Интегральные конденсаторы

Интегральные конденсаторы в основном строятся на основе двух металлических или поликремниевых обкладок, разделенных слоем диэлектрика (рис.4.2).

Рис. 4.2 Основные геометрические размеры плоскопараллельного конденсатора

Основные типы диэлектриков, которые используются в интегральных конденсаторах – это окисел кремния (SiO₂) и нитрид кремния (Si₃N₄). При этом возможно чередование слоев окисла и нитрида кремния между обкладками конденсатора. В конденсаторах на основеp–n–перехода диэлектриком является обедненная область кремния. Характеристики диэлектриков приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2. Основные характеристики диэлектриков

Материал	Относительная диэлектрическая проницаемость	Диэлектрическая сила (МВ/см)
Кремний (обедненная область)	11,9	30
Окисел кремния (сухой окисел)	3,9	11
Нитрид кремния	6–9	5–10

Максимальное напряжение, которое плоскопараллельный конденсатор надежно выдерживает, можно рассчитать по формуле

где D– толщина диэлектрика, м; Е_крит– диэлектрическая сила,B/м.

Толщина диэлектрика может варьироваться в значительных пределах (5–50 нм) в зависимости от конкретного технологического процесса и типа конденсатора.

В случае использования многослойного диэлектрика (например, окисел–нитрид–окисел (ONO)) на основе окисла и нитрида кремния, эффективная диэлектрическая проницаемость рассчитывается по формуле

где D_ок,D_нит– суммарная толщина слоев окисла и нитрида кремния, соответственно; ε_ок, ε_нит– диэлектрические проницаемости окисла и нитрида кремния.

С приближенным учетом краевых эффектов, выражение для расчета емкости плоскопараллельного конденсатора имеет вид:

Схема замещения конденсатора с металлическими обкладками показана на рис.4.

Отличительной особенностью интегрального конденсатора является наличие значительных паразитных составляющих. Прежде всего это паразитная емкость нижней обкладки на подложку и паразитное сопротивление обкладок. На рис. 2.18 приведены эквивалентные схемы интегрального конденсатора.

Рис. 4.3 Эквивалентные схемы интегрального конденсатора: а – упрщенная; б – с учетом паразитных сопротивлений обкладок

Приведенные эквивалентные схемы отражают свойства конденсаторов с металлическими и поликремниевыми обкладками. Типовые значения удельной емкости между обкладками порядка 1фФ/мкм², а паразитной обкладки на подложку – 0.005..0.1 фФ/мкм². Для диффузионных конденсаторов и конденсаторов наp–n–переходах емкость моделирующая паразитную составляющую на подложку должна быть заменена на обратно–смещенный диод соответствующей площади. То же касается и основной емкости наp–n–переходе.

Емкость межсоединений

Паразитную емкость одиночного проводника на подложку на единицу длины можно оценить по формуле

где размеры соответствуют размерам приведенным на рис. 2.19.

Рис. 4.4 Геометрические размеры для расчета одиночного проводника на подложку

Емкость проводника между двумя проводящими плоскостями на единицу длины можно оценить по формуле

где размеры соответствуют размерам приведенным на рис. 4.5.

Рис. 4.5 Геометрические размеры для расчета одиночного проводника на две проводящие плоскости

Емкость проводника расположенного между двумя соседними проводниками над проводящей подложкой на единицу длины можно рассчитать с помощью выражений

где

(4.1)

(4.2)

Геометрические размеры, используемые в выражениях (4.1) и (4.2) приведены на рис. 4.6.

Рис. 4.6 Геометрические размеры для расчета проводника, расположенного между двумя соседними проводниками над проводящей подложкой