Главная  Интегральный монолит 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [ 23 ] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

При соответствующем выборе дозы легирования и температуры отжига можно получить сопротивление слоя от 500 кОм/квадрат до 20 кОм/квад-рат. Как доза легирования, так и режим отжига после этапа легирования допускают тонкую регулировку. Так, абсолютная величина сопротивления слоя может выдерживаться с точностью ±6%, а однородность вдоль поверхности кристалла -с точностью ±2%.

На рис. 3-16 изображены вид сверху и поперечное сечение резистора с ионным легированием р-типа. Из-за очень малой толщины резистора трудно получить хороший омический контакт с легированной поверхностью. Поэтому в качестве контактных площадок используются углубленные диффузионные области р-типа, как это показано на рисунке.

При больших значениях сопротивления слоя, т. е. при Rcn> >10 кОм, вольт-амперная характеристика резистора с ионным легированием имеет сходство с характеристикой полевого транзистора с управляющим р-п переходом Бследствие пинч-эффекта, связанно-

Метаммические

1иффузионна/г кантактиая площадка-р-типа


Резистор с ионным легированием р-типа

Металл.,

\ 1

Зона р-лвгироВанил \

Диффузионная зона

В)

Рис. 3-16. Резистор с ионным легированием. й - вид сверху; 6 - поперечное сечение.

ГО С проникновением обедненного слоя перехода резистор - подложка в область р-типа. При более низких значениях сопротивления этот эффект на практике не проявляется.

Температурный коэффициент резисторов с ионным легированием обычно меньше, чем у диффузионных резисторов. Так, у I- 2 кОм/квадрат резисторов с ионным легированием он в 4-5 раз меньше, чем у типичного резистора с базовой диффузией.

Низкий температурный коэффициент, высокое сопротивление слоя и хорошая совместимость с- другими элементами - все это делает резисторы с ионным легированием весьма удобными для изготовления прецизионных аттенюаторов, а также в микромощных схемах. •

3-7. ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ РЕЗИСТОРЫ

Тонкопленочные резисторы, представляющие собой тонкую проводящую пленку на поверхности кремния, могут быть изготовлены методом нанесения тонких пленок, который описан ранее. По сравнению с диффузионными резисторами тонкие пленки обладают следующими преимуществами:

1. Низкий температурный коэффициент.

2. Более тонкая регулировка абсолютной величины.

3. Меньшие значения паразитных параметров.

4. Более высокое сопротивление слоя.

Главным недостатком тонкопленочных резисторов является необходимость специальных дополнительных этапов при их изготовлении. В некоторых случаях в дополнение к основным этапам изготовления пленки необходимо еще покрытие двуокисью кремния ЗЮг для стабилизации резистора от воздействия атмосферы.

В качестве материала при изготовлении тонкопленочных резисторов для интегральных схем наиболее часто используются тантал Та,



никель - хром Ni-Сг и двуокись олова Sn02. В табл. 3-4 приведены основные параметры тонкопленочных резисторов. Из трех приведенных веществ Та и Ni-Сг получили более широкое распространение.

При изготовлении тонкопленочных резисторов для интегральных схем обычно стараются избегать зигзагообразной геометрии с острыми углами, поскольку участки вблизи этих углов оказываются слабее протравленнымн при маскировании. Вместо этого предпочитают закругленную форму резистора, например, как показано на рис. 3-П,б. Другой возможный путь, позволяющий обойтись без острых углов, заключается в изготовлении большого количества- параллельно расположенных ленточек из материала резистора, которые затем могут быть соединены последовательно с помощью поперечных полосок алюми-

Таблица 3-4

Характеристики тонкоплентных резисторов

Характеристики

Сопротивление слоя. Ом/квадрат

Температурный коэффициент, 10-= "С-

величина абсолютного разброса, о/о

Величина относительного разброса. %

Напряжение пробоя, В

ния. Тонкопленочные резисторы должны, кроме того, располагаться на гладкой области поверхности оксидного слоя, не содержащей ступенек или резких изменений толщи-.ны оксидного слоя.

