Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Возникновение паразитных связей активного типа




 

Структура полупроводниковых приборов, в частности элементов интегральных схем и интегральных схем в целом такова, что всегда имеет место контакт двух полупроводников с разной степенью легирования либо контакт металл-полупроводник, либо металл-диэлектрик.

На этих контактах неизбежно возникает контактная разность потенциалов, которая обуславливает инерционность электронных процессов в элементах ИС. Каждый такой переход характеризуется диффузионной и барьерной ёмкостью. При прямом включении следует учитывать диффузионную ёмкость, при обратном – барьерную.

Одним из таких контактов есть обратно смещённые p-n-переходы, которые используются для изоляции элементов ИС. Недостатком такого вида изоляции есть образование паразитных транзисторов, которые хоть и являются нормально закрытыми в следствии наличия обратного напряжения на изолирующем переходе, но при при попадании на них каких-либо импульсов помех может произойти нежелательное отпирание и срабатывание этих элементов. Часто рассматривают так называемые собственные ёмкости элементов ИС и паразитные ёмкости, которые отличаются от собственных тем, что обычно являются результатом изоляции элементов ИС и не присущи дискретным аналогам. И первая, и вторая являются по сути паразитными.

 

Рассмотрим собственные и паразитные ёмкости интегрального МДП-транзистора (рис. 1)

 

 

рис.1. Распределение ёмкостей МДП-транзистора.

Здесь собственные ёмкости – Сзи, Сзс, Сис. Паразитные ёмкости: Срn - ёмкость перехода подложка-легпрованная р+ область, Смр- ёмкость перекрытия затвором р+ области.

Другим примером является диодное включение транзистора, при котором кроме собственной ёмкости диода появляется паразитная ёмкость на подложку. Обе ёмкости зависят от варианта включения транзистора (табл. 1)

Вариант включения Емкость диода, пФ Паразитная ёмкость на подложку, пФ
БК-Э 0.5  
БЭ-К 0.7  
Б-ЭК 1.2  
Б-Э 0.5 1.2
Б-К 0.7  

Табл.1. параметры диодного включения транзисторов

 

Из таблицы видно, почему именно варианты БК-Э и Б-Э обычно используются в ИС.

Наличие дополнительных n- и р- областей в структуре интегральных резисторов приводит к появлению паразитных связей, которые учитываются эквивалентной схемой (рис.2). Изолирующие переходы создают дополнительные барьерные ёмкости С1 и С2, ёмкость которых нелинейно зависит от напряжения обратного смещения. Кроме того в структуре диффузионного резистора образуется паразитный транзистор типа pnp. Влияние паразитного транзистора можно исключить подавая напряжение обратного смещения на n-область, изолирующую диффузионный резистор.

 

рис.2. Структура диффузионных резисторов на основе базовой (а) и эмиттерной (б) области и их эквивалентная схема.

В зависимости от типа резисторов, они обладают различными ёмкостями. Это показывает табл.2.

Тип резистора Диффузионный резистор на основе базовой области Пинч-резистор Диффузионный резистор на основе эмиттерной области Эпитаксиальный резистор Ионно-легированный резистор n-типа
Паразитная ёмкость, пФ/мм2 150-350 1000-1500 1000-1500 80-100 200-350

табл.2. Характеристики интегральных резисторов.

 

Так как элементы ИС не являются экранированными друг от друга, то имеет место влияние токов и полей различных компонентов ИС друг на друга. Примером может служить паразитная связь, возникающая между контактными площадками, либо близко расположенными резисторами, транзисторами и т. д. Чтобы избежать этих нежелательных связей следует располагать компоненты ИС на достаточных дистанциях. Для уменьшения паразитных связей между контактными площадками под ними формируют изолированную область (за исключением контактной площадки с наименьшим потенциалом).

