Федосеева - Основы электроники и микроэлектроники (989598), страница 47
Текст из файла (страница 47)
5.8. Полупроводниковые диффузионные резисторы: о — на основе базового слоя; б — на основе змиттерного слоя изоляционным слоем двуокиси кремния, а на концах полоски базового слоя путем металлнзации алюминием делают выводные контакты 1 и 2. Поскольку базовый слой имеет значительно меньшую концентрацию основных носителей заряда, чем эмиттерный, то на его основе формируют высокоомные резисторы.
Изоляция резисторов от других элементов микросхемы осугцествляется минимум двумя встречно-включенными р-и переходами, т. е. системой, запертой при любой полярности приложенного напряжения. Величина сопротивления диффузионного резистора определяется удельным сопротивлением диффузионного слоя и размерами сформированного резистора: сопротивление тем больше, чем больше удельное сопротивление и длина резистора и меньше ширина и толщина слоя. В зависимости от требуемой величины сопротивления резистор формируют в виде прямоугольной полоски или — для увеличения длины — в виде змейки. Для полручения низкоомных резисторов используют эмиттерный слой и -типа (рис.
5.8, б), сопротивление которого значительно меньше, чем базового, из-за высокой концентрации основных носителей заряда. Диффузионные резисторы имеют сопротивление от 50 Ом до 300 кОм с разбросом ~(10 —:20) %; максимальная мощность рассеяния — до 0,1 Вт. 2П В полупроводниках ИМС, выполненных на .основе МДП- транзисторов, резисторы также формируются на основе МДП- структуры. В этих микросхемах в качестве резистора используют МДП-транзистор (в частности, МОП-транзистор). Его сопротивлением является сопротивление канала транзистора между истоком и стоком, зависящее от режима работы, заданного напряжением на затворе.
Конденсаторы. Пассивный элемент ИМС, реализующий функцию конденсатора, не нашел широкого применения в современной микроэлектронике в связи с трудностями получения больших с о — И-'-о 810 шающую площадь транзистора; зависимость емкости от напряжения и наличие паразитных емкостей из-за изолирующих р-и переходов, а также необходимость соблюдения полярности при включении. Эти недостатки ограничивают применение конденсаторов в ИМС. МДП-конденсаторы имеют структуру металл — окисел — полупроводник. В качестве нижней обкладки в них используют полупроводниковый слой и-типа; диэлектриком служит слой двуокиси кремния 5)От толщиной до О,! мкм, а верхней обкладкой— пленка алюминия.
Их удельная емкость — порядка 650 пФ/мм~, пробивное напряжение 50 В, допуск на емкость ~10%. МДП- конденсаторы не требуют соблюдения определенной полярности напряжения, кроме того, их емкость не зависит от приложенного напряжения. Индуктивные элементы по полупроводниковой технологии очень трудно создать, поэтому в полупроводниковых ИМС они не используются. Рнс.
5.9. Полупроводннковые диффузионные конденсаторы на основе р-л переходов: а — между подложкой н коллектором; о — коллекторного; а — змнттерного; д у — выводы конденсатора удельных емкостей, значительно большей занимаемой площадью по сравнению с другими элементами — транзисторами, диодами, резисторами, зависимостью емкости от напряжения и другими недостатками. По структуре полупроводниковые конденсаторы могут быть двух типов: диффузионные и МДП-конденсаторы.
Диффузионные конденсогоры основаны на использовании барьерной емкости обратно смещенного р-и перехода. В них может быть использован один из р-л переходов структуры биполярного транзистора: изолирующий переход между подложкой р-типа и коллектором л-типа, коллекторный или эмиттерный переход (рис.
5.9). Конденсаторы создают одновременно с другими элементами в изолированных от них островках. При их применении необходимо соблюдать полярность подключения обратного напряжения к используемому р-и переходу. Удельная емкость конденсатора, построенного на эмиттерном переходе, в несколько раз превышает удельную емкость конденсатора на коллекторном переходе, но пробивное напряжение его составляет единицы вольт, тогда как для конденсатора на коллекторном переходе — десятки вольт.
К недостаткам конденсаторов, создаваемых на основе р-п переходов, следует отнести: небольшую величину удельной емкости; сравнительно большую площадь обкладок, значительно превы- 218 5.3.2. Элементы и компоненты гибридных интегральных микросхем Гибридная интегральная микросхема состоит из подложки, нанесенных на нее пассивных пленочных элементов и навесных дискретных активных элементов в виде бескорпусных диодов и транзисторов или кристалла полупроводниковой ИМС. Иногда применяют также навесные миниатюрные пассивные элементы, которые нельзя выполнить по пленочной технологии.
Например, конденсаторы сравнительно большой емкости, дроссели. Готовая ИМС помещается в корпус для герметизации. Для изготовления подложек используют некоторые сорта стекла и керамики. Подложка должна иметь высокую чистоту и плоскостность поверхности. Возможные размеры подложки (ширина и длина): от 1ОХ 12 и 1ОХ 16 до 24Х 30 и ЗОХ 48 мм; толщина 1,6 и 0,6 мм, но может быть и до 0,2 мм.
