7.3.6 Резистори

Так звані дифузійні резистори одержують з бази інтегрального біполярного транзистора (рис. 7.18). Опір таких резисторів залежить від концентрації домішок напівпровідника і геометричних розмірів ділянки кристала.

Рисунок 7.18 – Напівпровідниковий інтегральний резистор

Номінал опору перебуває в межах десятків Ом – десятків кОм, розсіювана потужність становить 0,1 Вт, допуск номіналу – 15 - 20%. На відміну від звичайних активних опорів дифузійні резистори є частотозалежними з причини впливу бар'єрної ємності ізолюючого – переходу.

У напівпровідникових ІС застосовуються і т. зв. квазілінійні резистори на МДН – транзисторах з індукованим каналом (рис. 7.19). У них використовується ділянка вихідної (стокової) характеристики до настання перекриття каналу. Змінюючи величину напруги , ми перестроюємо квазілінійний резистор. Опір таких елементів набуває значень від сотень Ом до десятків кОм.

Можуть застосовуватися також т.зв. пінч-резистори, в яких реалізується структура польового транзистора з керувальним – переходом.

Рисунок 7.19 – Квазілінійні МДН резистори

7.3.7 Конденсатори

Найчастіше застосовуються дифузійні конденсатори, в яких основним параметром є бар'єрна ємність – переходу, що, як відомо, залежить від площі переходу, діелектричної проникності ε напівпровідника, концентрації домішок і прикладеної зворотної напруги (рис. 7.20)

Ємність цих елементів набуває значень від 500 до 1500пФ з допуском ±20%. Номінал ємності визначає фіксована зворотна напруга. Дифузійні конденсатори можуть працювати і як конденсатори змінної ємності: змінюючи зворотну напругу від 1 до 10 В, змінюють ємність у 2-2,5 раза.

Рисунок 7.20 - Дифузійний конденсатор

У напівпровідникових ІС застосовують МОН– конден­сатори (т. зв. металооксидні конденсатори) (рис. 7.21).

Рисунок 7.21 - МОН конденсатор

Однією обкладкою є дифузійний шар n⁺, на якому створюється плівка SiO2. Поверх цього шару наноситься алюмінієва плівка, яка відіграє роль другої обкладки. Ємність С ≤ 500 пФ, допуск ±25%. У таких конденсаторах, на відміну від дифузійних, немає необхідності строго дотримуватися полярності вмикання. Крім того, в них відсутня нелінійна залежність ємності від напруги.

7.4 Інтегральні схеми з інжекційним живленням

Традиційними недоліками біполярних ІС є:

• мала щільність упакування;

• висока розсіювана потужність.

Ці недоліки подолані в ІС з інжекційним живленням.

Ці схеми – насамперед логічні елементи, побудовані відповідно до принципу інжекційного живлення. Вони називаються інтегральною інжекційною логікою (ІІЛ або І²Л). застосовуються в ВІС, зокрема у мікропроцесорах (серії К 582, К584).

І²Л - елементи не мають аналогів у дискретних транзисторних схемах. За щільністю упакування вони перевищують навіть МОН-структури, а за рівнем розсіюваної потужності наближається до КМОН - структур. При цьому зберігається висока швидкодія, властива біполярним ІС.

Основою І²Л елемента є схема рис.7. 22.

Рисунок 7.22 - Елемент І²Л

Елемент являє собою структуру, що складається з двох фізично об'єднаних транзисторів: горизонтального p­n­p і вертикального n­p­n. Емітерна область p­n­p  транзистора називається інжектором і підкладається до позитивного полюса джерела живлення (+Е). Від одного інжектора можуть живитися декілька схем. Вертикальний n­p­n  транзистор має кілька колекторів, які служать вихідними виводами логічного елемента. Особливості конструкції: спільна область n – типу є водночас базою p­n­p транзистора та емітером n­p­n  транзистора і підключається до корпуса; спільна область p – типу служить колектором p­n­p  транзистора і базою n­p­n  транзистора. За такої фізичної структури не потрібна ізоляція між окремими елементами І²Л, оскільки вони мають спільну n – область. Через це досягається висока щільність упакування (10000 елементів на кристалі). Весь елемент займає площу, що дорівнює площі одного багатоемітерного транзистора. Зображений на рис. 7.22 типовий елемент І²Л – це логічний елемент НІ (ключ – інвертор).

Його електричну схему можна подати у вигляді пари комплементарних біполярних транзисторів: V2 – багато­колекторний транзистор n­p­n, основа ключа; V1 - p­n­p – транзистор, постійно відкритий, який служить у схемах І²Л джерелом струму . Цей струм створюється інжекцією дірок через ЕП p­n­p – транзистора V1. Тому емітер, який виконує функцію джерела струму, вважається інжектором, а самі елементи – логічними елементами з інжекційним живленням.

Величина Е = 1,0 - 1,5 В. Через це логічні рівні схеми малі і становлять:  В;  В. І²Л-елемент працює у позитивній логіці. Якщо  В, то багатоколекторний транзистор V2 відкритий, струм тече в його базу, насичуючи прилад. При цьому на всіх колекторах V2 буде низький потенціал:  В. Якщо ж  В, то транзистор V2 закривається, і струм потече у вхідне коло. На виході І²Л-інвертора буде  В – високий потенціал.

Описаний І²Л-елемент є будівельною «цеглиною» більш складних логічних елементів.