Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Полупроводниковые резисторы.




Диффузионные резисторы.Для таких элементов чаще всего применяют полоску базового слоя с омическими контактами (рис. 6, 18), для которой

R = Rs(a/b).

Длина ане может превышать длину кристалла, ширина bограничена возможностями литографии и боковой диффузией. При Rs =200 Ом/□ и a/b = 100 получаем типичное значение максимального сопротивления Rs = 20 кОм. Увеличить сопротивление можно использованием зигзагообразной формы полоски.

Рис.6.18

ТКР диффузионных резисторов составляет 0,15-0,30 %/°C, разброс расчётного номинала ±(15-20)%. Отметим, что величины сопротивлений на одном кристалле меняются в одну сторону, так что отношение сопротивлений сохраняется с много меньшим допуском (± 0,3 % и менее).

Для больших номиналов сопротивлений >50-60 кОм можно использовать пинч-резисторы (рис. 6.19). В них используется донная, т.е. слабо легированная часть р-слоя, так что удельное сопротивление достигает значений 2-5 кОм/□, а максимальное сопротивление 200-300 кОм.

 

Рис. 6.19

 

Недостатки пинч-резистора: большой разброс номиналов из-за изменения толщины р-слоя, большой ТК сопротвления (0,3-0,5 %/°C), нелинейность ВАХ при напряжениях более 1 В. Пробивное напряжение пинч-резисторов определяется таковым эмиттерного перехода (5-7 В).

Если необходимы сопротивления 100 Ом и менее, следует использовать низкоомный эмиттерный слой, для которого Rs = 5-15 Ом/□. В таком случае можно получить сопротивления до 3-5 Ом с ТКR 0,01-0,02%/°С.

Ионно-легированные резисторы.Такие резисторы получают локальной ионной имплантацией примеси, их структура такая же, как у диффузионных резисторов, но глубина имплантированного р-слоя значительно меньше глубины базового слоя и составляет 0,2-0,3 мкм. К тому же ионная имплантация может обеспечить сколь угодно малую концентрацию примеси, так что возникает возможность достижения очень высоких удельных сопротивлений до 10-20 кОм/□. При этом номиналы сопротивлений могут достигать сотен килом.

Эквивалентные схемы. Любой интегральный резистор имеет паразитную ёмкость относительно подложки или изолирующего кармана. Строго совокупность резистора и паразитной ёмкости образуют распределённую RC-линию, но удобнее пользоваться эквивалентными схемами П-образной или Т-образной с сосредоточенными постоянными (рис. 6.20)

 

Рис. 6.20

В типичном случае, когда один из контактов резистора находится под постоянным потенциалом (например,2), а через второй контакт задаётся ступенька тока, эквивалентная П-схема сводится к простейшей RC- цепочке (Рис. 6.20,в). Суть переходного процесса – в плавном изменении напряжения на резисторе при скачкообразном изменении тока. Постоянная времени процесса

,

а соответствующая граничная частота

 

 

Для значений R = 10 кОм и С = 1,3 пФ получаем τ = 6,5 нс и fгр ≈ 25 МГц. Это значит, что в данном примере резистор работает как резистор (т.е. чисто активное сопротивление) только до частот 10-15 МГц. На более высоких частотах его сопротивление становится комплексным, и работа схемы может существенно измениться.

6.9. Полупроводниковые конденсаторы. В биполярных ИС роль конденсаторов выполняют обратномсещённые р-п-переходы. У таких устройств хотя бы один из слоёв является диффузионным, поэтому их называют диффузионными конденсаторами (ДК). Типичная структура ДК с переходом коллектор-база показана на рис.6.21. Ёмкость такого прибора в

Рис. 6.21

 

общем случае имеет вид:

 

,

 

где С01 и С02 − удельные ёмкости донной и боковой частей р-п-перехода. Оптимальной конфигурацией является квадрат, при этом «боковая» составляющая в десятки раз меньше донной и ею можно пренебречь.

Используя эмиттерный р-п-переход, можно получить в 5-7 раз большие ёмкости, что объясняется большей удельной ёмкостью эмиттерного перехода

Необходимым условием нормальной работы ДК служит обратное смещение р-п-перехода. Поэтому напряжение на ДК должно иметь строго определённую полярность.

