Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Конденсаторы в пленочных интегральных схемах

8.1.

Резисторы в плёночных интегральных схемах

Элементы пленочных ИС

Как известно, промышленная технология активных пленочных элементов (диодов и транзисторов) пока не разработана. Поэтому ниже рассматриваются только пассивные элементы: резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Эти элементы могут изготавливаться как по тонкопленочной, так и по толстопленочной технологии. Конфигурации тонко- и толстопленочных элементов одинаковы, но их конкретные геометрические размеры (при заданных электрических параметрах) могут существенно различаться в связи с использованием совершенно разных материалов.

Пленочные элементы нет необходимости изолировать друг от друга, так как все они выполняются на диэлектрической подложке. Поскольку подложка сравнительно толстая (не менее 500 мкм), а расстояния между элементами сравнительно большие, паразитные емкости практически отсутствуют и их учет на эквивалентных схемах обычно не имеет смысла.

Резисторы

Структура и конфигурации пленочного резистора показаны на рис. 7.50.

Как видим, в общем случае конфигурация пленочного резистора такая же, как диффузионного (рис. 7.35), т.е. зигзагообразная. В частности, она может быть полосковой. Поэтому расчет сопротивления можно проводить по формулам (7.5). Удельное сопротивление слоя зависит от толщины слоя и материала. Типичные значения Rs приведены в табл. 7.5. Там же приведены типичные значения других параметров резисторов: максимального и минимального номиналов сопротивления, разброса номиналов (S), температурного коэффициента (ТКС) и временного дрейфа сопротивления (за 1000 ч при температуре + 70 °С).

Рис. 7.50. Пленочные резисторы полосковой (а) и зигзагообразной (б) конфигурации.

Значение разброса (допуска) 5 приведены для двух случаев: когда отсутствует специальная подгонка (юстировка) резисторов после их изготовления (б/подг.) и после такой подгонки (с подг.). Значения ТКС также приведены для двух величин: для сопротивления отдельного резистора (R) и для отношения сопротивлений двух резисторов (R1/R2).

Из типичных параметров пленочных резисторов можно сделать следующие общие выводы:

- диапазон сопротивлений пленочных резисторов несравненно шире, чем полупроводниковых (диффузионных и ионно-легированных);

- тонкопленочная технология обеспечивает более высокую прецизионность и стабильность резисторов;

- подгонка обеспечивает существенное уменьшение разброса (допусков) сопротивлений; следовательно, возможность такой подгонки является важным преимуществом пленочных резисторов;

- отношение сопротивлений, как и в случае полупроводниковых ИС, характеризуется меньшим разбросом и меньшим ТКС, чем отдельное сопротивление.

Подгонку резисторов можно осуществлять разными способами. Простейший, исторически первый способ состоит в частичном механическом соскабливании резистивного слоя до того, как поверхность ИС защищается тем или иным покрытием. Более совершенными являются методы частичного удаления слоя с помощью электрической искры, электронного или лазерного луча. Разумеется, все эти способы позволяют только увеличивать сопротивление резистора. Наиболее совершенный и гибкий метод состоит в пропускании через резистор достаточно большого тока. При токовой подгонке одновременно идут два процесса: окисление поверхности резистивного слоя и упорядочение его мелкозернистой структуры. Первый процесс способствует увеличению, а второй — уменьшению сопротивления. Подбирая силу тока и атмосферу, в которой ведется подгонка, можно обеспечить изменение сопротивления и в ту, и в другую сторону на ± 30% с погрешностью (по отношению к желательному номиналу) до долей процента.

6.1.

Индуктивности и проводники в пленочных ИС

Элементы пленочных ИС

Как известно, промышленная технология активных пленочных элементов (диодов и транзисторов) пока не разработана. Поэтому ниже рассматриваются только пассивные элементы: резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Эти элементы могут изготавливаться как по тонкопленочной, так и по толстопленочной технологии. Конфигурации тонко- и толстопленочных элементов одинаковы, но их конкретные геометрич еские размеры (при заданных электрических параметрах) могут существенно различаться в связи с использованием совершенно разных материалов.

