Конструктивно-технологические разновидности МДП-транзисторов

Чертеж топологии (а) и электрическая схема (б) паразитного МДП-транзистора: 1 – Аl шина, 2 – толстый окисел, 3 – диффузионные шины.

Когда требуется обеспечения высоких значений крутизны характеристик активного транзистора и с целью экономии площади рекомендуется П - образная форма канала (рис)

Для повышения степени интеграции в микросхемах,

На рис.приведена конструкция инвертора, в которой диффузионная область стока активного и МДП - транзисторов объединены.

Конструкция МДП – транзистора с затворами:

- удельная крутизна.

Конструкция Д-МДП- транзисторов.

1 – область канала, 2 – область дрейфа электронов.

Конструкция МОП- транзисторов на диэлектрической подложке

Межсоединения в сбис

Эквивалентная электрическая схема проводника с подныриванием :

Г И С –

Подложки ГИС –

Элементы ГИС.

Конструкции пленочных резисторов.

а) полоскового б )типа «меандр» в ) составного

,

где - удельное объемное сопротивление резистивного материала

,

- нормальная температура.

Коэффициент старение пленочного резистора

;

,

где - время, в течение которого поверхностное сопротивление изменилось на .

, где - мощность, рассеиваемая пленочным резистором; - ток резистора.

Рекомендуется для тонкопленочных резисторов мВт/мм² , для толстопленочных мВТ/мм² .

Паразитные индуктивность и емкость характеризуют частотные свойства пленочных резисторов.

при >> полное сопротивление , - толщина резистивной пленки. У высокоомных резисторов сопротивление областей контактов обычно значительно меньше сопротивления резистивной пленки, поэтому

, - удельное поверхностное сопротивление (сопротивление квадрата пленки толщиной ) , - коэффициент формы резистора. Квадрат резистивной пленки толщиной со стороной и площадью поперечного сечения .

Из можно получить выражение для удельного поверхностного сопротивления однородного слоя резистивного материала с равномерной толщиной :

.

Конструкции пленочных конденсаторов

. Толщина диэлектрика, выбираемая из условия обеспечения заданного рабочего напряжения, определяется формулой

, где - коэффициент запаса, необходимый для обеспечения надежных характеристик и равный 3…10.

Конструкции пленочных индуктивностей

Топология пленочных индуктивностей представлена :

L= , где Д_ср=0,5(Д_н +Д_вн) – средний диаметр витка, см, - ширина обмотки, см, - шаг обмотки, см

Конструкции элементов коммутации

Конструкции пленочных структур с распределенными

параметрами

металлический диэлектрический резистивный подложка RC-цепочка обеспе

слой слой слой чивает фазовый

сдвиг максимум

1 – диэлектрик; 2 – пленочный проводник; 3 – экран; 4 – проволочные выводы.

Топология экранов - структур

а ) б )

а )круглый с разрезами

б)гребенчатый.

Конструирование подгоняемых резисторов.

Главную подгонку. Конструкции плавно подгоняемых резисторов изображены на рис.

Ступенчатая подгонка

Конструкции подгоняемых конденсаторов.

1. вывод нижней обкладки; 2 – верхняя обкладка; 3 – вывод верхней обкладки ; 4 – диэлектрик; 5 – элемент подгонки

Широкополосные усилители .

Однокаскадные усилители . При построении широкополосных усилителей используют два основных типа обратных связей : шунтирующую, или параллельную, и последовательную (см.рис.) :

С параллельной ОС с последовательной ОС

Многокаскадные усилители.

Схемы трансляторов :

а) б)

Схема (а) осуществляет смещение уровня напряжения в отрицательном направлении до значения :

, где - падение напряжения между базой и эмиттером транзистора

На рис.(б) приведена схема транзистора с использованием стабилитрона, осуществляющая сдвиг постоянного напряжения на , где - напряжение пробоя стабилитрона.

Избирательные усилители. В зависимости от взаимного расположения полос пропускания и заграждения различают следующие виды избирательных усилителей : нижних частот, верхних частот, полосовые пропускания, полосовые заграждения.

На рис.приведены идеализированные АЧХ фильтров низких (а),высоких (б) частот, пропускающих (г) и заграждающих фильтров (в):

а ) б )

в)

г )

На рис. приведена схема активного фильтра, построенного на основе инвертирующего ОУ и интегратора. Данный активный фильтр представляет собой инвертирующий усилитель с постоянным КУ в полосе частот от до . Частота среза регулируется цепью обратной связи в соответствии с выражением .

Схема фильтра НЧ.

Схемы простейшего RC- фильтра ВЧ приведена на рис., его АЧХ на рис.

Частота среза данного фильтра . Активные фильтры ВЧ для получения АЧХ с большой крутизной спада включают последовательно.

Схема простого полосового фильтра

Аналоговые коммутаторы и компараторы.

На рис. приведены электрические схемы последовательного, параллельного и последовательно-параллельного коммутаторов, построенных на БТ.

а) б) в)

В качестве прецизионных коммутаторов в аналоговых схемах используют схему на ПТ, включенных последовательно с ОУ (рис.)

Компараторы.. На рис. представлены простейшая схема компаратора и его передаточная характеристика.

Резисторы. Классификация.

Выбор конструкции и расчет полупроводниковых резисторов.

