54.Нарисуйте график зависимости мощности потребления от частоты для кмоп-схем.

Обеспечение работы КМОП-схем в маломощном режиме

Имеется несколько типовых рекомендаций, которых следует придерживаться для того, чтобы добиться работы КМОП-приборов в режиме с низким значением тока. Кроме того, стоит расширить вашу осведомленность о патологиях КМОП-техно-логии.

Типовая процедура проектирования.

1. Обеспечьте в схеме как можно меньше точек с высокочастотными сигналами. КМОП-схемы не имеют тока покоя (иная природа, чем у тока утечки), но при переключении требуется ток для заряда внутренних (и нагрузочных) емкостей. Поскольку энергия, запасенная в конденсаторе, определяется как /2CU и равна количеству энергии, рассеянной резистивной цепью заряда, то рассеянная мощность определяется следующим

образом: P=UlcfC,

где /-частота переключений. Следовательно, КМОП-приборы потребляют мощность пропорционально их частоте переключений, как показано на рис. 1. На их максимальной рабочей частоте они могут потреблять больще мощности, чем эквивалентные ТТЛ логические схемы. Эффективная емкость С зачастую приводится в паспортных данных и именуется как «емкость мощности рассеяния», к которой вы должны добавить и емкость нагрузки С„, а уж затем пользоваться приведенной выще формулой.

2. Внутри самой схемы поддерживайте все напряжения Ucc " ии одинаковыми. В противном случае вы можете иметь ток, протекающий через входные диоды защиты. Даже хуже, вы можете перевести кристалл в тиристорный ключевой режим с фиксацией состояния (см. приведенные ниже патологии).

3. Позаботьтесь о том, чтобы размахи логических сигналов достигали уровней напряжения питания (максимальный перепад напряжения). Перепады выходных сигналов КМОП-схем имеют максимальное значение. Уровни же выходных сигналов других приборов-биполярных ТТЛ-схем, генераторов, «-МОП-кристаллов -могут находиться где-то посередине, что приводит к появлению тока режима класса А и снижению помехоустойчивости.

1 000

100 -

0,1 10 10" 10* 10* 10 10* Частота, Гц,

Рис. 1. Динамическая мощность потребления КМОП-схем.

4. Экранирование тока покоя. Типовой логический КМОП-кристалл серии НС или 4000В имеет точно определенный ток /„, равный 0,04 мкА (тип.) и 5 мкА (макс). В большинстве случаев редко ток покоя имеет максимальное значение, но иногда это может произойти.

54.Нарисуйте вертикальную структуру биполярного транзистора с диодом Шоттки.

Наибольшее распространение получили транзисторы, имеющие вертикальную структуру, в которой все выводы от областей транзистора расположены в одной плоскости на поверхности подложки Такая структура называется планарной.

Биполярный транзистор в цифровых интегральных микросхемах обычно выполняет функцию ключа, и все время работает либо в режиме насыщения, либо в режиме отсечки. В режиме насыщения происходит накопление неосновных носителей заряда в базе транзистора, а также в коллекторной области. Процессы накопления неосновных носителей и их последующего рассасывания при переводе транзистора в режим отсечки связаны с относительно медленным процессом диффузии неосновных носителей заряда. Инерционность этих процессов определяет скорость переключения транзистора из включенного состояния в выключенное и обратно, т. е. скорость срабатывания схемы.

Для ускорения процесса накопления и рассасывания неосновных носителей заряда целесообразно ограничить их накопление. Достичь этого можно путем шунтирования коллекторного перехода транзистора диодом Шоттки, т. е. диодом с выпрямляющим электрическим переходом между металлом и полупроводником. Структура такого интегрального транзистора показана на рис. 7.5.

Рис. 7.5. Структура транзистора с диодом Шоттки

Алюминиевый электрод образует с p-областью базы омический переход, а переход между алюминиевым электродом и относительно высокоомной n-областью коллектора получается выпрямляющим. Из-за неравенства работ выхода электронов из алюминия и из кремния с электропроводностью n-типа и в результате химической обработки поверхности кремниевого кристалла на контакте для электронов возникает потенциальный барьер, несколько меньший высоты потенциального барьера на коллекторном переходе. Поэтому при прямом смещении коллекторного перехода и соответственно при прямом смещении диода Шоттки основная часть прямого тока коллектора будет проходить через диод Шоттки. Этот ток связан с движением электронов из n-области коллектора в металлический электрод и не сопровождается инжекцией дырок в n-область коллектора. Таким образом, в высокоомной области коллектора практически не происходит накопления неосновных носителей заряда.

Изготовление интегрального транзистора с диодом Шоттки не требует введения дополнительных технологических операций. Необходимо лишь изменить соответствующим образом фотошаблон, применяемый при проведении фотолитографии для снятия диоксида кремния под контакты, и расширить слой напыляемого алюминия за металлургическую границу коллекторного перехода. Однако при снятии диоксида кремния в месте выхода коллекторного перехода на поверхность монокристалла кремния и при обработке этой поверхности перед нанесением алюминиевой металлизации следует предотвратить возможность загрязнения p-n-перехода коллектора неконтролируемыми примесями.