-Снп

-Сип

Cff.ffctpJL

ж ж i

•ii4

-I г

Ск£ар

HI-4

Рис. 9.15. Варианты использования р-п-переходов транзисторной структуры в качестве диода

.Диоды ИМС. В зависимости от назначения ИМС к электрическим характеристикам диодов предъявляются разные требования. Например, для уменьшения рассеиваемой на диоде мощности желательны диоды с мальш напряжением отпирания; Для повышения помехоустойчивости в схемах предпочтительны диоды с относительно большим напряжением отпирания. Различны требования к инерционности диодов. В импульсных устройствах применяются диоды с малым временем рассасывания, а в ряде других устройств оно мох<ет быть большим.

Подобные задачи наиболее экономично можно решить, применяя в качестве диодов в ИМС транзисторные структуры в .диодном включении. В зависимости от назначения применяют различные-способы включения р-п-переходов.

На рис. 9.15, а показано использование эмиттерного перехода, а коллекторный короткозамкнут. При таком включении достигается наибольшее быстродействие, так как накопление носителей заряда может происходить лишь в базовой области с очень малой ее толщиной. Накопление носителей заряда в коллекторной области исключается шунгированием коллекторного перехода. На рис. 9.15,6 также включен эмиттерный переход, а коллекторная цепь разомкнута, вследствие чего быстродействие снижается.

В следующем варианте включения (рис. 9.15, в) задействован коллекторный переход. Эмиттерной области при этом может не быть вообще, а если она сформирована, то цепь эмиттера остается разомкнутой. Использование коллекторного перехода в качестве диода повышает его пробивное напряжение (так как коллекторная область обладает большим сопротивлением) и увеличивает

его прямой ток (вследствие относительно большой площади коллекторного перехода).

Если соединить между собой эмиттерную и коллекторную области (рис. 9.15, г), т. е. включить параллельно переходы, то допустимый прямой ток еще возрастает. Вместе с этим возрастает суммарная барьерная емкость. В заключительном варианте (рис. 9.15,(5) включен коллекторный переход, а эмиттерный ко-роткозамкнут.

Одновременно с активными элементами ИМС создают пассивные - резисторы, конденсаторы.

§ 9.5. Пассивные элементы микросхем

В интегральных микросхемах используют диффузионные пассивные элементы, элементы на основе МДП-структур и пленочные.

Диффузионные резисторы. В монолитных ИМС преимущественно применяются диффузионные резисторы, формируемые одновременно с транзисторами в едином технологическом процессе и представляющие собой резистивные слои, которые создаются методом локальной (через маску) диффузии примеси в подложку или эпитаксии на ее поверхности. Изоляция резистивных полосок от подложки ИМС осуществляется обратно смещенным р-п-переходом.

Для создания диффузионных резисторов используют одну из областей транзисторной структуры: эмиттер, базу, коллектор. Эмиттерная область (рис. 9.16, а) обладает наибольшей концентрацией примесей, наименьшим удельным сопротивлением слоя, поэтому пригодна для фор.мирования диффузионных резисторов с малым сопротивлением (около 10 Ом). Из-за большой концентрации примесей ТКС таких резисторов мал (около 0,01 %/°С).

Коллекторная область содержит минимальную концентрацию примесей, поэтому пригодна для формирования диффузионных резисторов с большим сопротивлением (рис. 9.16,6), но относительно большим ТКС. Наиболее пригодна для формирования диффузионных резисторов базовая область транзисторной структуры. В ней можно существенно уменьшить площадь, занимаемую резистором с сопротивлением до 50 кОм, и получить приемлемый TKC = 0,1-0,3 %/°С (меньший, чем у резисторов, сформированных в коллекторной области).

АЬ 2h ) I 1-°г I

Рис. 9.16. Диффузионные резисторы в эмиттерном и базовом слоях

Диапазон номинальных значений сопротивления диффузионных резисторов ограничен сверху. Сопротивление резистора длиной сечением шД и удельным сопротивлением р:

R= pl/wA = fgl/w,

где и) и Л - соответственно ширина и толш,ина пленки; Ps=p/A - поверхностное сопротивление, Ом/П.

У квадрата /=ш, поэтому Я = р.,. Это значит, что сопротивление не зависит от размера стороны квадрата и равно поверхностному сопротивлению.

Сопротивление резистора зависит от его формы. Если длина резистора в 10 раз больше ширины, то это равноценно тому, что резистор выполнен из 10 последовательно соединенных квадратов; его сопротивление в 10 раз больше поверхностного сопротивления. Это значит, что один и тот же номинал сопротивления можно получить при различных значениях I и w, если tiy = const.

У диффузионных резисторов велики отклонения сопротивления от номинала (/?20%), так как трудно выдержать необходимую поверхностную концентрацию примесей и глубину диффузии носителей заряда. ТКС у них зависит от концентрации примесей.

Допустимая мощность рассеяния ограничена небольшими размерами резистивной диффузионной полоски и Зависит от ТКС, так как нагрев резистора проходящим током вызывает изменение сопротивления и приводит к нелинейности вольт-амперной характеристики. Максимальное падение напряжения на резисторе не может быть больше напряжения смещения изолирующего р-п-ие-рехода, которое в свою очередь не может превышать его пробивного напряжения. Наиболее употребительные диффузионные резисторы обладают следующими параметрами: р5= 100400 Ом/П, номинальное сопротивление 100 Ом - 50 кОм; разброс номинала от ±3 до ±20%; ТКС - (50-5000) lO-K-i. Недостатками диффузионных резисторов являются свойственный им большой ТКС и сильная зависимость их проводимости от частоты.

Диффузионный резистор представляет собой распределенную 7?С-цепочку. Резистивный слой у него связан с окружающими областями распределенными паразитными барьерами емкостями изолирующих р-п-переходов или диэлектрической пленки, поэтому проводимость резисторов растет с увеличением частоты. При изоляции диффузионных резисторов р-п-переходом возле них образуются паразитные транзисторы. Э.миттером такого транзистора становится диффузионный резистивный слой, базой - коллекторная область исходной транзисторной структуры, коллектором- подложка интегральной схемы (см. рис. 9.16). Паразитные транзисторы увеличивают токи утечки в подложку. При этом снижается сопротивление высокоомных диффузионных резисторов (из-за модуляции проводимости полупроводника), что заставляет ограничивать ток через резистивный слой.