Пояснения к изучаемым вопросам. При изучении элементов полупроводниковых имс и способов изоляции между нами

 

При изучении элементов полупроводниковых ИМС и способов изоляции между нами необходимо усвоить их основные особенности: наличие электрической связи с общей подложкой; получение всех элементов за единый технологический цикл, что определяет корреляцию параметров элементов и ограничения по их номиналам; возможность реализации элементов, не имеющих аналогов в дискретной электронике (например, многоэмиттерный транзистор) и отсутствие традиционных элементов - индуктивностей и трансформаторов.

Способ изоляции элементов в полупроводниковых ИМС, выполненных на основе биполярных структур, во многом определяет как предельно достижимые параметры и характеристики ИМС, так и последовательных технологических операций при их изготовлении. Следует понимать, что в полупроводниковых ИМС на МДП-структурах изоляции между элементами не требуется.

Известные способы изоляции между элементами разделяются на два главных типа: изоляция обратно смещенным p-n переходом и изоляция диэлектриком. Подробное описание ИМС с различными типами изоляции, а также их недостатки и преимущества описаны в [2, глава 6; 4].

Основу биполярных полупроводниковых ИМС составляют  транзисторы. Отличия параметров и характеристик интегрального  транзистора от дискретного определяются расположением всех трех выводов на одной поверхности, а также влиянием подложки. Следует обратить внимание на способы улучшения параметров интегрального  транзистора, в частности, введение скрытого п⁺ - слоя.

Диоды полупроводниковых ИМС реализуются на основе  транзисторов, причем их параметры зависят от схемы включения транзистора в качестве диода.

Следует обратить внимание на проблему реализации p- n- p транзисторов на одной подложке с основными  транзисторами, понимать отличия горизонтального и вертикального  транзисторов. Такие элементы наряду с супербета-транзисторами широко используются в полупроводниковых ИМС. Все перечисленные элементы ИМС подробно описаны в [4, глава 7].

Параметры и характеристики пассивных элементов полупроводниковых ИМС (диффузионных и ионно-легированных резисторов, диффузионных и МДП-конденсаторов) существенно отличаются от соответствующих параметров и характеристик дискретных резисторов и конденсаторов.

Необходимо знать порядок температурных коэффициентов сопротивлений и ёмкостей пассивных элементов полупроводниковых ИМС, их основные отличия от дискретных пассивных компонентов и уметь изобразить простейшие модели (эквивалентные схемы), учитывающие паразитные эффекты. Особое внимание следует уделить МДП-конденсаторам, широко использующимся в самых новейших разработках дискретно-аналоговых МДП-ИМС. Следует также понимать, что несмотря на большой разброс номиналов полупроводниковых резисторов и конденсаторов, отношения номиналов в пределах кристалла выдерживаются с достаточно высокой точностью (0,5...3%). [4. с. 258-270], [1д, с. 50-74].

 

Контрольные вопросы

 

1. Изобразите конструкцию биполярной ИМС и изоляцией между элементами обратносмещенными  переходами.

2. Изобразите конструкцию биполярной ИМС с диэлектрической изоляцией между элементами.

3. Перечислите основные преимущества и недостатки ИМС с диэлектрической изоляцией между элементами.

4. Изобразите устройство интегрального  транзистора, поясните основные отличия от аналогичного дискретного транзистора.

5. Изобразите устройство многоэмиттерного и многоколлекторного транзисторов, поясните их основные особенности.

6. Изобразите устройство горизонтального и вертикального  транзисторов, поясните их основные особенности.

7. Каким образом реализуется супербета-транзистор?

8. Изобразите схемы включения транзистора в качестве диода, приведите основные параметры для каждой из схем включения.

9. Изобразите устройство диффузионного резистора, приведите его основные параметры.

10. Изобразите модель (эквивалентную схему) диффузионного резистора, учитывающую паразитные эффекты.

11. Каким образом можно резко увеличить сопротивление диффузионного резистора?

12. Изобразите устройство диффузионного конденсатора на основе обратносмещенного  перехода, приведите его основные параметры.

13. Изобразите модели (эквивалентные схемы) диффузионного резистора для областей НЧ и ВЧ.

14. Изобразите устройство МДП-конденсатора, поясните его основные преимущества по сравнению с диффузионными конденсаторами.

15. В каких пределах лежат значения абсолютного и относительного разброса номиналов пассивных элементов полупроводниковых ИМС? Каким образом обеспечивается требуемая точность параметров полупроводниковых ИМС?