a. Điện trở bán dẫn
- Đây là điện trở đơn khối bán dẫn loại P hoặc loại N. Giá trị điện trở của khối bán dẫn được xác định bằng điện trở suất, độ dài và diện tích tiết diện của vùng vật liệu:
R =ρ L
S (7.1)
Trong đó: L- độ dài của khối bán dẫn
S- diện tích tiết diện của khối bán dẫn ρ- điện trở suất của chất bán dẫn
- Điện trở khuếch tán là các điện trở được cấy trên một đế bán dẫn. Điện trở khuếch tán được tính theo công thức( 7.2):
Nếu điện trở khuếch tán pha tạp chất cho ND thì điện trở được xác định:
RKT = ( ) S
N q
L
D n
μ Ω (7.2)
Trong đó : L- Độ dài của lớp điện trở khuếch tán S- Diện tích tiết diện của lớp điện trở.
Nếu điện trở khuếch tán được pha tạp chất nhận NA thì ta chỉ việc thay các giá trị độ linh động của lỗ trống và nồng độ NA vào công thức 7.2.
Trong các vi mạch tranzito trường, người ta sử dụng điện trở là tranzito trường với trị số phụ thuộc vào điện áp đặt lên cực cửa và cực máng.
b. Điện trở màng mỏng.
C E B C E B
N+
P SiO2 P SiO2
N N
Đế Si Đa tinh thể Si a/ b/
Hình 7 -6 : Phương pháp cách điện bằng chất điện môi:
a- với đế là tinh thể Si; b- với đế là đa tinh thể Si.
Điện trở màng mỏng được chế tạo bằng phương pháp bốc hơi và lắng đọng trong chân không ở nhiệt độ cao lên trên một đế là chất điện môi. Vật liệu dùng làm điện trở thường dùng là hợp kim Nicrôm. Điện trở chế tạo theo phương pháp này có độ chính xác rất cao (khoảng 1%). Đây là ưu điểm đặc biệt của linh kiện màng mỏng.
7.3.2. Tụ điện trong vi mạch.
Trong vi mạch tích hợp sử dụng ba loại tụ điện cơ bản sau:
- Tụ điện dùng điện dung của tiếp xúc P-N khi phân cực ngược - Tụ điện dùng ba lớp Kim loại- Oxit- bán dẫn, gọi là tụ điện MOS - Tụ điện màng mỏng
a. Tụ điện dùng tiếp xúc P-N.
Tụ điện dùng tiếp xúc P-N được chế tạo đồng thời cùng với quá trình chế tạo tranzito.
Giá trị điện dung của loại tụ này khi điện áp đặt lên nhỏ được tính theo công thức 7.3:
C = εε0S
d (7. 3)
Trong đó: S- diện tích mặt tiếp xúc d- bề dày lớp tiếp xúc
Tuy vậy, trong công nghệ chế tạo vi mạch người ta rất hạn chế chế tạo tụ điện vì nó chiếm diện tích lớn trên bề mặt đế silic.
b. Tụ điện MOS.
Tụ được hình thành từ ba lớp: Kim loại- Oxit (SiO2) - Bán dẫn có nồng độ tạp chất cao.
Thông thường lớp điện môi SiO2 dày cỡ 0,08 đến 0,1μm cho trị số điện dung nhỏ nhưng điện áp đánh thủng lớn: Trị số điện dung khoảng từ 300 ÷ 650pF/mm2 với điện áp đánh thủng khoảng từ 7v đến 50v.
c. Tụ điện màng mỏng.
Tụ điện màng mỏng được chế tạo theo công nghệ màng mỏng. Tụ gồm hai má là kim loại và lớp điện môi mỏng ở giữa, tất cả được đặt lên một đế là chất điện môi. Bề dày của lớp điện môi khoảng từ 100 đến 200 Angstrom. Giá trị điện dung có thể tính theo công thức 7.3 với S là diện tích má tụ và d là bề dày của chất điện môi.
