ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Электроника
ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
Генератор сигналов специальной формы
Изучение статических характеристик
полевых транзисторов
Основные параметры полевого транзистора
Изучение оптоэлектронных приборов
оптопара (оптрон)
Вольтамперная характеристика
Классификация изделий микроэлектроники.
Эпитаксия
Нанесение тонких пленок.
Полевой транзистор с изолированным затвором
ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ
Фоторезисторы

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ ЦЕПЕЙ
Переходные процессы в линейных цепях первого порядка
Переходные процессы в RLC цепях.
Спектральное представление периодических процессов
Исследование характеристик линейных четырехполюсников
Аппаратно-программный комплекс PClab – 2000
Методика выполнения лабораторного практикума
в лаборатории электротехники
Исследование неразветвленной и разветвленной
электрических цепей постоянного тока
Исследование нелинейных цепей постоянного тока
Переходные процессы в электрических цепях

Полевой транзистор с изолированным затвором

МДП транзисторы можно формировать без специальных островков в монокристалле интегральной микросхемы, что уменьшает число технологических операций, удешевляет интегральные микросхемы и увеличивает плотность упаковки. Другим преимуществом МДП-транзисторов является их экономичность, т.к. при нулевом напряжении на затворе ток стока практически отсутствует. Мощность потребляется только во время подачи напряжения на затвор. Уменьшение потребляемой мощности интегральными микросхемами на МДП-транзисторах особенно важно для создания логических интегральных схем с большим количеством транзисторов. Кроме того, цифровые интегральные микросхемы могут быть построены целиком на гальванически развязанных соединенных между собой МДП-транзисторах без использования других элементов.

Диоды

Для создания диода достаточно сформировать только один p-n-переход. Однако диодам в интегральных микросхемах придают транзисторную структуру и в зависимости от конкретного назначения используют тот или иной p-n-переход путем применения одного из пяти возможных вариантов включения рис.13:

1) Используется эмиттерный переход, а коллекторный короткозамкнут. В этом случае достигается наибольшее быстродействие, т.к. накопление заряда может происходить только в базовой области, а она очень тонкая. При этом время перключения диода составляет порядка 1 нс.


2) Используется эмиттерный переход, а коллекторная цепь разомкнута.

3) Используется коллекторный переход, а эмиттерной области может и не быть. Если эмиттерная область все же сформирована, то цепь эмиттера остается разомкнутой. Коллекторная область является относительно высокоомной, поэтому такой диод имеет достаточно высокое, порядка 50В, напряжение пробоя. Площадь коллекторного перехода значительно больше площади эмиттерного перехода, следовательно, такая структура может работать при больших прямых токах.

4) Эмиттерную и коллекторную области соединяют между собой. Эмиттерный и коллекторный переход соединены между собой, при этом увеличивается допустимый прямой ток, но также увеличивается и суммарная барьерная емкость.

5) Используют коллекторный переход, а эмиттерный переход короткозамкнут.

5. Пассивные элементы интегральных микросхем

Диффузионные резисторы

Чтобы не усложнять технологию изготовления интегральной микросхемы, для создания резисторов можно использовать одну из областей транзисторной структуры: эмиттер, базу или коллектор рис.14.

Эмиттерная область содержит наибольшую концентрацию примесей и обладает наименьшим удельным сопротивлением слоя. Поэтому эмиттерная область пригодна для формирования диффузионных резисторов только с малым сопротивлением порядка 10 Ом. Из-за большой концентрации примесей температурные коэффициенты сопротивления таких резисторов будут малы.

Коллекторная область транзисторной структуры содержит наименьшую концентрацию примесей. Поэтому коллекторная область пригодна для формирования  диффузионных резисторов с большем сопротивлением, но из-за малой концентрации примесей температурные коэффициенты сопротивления таких резисторов велики.


Для формирования диффузионных резисторов обычно используют базовую область транзисторной структуры. Без существенного увеличения площади, занимаемой диффузионным резистором могут быть созданы резисторы сопротивлением до 50 кОм. Такие диффузионные резисторы имеют удовлетворительные температурные зависимости сопротивления.

Диффузионный резистор представляет собой полоску с определенным типом электропроводности, отделенную от подложки интегральной микросхемы p-n-переходом. Этот переход должен быть смещен в обратном направлении для изоляции диффузионной полоски от подложки. Поэтому максимальное падение напряжения на резисторе не может быть больше напряжения смещения.

При создании интегральных микросхем, в том числе с диффузионными резисторами, в структуре микросхем могут образовываться паразитные элементы, диоды, транзисторы, емкости, которые могут нарушить нормальную работу.

Несмотря на имеющиеся недостатки, диффузионные резисторы широко используют в интегральных микросхемах, т.к. их формирование не требует дополнительных технологических операций и не удорожает микросхему.

5.2. Пленочные резисторы

Основой пленочного резистора является резистивная пленка из металла (хром, тантал, палладий) металлического сплава (нихром) или металлокерамики. Резистивную пленку наносят на диэлектрическую подложку гибридной интегральной микросхемы или на окисленный кристалл полупроводниковой интегральной микросхемы рис.15.

При создании пленочных резисторов на диэлектрической подложке не образуется паразитных элементов, которые получаются в интегральных микросхемах с диффузионными резисторами.

5.3. Диффузионные конденсаторы

В качестве конденсаторов интегральных микросхем часто используют барьерную емкость p-n-перехода, смещенного в обратном направлении. Такой пассивный элемент интегральной микросхемы удобно формировать одновременно с формированием транзисторных структур или использовать непосредственно p-n-переходы транзисторных структур рис.16. Барьерная емкость p-n-перехода может быть использована для создания конденсатора постоянной или переменой емкости, которой можно управлять путем изменения постоянного смещения на переходе.

Диффузионный конденсатор необходимо изолировать от других элементов и от подложки микросхемы. Часто эта изоляция осуществляется p-n-переходом. Поэтому при формировании диффузионного конденсатора одновременно формируется и структура паразитного транзистора, эмиттером которого является одна из областей (обкладок) диффузионного конденсатора, базой – другая область (обкладка), а коллектором - подложка (рис.16).

5.4. МДП-конденсаторы

В качестве диэлектрика такого конденсатора используют слой диоксида кремния, которым покрыт кристалл полупроводника рис.17. Одной обкладкой конденсатора является слой металла (обычно алюминия), нанесенный на поверхность слоя диоксида, другой обкладкой – сильнолегированная область полупроводника.

В островке, предназначенном для МДП-конденсатора, есть только один p-n-переход между n- и p-областью, который необходим для изоляции МДП-конденсатора от других элементов микросхемы.

Емкость МДП-конденсатора имеет сложную зависимость от напряжения смещения и частоты переменного сигнала.

5.5. Пленочные конденсаторы

Пленочные конденсаторы формируют на диэлектрической подложке гибридных интегральных микросхем. При этом необходимо провести по крайней мере три операции вакуумного напыления: нижней проводящей обкладки конденсатора, диэлектрической пленки и верхней проводящей обкладки рис.18. Такой пленочный конденсатор называют однослойным. Для получения большей емкости или для уменьшения площади занимаемой конденсатором на подложке, можно делать многослойные пленочные конденсаторы, секции которых располагаются этажами одна над другой. Однако создание ”многоэтажных” конденсаторов затрудняет процесс их изготовления, повышает стоимость и уменьшает надежность.

В качестве диэлектрика пленочных конденсаторов могут быть использованы различные материалы, но наиболее широко применяется монооксид кремния.