ДИОДЫ ИМС

 

Диоды ИМС чаще всего используют в качестве выпрямителей, т. е. элементов, обладающих однонаправленной проводимостью.

 

При создании диодных структур для полупроводниковых ИМС необходимо учитывать параметры, определяющие вольт-амперную характеристику, быстродействие, емкости р-п-перехода между ним и пластиной, а также ток утечки. В качестве диодов обычно используются эмиттерные и коллекторные переходы биполярных транзисторов.

В полупроводниковых ИМС применяют различные схемы включения транзисторов в качестве диодов, т. е. диоды ИМС представляют собой определенным образом включенные биполярные транзисторы. Для диодного включения биполярного транзистора после формирования всех элементов ИМС наносят соответствующую внутрисхемную металлизацию.

Пять вариантов (I - V) построения диодов ИМС на основе планарно-эпитаксиального транзистора показаны на рис. 65. В варианте I использован переход эмиттер - база транзистора при короткозамкнутом переходе база — коллектор; в варианте II — переход эмиттер — база при разомкнутой коллекторной цепи; в варианте III - переход база - коллектор

при отсутствии эмиттерной области (при формировании диода операция получения эмиттера исключается); в варианте IV коллектор и эмиттер короткозамкнуты, следовательно, образованы два параллельно включенных диода, один из которых представляет собой переход эмиттер — база, а другой — переход база — коллектор; в варианте V использован переход база — коллектор при короткозамкнутом переходе эмиттер - база.

 

Рис. 65. Варианты построения интегральных диодов на основе структуры планарно-эпитаксиального транзистора

 

Характерное отличие диодов ИМС от дискретных — наличие паразитных емкостей, создаваемых изолирующими р-п-переходами, и паразитного транзистора, областями которого являются база и коллектор структуры интегрального транзистора, на которой выполняются диод и подложка. Так как паразитный транзистор работает в режиме усиления, часть тока, проходящего через диод, ответвляется в пластину, т. е. ток на его входе не равен току на выходе. Значение ответвляющегося тока зависит от коэффициента передачи тока паразитного транзистора, включенного по схеме ОЭ. Вследствие того, что коэф фициент инжекции эмиттера паразитного транзистора обычно достаточно мал, коэффициент передачи тока такого транзистора в схеме ОЭ не превышает 1-3. Если ток, проходящий через диод, достаточно мал, влиянием паразитного транзистора можно пренебречь.

При обратном включении диода ИМС необходимо учитывать, что напряжения, прикладываемые к нему и к изолирующему р-п-переходу, не должны превышать пробивных напряжений. Максимально допустимое обратное напряжение для I, II и IV вариантов построения диодов ограничивается напряжением пробоя перехода эмиттер - база (обычно не превышает 10 В), для III и V вариантов - напряжением пробоя перехода коллектор — баз (50 — 60 В), а перехода коллектор — подложка обычно составляет более 70 В. Параметром, определяющим обратную ветвь вольт-амперной характеристики диода, является постоянный обратный то к, проходящий через него при включении в обратном направлении. Основная составляющая обратного тока кремниевых р-и-переходов - это ток термогенерации, зависящий от площади р-п-перехода и концентрации центров рекомбинации в области его объемного заряда. При всех вариантах включения диодов обратные токи изменяются в пределах 0,1 - 100 нА.

Кроме обычных выпрямительных диодов в полупроводниковых ИМС находят применение и другие типы, например стабилитроны (опорные диоды), которые реализуются по тем же принципам, конкретные схемы включения биполярных транзисторов выбираются в зависимости от заданного напряжения и температурной стабильности.

Для стабилизации напряжения до 10 В используют эмиттер-ный р-л-переход транзистора (вариантII), работающий в режиме электрического пробоя, а для стабилизации напряжения в несколько десятков вольт — включение транзистора с оборванной базой в режиме лавинного пробоя коллекторного р-п-перехода.