Әр түрлі структурадағы мдп-транзисторлардың параметрлері.

Мұндай МОП транзисторлар дайындағанға жеңіл және жақсартылған структуралы және электрлі параметрлерге ие болады;олардың негізгі қолдану облысы –тезәрекет ететін микроэлектронды зерделік сақтаушы құрылғы.

Схемотехника көзқарасы бойынша ИМС-те МДП-транзисторларды каналдардың электрөткізгіштігінің әр түрлі типтерін бір уақытта қолдану өте маңызды болып табылады.Бұл үшін толықтырмалы МДП-транзисторлар шығарылған,олар біркелкі технологиялық процесте бір подложкада дайындалған толықтыратын МДП-транзисторлардан тұратын структура.

МДП-транзисторлардың маңызды артықшылығы оларды тек қана активті элемент ретінде емес,сомен бірге пассивті элемент ретінде қолдануға болады.МДП-транзисторларды сәйкес қосқанда олар жүктеме элемент-резистор ретінде қолдануға болады.Бұл-МДП-структуралардың тек базасында көптеген ИМС-терді құруға мүмкіндік береді.

§ 3.4 Диодтар

Цифрлы және аналогты ИМС-терде диодтар негізгі логикалық операцияларды(ЖӘНЕ,НЕМЕСЕ),орындау үшін кең қолданылады және сомен бірге қосымша функцияларды орындауға:кіріс бойынша кеңейткіш,кернеу деңгейінің араласу және фиксациясы,қосу және өшіру процесін жыдамдату және т.б қолданылады.Сондықтан ИМС-тегі диодтардың негізгі электрлі параметрлеріне әр түрлі талаптар қойылады. Шалаөткізгіш ИМС-тердегі диодтар биполярлы транзисторлардағы сияқты диффузионды қабат және өткел негізінде жасайды.Сондықтан практикада диод ретінде n-p-n⁺ типті транзисторлы структураларды қолдану қабылданған,ИМС-ты құрғанда транзисторларды бәрібір де қалыптастыру керек,ал бұндай жолмен диодтарды алу арнайы диодты структураларды дайындағанға қарағанда өте оңай.Бұл диодтар мен транзисторлар біруақытта қалыптасады деген сөз.

Солайша диодтарды бір кремний пластинасында басқа элементтермен біркелкі технологиялық процесте дайындайды,олардың параметрлерін оңтайландыру мүмкіндігі шектеулі.

3.15-сурет.p-n өткелмен изоляцияланған планарлы-эпитаксиалды транзисторларды диодты қосудың структуралары және схемалары.

Транзисторлы структура негізіндегі диодтарды алу үшін транзисторлардың диодты қосылуының әр түрлі схемалары қолданылады.3.15-суретте кері ауысқан p-n өткелмен изоляцияланған планарлы-эпитаксиальды транзисторлардың диодты қосылуының бес әр түрлі нұсқаларының структуралары мен модельдері қөрсетілген:

1) эмиттер-база өткелі қолданылады,ал коллектор-база өткелі тұйықталған(U_кб=0);

2)коллектор-база өткелі қолданылады,ал эмиттер базаға тұйықталған(U_эб=0);

3)екі өткел де қолданылады,бірақ эмиттер қысқаша коллектормен байланысқан(U_кэ=0);

4) эмиттер-база өткелі қолданылады,ал коллектор ажыратылған.(I_к=0);

5) коллектор-база өткелі қолданылады,ал эмиттер ажыратылған(I_э=0);

Транзистордың диодты қосылуы металлизация жолымен ішкісхемалық байланысты орындағанда жетеді.Транзисторлардың қосылуының диодты схемасы транзисторлы структура изоляциясы әдісіне тәуелсіз.Айырмашылық p-n өткелмен изоляцияланған структурада паразитті транзистордың болуында.

Шалаөткізгіш ИМС-тердегі диодтар статикалық және импульстік параметрлердің жиынтығымен сипатталады.Статикалық параметрлерді диодтың вольт-амперлі сипаттамасымен анықтайды.Оларға жататындар:пробой кернеуі U_пр,кері ток I_кер,тура ток пен кернеу I_д және U_д.