Материал резисторов

Ni-Cr

SnOi

200-

5000

4000

От 0

1500

±5

±8

±2

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Ограничения, присущие технологии интегральных схем, часто вызывают серьезные затруднения у разработчиков- специалистов в области линейных схем на дискретных элементах. Ниже перечислены некоторые из основных недостатков монолитных структур, которые препятствуют использованию многих дискретных элементов в интегральных схемах:

1. Большие допуски на абсолютные величины.

2. Сильная температурная зависимость.

3. Ограничения на величину элементов.

4. Отсутствие интегральных ин-дуктивностей.

5. Ограниченный выбор совместимых активных элементов.

С другой стороны, методы изго-товдения интегральных схем представляют для }эазработчика целый

ряд необычных и весьма существенных преимуществ:

1. Достгпность большого числа активных элементов.

2. Хороший подбор и сопряжение параметров элементов системы.

3. Хороший тепловой контакт.

4. Возможность управлять геометрией и расположением эл-ментов..

Используя основные преимущества интегральных схем, часто удается сконструировать приборы, обладающие значительно лучш;ими характеристиками, чем у аналогичных дискретных устройств.

Цель этой главы состоит в том,, чтобы выявить основные правила проектирования аналоговых интегральных схем, позволяющие эффективно использовать преимущества интегральной технологии и обходить присущие им ограничения. Основные схемные конфигурации, которые будут рассмотрены в этой



главе, относятся к проектированию интегральных схем постоянного тока, особенно схем стабилизации тока и напряжения и их температурного дрейфа. Эти конфигурации образуют как бы строительные блоки, которые служат отправной точкой при конструировании больших схем, выполняющих сложные функции.

4-1. КАСКАДЫ ИСТОЧНИКОВ ТОКА

В источнике постоянного тока опорный ток, текущий в одной из ветвей цепи, точно воспроизводится в другой ветви практически независимо от абсолютных величин параметров прибора. Такая схемная конфигурация является особенно полезным строительным блоком при конструировании аналоговых схем, поскольку позволяет устанавливать постоянные смещения в цепи, точность которых определяетст точностью под-бора или сопряжения параметров элементов монолитной схемы.

Каскад постоянного тока функ-цпонально играет роль генератора тока, один из выводов которого заземлен по переменному току. Вообще говоря, этот вывод может иметь как положительный, так и отрицательный потенциал. В зависимости от направления тока, поступающего в данный схемный узел от каскада постоянного тока, последний называется либо токоотводом, как показано на рис. 4-1, либо источником тока. С точки зрения теоретического анализа схем различие между источником тока и токоотводом сводится к изменению полярности.

i-UO-

-цо-

-Uo-


Рис. 4-1. Схемы источника тока (а) и токо-отвода (б).

Однако условия совместимости элементов в монолитных схемах приводят к тому, что каскад постоянного тока того или иного рода может быть использован для питания приборов соответствующей полярности, чапример р-п-р транзистора или р-канального полевого транзистора в случае источника тока и п-р-п транзистора или «-канального полевого транзистора в случае токоот-вода. Поскольку технология интегральных схем базируется на п-р-п -биполярном процессе, удобней оказывается конфигурация токоотвода. Анализ, приведенный далее в этом параграфе, относится именно к случаю токоотвода. Однако основные результаты и выводы непосредственно переносятся на случай источника тока при соответствующем изменении полярности транзисторов и напряжения питания.

Токоотвод с диодным смещением

Как уже обсуждалось в гл. 2, эмиттерный ток транзистора /э связан с напряжением база - эмиттер С/бз соотношением:

. г7бэ=С/т1п(/э эо), (4-1)

где JJr=kTlq - температурный потенциал; /эо - обратный ток насыщения.

Обратный ток насыщения пропорционален площади перехода эмиттер - база S:

/о=уэ5, (4-2)

где коэффициент пропорциональности уэ зависит от собственных параметров полупроводника, таких, как диффузионная длина неосновных носителей и концентрация примесей с каждой стороны перехода. Из уравнений (4-1) и (4-2) следует, что если два транзистора и Ti работают под одним и тем же напряжением база - эмиттер, то их эмит-TCjJHbie токи относятся как площади их эмиттеров:

--4. (4-3)



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [ 23 ] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

0.0009