dsd1-10 / dsd-01=Компоненты ИС / 3. D-R-LC

72

МОДЕЛИ ПАССИВНЫХ КОМПОНЕНТОВ ИМС

1. Полупроводниковые диоды.

Эквивалентная схема полупроводникового диода представлена на рис. 1.1.

Ток I соответствует статическому току через р-п-переход, сопротивление R_S есть сопротивление базы, G_leak — проводимость утечки, а емкость С — сумма барьерной и диффузионной емкостей.

Ток I имеет две составляющих: ток через плоскую поверхность перехода I_j и ток через торцевые (боковые) поверхности I_jsw:

. (1.1)

ВАХ тока через р-п-переход аппроксимируется соотношениями:

, (1.2а)

, (1.2б)

где I_j и I_jsw – тепловые токи, N и NS – значения фактора неидеальности.

Емкость диода включает барьерные емкости основной и торцевой составляющих (), диффузионные емкости (), а также конструктувную паразитную емкость ():

. (1.3)

Вольт-фарадные характеристики барьерных и диффузионых емкостей имеют такой же вид, как и емкости р-п-переходов в модели МДПТ (раздел 11).

Модель диода Шоттки отличается от модели полупроводникового диода только отсутстием диффузионных емкостей.

Температурные зависимости токов имеют такой же вид, как в модели БТ. Для температурных зависимостей сопротивления базы и проводимости утечки используютя степенные функции, содержащие линейный и квадратичный члены.

Явление пробоя описывается добавлением к току через переход тока пробоя, ВАХ которого аппроксимируется соотношением

. (1.4)

Температурная зависимость этого тока также описывается степенной функцией с линейным и квадратичным членами.

2. Резисторы.

В интегральных микросхемах используются два типа резисторов: на основе монокристаллического и поликристаллического кремния.

Резисторы на основе монокристаллического кремния применяются в основном в ИМС на биполярных транзисторах. Для их реализации используется полупроводниковый слой р-типа, сформированный в процессе создания базовой области БТ. Структура такого резистора показана на рис. 6а Приложения. Поверхностное сопротивление р-слоя составляет 200…300 Ом / , поэтому резисторы с сопротивлением более нескольких кОм имеют чрезмерно большую площадь на кристалле.

Более высокоомные резисторы формируются в виде «сжатых» резисторов. Их структура включает и эмиттерный п⁺ слой, который находится под плавающим потенциалом (рис. 6а Приложения). Таким образом, «сжатые» резисторы формируются на основе слоя активной базы биполярного транзистора. Эмиттерный п⁺ слой исключает из резистивного слоя наиболее низкоомную поверхностную область, что позволяет примерно на прядок повысить поверхностное сопротивление.

Наиболее высокоомные резисторы изготовляются на основе поликремниевого слаболегированного слоя (рис. 1 Приложения). Поверхностное сопротивление таких резисторов может превышать 100 кОм / , что позволяет реализовать резисторы с сопротивлениями более 1…10 МОм. Такие резисторы используются, например, для поддержания режима хранения в элеменах памяти ЗУ статического типа.

Эквивалентная схема резистора представлена на рис. 2.1.

Диоды на рис. 2.1. моделируют р-п переход между слоями базы и коллектора. Емкости представляют собой барьерную и диффузионную емкости этого р-п перехода. Диоды и емкости реального резистора имеют распределенный характер. В большинстве практичес-

ких случаев их разделение на две равные части не приводит к существенным погрешностям.

В модели поликремниевого резистора диоды отсутствуют, а емкости не зависят от напряжения.

3. Линии передачи.

Линии передачи сигналов представляют собой распределенные L-C-R системы, для анализа которых необходимо использовать дифференциальные уравнения в частных производных. Свойства линий передачи подробно будут рассмотрены в курсе «Введение в технику СВЧ». Здесь мы лишь отметим, что основными параметрами линий передачи являются волновое сопротивление и электрическая длина (время распространения сигнала по линии). На рис. 3.1. представлена распределенная эквивалентная схема линии передач без потерь.

Основные параметры линии связаны с погонными значениями емкости и индуктивности соотношениями:

; (3.1.а) , (3.1б)

где — физическая длина линии.

Эквивалентная схема линии передачи без потерь представлена на рис. 3.2.

Достаточно точная модель линии передачи с потерями может быть составлена только из большого числа одинаковых сегментов, как эт показано на рис. 3.3.