2.16.6 Алгоритм проектирования полупроводниковых резисторов

Проектирование рекомендуется выполнить в следующем порядке:

• исполнить эскиз структуры и топологии элемента;

• оформить сводки исходных данных с распределением их в трех наборах:

а) параметров назначения;

б) параметров структуры;

в) размерных технологических ограничений;

• оценить рабочие значения ширины изолирующего p-n-перехода и толщины резистивного слоя структуры;

• оценить, проставить на структуре и топологии резистора защитные промежутки между границами областей и минимально допустимые размеры топологических фрагментов;

• назначить минимальный технологический размер контакта к резистору;

• по размерам защитных промежутков и полученным размерам изоляционного слоя определить недостающие размеры контактной области и ширину резистора;

• оценить коэффициент формы контактной области;

• оценить коэффициент формы резистивной полосы (с учетом коэффициента формы контактной области) и длины резистивной полосы;

• определить составляющие производственной погрешности сопротивления резистора и сравнить суммарную производственную погрешность с заданной нормой dR;

• по результатам сравнения принять решение о корректировке размеров контактов и повторе оценки всех остальных размеров конструкции резистора;

• принять решения о введении в конструкцию изгибов, провести оценку их числа и корректировку линейных участков;

• определить габаритную площадь резистора;

• определить значения удельных емкостей изоляции, соответствующие площади ее поверхностей для расчета полной емкости резистора;

• определить полную емкость и граничную частоту резистора.

Соотношения по выполнению расчетных оценок поименованных парметров приведены в п. 2.16.5.

2.17 Конденсаторы биполярных имс

2.17.1 Общие сведения

Конденсаторы биполярных ИМС преимущественно выполняются на основе р-n-переходов (см. рис. 2.63) и сочетания структур «металл — окисел — полупроводник» (МОП) с p-n-пе-реход (см. рис. 2.64). Основные оценочные параметры конденсаторов (технологический разброс δ%, температурный коэффициент ТКЕ, напряжение пробоя Uпр, добротность Q) приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 — Оценочные значения параметров конденсаторов

Элемент структуры	Со пФ/мм2	δ%,	ТКЕ %/°С	Uпр	Q
Переход БЭ	1000	±20	–0,2	5–7	5–15
Переход КБ	100	±20	–0,2	20–50	30–100
Моп-структура	100	±20	0,02	20–30	50–150

2.17.2 Конденсаторы на основе р-n-перехода

В качестве рабочего р-n-перехода для исполнения конденсаторов ИМС применяются переходы из структур БПТ: эмиттерно-базовый, коллекторно-базовый, коллектор-основание. Учитывая, что в схемных применениях основание имеет соединение с общим электрическим узлом, рабочий р-n-переход коллектор-основание применяется исключительно в интегрирующих и блокировочных цепях ИМС и в качестве изолирующего для конденсаторов на основе переходов коллектор-база, эмиттер-база.

Распространенный вариант структуры конденсатора на основе коллекторно-базового перехода с изоляцией от несущего основания р-n-переходом — коллектор-основание изображен на рисунке 2.63 Электрическая схема замещения конденсатора изображена на рисунке 2.64. Элементы схемы замещения определяются подобно тому, как это исполнялось для транзисторов и диодов. Так, удельные емкости рабочего и изолирующего переходов определяются для усредненных по режиму применения напряжений на переходах. Площадь обкладок конденсатора и изолирующего перехода определяется с учетом донной и боковой поверхностей.

Конденсаторы на основе p-n-переходов чувствительны к полярности постоянного смещения на рабочем и изолирующем переходах. Поэтому, согласно схеме замещения, коллекторная область (клемма 2 на рисунке 2.64) должна быть подключена к источнику более высокого положительного потенциала, чем базовая область (клемма 1) и подложка П.

Переменная составляющая напряжений между названными клеммами должна быть меньше постоянного смещения. «Паразитная» емкость изолирующего перехода нагружает клемму 2, ухудшая частотные (и переходные) свойства схемных применений рассматриваемого элемента. По рисунку 2.63 видно, что площадь изолирующего перехода превосходит площадь рабочего перехода. Поэтому снизить отношение (Сраб/Сиз)=(Ссb/Ccp) можно только уменьшением удельной емкости слоя изоляции в сравнении с удельной емкостью рабочего перехода. Этого можно достигнуть снижением степени легирования подложки относительно базового слоя, увеличением обратного смещения на изолирующем переходе по отношению к смещению рабочего перехода емкости. Существенного уменьшения отношения Сраб/Сиз (до четырех и более раз) можно достигнуть в структурах с диэлектрической изоляцией коллекторных «карманов». При этом изоляция относительно подложки при соответствующем выборе толщины диэлектрика становится не чувствительной к полярности приложенного напряжения, а удельная емкость изоляции определяется не свойствами полупроводника, а свойствами диэлектрика изоляции.