15. Пассивные элементы имс. Особенности конструкции резисторов и конденсаторов полупроводниковых и гибридных микросхем. Резистивные элементы полупроводниковых имс. Пленочные и диффузионные резисторы.
Разновидности резисторов:
1) Диффузионные резисторы. Получают на основе транзисторной структуры. Резистивный эффект наблюдается в диффузионном слое полупроводника того или иного типа проводимости, ограниченно обратно смещённым p-n-переходом. Номинал сопротивления определяется концентрацией примесей, характером ей распределения и геометрическими размерами слоя. В п\п ИС для упрощения используют базовые слои биполярного транзистора. Для снижения площади, занимаемой резистором, ширину слоя выбирают минимальной. Для создания структур с большими номиналами сопротивления форму резистора выполняют в форме меандра. С помощью операции ионного легирования, не связанной с формированием базы, можно создать очень тонкий (0,1...0,2 мкм) резистивный слой с сопротивлением до 20 кОм/□. Для получения контактов на его концах формируют более толстые области p+-типа. Сопротивление слоя определяется дозой легирования. Технологический
разброс сопротивлений ионно-легированных резисторов около 6%, ТКС = 0,1 %/К.
При необходимости создания резисторов с большим номиналом создают пинч-резисторы.
2 )Тонкопленочные резисторы. Получили широкое распространение в гибридных ИС. В зависимости от требуемого номинала сопротивления могут иметь конфигурацию полосок, параллельных полосок с металлическими контактами, меандра. Изготавливают из плёнок нихрома, тантала, керметов.
В кремниевых ИС изготавливаются поверх транзисторов. Материал – поликремний (в качестве недостатка – нелинейная ВАХ, тк м. отдельными зёрнами поликремния образуется потенциальный барьер)
Конденсаторы и индуктивные элементы в микроэлектронике.
В качестве конденсаторов м. использоваться барьерная ёмкость боратно смещенного p-n-перехода (низкая добротность, работает при одной полярности)
Ёмкости на основе МДП-конденсаторов. Верхняя обкладка – слой металла, диэлектрик – диоксид кремния, нижняя обкладка – n+-слой. Ёмкость порядка 10пФ.
Конденсаторы для гибридных микросхем выполняются на основе диэлектрических плёнок монооксида кремния, либо на основе оксида тантала.
Индуктивные элементы выполняют в виде спиралей из того же материала, что и проводники. Вывод создают путём нанесения на спираль д\э-изоляции на катушку и последующим созданием вывода на ней.
16. Сравнительная характеристика подложек на основе кремния и арсенида галлия. Структура и принцип действия транзисторов с управляющим переходом металл-полупроводник. Анализ стоковых и сток-затворных характеристик.
Из отличительных характеристик арсенида галлия стоит отметить его высокую подвижность электронов в слабых полях, по сравнению с кремнием, что диктует лучшие частотные характеристики приборов, созданных на его основе. Арсенид галлия обладает большей шириной запрещённой зоны, что позволяет на его основе создавать полуизолирующие подложки. Однако при всех своих преимуществах, арсенид галлия обладает очень малой подвижностью дырок , это обстоятельство затрудняет создание комплементарных пар на его основе. а так же небольшим временем жизни неосновных носителей, поэтому на его основе трудно изготовить биполярные транзисторы. Высокая плотность поверхностных состояний арсенида галлия ухудшает параметры МДП-транзисторов. Так же его отличительной чертой является наличие в собственном состоянии слабой электропроводности р-типа.
Положка изготовляется из собственного GaAs с добавлением хрома. сильнолегированные области стока и истока, а так же канала n-типа легируют Si, S, Se. К областям стока и истока делают омические контакты, а над каналом создают управляющий электрод из материала, который образует выпрямляющий контакт. Между затвором и истоком подается управляющее напряжение UЗИ, на сток – положительное напряжение UСИ. При изменении управляющего напряжения изменяются толщина обедненного слоя перехода Шотки и как следствие, толщина проводящего канала его проводимость и ток стока.
При напряжении равном U=Uпор граница обеднённого слоя достигает границы полуизолирующей подложки.
Если Uпор < 0, то при отсутствии напряжения на затворе транзистора канал является проводящим и транзистор называется нормально открытым (он аналогичен МДП-транзистору со встроенным каналом.)
При Uпор > 0 и нулевом напряжении на затворе канал полностью перекрыт обедненной областью перехода, и транзистор является нормально закрытым (он аналогичен МДП-транзистору с индуцированным каналом).
Отличительная особенность данного типа транзисторных структур – хорошие частотные свойства, обусловленные не только высокой подвижностью электронов, но и высокими диэлектрическими свойствами подложек на основе арсенида галлия.