WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 8 |

Полная относительная погрешность величины сопротивления определяется суммой погрешностей R Ф+ps =К +T, что соответственно важно представить как где КФ - коэффициент формы резистора, определяемый как есть о тно сительная погр ешно сть ко эффициента = фор мы р ез и стор а; p S R/R - о тно сительная по гр ешн о сть во сп ро и звед ен и я уд ельн о го по вер хн о стно го со пр о тивления (д ля тип о вых техн о ло ги ч ески х пр о - ц ессо в п лан ар но - эп и такси альн о й техн о ло ги и о н а о б ычн о со ставля ет 0,0 5- 0,1 ;

R- темп ер ату рн ый ин тер вал р або ты р ези стор а, о пр ед еляемый ка к = Т= TM - TM, о тно си тельн ая темп ер атур н ая по гр ешно сть т R * T.

AX IN Нахо д ят о тно си тельн у ю по гр еш но сть ко эффициента фо р мы после чего определяют (1.26) где b и l- - абсолютные погрешности ширины и длины резистивной полоски, обусловленные точностью технологического процесса. Обычно эти погрешно- сти составляют 0,05 - 0,5 мкм.

Ширина, определяемая мощностны ми характеристи ками резистора, нахо- дится из выражения (1.27) Таким образом, из трех значений bтехн, bточн, bp наибольшее и будет bрас Далее опре- деляют топологическую ширину резистора bтоп,так как ее значение использует- ся при проектировании топологического чертежа. Однако при определении bтоп, учитывают изменения спроектированных размеров после изготовления рези- сторов (у реального резистора ширина больше, чем у спроектированного), а также возможность упрощения самой процедуры проектирования, в частности, = bтоп bрас - 2(трав + у), где трав - погрешность, вносимая растравливанием окон перед диффузией, в процессе фотолитографии; у - погрешность, вно- симая уходом диффузионного слоя под маскирующий окисел в боковые сторо- ны; трав = 0,1-0,3 мкм; у = 0,5-0,7 мкм.

Окончательно за bтоп принимаются ближайшие к вычисленным целые зна- чения, кратные шагу координатной сетки.

Чтобы макси мально уменьшить погрешность номинала резистора, опреде- ляют реальную ширину резистора bреа = bтоп +2(трав + у). После этого опре- л деляют расчетную длину резистора (1.28) = lрасbреал*(КФ-nК ), (1.2 8 ) где n - количество контактных окон у резистора, обычно n = 2; К- поправочный коэффициент, учитывающий сопротивление, обусловленное растеканием электрического тока у контактных областей резистора. К определяется из номограмм K(L1 / b), K(L2 / b), K(b/L2) при заданных соотношениях L1:b и L1:L2 на рис. 1.12,а - г соответственно для иных конструкций контактных об- ластей резисторов; L1 и L2 - размеры контактных областей (рис. 1.13 и 1.14).

Если резистор изогнут, либо имеет форму меандра, то его расчетная длина определяется из соотношения гд е Nизг - ко лич ество изгибо в р ез и сто р а под у гло м /2; n- ч и сло ко нтактн ых о ко н Рис. 1.13. Значения коэффициентов К для расчета высокоомных диффузионных резисторов а б Рис. 1.14. Значения коэффициентов К для расчета низкоомных диффузионных резисторов резистора одинаковой конфигурации (обычно n > 2, если имеется соединение двух или более тел резисторов), К - поправочный коэффициент, учитывающий сопротивление растекания у контактной пластины, который находится аналогично ранее описанному из рис. 1.12, 1.13, 1.14, где i - номер контактного окна. Для про- ектирования топологического чертежа определяют топологическую длину резисто- ра (1.30) Lт = lрас+2(трав+у), (1.30 ) оп при этом погрешность изготовления резистора увеличивается, так как реаль- но полученный резистор будет иметь меньшую длину, чем спроектирован- ный. Окончательно за lТОП принимаются ближайшие к вычисленным целые зна- чения, кратные шагу координатной сетки, что упрощает проектирование топо- логии резисторов. Реальная длина резистора определяется из соотношения 1 р еа л = 1 ра с-2( трав у ) + После определения топологических размеров резисторов проводят пове- рочный расчет, пользуясь критерием R > Rреа, т.е. если заданная погрешность но- л минала резистора больше реальной, то расчет выполнен правильно, если нера- венство не выполняется, то расчет топологических размеров следует провести за- ново. Для определения R резистора без изгибов надо найти (1.31) реал а для резистора в виде меандра с n =1.5. Интегральные полупроводниковые конденсаторы В качестве конденсаторов полупроводниковых ИМС чаще всего использу- ются обратносмещенные р-n переходы. Кроме них применяются структуры ти - па металл - диэлектрик - полупроводник (МДП), в том числе и в биполярных микросхемах. На рис. 1.15. представлены структуры таких конденсаторов.

