Cтепаненко - Основы микроэлектроники (989594), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Длина канала в ЗШП-транзисторах является важнейшим параметром, определяющим быстродействие элемента. При использовании технологии самосовмещенной ионной имплантации при образовании слоев и+-типа оказывается возможным УпРавлять величиной зазора между ними, что обеспечивает ~нижение последовательного сопротивления исток-сток и позволяет формировать затворы длиной около 0,1 мкм. Глава 7. Элементы интегральных схем 274 И 3 с 0,05 мкм 0,06 мкм л Оад з,омкм л-А!о,впво,тАв Электроны проводимости пса Ав (подложка) Рис. 7.49. Структура ВПЭт на ОаАв Создание такой структуры возможно методами либо высоко- контролируемого эпитаксиального наращивания слоев АшВУ, либо методами молекулярно-лучевой эпитаксии.
При реализации таких приборов удается достигнуть значений подвижности электронов до 10 си~~В с при 77 К и до 2 10 смз/В с при 4,2 К. Для сравнения отметим, что в обычных ЗШП-транзисторах подвижность электронов в слоях и-типа ОаАз составляет всего 5 10з смз/В . с, т.е, меньше на два порядка. 7,12. Элементы пленочных ИС Как известно, промышленная технология активных пленочных элементов (диодов и транзисторов) пока не разработана. Поэтому ниже рассматриваются только пассивные элементы: резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Эти элементы могут изготавливаться как по тонкопленочной, так и по толстопленочной технологии.
Конфигурации тонко- и толстопленочных элементов одинаковы, но их конкретные геометрические размеры (при заданных электрических параметрах) могут существенно различаться в связи с использованием совершенно разных материалов. Транзисторы с высокой подвижностью электронов. Известны различные варианты конструкции транзисторов с высокой подвижностью электронов (ВПЭТ). Общее представление о структуре ВПЭТ с одним гетеропереходом дает рис.
7.49. Исток, сток и затворный электрод формируются на поверхности ОаАэ. Повышение подвижности электронов в канале достигается за счет использования гетероперехода ОаАэ с материалом с большой шириной запрещенной зоны (А)э з Оае 7 Аз) с введенной в него донорной примесью. 7,12. Элементы пленочных ИС 275 Пленочные элементы нет необходимости изолировать друг от друга, так как все они выполняются на диэлектрической подложке.
Поскольку подложка сравнительно толстая (не менее 500 мкм), а расстояния между элементами сравнительно большие, паразитные емкости практически отсутствуют и их учет на эквивалентных схемах обычно не имеет смысла. Резисторы. Структура и конфигурации пленочного резистора показаны на рис.
7.50. Как видим, в общем случае конфигурация пленочного резистора такая же, как диффузионного (рис. 7.35), т.е. зигзагообразная. В частности, она может быть полосковой. Поэтому расчет сопротивления можно проводить по формулам (7.5). Удельное сопротивление слоя зависит от толщины слоя и материала, Типичные значения В, приведены в табл. 7.5. Там же приведены типичные значения других параметров резисторов: максимального и минимального номиналов сопротивления, разброса номиналов (о), температурного коэффициента (ТКС) и временного дрейфа сопротивления (за 1000 ч при температуре + 70 'С).
а) б) Рнс. 7.50. Пленочные резисторы полосковой (о) и зигзагообразной (б) конфигурации Значение разброса (допуска) 5 приведены для двух случаев: когда отсутствует специальная подгонка (юстировка) резисторов после их изготовления (б/подг.) и после такой подгонки (с з.>'.з„,,ткс, р д, ж,д,г,„,,;з„ 1 Способы подгонки рассмотрены ниже. Глава т. Элементы вмсеерельлых схем сопротивления отдельного резистора (В) и для отношения сопротивлений двух резисторов (В1/Вз).
Таблица 7.б. Типичные параметры пленочных резисторов Из табл. 7.5 можно сделать следующие общие выводы: и диапазон сопротивлений пленочных резисторов несравненно шире, чем полупроводниковых (диффузнонных и ионно-легированных); и тонкопленочная технология обеспечивает более высокую прецизнонность и стабильность резисторов; и подгонка обеспечивает существенное уменьшение разброса (допусков) сопротивлений; следовательно, возможность такой подгонки является важным преимуществом пленочных резисторов; и отношение сопротивлений, как и в случае полупроводниковых ИС, характеризуется меньшим разбросом и меньшим ТКС, чем отдельное сопротивление. Подгонку резисторов можно осуществлять разными способами. Простейший, исторически первый способ состоит в частичном механическом соскабливании резистивного слоя до того, как поверхность ИС защищается тем или иньпи покрытием. Более совершенными являются методы частичного удаления слоя с помощью электрической искры, электронного или лазерного луча.
Разумеется, все эти способы позволяют только увеличивать сопротивление резистора. Наиболее совершенный и гибкий метод состоит в пропускании через резистор достаточно большого тока. При токовой подгонке одновременно идут два процесса: 7.12. Элементы пленочных ИС лл ладка 1 Зги потери характеризуют параметром отангенс дельтаг Ива) — тангенсом угла между векторами полного тока и реактивной составляющей тока через конденсатор при заданной частоте. Если потери незначительны, то зза = Б «1.
