6. Последовательность расчета мдп – конденсатора
МДП-конденсаторы (металл-диэлектрик-полупроводник) используют в качестве диэлектрика тонкий слой (0,05…0,12 мкм) SiO 2 или Si 3 N 4 . Нижней обкладкой служит высоколегированный эмиттерный слой, верхней – пленка алюминия толщиной от 5000 до 1 мкм. Типичный МДП-конденсатор представляет собой обыкновенный плоский конденсатор, и его емкость определяется по формуле, пФ:
|
( 6.1 ) |
где e д/э – диэлектрическая постоянная диэлектрика; e 0 – диэлектрическая постоянная вакуума, e 0 =8,85 · 10 -6 пФ/мкм; S – площадь верхней обкладки, мкм 2 ; d – толщина диэлектрика, мкм
В противоположность диффузионным конденсаторам МДП-конденсаторы могут работать при любой полярности приложенного напряжения. Кроме того, их емкость не зависит от приложенного напряжения и частоты переменного тока
Исходные данные для расчета
необходимое значение емкости: С = 20 пФ;
допуск на емкость: D С = 20%;
рабочее напряжение: U = 4 В;
интервал рабочих температур (УХЛ 3.0): Т min = -60 ° C, Т max = +40 ° С;
рабочая частота: 500 МГц
1. Задаемся напряжением пробоя конденсатора исходя из заданного рабочего напряжения:
U пр = (2…3)U |
( 6.2) |
В нашем случае U пр = 12 В
2. Определяем толщину диэлектрика, мкм:
d = U пр / Е пр |
( 6.3) |
где Е пр – электрическая прочность диєлектрика, для SiO 2 Е пр = 10 3 В/мкм
В нашем случае d = 0,012 мкм
3. Емкость МДП – конденсатора определяется по формуле, ( 6.1), пФ, исходя из которой площадь верхней обкладки, мкм 2 :
|
( 6.4 ) |
e SiO2 @ 4, в нашем случае S = 6822,76 мм 2
Ширина конденсатора, мкм:
|
( 6.5 ) |
В нашем случае =82,6 мкм
4. Выбираем расстояние координатной сетки для черчения h равным 1 мм, масштаб M выбираем равным 500:1
Расстояние координатной сетки:
H f = h/M |
( 6.6 ) |
В нашем случае H f = 2 мкм
5. Приводим ширину конденсатора к расстоянию координатной сетки:
а топ = [ /H f ] |
( 6.7 ) |
здесь [х] – целая часть х
В нашем случае а топ равно 41 расстоянию координатной сетки
6. Рассчитываем емкость С расч рассчитанного конденсатора по формуле ( 6.1):
С расч = 20,1271 пФ
7. Рассчитываем отклонение С расч от С:
|
( 6.8 ) |
В нашем случае D С расч = 0,636%, что вполне удовлетворяет заданной в начале расчета погрешности
7. Особенности топологии разрабатываемой имс
Для построения чертежей кристалла и фотошаблонов используется программа АutоСАD 2000 ( разработчик – компания Autodesk )
При построении чертежей фотошаблонов учтены допуски на минимальные расстояния между отдельными элементами интегральной микросхемы
Все резисторы данной схемы реализуются в базовом слое. Следовательно на n карман в котором они находятся подается максимальное напряжение действующее в этой схеме т.е. напряжение питания
Конденсаторы данной ИМС реализуются по МДП-технологии, что предполагает дополнительный этап фотолитографии для создания слоя тонкого диэлектрика МДП-структуры
На этапах изготовления ИМС используется негативный фоторезист, кроме этапа разделительной р диффузии когда используется позитивный фоторезист
Топология кристалла и фотошаблонов представлена на чертежах
Выводы
В данной работе была разработана топология и рассчитаны параметры интегральной логической схемы резисторно-емкостной транзисторной логики (РЕТЛ). Приведенные расчеты подтверждают полное соответствие разработанной ИМС требованиям технического задания. Топология микросхемы разработана с учетом технологических возможностей оборудования. Линейные размеры элементов и расстояния между ними больше минимально допустимых, что обеспечит меньшую погрешность при производстве, а следовательно, и больший выход годных изделий при групповом производстве
Электрические параметры схемы учитывают работу схемы в реальных условиях, а именно скачки питающего напряжения и напряжения на логических входах
Расчеты параметров элементов схемы предусматривают ее эксплуатацию в климатических условиях, характерных для широты Украины
Разработанная ИМС полностью пригодна для эксплуатации в современной электронной аппаратуре
Литература
1. Калниболотский Ю.М. и др. Расчет и конструирование микросхем.- Киев, "Высшая школа",1983
2. Конструирование и технология микросхем. Под ред. Коледова Л.А. – М.:"Высшая школа", 1984
3. Методичні вказівки до виконання розрахункових робіт на ЕОМ з курсу "Мікроелектроника та функціональна електроніка", ч.1,2,- Київ, КПІ, 1993
Техническое задание №6
Схема логики ИЛИ-НЕ на биполярных транзисторах
Технология планарно-эпитаксиальная, изоляция элементов слоем
n-полупроводника
|
Элемент |
Характеристика |
1 |
R 1 – R 4 |
4,7 кОм ± 20% |
2 |
R 5 |
3,3 кОм ± 20% |
3 |
C 1 – C 4 |
20 пФ ± 20% U раб = 4 В, диэлектрик – SiO 2 |
4 |
T 1 – T 4 |
Типовый транзистор монолитных ИС, однобазовый полосковый. |