Warum kann ein Induktor nicht auf einem IC hergestellt werden?

Die direkte Herstellung von Induktivitäten auf integrierten Schaltkreisen (ICs) ist vor allem aufgrund ihrer physikalischen Größe und Komplexität schwierig. Im Gegensatz zu Widerständen und Kondensatoren, die mithilfe von Halbleiterprozessen miniaturisiert werden können, benötigen Induktoren viel Platz und bestehen typischerweise aus Drahtwicklungen um einen Kern. Dies macht es unpraktisch, sie in die kompakte und dicht gepackte Struktur von ICs zu integrieren, ohne die Größe und Kosten des ICs wesentlich zu erhöhen.

In integrierten Schaltkreiskomponenten werden Induktivitäten aus mehreren Gründen häufig vermieden. Erstens sind sie aufgrund ihrer Größe und der Notwendigkeit magnetischer Kerne nicht mit den planaren Herstellungsprozessen für ICs kompatibel. Zweitens können Induktivitäten unerwünschtes Rauschen und Interferenzen in Hochfrequenzschaltungen verursachen, was sich negativ auf die Gesamtleistung und Zuverlässigkeit des ICs auswirkt. Aus diesem Grund verwenden Designer lieber alternative Methoden wie aktive Schaltkreise oder externe diskrete Komponenten, um eine ähnliche Funktionalität zu erreichen, ohne die Kompaktheit und Leistung des IC zu beeinträchtigen.

In IC- und RC-Schaltungen (Widerstand-Kondensator) werden Induktivitäten aufgrund der Schwierigkeit, sie direkt auf dem Halbleitersubstrat zu integrieren, normalerweise nicht verwendet. IC-Fertigungsprozesse sind für die Herstellung von Schichten aus leitenden und isolierenden Materialien optimiert, die sich gut für die Herstellung von Widerständen und Kondensatoren, jedoch nicht für Induktivitäten eignen. Im Vergleich zu auf ICs hergestellten Widerständen und Kondensatoren sind Induktivitäten zudem tendenziell anfälliger für Schwankungen im Herstellungsprozess, was sich auf ihre Leistungskonsistenz auswirken kann.

Bestimmte Komponenten wie mechanische Schalter oder große passive Komponenten wie Transformatoren können aufgrund der Art der Halbleiterherstellungsprozesse nicht direkt auf einem IC hergestellt werden. Bei mechanischen Schaltern handelt es sich um bewegliche Teile, die nicht in die Festkörperstruktur von ICs integriert werden können, während Transformatoren komplizierte Wicklungen von Spulen und Magnetkernen erfordern, die nicht mit den bei der IC-Herstellung verwendeten planaren Schichten kompatibel sind. Diese Komponenten werden typischerweise extern in Verbindung mit ICs verwendet, um bestimmte Funktionen in elektronischen Schaltkreisen zu erreichen.

Eine Sache, die auf einem IC nicht hergestellt werden kann, ist eine dreidimensionale Struktur wie ein mechanischer Schalter oder ein komplexes elektromagnetisches Gerät wie ein Transformator. IC-Herstellungsprozesse sind grundsätzlich planar, d. h. sie umfassen Materialschichten, die auf einem flachen Substrat abgeschieden und strukturiert werden. Die Herstellung dreidimensionaler Strukturen oder Geräte mit beweglichen Teilen übersteigt die Möglichkeiten der für ICs verwendeten Standardtechniken zur Halbleiterherstellung. Daher müssen Komponenten, die solche Konfigurationen erfordern, getrennt vom IC selbst implementiert werden.