Nə etmək lazımdır

3.4. Yarımkeçirici İS-nin aktiv və passiv elementləri

Bütün çıxışları bir səthdə yerləşən şaquli struktura malik olan n-p-n tipli bipolyar tranzistorlar yarımkeçirici İS-lərin əsas elementidir. Bu tranzistorlar p-tipli yarımkeçirici altlıqda formalaşdırılır və ondan “cib” adlanan lokal sahədə izolə edilir. İzolə edilmə müxtəlif üsullarla yerinə yetirilə bilər, adətən əks sürüşmüş p-n-keçidli silisium oksiddən istifadə edilir. n-p-n tipli inteqral tranzistorların quruluşu adi diskret tranzistorlarla eynidir. Fərq yalnız ondan ibarətdir ki, onun kollektor çıxışı da emitter və baza çıxışları tərəfə çıxarılır (planar struktur). Bundan başqa kollektor oblastının müqavimətini azatmaq üçün onun daxilində çıxışı olmayan gizli n⁺ təbəqəsi yaradılır.

Baza çıxışının kollektor qatı tərəfə xüsusi yolla genişləndirilməsi nəticəsində yaradılan Şottki diodlu bipolyar tranzistorlar rəqəmsal İS-lərdə geniş tətbiq edilirlər. Bu halda metalla yarımkeçiricinin kontakt oblastında kollektor keçidinə paralel qoşulmuş düzləndirici Şottki kontaktı yaranır.
Bir qayda olaraq, yarımkeçirici İS-də xüsusi olaraq diod strukturları formalaşdırılmır. Bu məqsədlə diod kimi texnoloji nöqteyi-nəzərdən daha sadə həyata keçirilən bir və ya iki p-n-keçidli n-p-n tipli tranzistor istifadə edirlər.
MDY-mikrosxemlərdə p və n tip kanallı tranzistorların ardıcıl birləşməsini təşkil edən həm yaradılan n-tip kanallı, həm də komplementar qupuluşlu tranzistorlar geniş tətbiq edilir. Bu halda onlardan biri bilavasitə silisium altlıqda, ikincisi isə p-n-keçid ilə altlıqdan izolə edilən xüsusi “cibdə” yaradılır. Bipolyar tranzistorlarla müqayisədə MDY-tranzistorlar daha kiçik ölçülərə malik olub MDY-mikrosxemlərin inteqrasiyasının dərəcəsini yüksəltməyə imkan verir.
Yarımkeçirici İS-lərdə passiv elementlər adətən n-p-n bipolyar baza tranzistor strukturu əsasında yaradılır. Bu halda rezistorlar kimi ayrı “cibdə” yerləşdirilmiş tranzistorun emitter, kollektor və baza oblastlarının həcmi müqavimətləri istifadə edilir. Belə rezistorlar diffuziya rezistorları adlanır və onların əsasını tranzistorun uyğun sahəsinin diffuziya layları təşkil edir. Rezistorun müqaviməti rezistiv sahənin həndəsi ölçüləri və onun xüsusi səthi müqaviməti ilə təyin edilir. Ölçüsü a x b olan düzbucaqlı zolağın (pərdənin) a uzunluğu istiqamətindəki müqaviməti aşağıdakı kimi təyin edilir:

 _,

Burada, - xüsusi səthi müqavimətdir.

Əksər hallarda diffuziya rezistorları üçün baza sahəsinin iki omik kontaktlı zolağı istifadə olunur (şəkil 6.2, a).



Şəkil 6.2. Baza (a) və kollektor oblastından (b) istifadə edilməklə diffuziya rezistorunun,
həmçinin kollektor pinç-rezistorun (c) sxematik quruluşu

Əgər nominal qiyməti 50 kOm-dan böyük olan rezistor tələb olunursa, onda baza və ya kollektor sahəsinin zəif aşqarlanmış təbəqəsində pinç-rezistordan istifadə edilir. Hətta ən sadə zolaqlı konfiqurasiyaya malik olan pinç-rezistorların maksimal müqaviməti 300 kOm-a çata bilər. Amma adi diffuziya rezistorlarından fərqli olaraq pinç-rezistorların nominal qiymətində səpələnmə yüksək olur. Həmçinin müqavimətin temperatur əmsalı (MTƏ) müqayisəli dərəcədə böyük olur.

1...100 Om müqavimətlərini almaq üçün yüksək aşqarlanmış aşağı omlu emitter təbəqəsindən istifadə edilir.
İnteqral diffuziya yarımkeçirici rezistorlarının əsas xüsusiyyəti onların müqavimətinin hesabi nominaldan yüksək kənaraçıxmasıdır (adətən 20%). Eyni zamanda bir kristalda yerləşmiş rezistorların qiymətinin bir tərtib aşağı səpələnməsidir.
Müasir yarımkeçirici İS-də diffuziya rezistorlarından başqa qarışığın lokal ion implantasiyası metodu ilə alınan ion-aşqarlanmış rezistorlar da istifadə olunur. İmplantasiya edilmiş qatın dərinliyi diffuziyaya nisbətən az olur, implantasiya prosesinin özünə isə daha yaxşı nəzarət edilir. Bunun sayəsində ion-aşqarlanmış rezistorlar xüsusi müqaviməti yüksək olan təbəqə almağa (səpələnmə ±5%) imkan verir, müqavimətin temperatur əmsalı (MTƏ) isə diffuziya müqavimətlərinə nisbətən bir-iki tərtib aşağı olur. İmplant olunmuş təbəqələrin qalınlığı az olduğundan omik kontakların yerinə yetirilməsi çox çətin olur. Buna görə də rezistiv təbəqənin kənarlarında omik kontaktlar üçün əlavə diffuziya təbəqəsi yaradılır.
Altlıqda parazit tutumların mövcud olması istənilən inteqral rezistorun tipik xüsusiyyətidir. Bu parazit tutum onun işçi tezlik diapazonunu məhdudlaşdırdığından İS-nin layihələndirilməsində bunu nəzərə almaq lazım gəlir. Bəzi mikrosxemlərdə silisium dioksidin səthinə tozlandırılmış naziktəbəqəli rezistorlar tətbiq edilir. Belə rezistorlar, bir qayda olaraq, yüksək dəqiqliyə və sabitliyə, həmçinin daha yüksək tezlik sərhədinə malikdirlər.
İMS-də kondensatorlar rolunu əks istiqamətdə sürüşdürülmüş (bağlı) p-n-keşidlər oynaya bilər. Belə kondensatorda lövhələrdən ən azı biri diffuziya qatına malik olmalıdır, buna görə də bu kondensatorlar diffuziya kondensatorları adlanır. p-n-keçidin qalınlığının tətbiq edilən gərginliyin qiymətindən kəskin asılı olması səbəbindən diffuziya kondensatoru qeyri-xətti (parametrik) elementdir, çünki onun tutumu gərginlikdən asılıdır. p-n-keçidə əsasən tutumun qiymətini bir neçə yüz pikofarada qədər reallaşdırmaq olar. Diffuziya kondensatorunun normal işi üçün vacib şərt əks sürüşdürülmüş p-n-keçidin olmasıdır, buna görə belə kondensatorda dəyişən təşkiledicinin amplitudu əks yerdəyişmə gərginliklərini keçməməlidir. Xüsusi tutumun aşağı olması, yüksək itkilər, altlıqda parazit tutumların böyük olması diffuziya kondensatorlarının çatışmazlıqlarıdır.
İnteqral MOY-kondensatorlar ən yaxşı elektrik xarakteristikalarına malikdir. Belə strukturlarda aşağı lövhə rolunu yüksək aşqarlanmış n⁺ emitter qatı, dielektriki - nazik silisium oksid təbəqəsi, yuxarı lövhəni isə tozlandırılmış alüminium təbəqəsi oynayır. Belə kondensatorun tutumu olduqca boyük ola bilər və bundan başqa, o, əlavə sürüşmə tələb etmədən istənilən qütblü gərginliklə işləyə bilər. Lakin MOY-kondensatorun da tutumu qeyri-xəttidir.
Bir sıra hallarda yarımkeçirici İS-in silisium oksidinin səthində naziktəbəqəli kondensatorlar formalaşdırılır. Bu halda lövhələr kimi tantal və ya alüminium təbəqə, dielektrik kimi isə onların oksidləri istifadə edilir. Belə kondensatorlar MOY-kondensatorlarla və xüsusən diffuziya kondensatorları ilə müqayisədə yaxşı parametrlərə malikdir.
Kondensatorlara nisbətən İS-lərdə induktiv elementlərin hazırlanması xeyli çətindir. Təbəqəli mikrosxemlərdə lazım gəldikdə mikroelektronikanın köməyi ilə induktiv makaralar reallaşdırmaq mümkündür. Onlar adətən yastı spirallı düzbucaqlı konfiqurasiya təşkil edirlər. Belə makaralarda sarğıların eni 30...50 mkm olduğundan aktiv müqaviməti azaltmaq üçün material kimi qızıldan istifadə edilir.