Анализ исходных данных и обоснование выбора конструкции ИМС

                                                    γ_КФ = γ_R – γ_Rст – γ_RT – γ_Rк ,                                                       (3.7)

где: γ_R - температурный коэффициент сопротивления материала;

       γ_Rст - погрешность, обусловленная старением(0%);

       γ_Rк - погрешность переходных сопротивлений контактов-1%;

       γ_RT - температурная погрешность, равная:

       γ_RT = α_R · (60-20) · 100% = 0,5 · 10^-3 · (60-20) · 100%=2%

      γ_КФ = 10-1-2-1=6%

3.2.3.1. Расчет резистора Rб1 (п.б.)

Рассчитываем коэффициент формы  К_ф:

                                                                            (3.8)

где: R - сопротивление резистора, Ом;

       р_о - сопротивление диффузионного слоя.

К_ф = 1000 Ом / 919 Ом/□ =1,08

 

Рассчитываем ширину резистивной  области:

                                             (3.9)

где: bp - ширина обеспечивающая рассеивание заданной мощности; 

       b- ширина обеспечивающая заданную точность;

      bтех- определяется топологическими нормами при проектировании микросхемы (1мкм)

Определяем b_p:

= =15.15мкм                                                                        (3.10)

Где: Ро-удельная мощность рассеивания кремния = 4 Вт/мм²;

       Р - мощность данного резистора.

       К_ф-коэффициент формы.

Рассчитываем b_Δ:

b_Δ = (Δb + (Δl/К_Ф))/γ_КФ,                                                         (3.11)

где: Δb и Δl – точность воспроизведения геометрических размеров резисторов, равные 0,1 мкм;

       К_Ф – коэффициент формы;

       γ_КФ – допустимая погрешность коэффициента формы.

b_Δ = (0,1+0,1/1,08)/0,6 = 1,19 мкм

Далее принимаем максимальное значение из 3 –х полученных значении:

Принимаем b = 15 мкм

Расчет длины резистора производится по формуле:

                                                                          (3.12)

L = 15 мкм * 1,08= 17 мкм

 

3.2.3.2. Расчет резистора Rб2 (п.б.)

Рассчитываем коэффициент  формы К_ф:

где: R - сопротивление резистора, Ом;

       р_о - сопротивление диффузионного слоя.

К_ф = 2000 Ом / 919 Ом/□ = 2,1

 

Рассчитываем ширину резистивной области:

                                        

где: bp - ширина обеспечивающая рассеивание заданной мощности; 

       b- ширина обеспечивающая заданную точность;

       bтех- определяется топологическими нормами при проектировании микросхемы (1мкм)

Определяем b_p:

= =13,12 мкм                                               

где: Ро-удельная мощность рассеивания кремния = 4 Вт/мм²;

      Р - мощность данного резистора.

      К_ф-коэффициент формы.

Рассчитываем b_Δ:

b_Δ = (Δb + (Δl/К_Ф))/γ_КФ,                                                        

где: Δb и Δl – точность воспроизведения геометрических размеров резисторов, равные 0,1 мкм;

       К_Ф – коэффициент формы;

       γ_КФ – допустимая погрешность коэффициента формы.

b_Δ  = (0,1+0,1/2,1)/0,6 = 0,9 мкм

Далее принимаем максимальное значение из 3 –х полученных значении:

Принимаем b = 14 мкм

Расчет длины резистора производится по формуле:

                                                                         

L =14 мкм *2,1= 30 мкм

 

3.2.3.3. Расчет резисторов Rэ (э.)

Рассчитываем коэффициент  формы К_ф:

                                                                         

где: R - сопротивление резистора, Ом;

        р_о - сопротивление диффузионного слоя.

К_ф = 20 Ом / 2,63 Ом/□ = 7,604

 

Рассчитываем ширину резистивной области:

где: bp - ширина обеспечивающая рассеивание заданной мощности; 

        b- ширина обеспечивающая заданную точность;

        bтех- определяется топологическими нормами при проектировании микросхемы (1мкм)

Определяем b_p:

= = 8,1 мкм                                               

где: Ро-удельная мощность рассеивания кремния = 4 Вт/мм²;

       Р - мощность данного резистора.

       К_ф-коэффициент формы.

Рассчитываем b_Δ:

b_Δ = (Δb + (Δl/К_Ф))/γ_КФ,                                                        

где: Δb и Δl – точность воспроизведения геометрических размеров резисторов, равные 0,1 мкм;

       К_Ф – коэффициент формы;

       γ_КФ – допустимая погрешность коэффициента формы.

b_Δ  = (0,1+0,1/7,604)/0,6 = 072 мкм

Далее принимаем максимальное значение из 3 –х полученных значении:

Принимаем b =9 мкм

Расчет длины резистора  производится по формуле:

                                                                         

L = 9 мкм *7,604= 69 мкм

 

3.2.3.4. Расчет резисторов Rк (пассивная база)

Рассчитываем коэффициент формы К_ф:

                                                                         

где: R - сопротивление резистора, Ом;

       р_о - сопротивление диффузионного слоя.

К_ф = 2300 Ом / 919 Ом/□ =2,5

 

Рассчитываем ширину резистивной области:

                                        

где: bp - ширина обеспечивающая рассеивание заданной мощности; 

       b- ширина обеспечивающая заданную точность;

       bтех- определяется топологическими нормами при проектировании микросхемы (1мкм)

Определяем b_p:

= =13,22 мкм                                               

где: Ро-удельная мощность рассеивания кремния = 4 Вт/мм²;

       Р - мощность данного резистора.