Рис. 1.15. Структу ры конденсаторов полу проводниковых ИМС на основе переходов Э-Б (а), К-Б (б), К-П (в) и параллельно включенных переходов Э-Б и К-Б (г) 1.5.1. Конденсаторы на основе р-n перехода Исходными данными для расчета конденсаторов на основе р-n перехода являются: необходимое значение емкости С и допуск на него АС; рабочее напряжение U, В; интервал рабочих температу р AT °C; рабочая частота f, Гц; основные технологические и конструктивные ограничения.

При расчете необходимо выбрать тип и констру кцию конденсатора, оп- ределить его геометрические размеры, занимаему ю площадь.

На рис. 1.15, а-г представлены структуры конденсаторов полу проводни- ковых ИМС.

Емкость диффу зионного конденсатора прямоу гольной формы на основе обратно смещенного р-n перехода может быть представлена в виде С= Сдоп + Сбок = C0ab + C0б(а + b)хj, (1.33) где С0 и С0б - удельные емкости донной и боковых частей р-n перехода; a, b и x - геометрические размеры р-n перехода.

j Соотношение слагаемых зависит от отношения а/b. Оптимальным являет- ся отношение а/b =1, при этом доля « боковой оказывается мини- » емкости, мальной. Для курсового проектирования достаточно определить C0 и C0б.



По заданным значениям С, C0, C0б, x j находят геометрические размеры кон- денсатора квадратной формы; если для топологии ИМС требуется конден- сатор прямоу гольной формы, то один из размеров прямоу гольника выбирают, исходя из конструктивных соображений. Расчет еще более у прощается, если значением Cбок можно пренебречь. Для расчета АС необходимо у честь по- грешности технологии при выполнении геометрических размеров диффузион- ных слоев и отклонения емкости от номинального значения за счет изменения температу ры.

1.5.2..Конденсаторы на основе МДП структуры На рис. 1.16 показана структура МДП конденсатора. Одной из обкладок являет- ся n+- слой 1 толщиной 0,3...1 мкм, другой - слой металла (алюминия) 2, а ди- электриком - слой 3 диоксида кремния.

Рис. 1.16. Структура МДП транзистора Такой конденсатор применяют в полупроводниковых микросхемах при не- значительном усложнении технологического процесса (требуются дополнительные операции литографии и окисления для создания слоя 3). Слой 1 формируетсяс помощью той же операции легирования, что и эмиттеры биполярных транзисторов или истоки и стоки n-канальных МДП транзисторов. Топологическая конфигу- рация конденсатора - квадратная или прямоугольная. Для увеличения удельной емкости толщина d слоя 3 выбирается минимально возможной исходя из условия отсутствия пробоя: d Uпроб/Eпроб, где Eпроб есть электрическая прочность слоя 5, т. е. напряженность электриче- ского поля, при которой начинается пробой (около 600 В/мкм). Поэтому максималь- ная удельнаяемкость С0 = 0д/d = 0д Епроб /Uпроб. Например, при Uпроб=50В получаем С0 = 410-4 nФ/мкм2.

На рис. 1.16, б приведена эквивалентная схема конденсатора, где r - сопротив- ление слоя 1, Cпар - паразитная емкость между слоем 1 и подложкой (барьерная емкость изолирующего р-n перехода), которая в 4... 7 раз меньше полезной ем- кости С. Если обкладка 1 в схеме не соединена с общей шиной микросхемы, то вы- сокочастотный сигнал, проходящий через конденсатор, ослабляется емкостным делителем в (1 + С /С) 1, 15... 1, 25 раза. Сопротивление r определяет па р добротность на высокой частоте: Q = (2Crf)-1.

При квадратной конфигурации r 2 Ом, тогд а для С = 10 пФ и f = 10 МГц имеем Q = 750. На более высоких частотах из-за скин-эффекта r воз- растает. Так как толщина скин-слоя 6 ~ 1/VF, то r ~Vf и Q ~ f -3/, т.е. доб- ротностьуменьшается быстрее, чем по закону 1/f. Например, на частоте 1 ГГц по- лучаем r =20 Ом и Q = 0,75. Поэтому МДП- конденсаторы неприменимы в диапазо- не СВЧ. В этом случае надо использовать тонкопленочные конденсаторы. В отдель- ных случаях в качестве конденсаторов в полупроводниковых микросхемах на бипо- лярных транзисторах применяют р-n переходы. Такие конденсаторы могут рабо- тать только при одной полярности приложенного напряжения (обратном напря- жении на р-n переходе). Добротность мала как на низких частотах (из-за влияния обратного сопротивления р-n перехода), так и на высоких (сопротивления обкладок больше, чем в структуре рис. 1.16, а).

