Конденсаторы пмс
В конструкциях диффузионных конденсаторов ПМС в полезных целях используются ёмкости обратно смещенных р-п переходов - барьерные (зарядные) емкости: эмиттер-база, база-коллектор и коллектор-пластина. Емкость р-п перехода при прямом смещении называется диффузионной, на практике она в полезных целях не используется, так как при прямом смещении диффузионная емкость шунтируется малым сопротивлением р-п перехода. На рис.8 приведены варианты конструкций диффузионных конденсаторов ПМС, использующих емкость обратно-смещенного р-п. перехода.
Рис. 8. Варианты конструкций диффузионных конденсаторов: С1 – на переходе коллектор-пластина, С2 – на переходе база-коллектор, С3 – на переходе эмиттер-база и С4 – на переходе коллектор-пластина со скрытым слоем.
В качестве примера, на рис. 9 приведена эквивалентная схема диффузионного конденсатора на р-п переходе база-коллектор (С2 на рис. 8).
Рис. 9. Эквивалентная схема диффузионного конденсатора на основе р-п перехода база-коллектор.
На рис. 10, а, б приведена конструкция интегрального МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) конденсатора, называемого также конденсатором с диэлектриком, и его эквивалентная схема. Верхняя обкладка такого конденсатора представляет собой металлическую плёнку, нижняя – участок низкоомного полупроводника n+, между обкладками находится диэлектрическая плёнка (обычно двуокиси кремния). Такие конденсаторы, наряду с диффузионными, также находят применение в ПМС.
Рис. 10. Конструкция МДП-конденсатора (а) и его эквивалентная схема (б).
Из рассмотрения приведённых эквивалентных схем конденсаторов (см. рис. 9 и рис. 10, б) видно, что с ростом частоты электрического сигнала сопротивление паразитного конденсатора С2 будет уменьшаться, в результате произойдет нежелательное ответвление переменной составляющей тока в p-пластину. Для уменьшения этого эффекта емкость конденсатора С2 стремятся минимизировать.
Сопротивления Rэпит. сл (см. рис. 9) и Rсл. n+ (см. рис. 10, б) снижают добротность конденсаторов, поэтому их тоже стремятся уменьшить .
В ПМС, изготовленных по совмещенной технологии, наряду с полупроводниковыми, используются тонкопленочные элементы - конденсаторы и резисторы. У тонкопленочных конденсаторов и резисторов, которые формируются на поверхности защитного окисла, практически отсутствуют паразитные элементы и: связи. По сравнению с полупроводниковыми элементами у них меньше допуск на номинал ёмкости, но изготовление тонкопленочных резисторов и конденсаторов усложняет технологический процесс изготовления ПМС.
В табл. 2 приведены параметры конденсаторов ПМС различных конструкций.
Элементы коммутации
К элементам коммутации (ЭК) ПМС относятся проводники, диффузионные перемычки и контактные площадки (КП). Элементы ПМС электрически соединены между собой с помощью металлических пленочных проводников, чаще всего алюминиевых (алюминиевой разводкой), расположенных на поверхности покрывающего поверхность пластины окисла. В качестве соединительных проводников в ПМС используются также низкоомные слои n+ или р+ , расположенные под защитным окислом в объеме полупроводникового кристалла.
Таблица 2
Основные параметры конденсаторов ПМС
Тип конструкции конденсатора |
Удельная ёмкость C0, пФ/мм2 |
Допуск на номинал , % |
Напряжение пробоя Uпр, В |
Добротность Q, отн. ед. |
Диффузионный на p-n переходе: Б-К Э-Б К-П |
150 600 100 |
|
30 - 70 5 - 8 35 - 70 |
20 – 100 1 – 20 - |
МДП с диэлектриком: -SiO2 -Si3N4 |
400-600 800-1600 |
|
30 - 50 50 |
25 – 80 20 - 1100 |
Тонкопленочный с диэлектриком: -оксидом кремния(SiO2); -стеклом электровакуумным С41-1 |
500-800
3000-5500 |
|
20 - 40
20 |
10 – 100
10 - 100 |
Для изоляции двух пересекающихся пленочных проводников используются диффузионные перемычки (рис. 11), в которых один проводник расположен на поверхности окисла, а другой "подныривает" под него в виде участка p- или n+-слоя. Участок n+-слоя применяется редко ввиду малого пробивного напряжения n+-р перехода (перехода эмиттер-база) (см. табл. 2).
Рис. 11. Конструкция диффузионной перемычки.
Диффузионная перемычка по существу является низкоомным диффузионным резистором.
Различают следующие разновидности контактных площадок:
- внутренние, предназначенные для электрического соединения выводов (активных слоев) элементов ПМС, находящихся под защитным окислом, с пленочными металлическими проводниками (см. рис. 11);
- внешние, предназначенные для электрического соединения выводов кристалла с внешними выводами корпуса с помощью золотых или алюминиевых проводников (рис. 12).
Рис. 12. Конструкция внешней контактной площадки: 1 - пленочный проводник; 2 - контактная площадка; 3 - гибкий проводник; 4 - изолирующий р-п переход.
Для предотвращения замыкания контактной площадки на р -пластину в случае нарушения целостности окисла при термокомпрессионной приварке вывода к площадке под каждой контактной площадкой формируют изолированную область (п-"карман"). Таким образом, каждая внешняя контактная площадка снабжается двойной изоляцией. В тех случаях, когда внешняя контактная площадка формируется на "толстом" окисле, область изоляции в виде п-"кармана" под ней не делают.