окисление поверхности резистивного слоя и упорядочение его мелкозернистой структуры. Первый процесс способствует увеличению, а второй — уменьшению сопротивления. Подбирая силу тока и атмосферу, в которой ведется подгонка, можно обеспечить изменение сопротивления и в ту, и в другую сторону на 30% с погрешностью (по отношению к желательному номиналу) до долей процента. Конденсаторы. Структура и конфигурация типичного пленочного конденсатора показаны на рис.
7.51. Удельная емкость конденсатора определяется по формуле (7.4), где толщина диэлектрической пленки гг существенно зависит от технологии: для тонких пленок Ы = 0,1 — 0,2 мкм, для толстых гз = 10-20 мкм. Поэтому при прочих равных условиях удельная емкость толстопленочных конденсатаров меньше, чем тонкопленочных. Однако различие в толщине диэлектрика может компенсироваться благодаря различию диэлектрических проницаемостей материалов.
Нлжклл дволектркк Верка У тонкопленочных конденса- оак ал озк торов удельная емкость не пропорциональна диэлектрической Подложка проницаемости используемого материала, так как учитывает- рис. т.й1. Пленочный конденсатор ся еще его пробивная напряженность. Материал с высоким значением е может иметь малую пробивную напряженность. Тогда при заданном пробивном напряжении толщину диэлектрического слоя необходимо увеличивать, и выигрыш в удельной емкости оказывается меньше ожидаемого. При выборе диэлектрика для высокочастотных конденсаторов (как тонко-, так и толстопленочных) приходится дополнительно учитывать потери энергии в диэлектрике1. Что касается омических потерь в обкладках пленочных конденсаторов, то Глава 7.
Элементы лмеегэалвлаы схем 278 они гораздо меньше, чем у полупроводниковых конденсаторов, потому что в качестве обклэдок используются металлические слои с высокой проводимостью. В табл. 7.6 приведены типичные параметры пленочных конденсаторов. Для сравнения воспроизведены также параметры близких им по структуре МОП-конденсаторов. Из таблицы можно сделать следующие общие выводы: и удельные емкости пленочных конденсаторов (при надлежащем выборе диэлектрика) в несколько раз и даже на порядок превышают удельную емкость МОП-конденсаторов и тем более диффузионных конденсаторов; а максимальные емкости пленочных конденсаторов могут быть на несколько порядков больше, чем емкости полупроводниковых конденсаторов, главным образом благодаря большей площади (поскольку площадь подложек гибридных ИС значительно превышает площадь кристаллов полупроводниковых ИС); и толстопленочные конденсаторы незначительно уступают тонкопленочным по большинству параметров, за исключением, может быть, температурного коэффициента; и для высокочастотных тонкопленочных конденсаторов оптимальным диэлектриком является моноокись кремния; близкими к ней параметрами обладает также моноокись германия.
Таблица 7.6. Типичные параметры пленочных конденсаторов тд2. Элеыеиты плеиечиыл ИС Следует заметить, что в последнее время, в связи с наличием миниатюрных дискретных конденсаторов (в том числе с весьма большой емкостью — до нескольких микрофарад), наблюдается тенденция к отказу от пленочных конденсаторов и замене их навесными конденсаторами. Катушки индуктивности. Как уже отмечалось, возможность осуществлять катушки индуктивности методами микроэлектроники является одним из достоинств пленочной технологии.
Такие катушки представляют собой плоские спирали, обычно прямоугольной конфигурации (рис. 7.52). Для уменьшения сопротивления в качестве материала используется золото. Ширина металлической полоски составляет 30-50 мкм, просвет между витками 50 — 100 мкм. При таких геометрических размерах удельная индуктивность лежит в диапазоне 10 — 20 нГн/ммз, т.е. на площади 25 ммз можно получить индуктивность 250-500 нГн.
Ап Подложка Добротность катушек индуктивности на высокой частоте определя- ~ио ~ аз Плеиоеиал катт"'к" иидуктиеиооти ется выражением Я, = оЬ/г„(7.11) где ге — сопротивление высокочастотных потерь. Например, на частоте 100 МГц добротность может иметь значение Я, = 50. В отличие от добротности конденсатора [см. (7.8а)1 добротность катушки возрастает с увеличением частоты. Поэтому пленочные катушки могут успешно работать в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ), при частотах 3 — 5 ГГц. При этом число витков составляет 3 — 5.
В связи с разработкой микроминиатюрных проволочных катушек применение пленочных катушек, особенно на частотах менее 50-100 МГц, ограничивается, и предпочтение, как и в случае конденсаторов, отдается навесным компонентам. Глава 7. Элемеаты иитесралаиых схем Контрольные вопросы 1. Дайте определение элементам интегральных схем.
2. Какие основные методы изоляции элементов вы знаете? 3. В чем их принципиальные достоинства и недостатки? 4. В каком направлении продолжается прогресс в разработке методов изоляции элементов? б. Нарисуйте конфигурацию и назовите характер и параметры распределения примесей в транзисторной л-р — и-структуре. 6. Почему пробивное напряжение коллекторного перехода и — р — л-транзистора больше эмиттерного? 7. Нарисуйте структуру интегрального и — р — л- (р-л — р)-транзистора и укажите на ней все паразитные параметры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
