Паразитный транзистор

Безотказность — это свойство устройства сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки. Событие, заключающееся в нарушении работоспособности устройства, называется отказом. Отказы, характеризующиеся скачкообразным или постепенным изменением одного или нескольких параметров устройства, называют соответственно внезапными и постепенными. Самоустраняющийся отказ, приводящий к кратковременному нарушению работоспособности, определяют как сбой.

4. Расчет точности параметров устройства или его частей.

В схемах многих ЭУ предусматривают элементы (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности), значения параметров которых могут быть изменены в процессе производства ЭА, ее эксплуатации или ремонта с целью установления необходимого значения одного или нескольких выходных параметров устройства, а также отдельных функциональных его частей.

Изменение значения параметра любого ЭРЭ влияет хотя бы на один из выходных параметров устройства, в противном случае такой ЭРЭ не нужен и его можно из схемы удалить. Степень влияния изменения параметра i-ro элемента х,- на некоторый выходной параметр у принято оценивать с помощью чувствительности [2] , которая определяется как частная производная

Здесь следует помнить, что точность совпадения этих результатов по принципиальным соображениям не может быть сколь угодно высокой. Во-первых, при расчете и теоретическом анализе делается ряд допущений, пренебрегается влиянием второстепенных факторов. Такой подход неизбежен, поскольку он позволяет упростить модель явления, более отчетливо обозреть основные черты протекающих процессов, возможные принципы инженерного решения задачи и оценить значения ожидаемых параметров устройства, его характеристики. Во-вторых, и экспериментальное исследование по своей природе всегда приближенное, так как всегда в процессе измерений неизбежны ошибки. Поэтому самое большее, к чему можно стремиться в ходе расчета и эксперимента, это к уменьшению несоответствия результатов либо к установлению причин такого несоответствия. Если несоответствие невелико, т. е. по характеру решаемой задачи является допустимым, то результаты признаются удовлетворительными. В противном случае следует находить и устранять причины, его вызвавшие.

Техническое описание может состоять из четырех пунктов. В первом пункте оговариваются ограничения геометрического и конструкторского характера, например указываются габаритные и присоединительные размеры. Во втором пункте даются количественные значения параметров устройства. В третьем пункте указываются функциональные зависимости параметров, например закон изменения емкости — логарифмический. В четвертом пункте приводятся сведения, не вошедшие в перечисленные пункты, например конструкция ЭРЭ должна быть технологичной. Благодаря информации, полученной в первом пункте, студент может сразу приступить к вычерчиванию устройства или его наружного контура, переходя затем к компоновке.

Наиболее существенными дестабилизирующими факторами являются температура и процесс старения материалов [18]. Зависимость параметров устройства в целом и составляющих его узлов и деталей от температуры носит линейный детерминированный характер. Полагаем, что зависимости выходного параметра N (ЛГ°) и входящих в устройство параметров элементов <7,-(A7"0) от отклонений температуры ДГ° от номинального значения определяются по формулам:

К третьей группе «высокоточной» аппаратуры относятся устройства, изготовленные из высокоточных деталей, работающих в условиях микроклимата. Аппаратуру этой группы обслуживает высококвалифицированный персонал. Она калибруется и подстраивается перед каждым использованием. В указанной аппаратуре применяют схемы автоматической подстройки и поддержания стабильности выходных параметров, устройства встроенного контроля. Если подстройка и регулировка параметров производится непрерывно в процессе работы аппаратуры, то потери энергии и достоверности определяются только неидеальностью выполнения функций и наличием паразитных параметров. Нестабильность параметров элементов схем в этом случае не играет существенной роли.

В режиме автоколебаний у генератора нет состояния устойчивого равновесия, имеются два состояния квазиравновесия. Генератор переходит из одного состояния квазиравновесия в другое без внешних воздействий, генерируя импульсы, параметры которых зависят от параметров устройства. Основным требованием, предъявляемым к релаксационным генераторам в автоколебательном режиме, является стабильность частоты автоколебаний.

При разработке принципиальной схемы устройства определяются узлы, в которых будет производиться регулировка параметров устройства, и предусматриваются необходимые элементы световой индикации. Кроме того, решаются вопросы автоматического или полуавтоматического контроля исправности устройства.

значения К.\п и K.zn по уравнениям а' (10.28), прочертим кривую D-разбие- кп ния. Применив правила штриховки, найдем области статической устойчивости. Область статической устойчивости определяет совокупность коэффициентов усиления по производным (параметров устройства стабилизации), обеспечивающих статическую устойчивость исходного режима электрической системы, заданной всеми своими параметрами. Построив области статической устойчивости для серии расчетных режимов, найдем общий участок областей, определяющий

В качестве примера рассмотрим часть полупроводниковой ИМС, содержащую транзистор, два диода и резистор, как показано на 1.1. Транзистор интегральной микросхемы является четырехслойным и содержит три p-n-перехода. Эквивалентная схема такой структуры включает в себя два транзистора, один из которых является рабочим, а другой — паразитным. В некоторых случаях паразитный транзистор улучшает импульсные параметры рабочего транзистора, уменьшая накопленный заряд, в других, например в схемах с непосредственными связями, ухудшает их, вызывая увеличение сдвига входных характеристик при насыщении. Эти ограничения весьма существенны и в ряде случаев значительно уменьшают возможности реализации схем в виде интегральных.

