§4.6. Пленкалы конденсаторлар

Гибридті ИМС-тің пленкалы конденсаторларын вакуумды тозаңдану жағдайында жасайды. Бұл үшін кем дегенде үш тозаңдану керек: төменгі өткізгіш қоршаудың, диэлектрлік пленканың және жоғары өткізгіш қоршаудың (4.17 сурет). Пленкалы конденсаторларды дайындау процесін қиындататындықтан және қымбат болғандықтан пленкада екі қоршаудан артық қолдану ұсынылмайды.

Пленкалы конденсатордың сыйымдылығы жазық конденсатордың формуласымен анықталады:

(4.2)

мұндағы С – сыйымдылық, пФ; ε – диэлектрлік өткізгіштік; S – қоршаудың ауданы, см² ; d – диэлектриктің қалыңдығы, см.

Егер қоршаудың саны n-ге тең болса, онда конденсатор сыйымдылығы:

(4.3)

4.17 Сурет. Жұқа пленкалы конденсатордың жалпы түрі: 1-жоғары өтетін қоршау; 2-диэлектрлік пленка; 3-төменгі өтетін қоршау; 4-подложка.

Пленкалы конденсатордың параметрлері мен қасиеттерін анықтайтын элемент – диэлектрик. Диэлектрик есебінде қажетті электрофизикалық қасиеттері бар қуыс емес жұқа пленкаларды құрай алатын изоляционды материалдар қолданады. Диэлектрикті пленкаларды жасайтын материал мына талаптарға сійкес болу керек: материалдың подложкасымен және металмен мықты байланысу керек, тығыз болу керек және температуралық циклдардың әсері кезінде механикалық бұзылуларға жол бермеу керек, мықты жоғары кернеуі және аз диэлектрлік шығындарға ие болу керек, жоғары диэлектрлік өткізгіштігі және минималды гигроскопиялы болу керек, сондай-ақ тұндыру және булану процесінде ыдырап кетпеу керек. Сонымен қатар, материалдың булану температурасы 1000-1800°С диапазонда жату керек, өте төмен температура атомдардың қатты жылжуына мүмкіндік береді. Ал жоғары булану температурасы кезінде буландырғышты құру кезінде қиындықтар туғызады.

Зерттеулер көрсеткендей, көрсетілген шарттарды диэлектриктердің тек аз ғана саны қанағаттандырады. Көбінесе кремний моноқышқылын SiO, үш күкіртті сурьманы Sb₂S₃, германий моноқышқылын GeO қолданады. Сондай-ақ цинк сульфидын ZnS, фторлы магнийді MgF₂ және кейбір жерде сирек кездесетін қышқылдарды және фторлы қосылыстарды қолдануға болады. Пленкалы конденсаторлардың диэлектригі есебінде барий титанатының пленкасын BaTiO₃ және барий титанатымен стронций титанатының қоспасын қолдануға болады BaTiO₃ + SrTiO₃. Вакуумда булану арқылы алынған бұл қосылыстардың пленкалары кейбір жағдайларда жоғары диэлектрлік өткізгіштікке ие.

Кремний моноқышқылының пленкалары мықты жоғары кернеуге (150 В/мкм-ге дейін) және 5-6 болатын диэлектрлік өткізгіштікке ие. Тұрақты кремний моноқышқылының пенкаларын 1250-1400°С булану температурасында және төмендеу температураларда да алуға болады, егер тұндыру кезінде камераға сулы пар қосса. Бірақ осының өзінде пленкалар гигроскопиялы. Кремний моноқышқылынан жасалған диэлектригі бар пленкалы конденсатордың жылулық өңдеудің оң эффектін ескеру керек.

4.18 суретте жылулық өңдеуге дейін әртүрлі жиіліктегі және ауада 400°С-та 30 мин бойы өңделетін кремний моноқышқылының негізіндегі пленкалық конденсатордың диэлектрлік өткізгіштігінің салыстырмалы температуралық тәуелділіктері келтірілген.