Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 23
Текст из файла (страница 23)
вентиля схема; е — упро- Шенивя вквивялентиая схе. "в, используемая для оцен. ки перелвточной функции. длине, и эта емкость оказывает заметное влияние на схемные характеристики резистора. В случае диффузионного резистора ртипа (полученного с помощью базовой диффузии) и ионно-легированного резистора р-тнпа распределенная паразитная емкость "Редставляет собой емкость рп-перехода, существующего между 128 Глава 2 р-областью и эпитаксиальным слоем и-типа. На рис. 2.53 показана эквивалентная схема получающейся в результате распределенной! РС-структуры. Линия передачи с распределенными РС-параметрами (рис.
2.53, а) может быть приближенно представлена в виде схемы с сосредоточенными параметрами (рис, 2.53, б), где суммарная паразитная емкость изображена в виде двух конденсаторов половинной емкости, размещенных на концах резистора. Если эта упрощенная эквивалентная схема включена, как показано па рис. 2.53, в, то она, как легко видеть, представляет собой простой РС-фильтр нижних частот с постоянной времени т = РС/2, где С вЂ” суммарная паразитная емкость. Поскольку й = йп (/./)17) и С = (С/А) /.
((7, где С/А — емкость иа единицу площади, получим Таблис1а 2.б Высокочастотные параметры реакстороа Ширина оолосм Сопротивление, кпм Постоянная времени Время нарастании 1,4! 1 ! ц 14,1 МГц 3,5 МГц 1,6 5!Г!! с66 кГц 289 кГц 141 кГц 62 «Гц 35 кГц 16 Гц 248 пс 24,8 нс 99 нс 223 нс 619 ьс 1,21 мкс 2,48,. с 5,57 м«с 9,90 мкс 22,3 мкс 113 пс 1 1,3 нс 45 нс 101 нс 28! нс 551 нс 1,13 мкс 2,53 мкс 4,50 мвс 1О,!3 мкс 1 !О 20 30 50 70 !.
100 150 200 300 ч= РС/2 = Рв (С/А) / е/2 = йз (С/А) (й/йв)в Ка/2 = (йв/йп) (С/А) Ке/2. (2.10) Время нарастания сигнала от 10 до 90 % амплитуды равно 2,2т, а ширина полосы по уровню 3 дБ, или частота сопряжения, определяется как /, =- 1/(2пт), В качестве примера рассмотрим типичный резистор с параметрами йа = 200 Ом/квадрат и С/А = 100 пФ/ма!в (при напряжении смещения 10 В) и шириной 15 мкм. В табл. 2.5 приведены значения постоянной времени т, времени нарастания и ширины полосы по уровню 3 дБ для различных значений полного сопротивления резистора. Как видно, паразитиая емкость может существенно ограничивать возможность использования высокоомных резисторов на высоких частотах. Это служит дополнительным аргументом в пользу того, чтобы число транзисторов в ИС превышало число резисторов.
Во многих ИС число резисторов очень мало, а некоторые МОП-схемы вообще не содержат резисторов. Инаееральнав вхвмм !29 Следует учитывать важную роль, которую играет ширина резистора йг: с уменьшением йг сокращается площадь, занимаемау резистором, и улучшаются его высокочастотные характеристики, но зато растет разброс сопротивлений и отношений сопротивлений, 2,!5.3, Лоза имллантированных ионов в резисторах и базовых слоях транзисторов.
Приведем некоторые расчеты, касающиеся выбора дозы ионной имплантации для различных резисторов ртипа и базовой области лрп-транзистора. Поверхностная проводимость ионно-легированного р-слоя толщиной хо определяется выражением к~ к~ бв = Й3 = ~ о (х) д» вЂ” ~ )гяг/р (х) д» ~ а о ж ~ ррах (х) бх~ (2 1 1) о где 1У„(х) — концентрация акцепторной примеси (бора) в имплантированном слое р-типа, р (х) — соответствующая концентрация дырок, р„ — подвижность дырок, о — заряд электрона. Подвижность дырок цр зависит от концентрации примеси: с по.