Ёмкость ДК зависит от напряжения, значит ДК есть нелинейный конденсатор с воль-фарадной характеристикой С(U). Нелинейные конденсаторы применяются в умножителях частоты, параметрических усилителях и др. Однако чаще нужны линейные конденсаторы с постоянной ёмкостью для пропускания переменных сигналов и блокировки постоянных составляющих. ДК успешно выполняют такую функцию при постоянном смещении Е, превышающем амплитуду переменного сигнала.

ДК можно использовать как конденсатор с электрически управляемой ёмкостью, т.е. как конденсатор переменной ёмкости. Диапазон электрической регулировки ограничен: изменение Е от 1 до 10 В изменяет ёмкость ДК в 2-2,5 раза.

Добротность.Добротность Qхарактеризует потери мощности при протекании емкостного тока и определяется

,

где rb − сопротивление потерь на высоких частотах.

Главным источником потерь в ДК служат горизонтальные сопротивления нижних слоёв в составе р-п-переходов. Для перехода БК − это сопротивление коллекторного слоя, а для перехода БЭ − базового. При наличии скрытого п+-слоя rb значительно меньше, чем при использовании коллекторного.

При достаточно низких частотах становится существенным вид потерь из-за обратного тока р-п-перехода, т.е. из-за сопротивления утечки rн, которое шунтирует ёмкость ДК. Поэтому добротность на низких частотах определяют как отношение реактивной проводимости конденсатора к активной

 

.

 

Эквивалентная схема.У каждого ДК как элемента ИС имеется паразитная ёмкость, в переходе БК – это барьерная ёмкость между коллекторным слоем и подложкой Спар = Скп. Наличие паразитной ёмкости приводит к нполной передаче напряжения через ДК в нагрузку. Это ясно из эквивалентной схемы на рис. 6.22: на выход проходит только часть входного

Рис.6.22

 

напряжения, а именно

Uвых = Uвх .

Подставляя и , запишем коэффициент передачи напряжения в виде

 

.

 

Коэффициент передачи обычно не превышает 0,8-0,9. Для ДК с переходом БЭ действительны аналогичные выводы и эквивалентная схема.

МОП-конденсатор.Типичная структура такого прибора показана на рис. 6.23. Здесь над эмиттерным п+-слоем выращен слой тонкого (0,08-0,12 мкм) окисла. На этот слой напыляется алюминиевая верхняя обкладка конденсатора, нижней обкладкой служит эмиттерный п+-слой.

 

Рис. 6.23

 

Важное преимущество МОП-конденсаторов в том, что они работают при любой полярности напряжения. Однако они тоже нелинейные приборы; пример вольт-фарадной характеристики показан на рис. 6.23. При нулевом и положительном напряжениях на металлической обкладке приповерхностная область обогащена электронами, то есть обеднённый слой отсутствует и ёмкость определяется только диэлектриком – максимальна. При отрицательных напряжениях постепенно возникает обеднённый слой, его глубина растёт, а ёмкость уменьшается, что приводит к уменьшению результирующей ёмкости (кривая 1). При большом отрицательном напряжении образуется инверсионный дырочный слой (проводящий канал), тогда ёмкость обеднённого слоя «отключается» и результат приближается к начальному значению.

 

Контрольные вопросы

1. Дайте определение элементам интегральных схем.

2. Какие основные методы изоляции элементов вы знаете.

3. Почему пробивное напряжение коллекторного перехода п-р-п-транзистора больше эмиттерного.

4. Нарисуйте структуру интегрального п-р-п- (р-п-р)- транзистора и укажите на ней все паразитные элементы.

5. Какие разновидности интегральных биполярных транзисторов вы знаете.

6. В чём состоит проблематика создания сверхтонкой базы биполярных транзисторов.

7. Нарисуйте варианты диодного включения транзисторов.

8. Чем отличаются структуры полевого и МДП-транзисторов.

9. В чём заключается принцип самосовмещения при изготовлении МОП-транзисторов.

10. Какие разновидности интегральных резисторов вы знаете.

11. с какой точностью и какого порядка величины можно изготовить диффузионный резистор.

12. Какие структуры используются в качестве конденсаторных.

13. Что такое добротность интегрального конденсатора

14. В чём основное отличие МОП-кондесаторов от конденсаторов диффузионных


.







Дата добавления: 2015-10-12; просмотров: 321. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.007 сек.) русская версия | украинская версия