Пленочные конденсаторы и катушки индуктивности
Цель работы:рассчитать геометрические размеры тонкопленочного конденсатора
Основные теоретические сведения
Конденсаторы. Структура и конфигурация типичного пленочного конденсатора показаны на рис. 16. Удельная емкость конденсатора определяется по формуле 
, где толщина диэлектрической пленки d существенно зависит от технологии: для тонких пленок d = 0,1-0,2 мкм, для толстых d = 10-20 мкм. Поэтому при прочих равных условиях удельная емкость толстопленочных конденсаторов меньше, чем тонкопленочных. Однако различие в толщине диэлектрика может компенсироваться благодаря различию диэлектрических проницаемостей материалов.
У тонкопленочных конденсаторов удельная емкость не пропорциональна диэлектрической проницаемости используемого материала, так как учитывается еще его пробивная напряженность. Материал с высоким значением ε может иметь малую пробивную напряженность. Тогда при заданном пробивном напряжении толщину диэлектрического слоя необходимо увеличивать, и выигрыш в удельной емкости оказывается меньше ожидаемого.
При выборе диэлектрика для высокочастотных конденсаторов (как тонко-, так и толстопленочных) приходится дополнительно учитывать потери энергии в диэлектрике. Что касается омических потерь в обкладках пленочных конденсаторов, то они гораздо меньше, чем у полупроводниковых конденсаторов, потому что в качестве обкладок используются металлические слои с высокой проводимостью.
|
|
|
Рис.16. Конструкции пленочных конденсаторов с обкладками прямоугольной формы (а), в виде пересекающихся проводников (б) и гребенки(в).
Конструкция (рис. 16, а), в которой контур верхней обкладки вписывается в контур нижней обкладки, предназначена для реализации конденсаторов повышенной емкости (сотни-тысячи пикофарад). Ее особенностью является то, что несовмещение контуров обкладок не сказывается на воспроизведении емкости (для устранения погрешности из-за площади вывода верхней обкладки предусмотрены компенсаторы 5), а распространение диэлектрика за контуры обеих обкладок гарантирует надежную изоляцию обкладок при их предельном несовмещении.
Для конденсаторов небольшой емкости (десятки пикофарад) целесообразна конструкция (рис. 16, б) в виде пересекающихся проводников одинаковой ширины, разделенных слоем диэлектрика. Емкость конденсатора данной конструкции нечувствительна к смещению обкладок из-за неточности их совмещения.
Для реализации высокочастотных конденсаторов (емкость < 1 пФ) применяют гребенчатую конструкцию (рис. 16, в), в которой обкладки имеют форму гребенчатых проводников, а диэлектрик является составным типа «подложка — воздух» или «подложка — диэлекрическое покрытие».
|
|
|
В табл. 4 приведены типичные параметры пленочных конденсаторов. Для сравнения воспроизведены также параметры близких им по структуре МДП-конденсаторов. Из таблицы можно сделать следующие общие выводы:
- удельные емкости пленочных конденсаторов (при надлежащем выборе диэлектрика) в несколько раз и даже на порядок превышают удельную емкость МДП-конденсаторов и тем более диффузионных конденсаторов;
- максимальные емкости пленочных конденсаторов могут быть на несколько порядков больше, чем емкости полупроводниковых конденсаторов, главным образом благодаря большей площади (поскольку площадь подложек гибридных ИС значительно превышает площадь кристаллов полупроводниковых ИС);
- толстопленочные конденсаторы незначительно уступают тонкопленочным по большинству параметров, за исключением, может быть, температурного коэффициента;
- для высокочастотных тонкопленочных конденсаторов оптимальным диэлектриком является моноокись кремния; близкими к ней параметрами обладает также моноокись германия.
Таблица 4. Типичные параметры пленочных конденсаторов
|
|
|
| Тип конденсатора | 
| 
| Δ, % | TKE, %/°C | Q (10 МГц) | |
|
Тонкопле- ночныи | SiO 
| 60 | 1500 | ± 15 | 0,2 | 200 |
| 1500 | 4*104 | ± 15 | 0 03 | 40 | |
| Та205 | 4000 | 105 | ± 15 | 0,02 | 30 | |
| Толстопленочный | — | 104 | ± 20 | ± 0,05... ± 0,15 | _ | |
| МДП | 350 | 200 | ± 20 | 0,02 | 10 | |
Катушки индуктивности. Как уже отмечалось, возможность осуществлять катушки индуктивности методами микроэлектроники является одним из достоинств пленочной технологии. Такие катушки представляют собой плоские спирали, обычно прямоугольной конфигурации (Рис.17). Для уменьшения сопротивления в качестве материала используется золото. Ширина металлической полоски составляет 30-50 мкм, просвет между витками 50—100 мкм. При таких геометрических размерах удельная индуктивность лежит в диапазоне 10-20 нГн/мм2, т.е. на площади 25 мм2 можно получить индуктивность 250-500 нГн.
Добротность катушек индуктивности на высокой частоте определяется выражением 
где rв — сопротивление высокочастотных потерь. Например, на частоте 100 МГц добротность может иметь значение QB = 50. В отличие от добротности конденсатора добротность катушки возрастает с увеличением частоты. Поэтому пленочные катушки могут успешно работать в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ), при частотах 3-5 ГГц. При этом число витков составляет 3-5. В связи с разработкой микроминиатюрных проволочных катушек применение пленочных катушек, особенно на частотах менее 50-100 МГц, ограничивается, и предпочтение, как и в случае конденсаторов, отдается навесным компонентам.
|
|
|
|
Дата добавления: 2018-05-31; просмотров: 963; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!