Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 62
Текст из файла (страница 62)
В и нтегральных схемах роль конденсаторов играют ооратносмещенные р — п-переходы, выло полненные на основе транзисторной структуры в едином технологическом процессе. В би биполярных транзисторных структурах в конструкции интегрального транзистора ислоль льзуется один из переходов; "эмнзтер--база", "база- -коллектор", "коллектор- -подложи ка . Эти переходы формируются диффузией и поэтому часто называются дпт))фуззнин ньц„ иь конт)енгаязоркьип. Бико барье ость конденсатора определяется емкостью перехода, имеющего диффузионнукз и верную составляющие. Основную роль играет барьерная емкость. Барьерная емкость сааза зана с образованием области обьемного заряда и потенциального барьера межлу и- и Часть!!.
Микроалектрони, к94 р-областями перехода. Область объемного заряда р — п-перехода можно интерпретироват как аналог диэлектрика обычного конденсатора, если считать, что в нем отсутствуют под. вижные носители зарядов. Ширина этой области и плотность объемных зарядов неподвижных ионов донорных и акцепторных примесей зависят от напряжения обратного смещения, а также от контах )оТ ного потенциала ор„> 1Π—.
!) ввоо С= —, х,— х, Р в (4.2) где е — относительная диэлектрическая проницаемость, во — абсолютная лиэлектриче. ская проницаемость, б — — площадь р — п-перехода, х„, х„— границы области объемног~ заряда в материалах п- и р-типов. Величинах„ -хя для р--и-перехода со ступенчатым распределением концентрации при- месных атомов может быть вычислена из соотношения: 2ево т 4 по д Тогда удельную барьерную емкость перехода запишем в аиде: ввоо) 2(Е', ке ч- оро ) ~Л'„— Хо) (4.3) Если переход несимметричен и концентрация по одну сторону перехода много больше чем по другую, например, Х„» Жо, то вво9М г(и,„.„, р,) ' (4.4) В общем виде при любом распределении концентрации примесей можно записать: Со-К (4.5) где К вЂ” коэффициент пропорциональности, зависящий от закона распределения ко~в~ ентрации примесных атомов, в окрестности )> — п-перехода, ло — коэффициент, зна чения 1 1 ной которого расположены в интервале: — > ги > —, Типичные значения удельной барьер 2 3 4.3 емкости для различных р — и-переходов транзисторной структуры приведены в твоя.
пол На рис. 4.7 представлены конструктивные реп!ения ~т .Ральных конденсаторов, вып . пенных на основе биполярной структуры. С повышением напряжения обратного смещения ширина области объемного заряда ув .. личивается, что приводит к уменьшению барьерной емкости. Величина барьерной емкости может быть определена из соотношения: 4 Элементная база интегральных схем 295 1'абяица 4.3 Наибольшую удельную барьерную емкость Сэ имеет переход "эмиттер — база" (рис.
4.7, а). (4ггзкое пробивное напряжение этого перехода ограничивает возможность его широкого применения. ((онденсатор, сформированный на базе перехода "база †коллект" (рис. 4.7, б) имеет оолее высокое пробивное напряжение (- 50 В). Обычно используют переход "база— коллектор" при его низком обратном смещении, но одновременно высоком обратном смещении перехода "коллектор †подлож". В этом случае соотношение г.;ь ) С„„ имеет большее значение а) в) г) рис 4.7. Структуры интегральных биполярных конденсаторов.
в — на основе эмиттерного перехода; б — на основе базового перехода; в — на основе перехода "коллектор — подложка"; е — на основе параллельно включенных емкостей эмитгерного и колпекторного переходов онленсаторы, сформированные на основе перехода "коллектор — подложка" (рис. 4.7, в) и"еют ограниченное применение, потому что подложка обычно заземлена по переменной оставляющей тока. Однако конденсатор этого типа является неотъемлемой частью инте- Р""'ьных схем с изоляцией по р — -п-переходу. ('(иог осла в интегральных схемах используют колгбннлровалный конденсатор. На рис, 4.7, г приве Р"велена структура конденсатора на основе параллельно включенных емкостей эмнттерн„ Рното и коллекторного переходов. Опти имальной конфигурацией конденсатора является квадрат.
Общая емкость складывается из- оокоаой и данной составляющих р — и-перехода. Обычно боковая составляющая "деся сятки раз меньше данной и ею пренебрегают. конде ) ' проектировании интегральных схем задаются условием, чтобы общая площадь всех денсаторов интегральной схемы не превышала 25% площади кристалла. Часть гг. Микроэлектроника Важным паРаметРом интегРального конденсатоРа ЯвлЯетсЯ добРотггоггггь цг, котоРаЯ оп ределяется соотношением.
1 0= — —, Г4,01 где у' — рабочая частота, Π— елгкость конденсатора, гг — сопротивление резистора, и . следовательно включенного с конденсатором, Ооычно в качестве резистора имеют в виду сопротивление диффузной области, непосред отвеине прилегающей к области объемного заряда перехода. Добротность характеризует потерю мощности при протекании емкостного тока.
Доброт. ность возрастает с уменьшением частоты и с уменьшением сопротивления нижних слое~ транзисторной структуры. Типичное значение добротности на частоте 500 Гц составляет 50 — ! 00, Интегральные конденсаторы, сформированные на основе биполярной транзисторнои структуры, имеют ряд недостатков.
