Білоруський державний університет ІНФОРМАТИКИ І РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ
Кафедра ЕТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
В«Резистори і конденсатори у В«НапівпровідниковомуВ» виконанні. Топологічні рішення і методи розрахунку В»
МІНСЬК, 2008
1. Конденсатори
В якості конденсаторів, тобто пасивних елементів напівпровідникових ІМС, призначених для використання їх. ємності, найчастіше знаходять застосування назад-зміщені р - п- gt рехода Крім того, застосовуються структури типу метал-діелектрик . - Напівпровідник (МДН) (у тому числі в біполярних мікросхемах). Рідше використовуються структури типу метал - діелектрик - метал (МДМ).
На малюнку 1.1 зображено структури конденсаторів напівпровідникових мікросхем, а В таблиці 1.1 представлені оріентіровочниезначенія їх параметрів
.
Малюнок 1.1. Структури конденсаторів
напівпровідникових мікросхем: а-на основі емітерного р- п -переходу транзистора, б-на основі колекторного переходу: в - на основі р-n переходу колектор-підкладка; г-на основі паралельно включених ємностей емітерного і колекторного р- n-переходів; д - типу метал-діелектрик-напівпровідник.
Оскільки профіль розподілу концентрації домішок у вертикальних (бічних) площинах пленарних р - n-переходів, отриманих дифузією, значно відрізняється від профілю розподілу в горизонтальній частині р - n-переходів і аналітичний розрахунок його скрутний, У таблиці наводяться орієнтовні значення параметрів для обох випадків. Повна ємність .
Таблиця 1.1
конденсатора при використанні даних Таблиця розраховується відповідно до співвідношення
(1.1)
<p> де З огор , С оверт і S гір S верт - питомі ємності та площі горизонтальних і вертикальних площин р - В«-Переходів.
Температурний коефіцієнт ємності (ТКЕ) конденсатора визначається виразом
(1.2)
де Т - температура.
Якщо в інтервалі температур (Т 2 - Т 1 ) зміна ємності (С 2 - З 1 ) пов'язано зі зміною температури лінійною залежністю, то ТКЕ описується формулою
(1.3)
Для конденсаторів на основі р-переходів при зворотних напругах порядку декількох вольт ТКЕ становить величину а з = (2-5) 10 4 1/град.
Ємність конденсаторів типу метал - діелектрик - напівпровідник розраховується наступним чином. Оскільки повна питома ємність структури типу МДП З про складається з послідовно включених питомих ємностей діелектрика З Од і просторового заряду в напівпровіднику З 0П) вона може бути визначена згідно співвідношенню:
(1.4)
Питома ємність діелектрика є величиною постійною, визначає максимальну питому ємність всієї структури і розраховується за формулою
(1.5)
Де і - діелектрична проникність і товщина діелектричної плівки.
Ємність області просторового заряду в поверхневому шарі напівпровідника залежить від прикладеної до МДП-конденсатора напруги.
Якщо знак і величина прикладеної напруги такі, що на поверхні напівпровідника утворюється шар, збагачений основними носіями заряду, повна питома ємність визначається питомою ємністю діелектрика, тобто З 0 = С 0я . (Для структури, зображеної на малюнку 1.1, д, це рівність буде виконуватися при додатку до металевого електроду, розташованому над окислом, досить великого за величиною напруги позитивного знаку.)
При відповідних знаку і чималій величині прикладеної напруги в приповерхневому шарі напівпровідника під оксидом може утворитися інверсійний шар, тобто шар зі зворотним по відношенню до нейтрального стану напівпровідника провідністю. В умовах сильної інверсії питома ємність просторового заряду З ов постійна і може бути розрахована так само, як ємність p-n переходу.
В умовах, проміжних по відношенню до описаних двом екстремальним випадкам, повна питома ємність МДП-конденсатора розраховується згідно співвідношенню
(1.6)
де N - концентрація домішок у напівпровіднику; U - прикладена напруга.
Розглянута залежність ємності МДН-конденсатора на частотах вище 100 Гц від напруги (вольт-фарадні характеристики) ілюструється Малюнок 3.1.2. Як видно з малюнка, при негативних напругах на металевому електроді (для напівпровідника р-типу) питома ємність визначається ємністю окисла, при значних позитивних напругах - ємністю просторового заряду інверсійного шару в напівпровіднику, при проміжних значеннях напруги вона змінюється згідно із співвідношенням (1.5).
Малюнок 1.2 Залежність нормалізованої питомої ємності МДН-конденсатора від величини і знака прикладеної напруги.
Орієнтовно структура типу МДП-(див. Малюнок 1.1, д) володіє ванною питомої ємності З 0 = 400 - 600 пФ/мм 2 і пробивним напругою U пр = 10-50 В. ТКЕ складає величину близько а з = 10 -4 1/град. Конденсатори, як правило, не застосовуються в сучасних логічних ІМС. В аналогових мікросхемах знаходять застосування конденсатори на основі р - В«-переходів і іноді - у вигляді структур типів МДП або МДМ. У запам'ятовуючих пристроях (ЗУ) широко використовуються ємності р-n-переходів і МДП-структур.
2. Резистори
В якості резисторів, тобто пасивних елементів ІМС, призначених для використання їх електричного опору, застосовуються зазвичай шари напівпровідника, що створюються за допомогою дифузії домішок одночасно з колекторними або базовими областями транзисторів. Області, створювані разом з емітерами транзисторів, застосовуються для цієї мети рідше, так як вони мають занадто мале питомий опір.
При використанні в технологічному процесі виробництва ІМС іонної імплантації домішок резистори можуть створюватися як одночасно з виготовленням областей транзистора, так і незалежно. Крім того, можливо застосування резисторів, отриманих шляхом вакуумного напилення на поверхню напівпровідникового кристала тонких плівок металів або сплавів (в цьому випадку мікросхеми називаються сполученими). Останнім часом отримали розвиток резистори з полікристалічного кремнію, нанесеного на поверхню кристала.
Структури резисторів, одержуваних шляхом дифузії домішок, показані на малюнку 1.1. Там же схематично показано розподіл концентрації домішок у шарах полупровоаднікових структур, що утворюють резистор.
Якщо мікросхема повинна містити резистори з достатньо високим опором (порядку декількох десятків килоом і більше), то виготовляються так звані стислі резистори (пінч-резистори). У варіанті пінч-резистора, зображеного на малюнку 1.1, г, в якості резистивного шару використовується базовий, а Еміт-терний шар повністю перекриває резистивну смужку і в напівпровідниковій структурі безпосередньо контактує з колекторним шаром. Сполучені таким чином колекторний і емітерний шари можуть грати роль польових затворів, якщо на них подавати зворотне по відношенню до Резистивний шару зсув. Аналогічну конструкцію має пінч-резистор, в якому резіс-нормативним шаром є колекторна область транзистора (Малюнок 1.3 б). Бодня з основних параметрів, що характеризують резистор, є опір квадрата площі резистивного шару РКВ. Пояснимо зміст цього параметра, використовуючи відому формулу для розрахунку електричного опору R :
R = pl/(bd) (2.1)
де р - Об'ємне питомий опір, Ом-см; l - довжина, см;
bud - розміри поперечного перерізу (ширина і товщина) резистивного шару, см.
Позначим...
