Полупроводниковые конденсаторы
В биполярных полупроводниковых ИМС роль конденсаторов играют обратно смещенные р-n переходы. У таких конденсаторов хотя бы один из слоев является диффузионным, поэтому их называют диффузионными конденсаторами.
4.8.1 Диффузионный конденсатор.
Типичная структура диффузионного конденсатора, в котором используется переход коллектор - база, показана на рисунке 4.18а. Емкость такого конденсатора в общем случае имеет вид:
С = C0×S, (4.3)
где С0- удельная емкость р-n перехода, S-площадь конденсатора. Оптимальной, конфигурацией является форма близкая к квадрату.
Например, если C0= 150 пФ/мм2 и С =100 пФ, то S»0,8 мм. Как видим, размеры конденсатора получились сравнимыми с размерами кристалла.
Используя не коллекторный, а эмиттерный р-n переход, можно обеспечить в 5-7 раз большие значения максимальной емкости. Это объясняется большей удельной емкостью эмиттерного перехода, поскольку он образован слоями с более высокой концентрацией, а, следовательно, меньшей толщиной р-n перехода. Возможно совместное использование эмиттерного и коллекторного переходов.
Рисунок 4.18
Основные параметры диффузионного конденсатораприведены в таблице 4.2 для обоих вариантов конденсаторов - с использованием коллекторного и эмиттерного переходов. Как видим, основное преимущество при использовании эмиттерного перехода - большие значения максимальной емкости. По пробивному напряжению этот вариант уступает варианту с использованием коллекторного перехода.
Эквивалентная схема конденсатора приведена на рисунке 4.18б.
Таблица 4.2
Тип | С0, пФ/мм2 | d, % | ТКЕ, %/0С | UПР, В | Q (1 МГц) |
конденсатора | |||||
Переход БК | ±20 | -0,1 | 5-10 | ||
Переход БЭ | ±20 | -0,1 | 5-10 | ||
МОП-структура | ±25 | 0,02 |
Необходимым условием для нормальной работы конденсатора является обратное смещение р-n перехода. Следовательно, напряжение на конденсаторе должноиметь строго определенную полярность. Кроме того, емкость зависит от напряжения. Это значит, что конденсатор является нелинейнымсвольт-фарадной характеристикой, как у варикапа. Однако чаще требуются линейные конденсаторы с постоянной емкостью, которые способны пропускать без искажения переменные сигналы и «блокировать» (т. е. не пропускать) постоянные составляющие сигналов, они успешно выполняет такую функцию при наличии постоянного смещения Е, превышающего амплитуду переменного сигнала.
С другой стороны, является возможность менять значение емкости, меняя смещение Е. Следовательно, конденсатор можно использовать не только в качестве «обычного» конденсатора с постоянной емкостью, но и в качестве конденсатора с электрически управляемой емкостьюили, как говорят, конденсатора переменнойемкости. Однако диапазон электрической регулировки ограничен: меняя смещение Еот 1 до 10 В можно изменить емкость конденсатора всего в 2-2,5 раза.
Из-за высокого сопротивления коллекторного n-слоя добротность таких конденсаторов низкая.
4.8.2 МОП-конденсатор.
Интегральным конденсатором, принципиально отличным от диффузионного, является МОП-конденсатор. Его типичная структура показана на рисунке 4.18в. Здесь над эмиттерным n+- слоем с помощью дополнительных технологических процессов выращен слой тонкого (0,08-0,12 мкм) окисла. В дальнейшем, при осуществлении металлической разводки, на этот слой напыляется алюминиевая верхняя обкладка конденсатора. Нижней обкладкой служит эмиттерный n+ - слой.
Основные параметры МОП-конденсаторов приведены в таблице 4.2. Добротность выше, так как сопротивление r значительно ниже из-за n+-слоя.
Важным преимуществом МОП-конденсаторов по сравнению с диффузионным является то, что они работают при любой полярности напряжения, т. е. аналогичны «обычному» конденсатору. Однако МОП-конденсатор, как и диффузионный, тоже нелинейный. Паразитная емкость МОП-конденсаторов учитывается с помощью ужеизвестной эквивалентной схемы (рисунок 4.18г), где под емкостью СП следует понимать емкость между n-карманом и р-подложкой.
В заключение заметим, что в МОП-транзисторных ИМС, в отличие от биполярных, изготовление МОП-конденсаторов не связано с дополнительными технологическими процессами: тонкий окисел для конденсаторов получается на том же этапе, что и тонкий окисел под затвором, а низкоомный полупроводниковый слой - на этапе легирования истока и стока. Изолирующие карманы в МОП-технологии, как известно, отсутствуют.
Дата добавления: 2015-04-21; просмотров: 1066;