.

Диффузионные и МДП конденсаторы (металл-диэлектрик-полупроводник)

В качестве конденсаторов интегральных микросхем часто используют барьерную емкость р-п-перехода, смещенного в обратном направлении. Такой пассивный элемент интегральной микросхемы удобно формировать одновременно с формированием транзисторных структур или использовать непосредственно р-п-пере-ходы транзисторных структур . Барьерная емкость р-п-перехода может быть использована как для создания конденсатора постоянной емкости, так и для конденсатора переменной емкости, которой можно управлять путем изменения постоянного смещения на переходе. 

Диапазон номинальных значений емкости диффузионных конденсаторов, которые могут быть сформированы на отведенных для них площадях монокристалла полупроводника, определяется концентрацией примесей в прилегающих к переходу областях. Добротность - величина, обратная тангенсу угла диэлектрических потерь диффузионных конденсаторов, обычно значительно ниже добротности дискретных конденсаторов с диэлектрической изоляцией. Однако стоимость формирования диффузионных конденсаторов мала, так как они создаются в едином технологическом процессе с другими элементами интегральной микросхемы. Поэтому диффузионные конденсаторы широко используют в интегральных микросхемах, когда можно мириться с низкой добротностью. Диффузионный конденсатор, как и другие элементы интегральной микросхемы, должен быть изолирован от остальных элементов и от подложки интегральной микросхемы. Часто эта изоляция осуществляется р-п-переходом. Поэтому при формировании диффузионного конденсатора одновременно образуется и структура паразитного транзистора, эмиттером которого является одна из областей (обкладок) диффузионного конденсатора, базой - другая область (обкладка), коллектором – подложка В связи с зависимостью барьерной емкости от напряжения смещения на р-п-переходе диффузионные конденсаторы могут быть использованы для усиления электромагнитных колебаний, т. е. могут быть активными элементами интегральных микросхем. Диод обладает емкостью, которую можно подключить параллельно к p-n переходу. Эту емкость делят на 2 составляющие:

  • барьерная, отражающая перераспределение заряда в переходе
  • диффузионная, отражающая перераспределение в базе

Соотношение обеих емкостей различно при разных полярных приложенных напряжений. При прямом напряжении главную роль играют избыточные заряды в базе и диффузионная емкость. При обратном напряжении – заряды в базе малы и главную роль играет барьерная емкость. Обе емкости не линейны. Диффузионная емкость зависит от прямого тока. Барьерная – от обратного напряжения. Учитывая небольшую нелинейность, как параметр используют барьерную емкость. Диффузионный конденсатор в биполярных полупроводниковых схемах – это обратно смещенные p-n переходы. В качестве конденсатора может использоваться любой p-n переход n-p-n транзистора. Емкость конденсатора: С = Сдон + Сбок = Соаb + Соб (а+b) * d , где  Со, Соб – удельные емкости донной и боковой частей p-n перехода  a, b, d – геометрические размеры p-n перехода С = Со* а2 Смах = (0,2 ÷ 0,25) * Со * Sкр , где Sкр – площадь кристалла Если Sкр = 2-9 мм2 , Со = 150 пФ/мм2 , то Смах = 50-300 пФ В МДП конденсаторе над эмиттерным слоем n+ с помощью технологических процессов выращивается слой тонкого окисла. Для осуществления металлической разводки на этот самый слой напыляется аллюминивая верхняя обкладка конденсатора; нижняя – n+ слой.