Полупроводникови кондензатори
В биполярните полупроводникови ИС ролята на кондензатори се играе от обратно предубедени p-n преходи. В такива кондензатори поне един от слоевете е дифузионен, така че те се наричат дифузионни кондензатори.
4.8.1 Дифузионен кондензатор.
Типична структура на дифузионен кондензатор, използващ преход колектор-база, е показана на фигура 4.18a. Капацитетът на такъв кондензатор в общия случай има формата:
където C0 е специфичният капацитет на p-n прехода, S е площта на кондензатора. Оптималната конфигурация е форма, близка до квадрат.
Например, ако C0=150 pF / mm 2 и C \u003d 100 pF, тогава S "0,8 mm. Както можете да видите, размерите на кондензатора се оказаха сравними с размерите на кристала.
Използвайки не колектор, а емитер p-n преход, е възможно да се осигурят 5-7 пъти по-високи стойности на максималния капацитет. Това се дължи на по-големия специфичен капацитет на емитерния преход, тъй като той се формира от слоеве с по-висока концентрация и, следователно, по-малка дебелина на p-n прехода. Възможно е да се използват заедно емитерни и колекторни преходи.
Основните параметри на дифузионния кондензатор са показани в таблица 4.2 за двата типа кондензатори - използващи колекторни и емитерни преходи. Както можете да видите, основното предимство при използването на емитерно съединение са големите стойности на максималния капацитет. По отношение на напрежението на разрушаване тази опция е по-ниска от опцията, използваща колекторен възел.
Еквивалентната схема на кондензатора е показана на фигура 4.18b.
| Тип | C0, pF / mm 2 | д, % | TKE, %/ 0 С | UPR, V | Q (1 MHz) |
| кондензатор | |||||
| Преход пр.н.е | ±20 | -0,1 | 5-10 | ||
| BE преход | ±20 | -0,1 | 5-10 | ||
| MOS структура | ±25 | 0,02 |
Необходимо условие за нормалната работа на кондензатора е обратното отклонение на p-n прехода. Следователно напрежението в кондензатора трябва да има строго определена полярност. В допълнение, капацитетът зависи от напрежението. Това означава, че кондензаторът е снелинейна sV-фарадова характеристика, като варикап. Въпреки това, по-често се изискват линейни кондензатори с постоянен капацитет, които са в състояние да пропускат променливи сигнали без изкривяване и да "блокират" (т.е. да не пропускат) постоянните компоненти на сигналите, те успешно изпълняват тази функция при наличие на постоянно отместване E, надвишаващо амплитудата на променливия сигнал.
От друга страна е възможно да се промени стойността на капацитета чрез промяна на отклонението E.Следователно кондензаторът може да се използва не само като "нормален" фиксиран кондензатор, но и като кондензатор с електрически контролиран капацитет или, както се казва, променлив кондензатор. Обхватът на електрическа настройка обаче е ограничен: чрез промяна на отклонението E от 1 до 10 V, можете да промените капацитета на кондензатора само 2-2,5 пъти.
Поради високото съпротивление на n-слоя на колектора, качественият фактор на такива кондензатори е нисък.
4.8.2 MOS кондензатор.
Интегрален кондензатор, коренно различен от дифузионния кондензатор, е MOS кондензатор. Типичната му структура е показана на фигура 4.18c. Тук слой от тънък (0,08-0,12 μm) оксид се отглежда върху емитерния n+- слой с помощта на допълнителни технологични процеси. По-късно, по време на изпълнението на металното окабеляване, върху този слой се напръсква алуминиева горна плоча.кондензатор. Долната подплата е емитерният n+- слой.
Основните параметри на MOS кондензаторите са показани в таблица 4.2. Качественият фактор е по-висок, тъй като съпротивлението r е много по-ниско поради n + -слоя.
Важно предимство на MOS кондензаторите в сравнение с дифузионните кондензатори е, че те работят с всякаква полярност на напрежението, т.е. те са подобни на "нормален" кондензатор. Въпреки това, MOS кондензаторът, подобно на дифузионния кондензатор, също е нелинеен. Паразитният капацитет на MOS кондензаторите се взема предвид, като се използва вече известната еквивалентна схема (Фигура 4.18d), където капацитетът на SP трябва да се разбира като капацитет между n-гнездото и p-субстрата.
В заключение отбелязваме, че в MOS транзисторните ИС, за разлика от биполярните, производството на MOS кондензатори не е свързано с допълнителни технологични процеси: тънък оксид за кондензатори се получава на същия етап като тънък оксид под портата, а полупроводников слой с ниско съпротивление се получава на етапа на допиране на източник и изтичане. Изолационните джобове в MOS технологията, както знаете, отсъстват.