Конденсаторы ИМС

Конденсаторы полупроводниковых ИМС обычно выполняют на основе структур обратно включенных р-п-переходов биполярных транзисторов (диффузионные конденсаторы) и структур металл - окисел - полупроводник МОП-транзисторов (МОП-конденсаторы).

Независимо от способа получения конденсаторы характеризуются следующими параметрами:

номинальной емкостью С;

удельной емкостью С₀, т. е. емкостью, отнесенной к единице площади;

технологическим разбросом номинальной емкости ± Δ С;

рабочим напряжением U_раб;

температурным коэффициентом емкости ТКС;

добротностью Q.

Диффузионные конденсаторы основаны на использовании барьерной емкости обратно включенных p-n-переходов (рис. 63, а, б). Аналогом диэлектрика в таких конденсаторах является область объемного заряда обратно включенного р-п-перехода, ширина которой зависит от распределения концентраций примесных атомов вблизи его границы и обратного напряжения. Следовательно, барьерная емкость р-п-перехода определяется не только его площадью, но и условиями формирования и обратным напряжением. При использовании диффузионных конденсаторов необходимо соблюдать полярность обратного напряжения, т. е. потенциал п-области всегда должен быть выше потенциала р-области.

Поскольку емкость диффузионных конденсаторов зависит от приложенного напряжения, они могут выполнять роль как постоянных, так и переменных. В качестве постоянных диффузионные конденсаторы работают достаточно хорошо только при обратном напряжении, намного превышающем по абсолютному значению рабочее напряжение.

Рис. 63. Структуры диффузной- Рис. 64. Структура МДП-конденсатора:

ных конденсаторов, выполненных 1,3- верхний и нижний электроды,

на основе одного (а) и двух 2 — диэлектрик

параллельно включенных (б)

р-п-переходов

МОП - к онденсаторы (рис. 64), формируемые на основе слоя диоксида кремния или какого-либо другого диэлектрика, отличаются гораздо лучшими электрическими характеристиками, чем диффузионные, и находят широкое применение в различных перспективных полупроводниковых и гибридных ИМС, используемых, в частности, для создания аналоговых устройств. Процесс изготовления интегральных МОП-конденсаторов не требует дополнительных технологических приемов, так как операция получения слоя диэлектрика легко совмещается с одной из операций локальной диффузии. Верхним электродом конденсатора служит металлическая (обычно алюминиевая) пленка, а нижним - сильно легированная область полупроводника (ее удельное сопротивление 10^-3 — 10^-4 Ом*см), имеющая омический контакт с выводом. Обычно МОП-конденсаторы изолируют от остальных элементов ИМС обратно включенными р-п-переходами.

Толщина слоя диэлектрика МОП-конденсаторов должна быть не менее 0,1 мкм, а металлических пленок электродов — от 0,5 до 2 мкм. Удельная емкость МОП-конденсаторов обычно составляет: 400 — 650 пФ/мм² при толщине диэлектрика 0,08 - 0,1 мкм, пробивное напряжение 80 В, добротность 10 -100 на частоте 10 МГц, допуск на номинальную емкость ± 20%.

Преимуществами МОП-конденсаторов по сравнению с диффузионными являются их неполярность и нулевой коэффициент напряжения. Следовательно, к ним может быть приложено напряжение любой полярности, а номинальная емкость не зависит от приложенного напряжения. Кроме того, поскольку удельное сопротивление кремниевых пластин невелико, добротность таких конденсаторов может достигать 1000 и более. Как в диффузионных, так и в МОП-конденсаторах возникает паразитная емкость, обусловленная влиянием заземленной подложки, играющей роль дополнительного электрода.