Напівпровідникові конденсатори
У біполярних напівпровідникових ІМС роль конденсаторів відіграють назад зміщені р-n переходи. У таких конденсаторів хоча один із шарів є дифузійним, тому їх називаютьдифузійними конденсаторами.
4.8.1 Дифузійний конденсатор.
Типова структура дифузійного конденсатора, у якому використовується перехід колектор - база, показано малюнку 4.18а. Місткість такого конденсатора в загальному випадку має вигляд:
де С0-питома ємність р-n переходу, S-площа конденсатора. Оптимальною конфігурацією є форма близька до квадрата.
Наприклад, якщо C0=150 пФ/мм 2 і =100 пФ, то S»0,8 мм. Як бачимо, розміри конденсатора вийшли порівнянними із розмірами кристала.
Використовуючи не колекторний, а емітерний р-n перехід, можна забезпечити у 5-7 разів більші значення максимальної ємності. Це більшою питомою ємністю емітерного переходу, оскільки він утворений шарами з вищою концентрацією, отже, меншою товщиною р-n переходу. Можливе спільне використання емітерного та колекторного переходів.
Основні параметри дифузійного конденсатора наведено у таблиці 4.2 для обох варіантів конденсаторів - з використанням колекторного та емітерного переходів. Як бачимо, основна перевага при використанні емітерного переходу – великі значення максимальної ємності. За пробивною напругою цей варіант поступається варіантом з використанням колекторного переходу.
Еквівалентна схема конденсатора наведена малюнку 4.18б.
| Тип | С0, пФ/мм 2 | d, % | ТКЕ, %/0С | UПР, В | Q (1 МГц) |
| конденсатора | |||||
| Перехід БК | ±20 | -0,1 | 5-10 | ||
| Перехід БЕ | ±20 | -0,1 | 5-10 | ||
| МОП-структура | ±25 | 0,02 |
Необхідною умовою нормальної роботи конденсатора є зворотне зміщення р-n переходу. Отже, напруга на конденсаторі повинна мати суворо певну полярність. Крім того, ємність залежить від напруги. Це означає, що конденсатор єнелінійним свольт-фарадною характеристикою, як у варикапа. Однак частіше потрібні лінійні конденсатори з постійною ємністю, які здатні пропускати без спотворення змінні сигнали і блокувати (тобто не пропускати) постійні складові сигналів, вони успішно виконує таку функцію за наявності постійного зміщення Е, що перевищує амплітуду змінного сигналу.
З іншого боку, є можливість змінювати значення ємності, змінюючи зсув Е.Отже, конденсатор можна використовувати не тільки як «звичайний» конденсатор з постійною ємністю, але і як конденсатор з електрично керованої ємністюабо, як кажуть, конденсатора змінної ємності. Однак діапазон електричного регулювання обмежений: змінюючи зсув Еот 1 до 10 можна змінити ємність конденсатора всього в 2-2,5 рази.
Через високий опір колекторного n-шару добротність таких конденсаторів низька.
4.8.2 МОП-конденсатор.
Інтегральним конденсатором, принципово відмінним від дифузійного, є МОП-конденсатор. Його типова структура показано малюнку 4.18в. Тут над емітерним n+- шаром за допомогою додаткових технологічних процесів вирощений шар тонкого (0,08-0,12 мкм) оксиду. Надалі, при здійсненні металевого розведення, на цей шар напилюється алюмінієва верхня обкладкаконденсатора. Нижньою обкладкою служить емітерний n+- шар.
Основні параметри МОП-конденсаторів наведено у таблиці 4.2. Добротність вища, тому що опір r значно нижчий через n + -шару.
Важливою перевагою МОП-конденсаторів у порівнянні з дифузійним є те, що вони працюють за будь-якої полярності напруги, тобто аналогічні «звичайному» конденсатору. Однак МОП-конденсатор, як і дифузійний, також нелінійний. Паразитна ємність МОП-конденсаторів враховується за допомогою вже відомої еквівалентної схеми (рисунок 4.18г), де під ємністю СП слід розуміти ємність між n-кишенею та р-підкладкою.
На закінчення зауважимо, що в МОП-транзисторних ІМС, на відміну від біполярних, виготовлення МОП-конденсаторів не пов'язане з додатковими технологічними процесами: тонкий оксид для конденсаторів виходить на тому ж етапі, що і тонкий оксид під затвором, а напівпровідниковий низькоомний шар - на етапі легування витоку та стоку. Ізолювальні кишені у МОП-технології, як відомо, відсутні.