       К_ф-коэффициент формы.

Рассчитываем b_Δ:

b_Δ = (Δb + (Δl/К_Ф))/γ_КФ,                                                        

где: Δb и Δl – точность воспроизведения геометрических размеров резисторов, равные 0,1 мкм;

       К_Ф – коэффициент формы;

       γ_КФ – допустимая погрешность коэффициента формы.

b_Δ  = (0,1+0,1/2,5)/0,6 =0,8 мкм

Далее принимаем максимальное значение из 3 –х полученных значении:

Принимаем b = 14 мкм

Расчет длины резистора  производится по формуле:

                                                                         

L = 14 мкм *2,5= 36 мкм

 

3.2.3.5. Расчет резистора Rф (а.б.)

Рассчитываем коэффициент  формы К_ф:

                                                                         

где: R - сопротивление резистора, Ом;

       р_о - сопротивление диффузионного слоя.

К_ф = 10000 Ом / 5280 Ом/□ = 1,89

 

Рассчитываем ширину резистивной области:

где: bp - ширина обеспечивающая рассеивание заданной мощности; 

       b- ширина обеспечивающая заданную точность;

       bтех- определяется топологическими нормами при проектировании микросхемы (1мкм)

 

 

 

Определяем b_p:

= = 19,89мкм

где: Ро-удельная мощность рассеивания кремния = 4 Вт/мм²;

      Р - мощность данного резистора.

      К_ф-коэффициент формы.

Рассчитываем b_Δ:

b_Δ = (Δb + (Δl/ К_Ф))/γ_КФ,                                                        

где: Δb и Δl – точность воспроизведения геометрических размеров резисторов, равные 0,1 мкм;

       К_Ф – коэффициент формы;

       γ_КФ – допустимая погрешность коэффициента формы.

b_Δ  = (0,1+0,1/1,89)/0,6 = 0,95 мкм

Далее принимаем максимальное значение из 3 –х полученных значении:

Принимаем b = 20 мкм

Расчет длины резистора  производится по формуле:

                                                                         

L = 20 мкм *1,89= 38 мкм

 

Результаты расчётов приведены в таблице 3.2

Таблица 3.2-Результат  расчета резисторов.

Наименование	R, Ом	b	l	Слой
Rб1	1000	15	17	Пассивная база
Rб2	2000	14	30	Пассивная база
Rэ	20	9	69	Эмиттер
Rк	2300	14	36	Пассивная база
Rф	10000	20	38	Активная база

 

 

3.3 Проектирование конденсаторов

 

 

В интегральных полупроводниковых  конденсаторах роль диэлектрика  могут выполнять обедненные слои обратно смещенных р-п-переходов или пленка окисла кремния, роль обкладок — легированные полупроводниковые области или напыленные металлические пленки. Характеристики конденсаторов полупроводниковых ИМС невысоки; кроме того, для получения сравнительно больших емкостей необходима значительная площадь схемы. Поэтому при проектировании электрической схемы полупроводниковой ИМС стремятся избегать применения конденсаторов.

В ИМС для формирования диффузионных конденсаторов (ДК) может  быть использован любой из р-п-переходов:   коллектор — подложка, база — коллектор, эмиттер — база, переход р-области изолирующей диффузии и скрытого п⁺-слоя.

Рисунок 3.11 - Варианты формирования интегральных диффузионных

 

Самую большую удельную емкость (более 1000 пФ/мм²) имеет р-п-переход,, область изолирующей р-диффузии — подколлекторный п+-слой, его пробивное напряжение 10 В. ТКС конденсаторов на этом переходе сравнительно большой.

Эмиттерный переход  обладает наибольшей удельной емкостью, но малыми напряжением пробоя и добротностью. Базовый переход используется для формирования ДК наиболее часто. Пример конструкции такого конденсатора приведен на рис. 3.12. Значения максимальной емкости даны ориентировочно в предположении, что площадь всех конденсаторов ИМС не превышает 20—25% площади кристалла. Недостатком ДК является необходимость обеспечения строго определенной полярности, так как условием их нормальной работы является обратное смешение р-п-перехода,

Рисунок 3.12 - Конструкция интегрального диффузионного конденсатора:1 — алюминиевый вывод от верхней обкладки конденсатора; 2 — алюминиевый вывод от нижней обкладки конденсатора; 3—пленка золота (контакт к подложке); 4 — подложка р-типа; 5 — коллекторная п-область (нижняя обкладка конденсатора); в — базовая р-область (верхняя обкладка конденсатора); 7 — пленка окисла кремния

 

Конструкция МДП-конденсаторов  представлена на рисунке. Нижней обкладкой  служит эмиттерный п⁺-слой. Верхней — пленка А1, диэлектриком — тонкие слои SiO₂ или Si₃N₄. Последний предпочтителен вследствие большей емкости С_о (диэлектрическая проницаемость нитрида выше, чем окисла кремния), но SiO₂ более доступен. Толщина диэлектрика составляет 0,05— 0,12 мкм. Недостатком МДП-конденсаторов в составе биполярных ИМС является необходимость введения дополнительной операции создания тонкого диэлектрика и еще одной фотолитографии.