Прежде всего, на основе таких структур невозможно создать конденсатор большой емкости. Для этого необходимо использовать большую площадь подложки. Конденсаторы такой конструкции имеют малую добротность, и их емкость существенно зависит от приложенного напряжения. Недостатки диффузионных конденсаторов могут быть в схеме устранены, если воспользоваться конструкцией МДП-конденсатора (рис. 4.8). Над эмитгерным и -слоем, служащим нижней обкладкой конденсатора, выращивается тонкий слой кремния бгОь а затем наносится верхняя металлическая обкладка.
Важным достоинством МОП-конденсаторов является возможность их работы при любой полярности напряжения иа обкладках. Другой важной особенностью является независимость номинального значения емкости от приложенного напряжения. Рис. 4.8. Структура интегрального Мдрркоидвисвторв и его топология. д — длина обкладки,  — ев ширина 4 Элементная база интегральньгх схем 4 наконеи, добротность МДП-конденсаторов значительно превосходит добротность ин- ,1зальных конденсаторов, выполненных в биполярных транзисторных структурах. В табл.
4.4 приведены типичные параметры интегральных конденсаторов: технологиц ский разброс б, температурный коэффиниент емкости ТКЕ, пробивное напряжение 1/„„ н добротность Ц. '!'аблица 4.4 1)ндуктивные элементы в основном пленочные и применяются в гибридных интегральных СВЧ-схемах. Задачи и упражнения ~4.1з~ Расчет диффузионных резисторов Рассчитать геометрические размеры диффузионных резисторов (рис. 4.9, а) с Я = 1,5 кОм с контактными площадками, показанными на рис. 4.9, б, б) а) рис. 4.9.
Топология диффузионного резистора ешеиие 1) и р"чем рассеиваемую мощность Р = 1,5 мВт и разброс сопротивления 1О'ь при . ! 11, = 7%. При найленных геометрических размерах определить разброс сопротив- чгг ' о лени то в "ия вероятностным методом. Будем считать, что минимальная ширина окна для изго- влениЯ РезистоРа Ьяя, = 4 мкм; систематическаа ошибка, свЯзаннаЯ с РастРавлеиием Часть 11. Микроэлектрони» окисла ЛЬа =- 0,75 мкм; ошибка в линейных размерах при изготовлении фотошаблоно ЛЬ„= ЛЬ, =+ 0,4 мкм; К, = 180 Ом. ПРимем, что эффектианаа шиРина Ь„~, = Ь + 2ЛЬ„, а ЛЬт и г7 = 1 мкм. Тогда минимальная эффективная ширина, определяемая технологическими ограничения ми, будет Ьи„— — Ьп,„~-21ЛЬ, ч-ЛЬх) = 7,5 мкм. будем считать, что 1» Ь, тогда минимальную ширину, определяемую по рассеиваемой мощности, Ь,т„~„„вычислим из соотношения: 1' ЛК гЛЬ, ЛК,1 '~К ! К) С другой стороны, минимальная ширина, определяемая точностью, будет Ь, М, =,~Кр(Кр, = 6 мкм.
Тогда Ьмм гпах )Ь и ь1Ь»яп1Ь лр„,) = 27 мкм. Ширина окна вскрытия по фотошаблону Ь=Ь. тм — 2(ЛЬ, +ЛЬа) = 23,5 мкм. Проведем округление и примем Ь = 24 мкм, Из формулы для сопротивления диффузионного резистора зигзагообразной формы имеем: 1, =Ьич,(,К!Ка — 0,55п — К, — Кт). Примем с = 1б мкм; а = 4 мкм; д = 12 мкм гсм. рис. 4.9, б). Таким образом, гу „, = г7+2(ЛЬ, + ЛЬа)=15,5 мкм; а „= а+ 2ЛЬ, = 5,5 мкм. Значения Ььья! г1тй» = 1,8, а 1М! Ара= 0.35, К, = Кз =- 0,21. При этом суммарная длина линейных участков , '1 = 184 мкм. разброс сопротивлений, полученных вероятностным методом при найденных значениях геометрических размеров резистора, позволяет записать и, =-8,/3, тле 8, — относительный разброс какого-либо параметра.
Тогда 8=*К 1ООьь!К = 7 5%. 4 Элементная баэа интегральных схем „лученное значение, как и следовало ожидать, немного отличается от заданно~о Полу <„а 2,5<%). Ы 4 2. Расчетпинч-резистора Р ссчитать длину пинч-резистора 1 с Л = 200 кОм при напряжении на клеммах, равном расеи ггулю, Решение П мем: Ь = 20 мкм; ЛЬ,.= 0,75 мкм; напряжение <Г, = -2 В.
Будем считать, что 1<)эи )Г, =. 17 кОм; г)г = 2,4 мкм; сз = 0,3 м км; Г<г)м = 0,24 мкм; г)., = 1,7 мкм. Сопротивление резистора найдем из формулы: Л/ Ь С учетом г5Ь, получим ( = 253 мкм. )4.3.) Расчет конденсатора биполярной структуры Рассчитать геометрические размеры квадратного конденсатора емкостью Г = 55 пФ <при напряжении на переходе <Г = 0) с напряжением пробоя </„„> 30 В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