Пленочные резисторы. Для получения пленочных резисторов тонкие резистивные пленки наносят на подложку в виде узких полосок прямоугольной или П-образной формы, многократно повторяющейся для увеличения номинального сопротивления (рис. 5.!О, а). Эти полоски заканчиваются контактными площадками, имеющими высокую проводимость. Материалами для изготовления тонкопленочных резисторов могут быть металлы, сплавы, полупроводники и смеси металлов с керамикой, называемые керметами. Например, для изготовления резисторов используют хром, тантал, нихром, ингрид тантала и др.
Контактные площадки напыляют из золота, меди, тантала, алюминия с подслоем нихрома, меди с подслоем нихрома. 2ГЭ Тонкие пленки получают методом термического или катодного напыления в вакууме, а также методом электролитнческого осаждения металлов из электролитов под действием электрического тока и другими способами. Номинальные значения сопротивлений тонкопленочных резисторов лежат в пределах от 100 Ом до 50 кОм, а мощность рассеяния не превышает 0,2 Вт.
Чем больше длина пленки и меньше ее ширина, тем больше сопротивление резистора при той же толщине пленки. На этом основано получение различных по номиналу сопротивлений. л б а Рис. 5.!О. Тонкопленочные пассивные элементы ИМС: а — резисторы прямоугольной и П-образной формы; 6 — конденсатор; в — индуктивные элементы в виде круглой и прямоугольной спиралей; у — резистивная пленка; у — контактные площадки; 3 — подложка; т, б — нижняя и вертаня обкладки; б — диэлектрик; 7 — подложка; а — изоляционная пленка; У вЂ” токопрово- дящая пленка Пленочные конденсаторы.
В гибридных ИМС пленочные конденсаторы изготовляют обычно вакуумным напылением трех слоев: двух проводящих обкладок и разделяющей их пленки диэлектрика (рис. 5.10, б). Емкость пленочного конденсатора прямо пропорциональна площади обкладки и обратно пропорциональна толщине диэлектрической пленки. При этом емкость тем больше, чем больше значение диэлектрической проницаемости пленки между обкладками. Наилучшим диэлектриком для пленочных конденсаторов является моноокись кремния 510.
Могут быть использованы также двуокись кремния 5!От, окись алюминия А!тОз, окись тантала ТатОэ. Для получения обкладок напыляют пленки алюминия. Номинальные значения емкостей пленочных конденсаторов получаются от 10 до !0000 пФ при рабочем напряжении, не превышающем !5 В.
Конденсаторы большой емкости нельзя получить методом пленочной технологии; при необходимости их применяют в виде дискретных компонентов. Пленочные индуктивные элементы. В гибридных ИМС индуктивносги могут быть получены в виде пленочных элементов. Их изготовляют осаждением на диэлектрическую подложку спирали из проводящего материала; спираль может иметь круглую или прямоугольную форму (рис. 5.!О, в).
Проводящий спиральный слой осаждается методом вакуумного испарения через специальную маску (трафарет). Поскольку размеры изготовленной пленочной индуктивной катушки должны быть очень малы в соответствии с требованиями, предъявляемыми к элементам ИМС, индуктивность получается не более 5 мкГн. При необходимости применения элементов с большей индуктивностью используют кольцевые микроминиатюрные катушки с магнитным сердечником из порошкового железа или ферритов.
Навесные компоненты гибридных ИМС. В качестве навесных дискретных компонентов гибридных ИМС используют полупроводниковые микроминиатюрные приборы — диоды и транзисторы. Они могут быть заключены в миниатюрный корпус, но чаще используются бескорпусные приборы, имеющие значительно меньшие размеры и массу. В бескорпусных приборах кристалл полупроводника герметически защищается от воздействия внешней среды специальными покрытиями: лаком, эмалью, смолой, компаундом и др. Бескорпусные дискретные полупроводниковые приборы изготовляют отдельно от микросхемы.
Для защиты от механических повреждений при испытаниях и транспортировке их помещают в специальный пластмассовый корпус, а перед монтажом в микросхему корпус снимают. Чаще всего в качестве активных навесных компонентов используют биполярные транзисторы и-р-л типа КТЗ07, КТЗ!9, КТЗ24 и другие, а также полевые МДП-транзисторы, например КП201. В качестве навесных компонентов применяют также бескорпусные полупроводниковые микросхемы.
Кроме активных компонентов иногда применяют и пассивные навесные компоненты. В частности, конденсаторы с емкостью более 2000 пФ. Дискретные активные компоненты гибридных ИМС позволяют создавать аппаратуру более мощную, чем аппаратура на прлупроводниковых ИМС, а также применять транзисторы разных типов — биполярные и полевые — в одной микросхеме и получать оптимальные электрические параметры. Монтаж навесных компонентов на подложке с нанесенными тонкопленочными пассивными элементами, а также соединение пленочных элементов между собой и с внешними выводами микросхемы осуществляется с помощью пленочных проводников и контактных площадок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
