Головна |
Діоди в інтегральних мікросхемахпризначені для виконання ряду логічних функцій перемикання електричних сигналів, випрямлення електричного струму, детектування сигналів.
Раніше діоди ІС виконувалися у вигляді структури з двох областей з різним типом електропровідності, т. Е. У вигляді звичайного р-п-переходу. В останні роки в якості діодів стали застосовуватися біполярні транзистори в діодному включенні. Будь-який з р-n-переходів транзисторної структури, а також їх комбінація можуть бути використані в якості інтегрального діода. Це виявилося зручним для виробництва. Можливі п'ять варіантів діодного включення транзистора. Вони показані на рис. 4.2 і дещо відрізняються один від одного параметрами.
У варіанті БК - Е замкнуті накоротко база і колектор. У такого діода час відновлення, т. Е. Час перемикання з відкритого стану в закрите, найменше - одиниці наносекунд. У варіанті Б - Е використовується тільки емітерний перехід. Час перемикання в цьому випадку в кілька разів більше. Обидва ці варіанти мають мінімальну ємність (десяті частки пікофарад) і мінімальний зворотний струм (0,5 - 1,0 нА), однак і мінімальне пробивна напруга. Останнє несуттєво для низьковольтних ІС.
а
б
в
г
д
Мал. 4.2. Схема діодного включення і конструкції
інтегральних біполярних діодів типів:
а - база - емітер (Б - Е); б - База - колектор (Б - До);
в - База колектор - емітер (БК - Е);
г - База емітер - колектор (БЕ - До);
д - База - емітер колектор (Б - ЕК);
Со- Ємність діода між анодом і катодом;
Cg - Паразитна ємність на підкладку; П - підкладка
варіант БЕ - До, В якому закорочені база і емітер, і варіант Б - До (Сиспользованием одного колекторного переходу) по часу перемикання і ємності приблизно рівноцінні варіанту Б - Е, але мають більш високу пробивну напругу (40 - 50 В) і більший зворотний струм (15 - 30 нА). варіант Б - ЕК з паралельним з'єднанням обох переходів має найбільший час перемикання (100 нс), найбільший зворотний струм (до 40 нА), трохи більшу ємність і таке ж мале пробивна напруга, як і в перших двох варіантах.
Еквівалентні схеми включення транзисторних структур як діодів містять власну ємність діода і паразитні ємності, які мають істотний вплив на характеристики діодів.
Пробивні напруги діодів залежать від типу використовуваного переходу. Якщо застосовується невеликий емітерний перехід з сильно легованої областю емітера, то пробивні напруги невеликі. Навпаки, при використанні протяжного, слаболегірованних колекторного переходу пробивні напруги досить великі.
Зворотні струми Iобр є по суті струмами термогенерации, залежні від обсягу р-n-переходу. Тому вони мають великі значення у діодів, в яких використовується великий колекторний перехід.
В цілому оптимальним варіантом для інтегральних схем є структури типу БК - Э на основі переходу «база-емітер» з закороченому на базу колектором і тип Б - Э на основі переходу «база-емітер» з розімкненим ланцюгом колектора.
В інтегральних схемах використовуються також діоди Шотткі, що представляють собою контакт металу з кремнієм, легованих донорной домішкою (менше 1017 см-3).
На рис. 4.3 наведені конструктивні рішення планарних діодів Шотткі:
- Конструкція з охоронним кільцем з р+-області кремнію дозволяє виключити сильні електричні поля на краях (а);
- Діод Шотткі з розширеним електродом дозволяє уникнути пробою (б);
- Конструкція з випрямляють і омічними контактами (в).
а
б
в
Мал. 4.3. Конструктивні рішення планарних діодів
Шотткі: 1 - метал, який утворює бар'єр Шотткі; 2 - метал, який утворює омічний контакт
Як матеріал найчастіше використовують алюміній. Для якісних діодів Шотткі в якості матеріалу використовують сплав платини і нікелю NixPt1x утворює з кремнієм силіцидних шар. змінюючи значення х, можна отримати висоту бар'єрів від 0,64 еВ при х = 0 (або 100% Ni) до 0,84 еВ при х = 100% (або 100% Pt).
Інтегральні МДП-транзисторні діодиформуються також на базі р-п-переходів транзисторів з індукованим каналом в підкладках різного типу електропровідності (рис. 4.4).
Рис.4.4. Інтегральні МДП-транзисторні діоди
на базі витік-підкладка, стік підкладка