妷航档停▓D5）。
線性集成電路 這是一種十分復(fù)雜的通用性兼容技術(shù)，能同時(shí)制作各種雙極型器件和CMOS器件（見互補(bǔ)金屬-氧化物-半導(dǎo)體集成電路）。用這種技術(shù)可將高性能線性電路與高密度的高速邏輯電路結(jié)合在一個芯片上。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器件制作在線性雙極型芯片的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(dú)或共用一個N區(qū)（圖6）。
線性集成電路 無源元件電阻器通常采用擴(kuò)散層或離子注入層形成的半導(dǎo)體電阻器。在硅片上制作合金薄膜電阻器，可獲得更好的溫度穩(wěn)定性。然而，兩者的阻值精度大致都不超過 1％。高精度電阻器需要借助各種阻值修正技術(shù)而獲得。通常采用直徑大約10微米的脈沖激光束，修正方法有熔斷互連線法（圖7a）和熔斷擴(kuò)散層法（圖7b）。
線性集成電路 電路類型 根據(jù)電路的功能和用途，線性集成電路大致可劃分為：①通用電路，包括運(yùn)算放大器、電壓比較器、電壓基準(zhǔn)電路、穩(wěn)壓電源電路；②工業(yè)控制與測量電路，包括定時(shí)器、波形發(fā)生器、檢測器、傳感器電路、鎖相環(huán)路、模擬乘法器、馬達(dá)驅(qū)動電路、功率控制電路、模擬開關(guān)；③數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路，包括數(shù)－模轉(zhuǎn)換器、模-數(shù)轉(zhuǎn)換器、電壓-頻率轉(zhuǎn)換器；④通信電路，包括電話通信電路、移動通信電路；⑤消費(fèi)類電路，包括電視機(jī)電路、錄像機(jī)電路、音響電路。實(shí)際上，還有許多其他的電路，如心臟起搏器等醫(yī)療用電路。另一方面，由于大規(guī)模集成技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和測量技術(shù)的日益發(fā)展，線性電路的設(shè)計(jì)正在從傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)單元向功能復(fù)雜的定制集成電路發(fā)展。
基本電路形式 線性集成電路品種很多，設(shè)計(jì)各不相同。但有一些功能單元電路用作基本構(gòu)件，在許多電路中已得到廣泛應(yīng)用。
差動放大器 具有對稱結(jié)構(gòu)（圖8）。晶體管對Q
1與Q
2特性一致,稱為差分對。由于采用恒流源偏置，若基極電流可忽略不計(jì)，則集電極電流
I
與
I
之和等于
I0,與輸入電壓
U1、
U2無關(guān),輸入電壓只改變偏置電流
I0在Q
1與Q
2中的分配情況。
I與
I之差對輸入差動電壓
U1-
U2的關(guān)系由下式給出：
這是正切函數(shù)。當(dāng)驅(qū)動信號很小時(shí)(|
U1-
U2|<<
UT)，它是一個線性放大器，可以用來鑒別兩個輸入信號之間的微小差值，也可以作為普通的單端輸入放大器。當(dāng)|
U1-
U2|
4
UT時(shí),它成為限幅放大器，可用于兩個信號的相位比較。限幅作用并非由于晶體管的飽和，而是由于恒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(yīng)特性。差動放大器有多種變型。在單端輸出時(shí)，可以僅用一個負(fù)載電阻器或者用電流鏡代替電阻器(圖9)。偏置恒流源有時(shí)也可以用一個電阻器取代。此外，兩個晶體管的發(fā)射極之間也可串入電阻，用來改變放大器的性能。
線性集成電路
線性集成電路 它能接受兩個模擬信號的輸入并產(chǎn)生與其乘積成比例的輸出信號。圖10為蓋爾伯特乘法器，核心部分是由Q
5～Q
8組成的交叉連接的兩對差動晶體管。利用上式可導(dǎo)出電壓
U2=2
RcIytanh(