Топологические зазоры следует оптимизировать, так как при неоправданно малых зазорах может произойти перекрытие отдельных областей, например области разделительной диффузии и базовой области транзистора, что в конечном счете приведет к технологическому браку. При малых размерах, возрастают также паразитные взаимодействия между областями отдельных элементов. В частности, может возникнуть паразитный транзистор со структурой база — коллектор — область разделительной диффузии. Коэффициент усиления по току такого паразитного латерального транзистора повышается по мере уменьшения зазора между базой транзистора и подложкой. С другой стороны, завышение топологических зазоров приводит к увеличению площади, занимаемой ИМС. Например, при завышении топологических зазоров всего на 0,5 мкм площадь, занимаемая транзисто-

Так как паразитный транзистор работает в режиме усиления, то часть тока через диод ответвляется в подложку, т. е. ток, втекающий в диод, не равен току, вытекающему из него. Значение ответвляющегося тока зависит от коэффициента передачи тока паразитного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Коэффициент инжекции эмиттера паразитного транзистора обычно достаточно мал, поэтому коэффициент передачи

диффузионного резистора содержит следующие основные и паразитные элементы: R\ — сопротивление проводящего слоя резистора (р-области, свободной от объемного заряда); /?2 — сопротивление токам утечки n-области; Rs — омическое сопротивление контактов; R* — сопротивление токам утечки подложки; С\ — емкость верхнего р-п-перехода 2; C% — емкость нижнего р-п-пере-хода /; Т — паразитный транзистор типа р-и-р с малым коэффициентом передачи тока.

Рассмотрим влияние паразитных связей активного типа ( 4.1,6). Паразитные транзисторы — TR и Т1'—ТЗ'. Транзистор Тц закрыт обратным потенциалом -\-Un. На подложку подается максимальный отрицательный потенциал. Транзисторы Т1'— ТЗ' при закрытых транзисторах Т1—ТЗ закрыты; при переходе последних в режим насыщения первые понижают уровень нулевого сигнала на выходе схемы за счет связи коллектора с подложкой через открытый паразитный транзистор.

Паразитный транзистор 54 Передаточная характеристика 122, 131, 140, 148, 176 Переключатель тока 138 Плотность упаковки 8 Поверхностные акустические волны 262

Характеристики диода определяются с учетом влияния паразитного транзистора. Коллекторный переход этого транзистора, образуемый между скрытым слоем и подложкой, смещен в обратном направлении, так как для нормальной работы ИМС подложку соединяют с точкой, имеющей наименьший потенциал (чтобы сместить, изолирующие р-л-переходы в обратном направлении). В закрытом состоянии диода паразитный транзистор работает в области отсечки, поэтому активное действие транзистора не проявляется. При этом входной /вх и выходной 7Вых токи диода, а также ток утечки в подложку /ут определяются тепловыми токами переходов, которые для кремниевых приборов пренебрежимо малы. Когда диод смещается в прямом направлении, отпирается эмиттерный переход паразитного транзистора, который начинает работать в активной области. При этом транзистор работает как усилитель тока, поэтому заметно возрастает ток утечки.

На 6.12, а показана модель электронного ключа на биполярном транзисторе с резистором RK = R* + R* в цепи коллектора. Помимо рабочего л-р-и-транзистора Т в модель включены два паразитных транзистора p-n-p-типа. Первый из них (Тпз) представляет собой часть четырехслойной п-р-и-р-струк-туры, которая образуется в области формирования рабочего транзистора. При этом эмиттером паразитного транзистора служит база рабочего, базой является скрытый коллекторный слой, а коллектором — подложка р-типа. Второй паразитный транзистор TR образуется диффузионным р-слоем резистора JRK, служащим эмиттером для TR, изолирующим скрытым п +-слоем, являющимся базой TR, и подложкой-коллектором. На параметры транзистора TR особенно влияет распределенный характер его эмиттера, вдоль которого протекает ток резистора. В модели это отражено путем подключения эмиттера TR к промежуточной точке резистивного слоя. Паразитные емкости СПд, CR, CR определяются средними значениями зарядных емкостей изолирующих p-n-переходов, которые обра-

В ИМС, не легированных золотом, во всех диодных включениях (за исключением диода с закороченным коллектором), как известно, из-за активного действия паразитных транзисторов токи утечки в подложку достигают заметного значения. Выясним влияние этих токов на работу входных диодов. На 7.7 показана модель ИМС, в которой входными диодами являются диоды, полученные без проведения эмиттерной диффузии. Эти диоды образуют паразитные р-п-р-транзисторы, у которых эмиттером служи! базовый р-слой, базой - скрытый и+-слой, а коллектором - подложка. В открытом состоянии диода паразитный транзистор оказывается в активной области и, работая как эмиттерный повторитель, производит усиление управляющего тока диода, равного току базы /б.т транзисго-

На 7.21 показана модель микросхемы ТТЛ. Так как изолирующие слои резисторов Rl и RK подключаются к точке с наивысшим потенциалом, то паразитные транзисторы, связанные с резисторами, оказываются в области отсечки независимо от режима работы ИМС. При этом нейтрализуется активное действие этих транзисторов и их влияние заметно ослабляется, поэтому они не включены в модель ИМС. Паразитный транзистор Т„, образуемый рабочими слоями инвертора TI и подложкой, проявляет свое активное действие, когда инвертор насыщается и отпирается эмиттерный переход этого транзистора.

В микросхеме ТТЛ образуется паразитный р-п-р-транзистор Тэ, связанный с входным МЭТ. Независимо от режима работы ИМС паразитный транзистор Тэ работает в активной области, так как его эмиттерный переход является коллекторным переходом МЭТ, который всегда смещен в прямом направлении. Когда на входах ИМС устанавливается низкий потенциал, отпирающий эмиттерные переходы транзистора Т\, из-за активного действия паразитного транзистора Тэ уменьшается входной ток, так как часть тока, отбираемого от источника ?j лерез резистор R1, ответвляется в коллекторную цепь Т^ т. е. в под-280