1.6. Интегральные полупроводниковые диоды Банк данных диодных структур, выполненных по планарно-эпитаксиальной технологии, представлен на рис. 1.17 и рис. 1.18.

Рис. 1.17. Банк данных о топологии интегральных диодовна переходе Б-К (а, б) Диоды, сформированные на основе перехода эмиттер - база (рис. 1.18, в), харак- теризуются наименьшими значениями обратного тока за счет самой малой площади и самой узкой области объемного заряда.

Обычно структурам диодов соответству- ют обра пределах (0,1 - 50,0) мА.

Наименьшей паразитной емкостью (~1,2пФ) также обладают диодные структуры на основе перехода эмиттер - база. Для других структур значение па- разитной емкости порядка 3 пФ.

Быстродействие диодов кроме пара- зитной емкости характеризуется време- нем восстановления обратного сопро- тивления, т. е. временем переключения Рис. 1.18. Банк данных о топологии диода из открытого состояния в за- диодов на переходе Б-Э (в) крытое. Оно минимально (около 10 нс) для перехода эмиттер - база при условии, что переход коллектор - база замкнут, так как при такой диодной структуре заряд накапливается только в базовом слое. В других структурах заряд накапливается не только в базе, но и в коллекторе и время восстано вления обратного сопротивл ения составл яет 50 -100 нс.

Из анализа параметров диодов можно заключить, что диод на основе транзистор- ной структуры с замкнутым переходом база - коллектор предпочтительнее использо- вать в цифровых ИМС, поскольку он обеспечивает наибольшее быстродействие. Диод на основе перехода эмиттер - база применяют в цифровых схемах в качестве на- копительного диода. Диоды с замкнутым переходом база - эмиттер и диоды на ос- нове перехода база - коллектор, имеющие наибольшие напряжения пробоя, могут быть использованы в качестве диодов общего назначения.

1.7. Ориентировочный расчет топологических размеров диффузионных перемычек Диффузионные перемычки (т.е. низкоомные резисторы), как было отмечено ранее, реализуются при эмиттерной диффузии в n+ - слое (рис. 1.10, б), по- этому исходными параметрами для ориентировочного расчета будут парамет- ры эмиттерного слоя pSne = 2 Ом/а (табл. 1.1) и Rne 1 Ом. Кроме того, при p p эскизной прорисовке топологии известно, что по длине перемычки надо раз- местить на ее изолированной поверхности в одном случае одну проводящую дорожку (рис. 1.19, а), а в другом - две дорожки (рис. 1.19, б).





Поэтому ориентировочный расчет начинают с определения топологической длины перемычки из учета минимальной ширины проводящей дорожки, ко- торая равна 4 мкм, минимального расстояния между проводниками а, которое также равно 4 мкм.

Таким образом, если надо провести одну проводящую дорожку, то длина перемычки lпе = 4 + 2а = 4 + 24 = 12 мкм. Если надо провести две проводя- р щих дорожки, то lпе = 2 4 +3а = 8 +12 = 20 мкм. Далее определяют коэффи- p циент формы перемычки Если lпе известна (для двух случаев - 12 мкм и 20 мкм соответственно), то р bпер легко определи ть, зная KФ, т.е. bпер = lпер / KФ. Сл едовател ьно, bпер = 12 / 0,5 = 24 мкм (если нужно провести через перемычку одну дорожку) и = bпер 20/0,5 = 40 мкм (если надо провести через перемычку две проводящие дорожки).

Форма контактных окон перемычек выбирается аналогично форме, приве- денной на рис. 1.13, б.

Подобным образом проводится ориентировочный расчет для определения топологических размеров перемычек с учетом развязки от пересечений и более двух электропроводящих дорожек.