Катушки индуктивности

Как уже отмечалось, возможность осуществлять катушки индуктивности методами микроэлектроники является одним из достоинств пленочной технологии. Такие катушки представляют собой плоские спирали, обычно прямоугольной конфигурации (рис. 7.52). Для уменьшения сопротивления в качестве материала используется золото. Ширина металлической полоски составляет 30-50 мкм, просвет между витками 50-100 мкм. При таких геометрических размерах удельная индуктивность лежит в диапазоне 10—20 нГн/мм2, т.е. на площади 25 мм2 можно получить индуктивность 250-500 нГн.

Добротность катушек индуктивности на высокой частоте определяется выражением

, (7.11)

где rВ — сопротивление высокочастотных потерь. Например, на частоте 100 МГц добротность может иметь значение QB = 50. В отличие от добротности конденсатора добротность катушки возрастает с увеличением частоты. Поэтому пленочные катушки могут успешно работать в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ), при частотах 3-5 ГГц. При этом число витков составляет 3-5.

В связи с разработкой микроминиатюрных проволочных катушек применение пленочных катушек, особенно на частотах менее 50-100 МГц, ограничивается, и предпочтение, как и в случае конденсаторов, отдается навесным компонентам.

7.1.

Конденсаторы в пленочных интегральных схемах

Элементы пленочных ИС

Конденсаторы

Структура и конфигурация типичного пленочного конденсатора показаны на рис. 7.51. Удельная емкость конденсатора определяется по формуле (7.4),

(7.4)

где толщина диэлектрической пленки d существенно зависит от технологии: для тонких пленок d = 0,1-0,2 мкм, для толстых d = 10-20 мкм. Поэтому при прочих равных условиях удельная емкость толстопленочных конденсаторов меньше, чем тонкопленочных. Однако различие в толщине диэлектрика может компенсироваться благодаря различию диэлектрических проницаемостей материалов.

У тонкопленочных конденсаторов удельная емкость не пропорциональна диэлектрической проницаемости используемого материала, так как учитывается еще его пробивная напряженность. Материал с высоким значением Е может иметь малую пробивную напряженность. Тогда при заданном пробивном напряжении толщину диэлектрического слоя необходимо увеличивать, и выигрыш в удельной емкости оказывается меньше ожидаемого.

При выборе диэлектрика для высокочастотных конденсаторов (как тонко-, так и толстопленочных) приходится дополнительно учитывать потери энергии в диэлектрике. Что касается омических потерь в обкладках пленочных конденсаторов, то они гораздо меньше, чем у полупроводниковых конденсаторов, потому что в качестве обкладок используются металлические слои с высокой проводимостью.

Из типичных параметров пленочных конденсаторов можно сделать следующие общие выводы:

- удельные емкости пленочных конденсаторов (при надлежащем выборе диэлектрика) в несколько раз и даже на порядок превышают удельную емкость МОП-конденсаторов и тем более диффузионных конденсаторов;

- максимальные емкости пленочных конденсаторов могут быть на несколько порядков больше, чем емкости полупроводниковых конденсаторов, главным образом благодаря большей площади (поскольку площадь подложек гибридных ИС значительно превышает площадь кристаллов полупроводниковых ИС);

- толстопленочные конденсаторы незначительно уступают - тонкопленочным по большинству параметров, за исключением, может быть, температурного коэффициента;

- для высокочастотных тонкопленочных конденсаторов оптимальным диэлектриком является моноокись кремния; близкими к ней параметрами обладает также моноокись германия.

Следует заметить, что в последнее время, в связи с наличием миниатюрных дискретных конденсаторов (в том числе с весьма большой емкостью — до нескольких микрофарад), наблюдается тенденция к отказу от пленочных конденсаторов и замене их навесными конденсаторами.

Локальная диффузия.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Воспользуйтесь поиском по сайту: