Паразитных элементов

Горизонтальный транзистор р—п—р. В аналоговых ИМС часто возникает необходимость совместного использования транзисторов р—п—р и п—р—п. С этой целью вначале использовались паразитные транзисторы р—п—р, создаваемые структурой основного транзистора и подложкой. Однако у этих транзисторов р = 2 -т- 3 в связи с наличием у них толстой базы, и, кроме того, при использовании нескольких транзисторов на одной подложке возникает ограничение по их применению, связанное с наличием общего коллектора-подложки. Поэтому в настоящее время создают специальные структуры р —п—р транзисторов, технологично совместимые с транзисторами п—р—п. Структура такого транзистора показана на 2.13.

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.

Схема ТТЛ с учетом паразитных связей активного типа изображена на 4.8. В ней паразитные транзисторы, связанные с резисторами, выключаются путем подсоединения областей, изолирующих резисторы, к максимальному положительному потенциалу в схеме. Влияние паразитных торцевых транзисторов незначительно благодаря конструктивному

Конструктивно схема выполняется следующим образом. Все резисторы схемы (Rl—R4) размещаются в общей изолированной области, вывод которой соединен с источником питания Un, а клемма (подл >жка) заземлена; при этом все паразитные транзисторы, сопутствующие резисторам, находятся в режиме отсечки, а транзисторы р—п—р, связанные с основными транзисторами, тоже выключены благодаря тому, что основные транзисторы работают только в активном режиме.

Интегральные микросхемы с диэлектрической изоляцией по многим параметрам превосходят микросхемы с изоляцией р-п-переходом. При изоляции поликристаллическим кремнием не образуются паразитные транзисторные структуры, влияние которых в ряде случаев оказывается существенным. При изопланарной и анизотропной изоляциях рабочие транзисторы изолируются от подложки р-п-переходом, который возникает между скрытым коллекторным слоем и подложкой. При этом из-за взаимодействия базовых областей транзисторов и скрытых слоев с подложкой образуются паразитные транзисторы. Однако эти транзисторы обладают сравнительно малым коэффициентом передачи тока, так как сильно легированный скрытый слой, являющийся базой паразитного транзистора, обладает низкими инжек-ционными свойствами, малым временем жизни носителей и большим временем пролета. При диэлектрической изоляции заметно уменьшаются токи утечки на подложку и паразитные емкости. Так, например, ток утечки для окисла толщиной 3 мкм составляет 60 нА/см2

В ИМС с изолирующим p-n-переходом, а также при V-ATE- и VIP-технологии резисторы, полученные путем базовой диффузии, образуют паразитные транзисторы. Эмиттером этого транзистора является рези-стивный слой, базой — эпитаксиальный n-слой или скрытый и + -слой, коллектором — подложка. С учетом указанных паразитных элементов модель диффузионного резистора можно представить в виде схемы, показанной на 2.18,6.

Интегральные диоды представляют собой многослойные структуры, характеристики которых определяются схемой включения транзисторной структуры. Определенное влияние оказывают паразитные транзисторы, которые образуются из-за взаимодействия рабочих слоев с подложкой ИМС. В частности, ток утечки диода в подложку определяется током коллектора паразитного транзистора. Из-за наличия тока утечки входной ток интегрального диода всегда отличается от выходного тока. Быстродействие интегрального диода, определяемое зарядными емкостями переходов и временем рассасывания, также зависит от схемы включения.

Используемые в ИМС электронные ключи на биполярных транзисторах также представляют собой многослойные структуры, на работу которых заметно влияют паразитные транзисторы.

уменьшить значение паразитной емкости, шунтирующей диодную сборку. Заметим, что в сборке с объединенной базой образуются паразитные n-p-n-транзисторы. Это горизонтальные структуры, у которых эмиттером и коллектором служат эмиттеры диодов, разделенные базовой областью шириной d = 6 мкм. Эти транзисторы обладают достаточно высоким коэффициентом передачи тока базы, и даже в кристаллах, легированных золотом, их влияние оказывается заметным. Межэмит-терные паразитные транзисторы при определенных условиях оказываются в активной области и, отбирая часть тока, снижают нагрузочную способность ИМС. Для устранения меж-эмиттерных паразитных транзисторов приходится отказываться от идеи объединения базовых областей, ограничиваясь применением сборки с объединенной коллекторной областью ( 7.8,6). При этом несколько увеличивается паразитная емкость сборки и осложняется технология изготовления ИМС.

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.

реть паразитные транзисторы, исключив тем самым их активное действие. Поэтому в ИМС на переключателях тока проявляется только емкостное влияние подложки.

