结电容器:在器件中,每个结都是一个电容器。当每个结的两边被加上电压时,载流子就会离开结,形成耗尽区(参见下图)。在器件和电路中,这种耗尽区就起到电容器的作用。

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在设计电路时,必须考虑结电容效应。实际上,在一些电路中就把结电容作为电路设计的一部分。这种自然的结电容有降低电路运行速度的效应,这是因为耗尽区在有电流流过之前需要一定的时间来“充满”(或者叫充电)电容器。不同的结电容都需要不同的时间来放电,这些充放电的时间影响着电路的开关和运行速度。

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沟槽电容器:对于晶圆表面的节省一直是电路设计的一个标准。金属一氧化物电容器的一个问题就是它的面积相对比较大。而沟槽(隐埋)电容器可以解决这个问题。它是通过把沟槽竖直刻蚀到晶圆的表面从而形成电容器来实现的(参见下图)。对于沟槽的刻蚀可以用湿法技术(各向同性)或者干法技术(各向异性)。沟槽的侧壁被氧化(介质材料),同时沟槽内部则填满了沉积的多晶硅。最终形成由硅和多品硅作为两个电极,二氧化硅作为它们之间介电质的线状结构。可以用其他的介质材料替换二氧化硅以增加性能。

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堆叠电容器:另一种节省晶圆表面面积的方法是在晶圆表面形成“堆叠电容器”(stacked capacitor)。动态储存器(DRAM)对于小的高介电质的要求促进了这项技术的发展,它的每个单元的储存部分就是一个电容器。在动态储存器(DRAM)单元内,下端的电极通常是多晶硅或者半球形晶粒多晶硅(HSG)。电容器可以是平面状、圆筒状或者鱼鰭状。

 

一个典型的结构如下图所示。电容器的介质材料通常会考虑用Ta2O5,和BaSrTiO3(或者叫BST)。后者是铁电材料。铁电材料指的是含铁的物质,在电子学领域它指的是与传统的硅匹配的材料相比,有更高速度的介电质。另一种铁电材料是PZT。

 

上端的电极材料可以是TiN,WN,Pt,多晶硅或者其他半导体材料中的一种。

 

二极管

 

掺杂二极管:二极管是指被结分开而形成两个区域的器件。二极管既可以使电流通过也可以起到阻止电流流动的作用。二极管的功能由电压的极性来决定,称为“偏置”(参见下图)。当电压方向与二极管区域一致时,二极管处于正向偏置状态,此时电流易通过二极管。当极性相反时,二极管处于反向偏置,电流被阻止而不能通过二极管,如果不断增加电压,达到二极管的击穿电压(breakdown)后,反向二极管也可以导通电流。但这种情况是暂时的,当电流减小时,二极管又恢复了原来的反向阻止电流流动的功能(参见后面介绍)。二极管在电路中起到掌握电流流动方向的作用。通过正确地选择电流的极性和二极管的极性,可以允许电流通过一些支路,也可以阻止电流通过另一些支路。平面二极管就是一个掺杂区,结的两边有两个接触区(参见下图)。二极管通常是在晶体管掺杂步骤形成的。因而在双极型电路中通常都有一个基极一集电极二极管和一个发射极一基极二极管。在MOS电路中,大部分的二极管都是在“源漏”掺杂步骤形成的。

 

 

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