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 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.
22. Физические ограничения в микроэлектронике. Электромиграция в имс. Влияние межэлементных соединений на работу имс. Понятие задержки импульса.
Влияние проводников на параметры работы ИМС связано с конечным значением скорости передачи сигнала, в результате чего напряжение, приложенное к одному концу проводника, не может быть передано мгновенно во все точки по его длине. Скорость распространения сигнала по проводнику определяется не его параметрами, но и относительной диэлектрической проницаемости среды, окружающей проводник. Наличие диэлектрической среды с проницаемостью больше единицы приводит к уменьшению скорости распространения сигнала в п/пр и пленочных ИМС в два-три раза ниже, чем в вакууме.
В быстродействующих ИМС время переключения отдельных логических элементов достигает нескольких наносекунд, и задержки в межэлементных соединениях могут существенно снизить быстродействие приборов. Таким образом, при проектировании стремятся к достижению максимальной плотности размещения элементов ИМС.
Между соседними проводниками может существовать связь, определяемая их взаимной индуктивностью и емкостью. За счет этой связи при наличии сигнала в одном проводнике он появляется и в соседнем в виде помехи. Такие связи нужно предотвращать при проектировании ИМС, т. к. помехи могут достигать уровня основного сигнала и устройство окажется неработоспособным.
При больших плотностях тока ( более 100 А/мм2) возможна миграция атомов металла в сторону одного из электродов (рис. 23.10).
В процессе теплового движения происходит движение ионов по междуузлиям, генерация и заполнение вакансий. Этот процесс самодиффузии ионов. При наличии дрейфа электронов они подталкивают ионы. Происходит направленное движение ионов, Захват ионов дрейфом электронов называют «электронным ветром», а направление движение ионов металла под действием потока электронов называют элетромиграцией.