9.Диодные структуры в микроэлектронике. Сравнительная характеристика. Влияние подложки имс на параметры и характеристики интегральных диодов и стабилитронов.
Любой из n-p переходов интегральной транзисторной структуры может быть использован для формирования диодов. Обычно используются переходы база–эмиттер и база–коллектор. Существует 5 способов использования n-p переходов в качестве диодов: БК-Э, БЭ-К, Б–ЭК, Б–Э, Б–К. Анализируя параметры данных вариантов интегральных диодов, можно сделать следующие выводы:
· напряжение пробоя Uпр больше у тех вариантов, в которых используется коллекторный переход;
· обратные токи Iобр меньше у тех вариантов, в которых используется только эмиттерный переход;
· ёмкость диода между катодом и анодом Cд у вариантов с наибольшей площадью перехода (т.е. для включения Б–ЭК) максимальна. Паразитная емкость на подложку Cо минимальна у варианта Б–Э;
· время восстановления обратного тока tв, характеризующего время переключения диода, минимально для варианта БК–Э, так как у этого варианта накапливается заряд только в базе.
Интегральные стабилитроны могут быть сформированы на базе структуры интегрального транзистора в различных вариантах в зависимости от необходимого напряжения стабилизации и его температурного коэффициента:
· обратное включение диода БЭ–К используется для получения напряжения 5…10 В с температурным коэффициентом + (2…5) мВ/°С. В этом случае диод работает в режиме лавинного пробоя;
· обратное включение диода Б–Э применяют для получения напряжения стабилизации 3…5 В с температурным коэффициентом – (2…3) мВ/°С;
· для фиксации напряжения можно использовать один или несколько
последовательно включенных в прямом направлении диодов БК–Э. При этом напряжение стабилизации кратно напряжению на открытом переходе (0,7 В). Температурная чувствительность такого включения составляет –2мВ/°С.
20. Конденсаторы и индуктивные элементы в микроэлектронике.
В отдельных случая
в качестве конденсаторов в полупроводниковых
микросхемах на биполярных транзисторах
используют барьерную емкость n-p
перехода (рис. 23,6,а). Такие конденсаторы
могут работать только при одной полярности
приложенного напряжения соответствующей
обратному напряжению n-p
перехода, так и на высоких частотах, при
которых сопротивления обкладок больше
чем в структуре МДП конденсатора.
Конденсаторы емкостью порядка 10 пФ на основе МДП-структур (рис. 23.6,б) используются в некоторых аналоговых микросхемах, обладающих частотной избирательностью сигналов (например, в активных фильтрах). Одной из обкладок МДП-конденсатора является n+-слой металла, а диэлектриком – слой диоксида кремния.
Такой конденсатор применяют в п/пр микросхемах при незначительном усложнении технологического процесса.
Слой n+ формируется с помощью операции лигирования. Топологическая конфигурация конденсатора – квадратная или прямоугольная. Для увеличения удельной емкость толщина слоя диэлектрика под алюминиевой обкладкой выбирается минимально возможной, исходя из условия отсутствия пробоя.
Структура пленочного конденсатора гибридной микросхемы и его вид сверху показаны на рис. 23.7.
Наиболее технологическим диэлектрическим материалом является монооксид кремния( имеет высокую электрическую прочность и дает большую удельную емкость). В качестве обкладок используют пленки алюминия.
В кремниевых п/пр микросхемах тонкопленочные конденсаторы формируются на поверхности пластин покрытых слоем диоксида кремния, а в арсенид-галлиевых микросхемах – непосредственно на поверхности нелигированной подложки.
Пленочные индуктивные элементы представляют собой плоские прямоугольные или круглые спирали, формируемые на основе тех же пленок, что и проводники.
Пленочные реактивные элементы с емкостями менее 100пФ и индуктивностями менее 1мкГн используют в аналоговых высокочастотных микросхемах. Конденсаторы порядка десятых долей пФ, необходимы в гибридных СВЧ-микросхемах(на рис. под буквой а). Элементы с индуктивностью 0,1…1нГн, имеют кольцевую структуру (на рис. Г).