К счастью, паразитные транзисторы обладают низкими частотными свойствами, поэтому если энергия импульса мала (величина импульса может быть большой, но в то же время должна быть малой его длительность), защелкивание может и не произойти. Опытным путем установлено, что при длительности импульса менее 1 мкс вероятность защелкивания весьма мала.

4-5. Принципиальная схема емкостного моста с переменными сопротивлениями: а — принципиальная схема; б — схема с указанием паразитных элементов

Гибридные интегральные микросхемы по сравнению с полупроводниковыми имеют ряд преимуществ, с точки зрения разработчика МЭА: обеспечивают широкий диапазон номиналов, меньшие пределы допусков и лучшие электрические характеристики пассивных элементов (более высокая добротность, температурная и временная стабильность, меньшее число и менее заметное влияние паразитных элементов); позволяют использовать любые дискретные компоненты, в том числе полупроводниковые БИС и СБИС. В качестве навесных компонентов в ГИС применяют миниатюрные дискретные резисторы, конденсаторы, индуктивные катушки, дроссели, трансформаторы. При мелкосерийном производстве ГИС дешевле полупроводниковых (примерно одной и той же функциональной сложности) ИМС. Подготовка персонала для производства ГИС сравнительно проста.

и токах называют постоянными четырехполюсника, они зависят от па- 4.52. раметров и конфигурадии электрической цепи, заключенной внутри четырехполюсника. Постоянные четырехполюсника могут быть рассчитаны или определены экспериментально. Экспериментальное определение очень важно в тех случаях, когда схема сложна или когда аналитически трудно учесть влияние паразитных элементов электрической схемы на постоянные четырехполюсника.

В зависимости от типа проектируемой ИМС (логическая или аналоговая, низкочастотная или высокочастотная и т. д.) необходимо прибегать к использованию тех или иных эквивалентных схем. Например, при анализе логических схем следует применять модели, описывающие характеристики транзистора в широком диапазоне изменения напряжений и токов. С другой стороны, нужно учитывать, что для малосигнальных аналоговых схем важно повысить точность модели только вблизи рабочей точки, а в высокочастотных схемах возрастают роль собственной инерционности транзистора и влияние паразитных элементов.

ляются размеры и параметры всех паразитных элементов: конденсаторов, резисторов, МДП-транзисторов. В процессе проектирования необходимо учитывать влияние емкостей паразитных конденсаторов, значения которых можно определить как произведение удельных емкостей на занимаемые ими площади.

При перечисленных выше условиях Z- и Н-параметров для электронной лампы не существует. В общем случае, когда с влиянием между электродами лампы через паразитные элементы приходится считаться, ни один из параметров лампы с учетом ее паразитных элементов не равен нулю и лампа как четырехполюсник может характеризоваться любой системой параметров.

Величины Zx.xl, Zx.x2, ZK.3l и ZK.j2 называются параметрами холостого хода и короткого замыкания. Значения этих параметров для любой данной частоты могу-: быть измерены с помощью специального прибора для измерения: комплексных сопротивлений — моста переменного тока. Это особенно удобно, когда четырехполюсник представляется в виде «черного ящика» и нет возможности узнать его содержимое и рассчитать какие-либо другие системы параметров, либо когда влияние паразитных элементов четырехполюсника трудно учесть аналитически. Измерение же других систем параметров зачастую представляет значительную сложность.

Биполярный интегральный п — р—п транзистор представляет собой четырехслойную структуру п—р — п — р ( 2.1). Наличие четвертой полупроводниковой области р-типа (подложки) приводит к возникновению паразитных элементов в интегральном транзисторе:

Для повышения процента выхода годных схем в процессе проектирования топологии БИС необходимо не только решить указанные задачи при предельно высокой плотности упаковки микроэлементов на кристалле, но также учесть появление паразитных элементов, оказывающих влияние на электрические характеристики БИС.

В ИМС с изолирующим p-n-переходом, а также при V-ATE- и VIP-технологии резисторы, полученные путем базовой диффузии, образуют паразитные транзисторы. Эмиттером этого транзистора является рези-стивный слой, базой — эпитаксиальный n-слой или скрытый и + -слой, коллектором — подложка. С учетом указанных паразитных элементов модель диффузионного резистора можно представить в виде схемы, показанной на 2.18,6.

В монолитных и гибридных ИМС распределенные КС-структуры ( 2.19) прежде всего встречаются в виде паразитных элементов. В полупроводниковых ИМС резистивными областями паразитных структур являются диффузионные слои элементов, с одной стороны, и подложка, с другой. Между ними образуется емкостная связь через изолирующие р-я-переходы ити диэлектрические пленки. Пассивные элементы гибридных и совмещенных ИМС также образуют распределенные КС-структуры через паразитные емкости элементов относительно подложки.