Расчёт тонкоплёночного конденсатора

Исходными данными для расчёта МДМ-конденсаторов являются:

номинальное значение ёмкости С; относительная погрешность ёмкости γ_с (15%). ра­бочее напряжение U_р( 20 В), максимальная рабочая температура Т_max (80 С), время работы 1000ч., конструктивные и технологические ограничения. Погрешности, используемые в расчете, взять по максимальной границе.

Таблица 5.

Основные характеристики диэлектрических материалов тонкопленочных конденсаторов

Материал	, при частоте 1 кГц		с	 , % /10 ч.
	6-8	(1-2)∙	(1-2)∙	1,5-6
	3,5-4	(5-6)∙	(0.8-1)∙	1
	10	9∙	(1,5-5)∙	2

Порядок расчёта тонкопленочного конденсатора

1. Определить тип и конструкцию конденсатора.

2. Выбрать материал диэлектрической плёнки из таблицы и рассчитать минимальную толщину диэлектрика из условия электрической прочности:

d_min ≥ K_{пр ,}

где K_пр=(2-3) – коэффициент запаса прочности; Е_пр – электрическая прочность диэлектрика.

Если d_min лежит за пределами (0,1-1) мкм, то следует выбрать другой материал.

3. Определить максимальную удельную ёмкость С_{0 max1}, которая обеспечит необходимую электрическую прочность:

С_{0 max1}=εε₀/d_min

4. Определить максимальную удельную ёмкость С_{0 max2}, которая обеспечит требуемую точность изготовления конденсатора:

С_{0 max2}=С(_Sдоп/∆L)²*K_ф/(1+ K_ф)²,

Где: K_ф=L/B – коэффициент формы конденсатора (L и B-размеры обкладки конденсатора; обычно L=B, т.о. K_ф принимается равным единице.); ∆L- абсолютная погрешность линейных размеров конденсатора (10 мкм); _Sдоп- допустимая относительная погрешность активной площади конденсатора, которая определяется как: _Sдоп=γ_с-(γ_с0+γ_т+γ_ст),

здесь γ_с0-относительная погрешность удельной ёмкости, которая характеризует воспроизводимость технологического процесса формирования диэлектрической плёнки и составляет 5%; γ_ст – относительная температурная погрешность γ_т=_с(Т_max-Т₀), где _с - температурный коэффициент материала диэлектрика, Т₀=20°С; γ_ст-относительная погрешность, обусловленная старением диэлектрика γ_ст= , где  - коэффициент старения, t-время работы.

5. Из двух значений С_{0 max} выбрать наименьшее С₀ .

6. Рассчитать активную площадь конденсатора:

S=C/C₀, размеры верхней пластины(обкладки) L_B= , B_B= L_B/К_ф

7. Рассчитать размеры нижней обкладки конденсатора и размеры диэлектрика:

L_н= L_B+2q B_н=B_B+2q

L_Д= L_Н+2f B_Д= B_Н+2f

где q – расстояние между краями верхней и нижней обкладки

f – расстояние между краями диэлектрика и нижней обкладки

q=200мкм f=100мкм

Литература:

1. Конструирование и технология микросхем. Под. ред. Л. А. Коледова.-М.:Высшая школа, 1984.

2. Пономарёв М. Ф. Конструкции и расчёт микросхем и микроэлементов.-М.: Радио и связь, 1982.

3. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника: Проектирование, виды микросхем, функциональная микроэлектроника.- М.: Высшая школа, 1987.

4. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: Учеб.пособие для вузов.-М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001._ 488 с.

ВАРИАНТЫ РАСЧЕТОВ

N вар.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Rдиф, Ом	500	550	600	650	700	750	800	850	900	1000
Сдиф, пФ	10	15	20	25	30	40	45	50	55	60
Rпл. Ом	500	550	600	650	700	750	800	850	900	1000
Спл, пФ	40	60	80	100	120	140	160	180	200	220

N вар.	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Rдиф, Ом	1050	1100	1150	1200	1250	1300	1350	1400	1450	1500
Сдиф, пФ	65	70	75	80	85	90	95	100	110	120
Rпл. Ом	1050	1100	1150	1200	1250	1300	1350	1400	1450	1500
Спл, пФ	240	260	280	300	320	340	360	380	400	420

24