7.3.3. Cuộn cảm trong vi mạch.
Trong vi mạch bán dẫn các mạch thường được thiết kế không có cuộn cảm trừ trường hợp không thể bỏ qua được. Trong trường hợp bắt buộc phải có cuộn cảm thì dùng loại điôt đặc biệt gọi là điôt cảm ứng hoặc loại cuộn cảm màng mỏng.
a. Cuộn cảm là điôt cảm ứng.
Loại điôt này cho điện cảm khoảng vài milihenry (mH). Điôt cảm ứng gồm có vùng bán dẫn P có nồng độ pha tạp lớn hơn, còn vùng bán dẫn N có nồng độ tạp chất rất nhỏ, gần như bán dẫn nguyên tính (xem hình 7-7a). Khi đặt lên điôt một điện áp thuận, các lỗ trống phun
vào bán dẫn N, một số ít bị tái hợp, số còn lại sẽ cần một khoảng thời gian để khuếch tán tiếp vào bán dẫn N. Như thế dòng điện thuận có xu hướng chậm pha so với điện áp. Do vậy, nó đã thực hiện chức năng của một cuộn cảm. Vùng bán dẫn N càng dài thì dòng hạt dẫn bay qua nó càng lâu và trị số điện cảm càng lớn.
b. Cuộn cảm màng mỏng.
Cuộn cảm màng mỏng được chế tạo dưới dạng đường xoắn tròn hoặc xoắn vuông màng mỏng. Xem hình 7-7b. Cuộn cảm này có thể đạt giá trị cỡ 0,1mH khi hệ số phẩm chất Q = 10.
7.3.4. Tranzito trong vi mạch
Trong vi mạch tích hợp người ta dùng tất cả các loại tranzito thường sử dụng trong mạch rời. Hai loại thông dụng nhất là tranzito lưỡng cực và tranzito trường.
a. Tranzito lưỡng cực.
Trong vi mạch tích hợp người ta thường dùng tranzito loại N-P-N vì:
- Khi khuếch tán tạp chất loại N thì nó rất dễ hòa tan vào silic.
- Độ linh động của điện tử lớn gấp hai lần độ linh động của lỗ trống. Vì vậy thời gian tác động của vi mạch nhanh hơn.
b. Tranzito trường.
Trong vi mạch tích hợp thường dùng JFET và MOSFET kênh có sẵn trong kỹ thuật tương tự như tạo ra tầng khuếch đại vi sai, các tầng tải Emitơ... Còn MOSFET kênh cảm ứng thường được dùng trong kỹ thuật số.
Khi chỉ cần dùng MOSFET một loại kênh thì người ta thường dùng loại kênh P vì nó cho độ tin cậy cao hơn, tính chống nhiễu cao hơn và nó chỉ sử dụng logic âm.
Khi yêu cầu dùng cả hai loại kênh P và kênh N, phải chế tạo chúng trên cùng một đế silic và được gọi là MOSFET kiểu bù và ký hiệu là CMOSFET.
7.3.5. Điốt trong vi mạch
A P+ N K
a/
b/
Hình 7-7 : a- Cuộn cảm dùng điôt cảm ứng.
b- Cuộn cảm màng mỏng.
Trong các mạch vi điện tử thường không chế tạo trực tiếp điôt mà thường chế tạo tranzito rồi sau đó nối tắt các chân cực để tạo ra điôt. Thông thường có hai cách nối tắt tranzito thành điôt sau đây.
a. Nối tắt tranzito thành điôt trong mạch cách điện bằng chất điện môi.
Có 5 cách nối tắt tranzito thành điôt, xem hình 7-8a,b,c,d,e. Mỗi cách nối sẽ cho một loại điôt với các tham số riêng của nó.
b. Nối tắt tranzito thành điôt trong mạch cách điện bằng tiếp xúc P-N.
Tranzito trong mạch vi điện tử cách điện bằng tiếp xúc P-N là cấu trúc 4 lớp bán dẫn nên có thể lấy bốn đầu ra: E,B,C và Đế. Và ta có 5 cách đấu nối tranzito thành điôt. Xem hình 7- 9a,b,c,d,e.