Диоды интегральных микросхем

В качестве диодов в полупроводниковых ИМС используются p-n-переходы, образованные двумя любыми соседними полупроводниковыми областями транзистора с различным типом проводимости, в том числе р-n-переходы, в которых одной из областей служит подложка. Используются также диоды со структурой металл - полупроводник, т.е. диоды Шоттки.

Для создания диодов часто применяется диодное включение транзисторов. Возможные варианты подобного включения показаны на рис. 113.

Две первые схемы включения (рис. 113, а, б) представляют собой использование в качестве диодов эмиттерного и коллекторного р-n-переходов транзистора. Схемы, представленные на рис. 113, реализуются путем соответствующей коммутации дорожек межсоединений в ИМС. Электрические параметры получаемых таким образом диодов различны. Например, наименьшим обратным пробивным напряжением обладают диоды в схемах а), в), д), поскольку определяющим в данном случае является сильнолегированный эмиттерный p-n-переход. Наибольшей емкостью обладает схема д), в связи, с чем интегральный диод данной конструкции имеет наихудшие динамические свойства, в частности наибольшее время восстановления обратного сопротивления. Наилучшими динамическими свойствами характеризуется диод по схеме в) поскольку короткозамкнутый коллекторный переход предотвращает накопление неосновных носителей заряда в коллекторной области при включении диода в прямом направлении.

a) б) в)

г) д) е)

Рисунок 113 – Диоды интегральных микросхем

Применяются в ИМС и «чистые» диоды. Они формируются также, как и транзисторы, с той разницей, что в местах изготовления диодов не проводится диффузия, формирующая эмиттер транзистора е. Получаемый таким образом p-n-переход, состоя­щий из слоев, которые образуются при базовой диффузии (p-слой), эпитаксии (n-слой) и формировании скрытого коллек­торного n⁺-слоя, используется как диод.

Интегральные диоды представляют собой многослойные структуры, характеристики которых определяются схемой включения транзисторной структуры. Определенное влияние оказывают паразитные транзисторы, которые образуются благодаря взаимодействию рабочих слоев с подложкой ИМС.

В частности, ток утечки диода в подложку определяется током коллектора паразитного транзистора.

Накопление носителей в коллекторной области в схеме а при
водит к появлению плавающего потенциала у коллектора, который смещает переход коллектор - база в прямом направлении.
Тогда база основного транзистора, являющаяся эмиттером паразитного транзистора, инжектирует носители через коллекторный
слой в подложку. Из-за наличия тока утечки входной ток интегрального диода всегда отличается от выходного тока. Быстродействие интегрального диода, определяемое зарядными емкостями
переходов и временем рассасывания, также зависит от схемы ,
включения.

Пассивные элементы полупроводниковых ИМС

В полупроводниковых ИМС процесс производства пассивных элементов является более дорогостоящим, чем процесс производства активных элементов. При изготовлении дискретных элементов наблюдается противоположная закономерность. Площади пассивных элементов полупроводниковых ИМС превосходят площади активных элементов.

Для пассивных элементов полупроводниковых ИМС характерен значительный температурный дрейф номинальных значений, а также большие абсолютные разбросы. Кроме того, получение пассивных элементов возможно лишь в ограниченном диапазоне значений номиналов.