вышением концентрацйи подвижность снижается из-за рассеяния дырок ионизованными примесными атомами. При небольших и средних концентрациях примеси (Ж -= !О" см-') подвижность дырок в кремнии составляет 450 см'/В с, при концентрации 1 10" см-' 250 см'/В с, а при концентрации 1 10" см'— 100 см"/(В с) по порядку величины. Введя соответствующим образом взвешенное среднее значение подвижности дырок йр, получим выражение для поверхностной проводимости в виде Х( 6в = Рр9 ) Жл (х) г(» = ряДгр1 а где ~р — доза имплантированных ионов. Таким образом, поверхностное сопротивление может быть представлено как /гв = 1/Ов = (гг зФЧ') Найдем теперь дозу имплантации, необходимую для получения определенного, достаточно большого сопротивления резистора.
Поскольку для резистивных слоев характерны промежуточные уровни легнрования, в этом расчете можно использовать усредненное значение подвижности йя — — 200 см'/(В с). Для ионнолегированного резистора р-типа с поверхностным сопротивлением 10 кОм/квадрат получим 10 ком = (200 см'/(В с) х 1,б 10 " Клх<р) ~. (2 13) ь соклоф с. Глава 2 Отсюда можно найти нужную дозу имплантации 1р = 3 1050 см '. Для получения поверхностного сопротивления 1 кОмгквадрат доза должна быть несколько больше, чем 3 102' см ', с учетом того, что прн высоких концентрациях примеси подвижность снижается. 100,000 ф50,000 ф 1~~ 20,000 ~Ч 1О,ООО 5,000 1~ 2,ООО 1,000 $~ 500 2 ОО и 100 50 2О 1О 1о" 1о" ю" 1о'" 1о" ю'а лт ода импланпгиро!ганнлхя ионоФУЯх /1оннлй от ~ Рнс. 2.04.
Завнснмссть поверхностного сопротивления воино-легяроаанного слоя в кремннн аг дозы нмплантнрованных ионов. Исходная коннентрання примеси в подложке Ь'а = ! !Оц см з, Рассмотрим теперь случай базовой области прп-транзистора, получаемой имплантацией низкоэнергетическнх ионов бора и последующей разгонкой. Результирующее поверхностное сопротивление такого базового слоя составляет 200 Ом/квадрат. Благодаря более высокой концентрации примеси средняя подвижность дырок в этом слое существенно ниже, чем в предыдущих случаях, гак что можно выбрать значение рр — — !00 сма/(В с). Отсюда найдем дОЗу ИМПЛаитаи1И Гр = 4 101а СМ-', На рнс.
2.54 приведены зависимости поверхностного сопротивления от дозы имплантации для слоев р- и п-типа, полученных с по. Интегральные схемы 131 2.16. Конденсаторы в интегральных схемах На ряс. 2.55 показаны конфигурации конденсаторов, применяемых в ИС. В табл. 2.6 приведены приближенные значения емкости на единицу площади и напряжения пробоя для различных типов интегральных конденсаторов. Конденсатор на основе емкости перехода эмиттер — база Сва имеет максимальную удельную емкость, !000 пФ/мм', но его напряжение пробоя составляет всего 7 В, что сильно ограничивает возможности его применения. Таблица Дб Конденсаторы в ИС Удепьна» емкость при напряжении — з В, пфГмм' Напр»жение »робо», В Тнп конденсатора Переход коллектоР†ба, Сан Переход змиттер — база, Свл Переход коллектор-подложка, Сса со скрытым и+-слоем без скрытого и+.слоя МОП-конденсатор (толпгнна окисла 0Л мкм) 125 1000 50 7 50 50 50 90 60 350 Вторым по удельной емкости является конденсатор на основе структуры металл — окисел — кремний (МОП-конденсатор): при толщине окисла 100 нм = 0,1 мкм его удельная емкость состав- 550 пФ/мм'.
