Микроэлектроника и функциональная электроника

 

где e_д/э – диэлектрическая постоянная диэлектрика; e₀ – диэлектрическая постоянная вакуума, e₀=8,85·10^-6 пФ/мкм; S – площадь верхней обкладки, мкм²; 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: DС = 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:

 

Uпр = (2…3)U

( 6.2)

 

В нашем случае U_пр = 12 В.

2. Определяем толщину  диэлектрика, мкм:

 

d = Uпр / Епр

( 6.3)

 

где Е_пр – электрическая прочность диєлектрика, для SiO₂ Е_пр = 10³ 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, мкм²:

 

( 6.4 )

 

e_SiO2 @ 4, в нашем случае S = 6822,76 мм².

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:

 

Hf = h/M

( 6.6 )

 

В нашем случае H_f = 2 мкм.

5. Приводим ширину  конденсатора к расстоянию координатной сетки:

 

атоп = [ /Hf]

( 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 DС_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.