Температурные коэффициенты

Одной из важных особенностей элементов полупроводниковых ИМС является высокая степень согласованности параметров транзисторов и других элементов, располагающихся на одном кристалле. Несмотря на то, что абсолютный разброс параметров интегральных транзисторов больше, чем дискретных, различие, например, в значениях напряжения l/ъэ для соседних интегральных транзисторов составляет — \ мВ, коэффициенты передачи тока р отличаются на ^ 5%. Температурные коэффициенты также велики, но благодаря малым различиям температуры соседних участков подложки, отстоящих на 100... 150 мкм, и подобию структур, температурные изменения происходят согласованно, так что различия не выходят за указанные выше пределы [81.

В полупроводниковых ИМС ширина диффузионных резисторов достигает 15...20 мкм, при этом погрешность геометрических размеров порядка нескольких микрон (см. § 2.3) приводит к отклонению величины сопротивления, не превышающему 20%. Надо учитывать, что кроме погрешности геометрических размеров существуют и другие, так что суммарная погрешность, вычисленная из соотношения типа (2.18) (не учитывающего другие отклонения сопротивления, например температурные изменения, старение), может превысить 20%.

Температурные изменения величины R и С также отражаются на стабильности параметров активных фильтров, так как взаимной компенсации этих изменений достичь не удается. .Обычно интегральные активные фильтры не могут стабильно работать в широкрм диапазоне изменения температур. Шумы усилителя' и нелинейные свойства транзисторов ограничивают динамический диапазон активных фильтров.

Стабилизацию постоянного напряжения можно также получить с помощью диода, включенного в прямом направлении. Кремниевые диоды, предназначенные для этой цели, называют стабистора-ми. Для изготовления стабисторов применяют кремний с большой концентрацией примесей, что необходимо для получения меньшего динамического сопротивления при прямом включении. Кроме того, при большей концентрации примесей в исходном кремнии меньше температурные изменения прямой ветви вольт-амперной характе-

Схемы с общим, эмиттером и общей базой имеют различные значения обратного тока /кво. С увеличением температуры Т обратные токи возрастают, но соотношение между ними остается постоянным ( 6.10, а). Одновременно температурные изменения-оказывают влияние на величину коэффициентов передачи тока а и S ( 6.10,6). С физической точки зрения изменение этих коэффициентов определяется комплексом различных факторов, среде которых в первую очередь необходимо отметить изменение концентрации носителей и диффузионной длины, влияние центров захвата.

температурные изменения параметров транзистора имеют закономерный характер, то в некоторой степени могут быть скомпенсированы. Так, для уменьшения абсолютного дрейфа нуля УПТ необходимо уменьшить коэффициент нестабильности $яс.

С увеличением JV допускается больший технологический разброс и температурные изменения параметров транзисторов, повышается помехозащищенность и невосприимчивость схемы к колебаниям напряжения питания, однако ухудшается чувствительность, увеличивается мощность управления и несколько ухудшается быстродействие. Физически это связано с изменением состояния коллекторного перехода и снижением высоты его потенциального барьера, так как избыточный заряд подвижных носителей заполняет не только центральную, но и периферийные области базовой пластинки. При этом ток в нагрузке почти не зависит от напряжения на насыщенном транзисторе ([/к э „ас ~ *0,1—0,2 В) и всецело определяется параметрами внешней цепи (/K^i/K/RK). В этом же режиме напряжение на переходе база-эмиттер может достигать 1— 1,5 В, т.е. UQ э нас » UK с, за счет падения напряжения в базовой области вблизи внешнего вывода. В режиме насыщения цепь транзистора можно считать замкнутой.

Температурные изменения обратного тока коллекторного перехода подчиняются экспоненциальному закону [см. (3.1)], что является одной из причин смещения выходных характеристик в сторону больших токов коллектора Увеличение их наклона связано с изменениями коэффициента усиления (3.

наличие термостабильной точки, в которой температурные изменения параметров практически не наблюдаются. Это явление связано со взаимной компенсацией двух процессов: снижения проводимости канала и снижения потенциального барьера на переходе, что вызывает расширение проводящего канала при росте температуры;

6.53. Сравнить концентрации свободных электронов в собственных германии и кремнии при температурах 40 и 80 °С с концентрациями их при температуре 300 К. Пренебрегите изменением эффективных плотностей состояний в зонах проводимости и валентной Nc и Nv при изменении температуры. Ширина запрещенной зоны в германии Eg= =0,72 эВ, в кремнии Eg=\,l2 эВ. Определить значения удельного сопротивления при указанных температурах (температурные изменения подвижности не учитывать). Удельные сопротивления собственных германия и кремния при комнатной температуре принять равными 0,45 и 2Х ХЮ3 Ом-м соответственно.