Диэлектрическая прочность слоя 5!Оз состав- 600 В/мкм, так что для 100.нм слоя окисла напряжение "Робоя 60 В. Поскольку сопротивление служащего второй об- 5" мощью ионного легирования и последующей операции разгонки, отжита. В кремнии с исходной концентрацией примеси ! 1О'а см-з глубина перехода после разгонкн равна хз. Если исходная концентрация примеси отличается от 1 1О'з см ', это очень мало влияет на поверхностное сопротивление слоя. Можно приближенно учесть влияние изменения концентрации примеси в подложке, введя в дозу имплантации, требуемую для получения данного поверхностно~о сопротивления, поправку дар = давке, где ддеп = Дгв — (1.!О" см '), а Дгв — концентрация примеси в подложке.
Сравним теперь приближенные значения дозы имплантации, полученные в рассмотренных выше примерах, с более точными значениями, найденными по графику на рис. 2.54, для случая х, = 2 мкм. Для Кв = РО кОм/квадрат получим ар = 1,6 10" см ', для /тз = 1 кОм/квадрат ер = 4,5 !Отз см ' и для /св =* = 200 Ом/квадрат ер = 4 10" см '. Глава 2 !32 Лвдлоогонар-тола О ПоЛложка о-птипгх Подлгжна р-типа Ф лооложка и-тина б иолеппхоин 15 "оннопленочный иелтолличеоний ооенгпрод Рнс. 2,55. Конденсаторы а ИС. в — нонденсатор на переходе коллектор — база: б — ионденсатор на переходе эмпттер †ба; в — конденсатор на переходе коллектор †подлож, г — д!ОП-конденсатор, д — тонкопленочный конденсатор.
Онлмгрнльные схемы 1зн Г ( 125пср/иив) и (пвллаптар) р(рпэа) Ссз (-5ОП9!Мне) р(па срлалаали) ьвв("' 1ааал'Р)иИ ) р(ааэа) л(эииттар) ь (-тпср/ии ) л(паллалтсрт) бпап( 55()пПми ) л+ :л/вталл Рнс. 2.56. Паразнтная емкость конденсаторов в ИС: о — конденсатор на переходе коллектор †ба; б — конденсатор на переходе змнттер †ба; е — МОП-конденсатор. С „(-5р р/иие) р(пастлажта) д Такой МОГ1-конденсатор занимает иа кристалле площадь 0,15 мм'. Примерно столько же места занимают 10 биполярных транзисторов или 100 МОП-транзисторов.
Таким образом, конденсаторы большой емкости, особенно свыше 100 пФ, нежелательно использовать в ИС, так как они требуют слишком большой т!лощади, Интегральные конденсаторы имеют нетолько паразитное после довательное сопротивление, но н паразитную емкость (рис. 2,56). кладкой диффузионного п+-слоя (эмиттерной области транзистора) мало, МОП-конденсатор имеет очень малое паразитное последовательное сопротивление по сравненвю с другими типами конденсаторов.
Для типичного МОП-конденсатора емкостью 50 пФ, размерами /. = 1ьг и поверхностным сопротивлением диффузионного и'-слоя 2 Ом/квадрат эффективное последовательное сопротивление составляет -1 Ом, а добротность 1',1 на частоте 1 МГц 3000. Глава 2 Когда они используются в качестве развязывающих конденсато. ров, один конец которых заземлен, паразитная емкость не играет роли, так как она либо оказывается защунтированной, либо просто суммируется с емкостью развязывающего конденсатора. Однако в других схемах включения паразитная емкость может приводить к значительному ослаблению сигнала. Например, в случае конденсатора на основе емкости перехода коллектор — база Сов (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
