Радиоматериалы и компоненты лекции / Л21ОпМЭ

Быстродействие полупроводниковых ИМС в значительной степени определяется паразитной емкостью элементов, поэтому для каждого из вариантов диодного включения транзистора необходимо знать величины паразитных емкостей. На рис. 5 показаны емкости, действующие во всех вариантах диодного включения. Любая емкость, закорачивающая на землю какую-либо точку схемы, уменьшает ее быстродействие, то есть является паразитной. Поскольку подложка ИМС обычно соединена с точкой самого низкого потенциала, вывод емкости перехода коллектор – подложка оказывается заземленным по высокой частоте. Наибольшая паразитная емкость характерна для варианта IV, наименьшая – для варианта II.

Важнейшие параметры рассмотренных типов интегральных диодов, формируемых на структуре транзистора ИМС, приведены в табл. 2.

Таблица 2.

Сравнительные параметры диодов для пяти схем включения интегрального транзистора

Параметр	Д1 Uкб = 0	Д2 Iк = 0	Д3 Iэ = 0	Д4 Uкэ = 0	Д5 Iбэ = 0
Пробивное напряжение Uпр Постоянная времени рассасывания  Емкость диода Cд Емкость диода на подложку Cп	Uпр.эб д1 Cэ Cи	Uпр.эб д2  5д1 Cэ	Uпр.кб д3  6д1 Cк Cи	Uпр.эб д4  10д1 Cэ + Cк Cи	Uпр.кб д5  5д1 Cк Cи

Примечание. В таблице приняты следующие обозначения: _д1 – _д5 – постоянные времени рассасывания для диодов Д₁ – Д₅; U_пр.эб, U_пр.кб – пробивные напряжения эмиттерного и коллекторного переходов транзистора соответственно; C_э, C_к, C_и – емкости эмиттерного, коллекторного и изолирующего переходов транзистора.

Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом могут быть изготовлены совместно с биполярными транзисторами на одном кристалле. На рис. 6,а показана структура планарного полевого транзистора с n-каналом. В "кармане" n-типа созданы области (n⁺-типа) стока и истока и область (p-типа) затвора. Сток расположен в центре, затвор вокруг него. Для уменьшения начальной толщины канала иногда внутри него делают скрытый слой p⁺, но это связано с усложнением технологических процессов. Другой вариант полевого транзистора – с каналом p-типа – изображен на рис. 6,б. Его структура совпадает со структурой обычного биполярного n-p-n транзистора. В качестве канала используется слой базы.

МДП-транзисторы. Биполярные транзисторы все больше вытесняются транзисторами типа МДП. По принципу работы МДП-транзисторы относятся к классу так называемых униполярных приборов, функционирование которых основано на процессах перемещения только основных носителей заряда. Они имеют ряд важных преимуществ по сравнению с биполярными. Отличительным свойством МДП-транзисторов является малый уровень шумов и высокая температурная стабильность параметров, что непосредственно определяется физической природой тока в таких приборах, который переносится основными носителями.

МДП-транзистор легко вводится в конструкцию ИМС в качестве элемента некоторых сложных конфигураций, так как токи в нем проходят преимущественно вдоль поверхности исходного кристалла, а не перпендикулярно ей, как в биполярном транзисторе. По структуре и принципу действия МДП-транзистор значительно надежнее защищен от перегрузок по току, которые могут приводить к выходу прибора из строя. Структура МДП-транзистора симметрична, то есть вход и выход можно поменять местами, характеристики прибора при этом останутся неизменными. Выходное сопротивление МДП-транзистора обычно очень велико, и, как правило, составляет несколько МОм. В этом отношении такой транзистор подобен электронной лампе.

Один из основных недостатков МДП-транзистора – относительно малое произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания. Кроме того, для транзистора характерны большие паразитные емкости. Однако разработанные к настоящему времени многочисленные варианты конструкций МДП-транзисторов позволяют получить достаточно хорошие рабочие характеристики приборов.

Резисторы. Резистивные элементы, используемые в полупроводниковых ИМС, можно подразделить на диффузионные резисторы, формируемые на основе эпитаксиального слоя, пинч-резисторы, пленочные резисторы на основе поликристаллического кремния и резисторы, получаемые методом ионного легирования.

Наиболее широкое распространение в полупроводниковых ИМС нашли диффузионные резисторы, которые изготовляют на диффузионных слоях базовой или эмиттерной области транзисторной структуры и формируют непосредственно в процессе изготовления транзистора, а также пинч-резисторы.

Диффузионные резисторы, применяемые в полупроводниковых ИМС, формируют на той же подложке, что и остальные элементы схемы (транзисторы, диоды, конденсаторы). При этом чаще всего его формируют на базовом слое транзисторной структуры. Выбор этого слоя представляет собой компромиссное решение между большими геометрическими размерами, которые были бы необходимы при использовании эмиттерного слоя, и высоким температурным коэффициентом сопротивления резистора, который получался бы при очень слабом легировании кремния, то есть при выборе в качестве материала резистора коллекторного слоя транзистора.

Так называемые пинч-резисторы представляют собой структуру полевого транзистора с управляющим p-n переходом. Резистором служит канал, а нужное сопротивление подбирается напряжением на затворе.

В последнее время для изготовления резисторов стали применять метод ионного легирования. Он состоит в том, что соответствующее место кристалла подвергается бомбардировке ионами примеси, которые проникают в кристалл на глубину 0,2 – 0,3 мкм. У таких ионно-легированных резисторов удельное сопротивление может достигать до 20 кОм/, а номиналы достигают сотен килоом с допуском (15 – 20)%.

Конденсаторы. Типичным для полупроводниковых ИМС является диффузионный конденсатор, в котором используется барьерная емкость p-n перехода. Емкость такого конденсатора зависит от площади перехода, диэлектрической проницаемости полупроводника и толщины перехода, которая, в свою очередь, зависит от концентрации примесей. Если нужна большая емкость, то переход делают одновременно с эмиттерными переходами транзисторов.

Диффузионные конденсаторы работают только при обратном напряжении, которое должно быть постоянным для получения постоянной емкости.

Индуктивности. Катушки индуктивности в полупроводниковых ИМС сделать невозможно. Поэтому обычно проектируются такие ИМС, в которых не требуется индуктивность. Если все же необходимо иметь индуктивное сопротивление, то используют специальные схемы (гираторы).