При проектировании ИМС на МДП-транзисторах возникает ещё один механизм возникновения активных паразитных эффектов. Кроме наличия паразитных МДП- и биполярных транзисторов здесь возможно также образование паразитных каналов. Фрагмент структуры инвертора с КМДП-транзисторами показан на рис. 3. Паразитный р-канал образуется между областями 3 и 6 при отрицательном потенциале на относительно подложки 1 на металлическом проводнике 4, соединяющим стоки 3 и 8 КМДП-транзисторов. Празитный n-канал образуется между областями 1 и 8 при положительном потенциале на проводнике 4 относительно р-кармана. Эти каналы способствуют протеканию токов утечки между транзисторами за счёт инаерсии электропроводности полупроводникового материала на границе кремний-окисел. Основным механизмом устранения паразитных каналов является применение охранных колец. Их формируют локальным легированием в процессе формирования стоков и истоков р- и n-канальных транзисторов.

 

рис.3. Образование паразитных каналов в инверторе с активной нагрузкой:

 

1-подложка;

2,3- исток и сток р-канального МДП-транзистора;

4-металлический проводник;

5-n+ - охранное кольцо;

6- p-карман;

7-р+ - охранное кольцо;

8,9- сток и исток n-канального МДП-транзистора.

 

?????. Паразитные связи в диффузионных резисторах

Структура полупроводниковых приборов, в частности элементов интегральных схем и интегральных схем в целом такова, что всегда имеет место контакт двух полупроводников с разной степенью легирования либо контакт металл-полупроводник, либо металл-диэлектрик.

На этих контактах неизбежно возникает контактная разность потенциалов, которая обуславливает инерционность электронных процессов в элементах ИС. Каждый такой переход характеризуется диффузионной и барьерной ёмкостью. При прямом включении следует учитывать диффузионную ёмкость, при обратном – барьерную.

Диффузионные резисторы (ДР) изготовляют одновременно с базовой или эмиттерной областью. Сопротивление ДР представляет собой объемное сопротивление участка диффузионного слоя, ограниченного р-n-переходом. Оно определяется геометрическими размерами резистивной области и распределением примеси по глубине диффузионного слоя, которое, в свою очередь, характеризуется удельным поверхностным сопротивлением рs. Значение рs является конструктивным параметром резистора, зависящим от технологических факторов (режима диффузии). При создании ИМС параметры диффузионных слоев оптимизируют с целью получения наилучших характеристик транзисторов типа n-p-n, поэтому параметры ДР улучшают не варьированием технологических режимов, а выбором конфигурации и геометрических размеров резистора.

Наличие дополнительных n- и р- областей в структуре интегральных резисторов приводит к появлению паразитных связей, которые учитываются эквивалентной схемой (рис.1). Изолирующие переходы создают дополнительные барьерные ёмкости С1 и С2, ёмкость которых нелинейно зависит от напряжения обратного смещения. Величины этих ёмкостей можно посчитать по формуле для барьерной ёмкости резкого р-n- перехода, которая с определённым приближением может быть использована в случае диффузионных переходов с большой разностью концентраций примеси в полупроводниковых слоях, примыкающих к р-n- переходу.

C=S*(q*En*E0*N/(2(Uобр+fiк)))^(1/2),

где S – площадь р-n- перехода; Еn – диэлектрическая проницаемость кремния, E0 – диэлектрическая проницаемость вакуума, N – концентрация примесей на высокоомной стороне р-n-перехода, fiк – контактная разность потенциалов на p-n- переходе.

Кроме того в структуре диффузионного резистора образуется паразитный транзистор типа pnp. Влияние паразитного транзистора можно исключить подавая напряжение обратного смещения на n-область, изолирующую диффузионный резистор.

рис.1. Структура диффузионных резисторов на основе базовой (а) и эмиттерной (б) области и их эквивалентная схема.

 

В зависимости от типа резисторов, они обладают различными ёмкостями. Это показывает табл.1.

Тип резистора Диффузионный резистор на основе базовой области Пинч-резистор Диффузионный резистор на основе эмиттерной области Эпитаксиальный резистор Ионно-легированный резистор n-типа
Паразитная ёмкость, пФ/мм2 150-350 1000-1500 1000-1500 80-100 200-350

табл.1. Характеристики интегральных резисторов.

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...