Транзисторлардың изоляцияциясы әдісінен тәуелсіз транзисторлық структура негізіндегі диодтың пробой кернеуі U_пр коллекторлы немесе эмиттерлі өткел қасиеттерімен анықталады.Диодтың U_пр мәніне p-n өткелмен изоляцияланған транзисторлық структура негізіндегі изоляцияланған өткел коллектор-подложка әсер етпейді,себебі оның пробой кернеуі көп мәнге ие болады.Сондықтан 1,3,4 қосылу схемасындағы пробой кернеуі U_пр бірдей,себебі эмиттерлі өткелмен анықталады, 5-7 В ты құрайды.Қалған екі қосылу схемасына диодтың пробой кернеуі U_пр коллекторлы өткелмен анықталады және қоспа концентрациясына тәуелді коллекторда N_дк типті планарлы-эпитаксиальды структура үшін 20-50 В аралығында болады. ИМС-те диодтағы кері токты I_обр схеманың жұмыс режиміне сай келетін кері максимал кернеумен анықтайды.Кері токтың ең аз мәніне диэлектрикпен изоляцияланған 1(U_кб) және 4 (I_к=0) cхемамен қосылған транзисторлық структура негізіндегі диод ие болады ,мұндай жағдайда ауданы мен ені аз болатын тек эмиттерлік өткел қолданылады.Ең көп кері ток диэлектрлі изоляциясы бар транзисторлық структура негізіндегі 3 схема бойынша қосылған диодтармен сипатталады. p-n өткелмен изоляцияланған транзисторлық структурадағы диодтар n⁺-p-n-p типті көпқабатты структура болып табылады.Өткел изоляциясы бар транзисторлардың диодты қосылу схемасы үшін 4 схемадан басқа коллекторлы шығыс қолданылса кері ток I_кер тек қана эмиттерлі несес коллекторлы өткелдің кері тогымен ғана емес,сонымен қатар изоляцияланған өткелдің кері тогымен анықталады.Ең аз кері токка ие болатын транзисторлық структурадағы 4 (Iк=0) схема бойынша қосылған өткелмен изоляцияланған диодтар.

Диодтағы тура ток Iд және кернеу Uд өзара тәуелді және не эксперимент жүзінде немесе вольт-амперлі сипаттамадан анықталады.

ИМС-тегі диодтардың маңызды импульстік(динамикалық) параметрлері Cд өтуші сыйымдылық,диодтың шунттайтын өткелі,диодтың подложкаға паразитті сыйымдылығы С_д.п ,кері кедергінің қайта қалпына келу тұрақты уақыты τ_д.Транзисторлы структура негізінде алынған диодтар үшін импульсті параметрлері қосылу схемасына тәуелді болады.С_д және С_д._п сыйымдылықтар транзисторлы структураның қосылу схемасына тәуелділігінен тізбектей және параллельді байланысы кезіндегі p-n өткелдің сыйымдылығымен анықталады.Диодтағы С_д және С_д._п сыйымдылықтардың рөлі әр түрлі схемаларда бірдей емес,себебі схеманы қайта қосқанда бұл сыйымдылықтар әр түрлі токтармен зарядталуы мүмкін және ондағы кернеу әр түрлі мәнде өзгеруі мүмкін.

Диодтағы кері кедергіні қайта қалпына келтіру тұрақты уақыты τ_д жинақталу уақытымен және зарядтың жайылуымен Qд-мен анықталады.Диодтағы бір өткелдегі тұрақты τ_д жоғарыомды τ_n немесе τ_p облыстарындағы негігі емес заряд тасушылардың өмір сүру уақытымен анықталады.Транзисторлы структура негізіндегі диодтар үшін τ_д қосылу схемасы сиақты структура изоляциясы әдісіне тәуелді.

Диодтардың барлық параметрлеріне температураға тәуелділігі сипаттамасы жатады.Температураның ең үлкен әсері кері токқа I_кер кетеді, себебі оның негізгі құраушысы кремнийлі структура үшін термогенерация тогы болып табылады.Бұл ток температура өссе көбейеді, температура өзгерісінен екі есе көбейіп шамамен 15^oC.Диодтың кері тогының екінші құраушысы жылулық ток болып табылады,ол температура көтерілген сайын термогенерация тогынан да тез өседі. 100^oC температурада бұл токтар тең болады,ал температура көп жоғарыласа жылулық ток басым болады.

3.2-таблицада диодтың негізгі параметрлері бойынша транзисторлы структураның қосылу схемасына тәуелді жалпыланған мәліметтер келтірілген.

3.2-таблица.