Расчёт тонкоплёночных конденсаторов

Методика расчёта:

Расчет тонкопленочного конденсатора производится в следующем порядке. По значению C₀ и U_р из табличных данных выбирают материал диэлектрика.

Находят толщину диэлектрического слоя, обеспечивающую электрическую прочность конденсатора d = (2...4)U_р/E, где E - диэлектрическая прочность диэлектрика (табл. 2.3 «Методические указания к выполнению курсовой работы»). Обычно d = 0,3...0,5 мкм.

Определяют удельную емкость диэлектрика, при которой выполняется требование к электрической прочности конденсатора C₀^E = 0,0885e/d, где d выражается в см, C₀^E - в пФ/см².

Находят составляющие относительной эксплуатационной погрешности емкости g_C0, g_Ct, g_Ct и допустимую относительную погрешность площади верхней обкладки:

g_S = g_C - g_C0 - g_Ct - g_Ct.

 

Определяют удельную емкость материала диэлектрика, обусловленную требованием точности номинала емкости конденсатора                           C_o^П = C(g_S / DL)²[K_C / (1 + K_C)²], где K_C = L/B - коэффициент формы конденсатора. Если нет особых требований к форме конденсатора, полагаем  K_C = 1.

Принимают расчетное значение удельной емкости материала диэлектрика C₀^P £ min{C₀^E, C₀^П}, которое должно отвечать технически реализуемым уровням C₀ из табл.2.3 (Методические указания к выполнению курсовой работы).

 

Расчёт тонкоплёночных конденсаторов С1(0.01мкФ) и С2(0.01мкФ).

Из табл. 2.3 (Методические указания к выполнению курсовой работы) по значению Uр – рабочее напряжение конденсатора выбираем материал диэлектрика.

Выбранный материал - Моноокись германия (Табл. 3).

Табл. 3

Наименование материала диэлектрика	C0×10-3 , пФ/см	Uр, В	Е×10-6, В/cм	e	ac×104, 1 /oС	ТУ на материал
Моноокись германия	15	5	1.0	11...12	3	ЕТО.021.014 ТУ

 

 

Находим толщину диэлектрического слоя, обеспечивающую электрическую прочность конденсатора:

Определим удельную ёмкость диэлектрика, при которой выполняется требование к электрической прочности конденсатора:

Находим составляющие относительной эксплуатационной погрешности ёмкости:

Относительная погрешность ёмкости – ;

Относительная погрешность удельной ёмкости диэлектрика – ;

Относительная температурная погрешность ёмкости –

;

Относительная погрешность старения ёмкости – ;

Тогда допустимая погрешность площади верхней обкладки, равна:

 Так как нет особых требований к форме конденсатора, полагаем  K_C = 1;

Абсолютные погрешности выполнения размера, характерные метода фотолитографии DB = DL = 0.01;

Определим удельную емкость материала диэлектрика, обусловленную требованием точности номинала емкости конденсатора:

;

Примем расчётное значение удельной ёмкости материала диэлектрика, исходя из , тогда ;

 

Найдём фактическое значение толщины диэлектрического слоя:

;

Найдем площадь верхней обкладки конденсатора: ;

Определим размеры верхней обкладки тонкопленочного конденсатора:

Длина – ;

Ширина – ;

Далее положим, что припуски на совмещение слоёв ;

Находим размеры нижней обкладки: ;

;

Находим размеры диэлектрического слоя:

; 

;

Проверка расчёта:

Находим фактические значения относительной погрешности площади верхней обкладки: ;

Находим фактическое значение напряженности электрического поля в конденсаторе: .

Каждое из условий выполняется.

Обкладки конденсатора будут выполняются из алюминия А99 (ГОСТ 11069-64) при толщине 0,5 мкм. Для повышения адгезии пленки к поверхности подложки нижняя обкладка конденсатора напыляется с подслоем из титана или ванадия.