Для ИС, изготовляемых по эпитаксиально-планарной технологии, _ם составляет: для коллекторного слоя 250…500 Ом/ם для базового 200…300 Ом/ם , для эмиттерного 2,5…5 Ом/ם .

Высокоомные резисторы формируются на основе базовых диффузионных слоев, ограниченных по толщине эмиттерным слоем n⁺ - типа:

. Сопротивление квадрата такого резистивного слоя линейно связано с коэффициентом усиления транзистора В_ст.

_{ם б} = 2…20 < Ом/ם .

Для получения высокоомных резисторов ( ) используется также ионное легирование полупроводниковых материалов.

При ионной имплантации формируют резистивные слои с _{ם б} 1…5 КОм/ם.

Наиболее широко применяемые топологии полупроводниковых резисторов показаны на рис.:

а) б)

в) г)

Сопротивление основной области определяется по формуле :

_{к .} Сопротивление резистора определяется по формуле:

_ם (К_ф+ 2 К_фк)

Конденсаторы. Классификация. Типовые конструкции.

Конденсаторы на основе - переходов.

Полупроводниковый - переход характеризуется барьерной емкостью, которая зависит от напряжения смещения :

,

где удельная барьерная емкость - перехода при напряжении смещения удельная барьерная емкость - перехода при - контактная разность потенциалов; - показатель, определяемый конструктивно-технологическими особенностями переходов ( =1/2 для резкого перехода, =1/3 для плавного) .

Удельные емкости резкого и плавного переходов при определяются по выражениям

где - градиент концентрации результирующей примеси у металлургической границы плавного - перехода.

Конструкция наиболее широко применяемого полупроводникового конденсатора на основе коллекторного перехода:

1- алюминиевый вывод от верхней обкладки конденсатора, 2- пленка , 3 – базовая р - область (верхняя обкладка конденсатора): 4 – коллекторная n- область (нижняя обкладка конденсатора), 6 – пленка золота (контакт к подложке), 7 – алюминиевый вывод от нижней обкладки конденсатора.

Эквивалентная схема

Здесь С₁ –емкость, образованная переходами между р – областью (базовая диффузия) и карманом n – типа (эпитаксиальной слой), С₂ – емкость перехода карман – подложка, R – сопротивление n – области, выполняющей роль нижней обкладки конденсатора.

Эквивалентная схема конденсатора на основе эмиттерного перехода:

Структура эквивалентная схема

С₁ – емкость конденсатора; С₂, С₃ - паразитные емкости переходов ; R - сопротивление потерь, определяемое в основном сопротивлением базового р- слоя, так как эмиттерный n⁺- слой металлизирован; VD- диод - перехода; VT – паразитный - транзистор.

Конденсатор на основе перехода коллектор – подложка:

Конденсаторы со структурой металл-диэлектрик-полупроводник

В качестве нижней обкладки конденсатора используют сильнолегированный - слой

Пленочные конденсаторы.

Основные конструкции пленочных конденсаторов :

а) б)

1 – подложка; 2 – нижняя обкладка; 3 – диэлектрик; 4 – верхняя обкладка.

Конструкция пленочного конденсатора со сложной формой обкладок б):

1 – вывод нижней обкладки; 2 – диэлектрик; 3 – верхняя обкладка; 4 – вывод верхней обкладки.

2 и 3 - элементы обкладки, 4 и 5 – выводы.

Емкость пленочного конденсатора (пФ) рассчитывается по формуле

где - площадь взаимного перекрытия обкладок, см²; - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, - толщина диэлектрика, см, =0,0885 / - удельная емкость пФ/см².

Толщина диэлектрика, выбирается из условия обеспечения заданного уровня рабочего напряжения

- рабочее напряжение обеспечивается выбором соответствующего материала диэлектрика с определенным значением пробивной напряженности электрического поля ; , где - коэффициент запаса, определяющий уровень надежности конденсатора

Добротность пленочного конденсатора :

; - тангенс угла диэлектрических потерь в диэлектрике. тангенс угла потерь обкладках и выводах.

Основные способы теплопередачи.

Теплопередача может обеспечиваться тремя различными способами: теплопроводностью, конвенцией и излучением.

Теплопередача посредством теплопроводности осуществляется непосредственным теплообменом между смежными частями, существует только в твердых веществах и определяется законом Фурье :

Вт

где - величина теплового потока, Вт, - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м^{2 . 0}С); - длина пути теплового потока, м, и - температура в двух сечениях, ⁰С; - площадь поперечного сечения, м².

Теплопередача посредством конвенции . Количество тепла, которое может быть передано конвекцией, определяется законом Ньютона :

где - коэффициент теплопередачи конвенцией, Вт/(м^{2 . 0}С); S – площадь поверхности теплообмена, м² ; Т – температура поверхности,⁰С; Т_с- температура окружающей среды, ⁰С.

Количество энергии, излучаемое нагретым телом, пропорционально четвертой степени его абсолютной температуры и определяется законом Стефана-Больцмана:

где Е₀ - полное количество энергии, излучаемое в единицу времени 1 м² абсолютно черного тела, , Т – температура тела; С_о =5,67 – константа лучеиспускания абсолютно черного тела, .

Количество тепла, которое излучает поверхность S₁ на поверхность S₂ или в окружающую среду, определяется формулой

коэффициент теплоотдачи излучением от одной поверхности к другой :

где - коэффициенты облученности соседних тел, - приведенная степень черноты взаимодействующих поверхностей.