Elementos de los circuitos integrados bipolares Integracin de

Elementos de los circuitos integrados bipolares Integración de elementos. Tipos de aislamiento n Elementos activos integrados n Elementos pasivos integrados n Efectos parásitos n Ventajas y limitaciones de un BIC n

Integración de elementos en BIC n n Todos los elementos del semiconductor IC se producen juntos, mediante un único proceso tecnológico, en el volumen de un mono-cristal semiconductor. Están conectados eléctricamente entre sí por un sustrato semiconductor común. Con el fin de garantizar el funcionamiento normal del circuito, es necesario conseguir un buen aislamiento eléctrico entre los componentes. La calidad, la producción de circuitos integrados, la expansión de sus capacidades funcionales y el aumento en el grado de integración – todas estas características son definidas por los métodos de aislamiento Elementos semiconductores 2

Obtención del aislamiento eléctrico en los elementos de un CI n n n Se lleva a cabo mediante la creación de zonas en el semiconductor monocristalino, aislado del resto del material - "islotes". Los métodos para su consescución se pueden dividir en tres grupos: Con una unión p-n inversamente conectada Aislamiento con dieléctrico Métodos combinados de aislamiento Elementos semiconductores 3

Aislamiento con unión p-n inversamente conectada n n n Este principio consiste en la creación de islotes, rodeados por una unión PN; este es el método utilizado más frecuentemente en los BIC. Ventajas - se utilizan las funciones tecnológicas estándar – además de una adicional -la difusión Limitaciones: q q Aparición de una capacitancia parásita de barrera y de una resistencia interna en la unión PN que ocasionan fugas, ambas dependientes de la temperatura y de la radiación; Aparición de transistores parásitos Propiedades frecuenciales reducidas Limitaciones de la polaridad y la magnitud de los voltajes de suministro Elementos semiconductores 4

Aislamiento dieléctrico entre elementos Ventajas: capacitancia parásita 2 órdenes de magnitud más pequeña; pérdidas por corrientes de fuga 6 órdenes de magnitud menores; gran rapidez de respuesta; aumento de las tensiones de perforación; buena resistencia a la radiación. Limitaciones: implementación compleja y laboriosa; costes altos; mala eliminación del calor Tecnología del silicio sobre zafiro Métodos combinados de aislamiento - ISOPLANAR Elementos semiconductores 5

Elementos de un BIC n n La producción simultánea de todos los elementos del circuito dentro del ciclo tecnológico es una de las principales características de la producción de CI Un elemento básico de los BIC son los transistores bipolares. El ciclo tecnológico está ajustado con el objetivo de optimizar sus parámetros. Todos los demás elementos cumplen con la estructura básica NPN y las operaciones tecnológicas adicionales son evitadas. Elementos semiconductores 6

Elemento circuital básico Transistor NРN Emisor Base Colector Transistor NРN Emisor Colector Base Transistor РNР Elementos semiconductores 7

Diagrama de flujo esquemático 1. Formación de una lámina N+ oculta en el sustrato tipo P 2. Crecimiento de lámina epitaxial N 3. Formación de zonas N aisladas con profunda difusión P 4. Formación de zonas P para las bases del NPN, resistencias o contactos de resistencias, emisores y colectores de los PNP con inyección lateral. Implantación de iones para resistencias de alta impedancia 5. Formación de zonas N+ para los emisores de los NPN, bases de los transistores PNP y plataformas para los condensadores de transición 6. Formación de las oberturas para los contactos 7. Aplicación de una lámina de aluminio 8. Formación de las conexiones y los contactos 9. Pasivación contactos Zonas P Zonas N Р substrate Elementos semiconductores Canales Р Capa epi Capa N+ oculta 8

ELEMENTOS PASIVOS Condensador Resistencia Elementos semiconductores 9

Parámetros básicos de los distintos tipos de transistores n n Tensiones de perforación Ueb, Uce, Ucs Coeficiente de amplificación de corriente Transistores Super beta n Máxima Corriente de emisor permitida Es definida por el área y la periferia del emisor, en contacto con la base (0, 16 m. A/um) Elementos semiconductores 10

n Voltaje de saturación Rol de la capa oculta p+ para reducir el volumen de voltaje del colector n Frecuencia de corte f. T Depende de la constante de tiempo de las tres transiciones, así como de los tiempos de vuelo sobre la base y la capa empobrecida del colector Elementos semiconductores 11

Transistores PNP en los CI n n n Con difusión adicional Sustrato base-colector Con inyección lateral n n n Sin operaciones adicionales Amplificación pequeña Frecuencia de corte baja Elementos semiconductores 12

Transistor Schottky Unión IF Schottky Unión PN VF Elementos semiconductores 13

Diodos en BIC Los diodos en los CI son transistores con una configuración de diodo. El electrodo redundante se deja sin utilizar o se cortocircuita con uno de los otros terminales. Cinco diagramas de un transistor integral Sin importar el esquema de reparto y la conexión de las tensiones, el potencial del sustrato debe ser el más negativo. Elementos semiconductores 14

Diodos zener de apoyo n n Uniones PN sirven en el zona de ruptura Para obtener voltajes múltiplos de 0, 7 se utilizan diodos desatascados Elementos semiconductores 15

Resistencia integral realizada en la base de una resistencia de volumen de un área definida en el cristal semiconductor n n n difusión-base, emisor, base debajo del emisor. Ión implantado Epitaxial – capa epi, epi bajo la base bajo el emisor base emisor implante Capa epi Р substrate Epi bajo la base Elementos semiconductores 16

Parámetros de las resistencias en los CI n n Gran ТCR – definida por la movilidad Resistencias precisión idéntica imprecisas; relación precisa • Implantación de ión • Difusión • canal n n n Efectos parásitos – transistor рnp; Capacidad distribuída Propiedades frecuenciales Elementos semiconductores 17

Condensadores en los CI n Basados en una unión p-n n n Basados en una estructura MOS Basados en una multicapa metálizada Elementos semiconductores 18

Efectos parásitos n n n Estructura de cuatro capas – transistores parásitos Resistencias volumétricas Condensadores parásitos Elementos semiconductores 19

Limitaciones de BIC n n n Elección limitada de elementos activos compatibles Limitación de los nominales de los elementos Grandes tolerancias de los valores absolutos Gran dependencia de la temperatura Efectos parásitos; resistencias distribuidas y capacitancias Falta de inductores Complejidad tecnológica Capacidades de frecuencia limitada Relación de disipación limitada Nivel de integración limitado Aislamiento transitorio con limitaciones Elementos semiconductores 20

Ventajas de los BIC n n Respuesta rápida Gran amplificación Posibilidad de realización de pasos analógicos o digitales Posibilidad de utilización de un gran número de elementos activos Elementos semiconductores 21