21. Базовые структуры п/пр имс: конденсаторы на основе p-n-перехода, мдп-конденсаторы.

Структура интегрального конденсатора на основе p-n-перехода

Создание конденсаторов на основе p-n перехода не требует введения дополнительных технологических операций, поскольку они выполняются на переходах, предназначенных для формирования структуры интегральных транзисторов. Структура интегрального конденсатора, выполненного на основе p-n перехода, показана на Рис. 13, где цифрами 1 и 2 обозначены омические (невыпрямляющие) контакты.

Применение таких конденсаторов ограничивается двумя паразитными параметрами: эквивалентным последовательным сопротивлением и параллельной емкостью. Паразитные элементы такого интегрального конденсатора показаны на эквивалентной схеме (Рис. 13). Эта схема содержит полезную емкость С₁, паразитную емкость изолирующего перехода коллектор - подложка С₂, диоды Д₁ и Д₂, образующие полезную и паразитную емкости, и последовательное сопротивление R. Для получения максимального коэффициента передачи сигнала от вывода 1 к выводу 2 необходимо стремиться к получению максимального отношения С₁/C₂.[2, стр. 96]

Рис. 13 Структура и эквивалентная схема интегрального конденсатора на основе p-n-перехода

Структура интегрального МДП-конденсатора

Недостатки, связанные с применением конденсаторов на основе p-n- перехода, в значительной мере можно устранить, если воспользоваться способом формирования МДП-конденсатора на основе двуокиси кремния. Эти конденсаторы отличаются лучшими электрическими характеристиками и находят применение в широком классе перспективных полупроводниковых ИМС, в том числе в линейных полупроводниковых ИМС. Процесс изготовления интегральных МДП-конденсаторов не требует дополнительных технологических операций, так как получение оксида, используемого в качестве диэлектрика, можно легко совместить с одной из операций локальной диффузии. Структура и эквивалентная схема МДП-конденсатора показана на

.

Эквивалентная схема МДП-конденсатора содержит полезную емкость С, последовательно соединенную с поверхностной емкостью полупроводника С_S и сопротивлением R, которое включает в себя сопротивление n⁺ -слоя и контактов. Кроме того, эквивалентная схема содержит диод Д₁ и его емкость С₁ относительно подложки. При изменении внешнего положительного напряжения на контакте n⁺ -слоя от 0 до 20 В коэффициент передачи сигнала от вывода А к выводу В эквивалентной схемы обычно изменяется в несколько раз. Для повышения отношения С/C₁ необходимо подавать на n⁺ -слой сравнительно высокое напряжение. Поверхностная емкость, как правило, намного превышает полезную емкость МДП-конденсатора, поэтому ее часто можно не учитывать. Однако при неправильном проектировании и изготовлении конденсатора она может существенно исказить режим работы схемы.[2. стр. 104].

Рис. 14 Структура и эквивалентная схема интегрального МДП-конденсатора

22. Источники тока. Основные положения.

Источник тока - это элемент интегральной схемы, обеспечивающий ток, независимый от параметров нагрузки. Источники тока представляют собой прекрасное средство для обеспечения смещения транзисторов, и кроме того незаменимы в качестве активной нагрузки для усилительных каскадов с большим коэффициентом усиления и в качестве источников питания эмиттеров для дифференциальных усилителей. Источники тока необходимы для работы таких устройств как интеграторы, генераторы пилообразного напряжения. ИТ может быть управляемым, т.е. I_ВЫХ является функцией управляющего сигнала или воздействия.

При построении ИТ на биполярных транзисторах используется то свойство биполярного транзистора, что ток I_К слабо зависит от напряжения U_КЭ.(См. Рис. 15)

Рис. 15 Семейство выходных характеристик биполярного транзистора.

U_ЭРЛИ - напряжение Эрли, начальное напряжение или величина, обратная коэффициенту модуляции ширины базы типичное значение для ИС транзисторов 250-300В.Диапазон напряжений, в котором схема работает приблизительно как ИТ, называется диапазоном линейного изменения напряжения. Однако, и в этом диапазоне лишь приблизительно ИТ. Имеется на выходной характеристике наклон, который определяется производной динамическая выходная проводимость. Величина обратная выходной динамической проводимости динамическое выходное сопротивление. Для биполярного транзистора выходная динамическая проводимость определяется следующим образом.

Если , а имеем идеальный ИТ. (См. Рис. 16)

Рис. 16 Выходная характеристика источника тока