Модель полупроводниковых диодов

Эквивалентная схема полупроводникового диода представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1 - Эквивалентная схема полупроводникового диода

Ток I соответствует статическому току через р-п-переход, сопротивление R_S есть сопротивление базы, G_leak - проводимость утечки, а емкость С - сумма барьерной и диффузионной емкостей.

Ток I имеет две составляющих: ток через плоскую поверхность перехода I_j и ток через торцевые (боковые) поверхности I_jsw: .

ВАХ тока через р-п-переход аппроксимируется соотношениями:

,

,

где I_j и I_jsw - тепловые токи, N и NS - значения фактора неидеальности.

Емкость диода включает барьерные емкости основной и торцевой составляющих ( ), диффузионные емкости ( ), а также конструктувную паразитную емкость ( ):

.

Вольт-фарадная характеристика (ВФХ) барьерных емкостей представлены на рис. 2.2 (F_С - коэффициент неидеальности pn-перехода (обычно ≈0,5), φ_В - потенциал подложки). ВФХ диффузионных емкостей имеют такой же вид, как и барьерные емкости р-п-переходов.

Рис. 2.2 - Вольт-фарадная характеристика барьерных емкостей C_BS и C_BD

Для температурных зависимостей тепловых токов диодов (пропорциональных ) используются теоретические соотношения, в которые введены корректирующие параметры. Формулы, описывающие температурные зависимости тепловых токов, имеют вид:

,

где для коррекции используется параметр ХТ (по умолчанию ХТ = 3).

Контактные разности потенциалов, используемые в формулах ВФХ барьерных емкостей, зависят от температуры следующим образом:

.

Температурные зависимости барьерных емкостей при нулевом напряжении имеют вид:

.

Для описания температурной зависимости сопротивлений используется квадратичная аппроксимация:

,

где - температурные коэффициенты (по умолчанию равны 0).

Температурные зависимости токов имеют такой же вид, как в модели биполярных транзисторов. Для температурных зависимостей сопротивления базы и проводимости утечки используютя степенные функции, содержащие линейный и квадратичный члены.

Явление пробоя описывается добавлением к току через переход тока пробоя, ВАХ которого аппроксимируется соотношением

.

Температурная зависимость этого тока также описывается степенной функцией с линейным и квадратичным членами.

Модель резисторов

В интегральных микросхемах используются два типа резисторов: на основе монокристаллического и поликристаллического кремния.

Резисторы на основе монокристаллического кремния применяются в основном в ИМС на биполярных транзисторах. Для их реализации используется полупроводниковый слой р-типа, сформированный в процессе создания базовой области БТ. Поверхностное сопротивление р-слоя составляет 200…300 Ом/ÿ, поэтому резисторы с сопротивлением более нескольких кОм имеют чрезмерно большую площадь на кристалле.

Более высокоомные резисторы формируются в виде «сжатых» резисторов. Их структура включает и эмиттерный п⁺ слой, который находится под плавающим потенциалом. Таким образом, «сжатые» резисторы формируются на основе слоя активной базы биполярного транзистора. Эмиттерный п⁺ слой исключает из резистивного слоя наиболее низкоомную поверхностную область, что позволяет примерно на прядок повысить поверхностное сопротивление.

Наиболее высокоомные резисторы изготовляются на основе поликремниевого слаболегированного слоя. Поверхностное сопротивление таких резисторов может превышать 100 кОм/ÿ, что позволяет реализовать резисторы с сопротивлениями более 1…10 МОм. Такие резисторы используются, например, для поддержания режима хранения в элеменах памяти ЗУ статического типа.

Эквивалентная схема резистора представлена на рис. 2.3.

Рис. 2.3 - Модель интегрального резистора

Диоды на рисунке 3 моделируют р-п переход между слоями базы и коллектора. Емкости представляют собой барьерную и диффузионную емкости этого р-п перехода. Диоды и емкости реального резистора имеют распределенный характер. В большинстве практических случаев их разделение на две равные части не приводит к существенным погрешностям.

В модели поликремниевого резистора диоды отсутствуют, а емкости не зависят от напряжения.

2.2 Модель МДП транзистора