Рис. 1.19. Топол огия перемыч ки для случ ая, когда над ней прохо дит одна дорожка (а) и когда пр оходят две дорожк и (б) 2. КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ НА МДП ТРАНЗИСТОРАХ 2.1. Конструкции и основные параметры МДП транзисторов МДП транзисторы относятся к у ниполярным приборам, т.е. принцип их действия основан на использовании только основных носителей заряда. По ос- новному признаку - способу формирования канала - различают МДП транзи- сторы с индуцированным каналом (канал между истоком и стоком появляется (индуцируется) под действием напряжения на затворе) и со встроенным кана- лом (канал между истоком и стоком заранее выполнен (встроен) с помощью диффу зии). По типу электропроводности канала различают n-канальные и р-канальные транзисторы.

Полупроводниковая область, от которой начинается дрейф основных но- сителей заряда, называется истоком, а область, к которой под действием поля движутся (дрейфуют) носители - стоком. Область, где осу ществляется дрейф носителей заряда и амплиту дная модуляция дрейфового тока, называется каналом. Металлическая или полу проводниковая область, используемая для создания модуляции дрейфового тока, называется затвором. Наконец, под- ложка является конструктивной основой МДП транзистора. Конструкции МДП транзисторов представлены на рис. 2.1. Показаны также области транзи- сторов и знаки подаваемых напряжений. В МДП интегральных схемах МДП транзистор является основным и единственным элементом. Он может выпол- нять функции активных приборов (ключевой транзистор в инверторе, усили- тельный транзистор) и пассивных элементов (нагру зочный транзистор в ин- верторе, конденсатор в элементе памяти). Нагру зочные МДП - элементы ис- пользуют в составе ИС в качестве резисторов. Необходимый номинал сопро- тивления достигается конструктивно - выбором размеров канала и схемотех- нически - подачей на затвор потенциала определенной величины. В качестве конденсаторов в МДП -транзисторе могут быть использованы емкости обрат- носмещенных р-n переходов Сии и Сси, а также емкость МДП конденсатора Сзи.

На рис. 2.2 изображен р-канальный МДП транзистор с индуцированным ка- налом, здесь же показаны его основные констру кторские параметры: d - толщина подзатворного диэлектрика, L - длина канала, Z - ширина канала. Ос- тальные конструкторские параметры (размеры затвора, истока и стока, толщи- ны истока и стока и т.д.) являются вспомогательными и определяются при про- ектировании по технологическим ограничениям на размеры МДП - структуры.

К основным электрическим параметрам и характеристикам МДП транзисто- ров относятся:

1) выходная вольт-амперная характеристика (ВАХ) Jc(Uc) приU= const (стоко- вая ВАХ) (рис. 2.3);

2) переходная ВАХ (стоко-затворная) Jc(Uc) при U3= const, (рис.2.4);

3) пороговое напряжение U0, В - минимальное напряжение на затворе (для р-канального транзистора оно отрицательное), при котором возникает ток меж- ду истоком и стоком, т.е. образуется канал. Этот параметр имеет место только для МДП транзисторов с индуцированным каналом;

Рис. 2.1. Конструкция МДП транзистора: n - канальных (а, б); р - канальных (в, г); с индуцируемым каналом (а, в); со встроенным каналом (б, г); И - исток, С - сток; 3 - затвор; К - канал ; П - подложка И 3 С Рис. 2.2. Конструкция р - канального МДП транзистора Рис.2.3. Выходная ВАХ р - канального МДП транзистора с индуцированным каналом. Области ВАХ: 1 - активный режим, 2 - режим насыщения, 3 - пробой Рис. 2.4. Стоко-затворная ВАХ р - канального МДП транзистора с индуцированным каналом Рис. 2.5. Зависимость порогового напряжения от d и Nд 4) вход но е со про ти влени е RB X, МО м;

5)пар аз итные межэлектро дн ые емкости Сз п Сз и, Сзс, Сс п, Сип, Сис, пФ;

6) кру тиз на сто ко - з атво р но й х ар актер и сти ки 7) ко эффициент у силения 8) со про тивление кан ала 9) уд ельн ая или но р мир о ван н ая кр у тиз н а гд е ц - по д ви жно сть но си телей зар яд а в кан але; С0 З = 0 µ /d- у д ельн ая емко сть з атвор а.

- о тно си тельн ая ди электр и ч еская пр оницаемо сть матери ала п од з атвор но го ди электр и ка;

- электри ч еская п осто янн ая вакуу ма.

Пар аметр ы (2.1) - ( 2.3) взаи мо связ ан ы:

K = S* Rk (2.5) 10) S- по сто янн ая вр емен и кан ала, х ар актер из у ющая инер цио нно сть R- C си стемы S = Rk CЗ, гд е CЗ - по лн ая емко сть затвор а, CЗ = L Z 0 / d ;

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 8 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.