2.1.8 Полевые мдп-транзисторы интегральных микросхем.

В микросхемах наиболее широко распространены МДП-транзисторы с индуцированными каналами n-типа. Транзисторы со встроенными каналами используются реже, в основном как пассивные элементы (нелинейные резисторы). В комплиментарных МДП – микросхемах (КМДП) применяют транзисторы с индуцированным каналом n-типа и p-типа. При одинаковой конструкции n-канальные транзисторы имеют большую крутизну и более высокую граничную частоту, чем p-канальные, вследствие большей подвижности электронов по сравнению с дырками. В большинстве микросхем используют транзисторы с горизонтальным каналом (параллельные поверхности), однако существуют транзисторы с вертикальным каналом, образующимся не стенках вытравленных канавок. Такие транзисторы занимают меньшую площадь на кристалле.

В отличие от биполярных МДП-транзисторы можно создавать в тонких слоях кремния, нанесенных на диэлектрическую подложку (например сапфировую) или на окисленную подложку. При этом повышается быстродействие, степень интеграции и радиационная стойкость.

По мере совершенствования технологии топологические размеры, в частности длинна канала, непрерывно снижаются. При этом основные характеристики и параметры транзисторов существенно изменяются, что необходимо учитывать.

2.2 Пассивные элементы.

В полупроводниковых микросхемах наиболее распространенными пассивными элементами являются резисторы. Вследствие низкого удельного сопротивления полупроводниковых слоев они занимают большую площадь на кристалле. Поэтому микросхемы проектируют так, чтобы число резисторов было минимальным, а их сопротивления – небольшими (обычно менее 10 кОм). Аналоговые микросхемы содержат, как правило, больше резисторов, чем цифровые. Во многих цифровых микросхемах (на полевых транзисторах) резисторов нет – вместо них используют транзисторы. Полупроводниковые резисторы имеют сильную температурную зависимость и большой технологический разброс сопротивления. Иногда вместо полупроводниковых применяют тонкопленочные резисторы с лучшими параметрами, но тогда технологический процесс усложняется. Основная часть полупроводниковых микросхем не содержит конденсаторов из-за их большой площади. Например, полупроводниковый или тонкопленочный конденсатор емкостью всего 50 пФ занимает приблизительно такую же площадь, как 10 биполярных или 100 МДП-транзисторов. Поэтому если требуется емкость более 500 … 100 пФ, применяют внешние дискретные конденсаторы, для подключения которых в микросхемах предусматривают специальные выводы. В некоторых микросхемах конденсаторы малой емкости объединяют с другими элементами. Например, в элементах памяти динамического типа конденсаторы совмещены с МДП-транзисторами, в логических элементах на арсениде галлия – с металл-полупроводниковыми диодами.

Конденсаторы емкостью порядка 10 пФ на основе МДП-структур используются в некоторых аналоговых микросхемах, обладающих частотной избирательностью сигналов (например, в активных фильтрах). На высоких частотах МДП-кондесаторы имеют низкую добротность, так как одной из обкладок конденсатора служит полупроводниковый слой со значительным сопротивлением. Высокую добротность обеспечивают тонкопленочные конденсаторы. Такие конденсаторы емкостью 0,1 … 1 пФ, а также тонкопленочные индуктивности (доли наногенри) применяют в полупроводниковых аналоговых арсенид-галлиевых СВЧ-микросхемах. На более низких частотах индуктивные элементы не используют. В некоторых случаях индуктивные эффект получают схемным путем (применяя операционные усилители с RC-цепями обратной связи, активные фильтры). Для других случаев применения, где индуктивности необходимы, используют катушки, находящиеся вне корпуса микросхемы. В гибридных микросхемах широко распространены пленочные резисторы с сопротивлениями от нескольких ом до единиц мегаом. Если требуется высокая плотность резисторов на подложке, применяют тонкопленочную технологию, если же необходима низкая стоимость микросхем, а плотность элементов не столь существенна – толстопленочную.

В низкочастотных микросхемах применяют дискретные миниатюрные конденсаторы и катушки индуктивности. Пленочные реактивные элементы с емкостями менее 100 пФ и индуктивностями менее 1 мкГн используют в аналоговых высокочастотных микросхемах. В сантиметровом диапазоне СВЧ требуются элементы малых размеров ( много меньше длинны волны), которые следует воспроизводить с высокой точностью. Для этого необходима тонкопленочная технология. Она также обеспечивает меньшее сопротивление проводящих слоев по сравнению с толстопленочной технологией и более высокую добротность элементов. В этом диапазоне используют пассивные тонкопленочные элементы на основе микрополосковых линий передачи с распределенными емкостями и индуктивностью. Размеры элементов порядка длинны волны, поэтому их плотность относительно низкая.