Зависимость электропроводности полупроводников от температуры обусловливает температурные изменения и других параметров транзистора. Коэффициент передачи тока эмиттера, сопротивление эмиттера и коэффициент обратной связи по напря^ жению с ростом температуры возрастают. Следует отметить, что параметры транзистора изменяются при колебаниях температуры ввиду изменения тока /Кбо. В связи с резким увеличением тока /Кбо и ухудшения выпрямительных свойств р—га-перет

ной температуре удельное сопротивление соответственно 0,0175 и 0,0283 мкОм • м, а также средние температурные коэффициенты 0,0039 и • 0,004 °С~1 в диапазоне температур от 0 до 100 °С.

3) температурные коэффициенты линейного расширения герметизирующих материалов, материалов корпусов и электрических выводов должны быть максимально сближены;

Одной из важных особенностей элементов полупроводниковых ИМС является высокая степень согласованности параметров транзисторов и других элементов, располагающихся на одном кристалле. Несмотря на то, что абсолютный разброс параметров интегральных транзисторов больше, чем дискретных, различие, например, в значениях напряжения l/ъэ для соседних интегральных транзисторов составляет — \ мВ, коэффициенты передачи тока р отличаются на ^ 5%. Температурные коэффициенты также велики, но благодаря малым различиям температуры соседних участков подложки, отстоящих на 100... 150 мкм, и подобию структур, температурные изменения происходят согласованно, так что различия не выходят за указанные выше пределы [81.

Бескорпусные микросхемы могут изготовляться на специализированных предприятиях или самим заводом-изготовителем больших гибридных интегральных микросхем на полупроводниковых подложках теми же методами и с той же топологией, что и кристаллы обычных корпусных полупроводниковых микросхем. Отли-, чие состоит в том, что после изготовления подложек, отбраковки негодных, скрайбирования и разделения на отдельные кристаллы годные из них приклеиваются на диэлектрическую подложку пленочной ИМС. Затем присоединяются внешние выводы бескорпусных микросхем к соответствующим контактным площадкам пленочной коммутационной платы. В большинстве случаев толстопленочная или тонкопленочная часть БГИС содержит только проводники, соединяющие бескорпусные полу-. проводниковые микросхемы. Резисторы выполняются в структурах пленочной части БГИС только в тех случаях, когда необходимо обеспечить высокую точность и малые температурные коэффициенты сопротивлений. Защита таких микросхем от воздействия агрессивных сред обеспечивается окисной пленкой, покрывающей поверхность полупроводниковой подложки, и защитным слоем, создаваемым для предохранения всей структуры БГИС.

где Т0 — начальная температура, р0 и с0—удельное сопротивление и теплоемкость при Т=Т0; ар и ас—постоянные температурные коэффициенты сопротивления и теплоемкости.

ТК.Д, ТКЕ, ТКС — температурные коэффициенты добротности,, емкости и сопротивления ос — коэффициент- передачи тока в схеме ОБ Р — коэффициент переноса дырок •у — коэффициент ияжекции ЕО — диэлектрическая постоянная & — относительная диэлектрическая постоянная Афо — контактная разность потенциалов Д№ — ширина запрещенной зоны V-ii>- И1? — коэффи^йеиты подвижности электронов и дырок

4.6. Определите сопротивление шунта R и сопротивление резистора RI для схемы последовательной температурной компенсации ( 4.1) для получения на базе магнитоэлектрического механизма задачи 4.1 амперметра на 5 А с температурной погрешностью, не превышающей 1,5% при изменении температуры на +10°С. Температурные коэффициенты материалов: обмотки рамки (Зо=4 % на 10 °С, спиральных пружин Ртг = 1 % на 10°С.

Определите, с каким сопротивлением необходимо поставить компен< сационный резистор для уменьшения температурной погрешности В 2 раза и как при этом надо изменить сопротивление шунта. Температурными изменениями В и № пренебречь. Температурные коэффициенты материалов: обмотки рамки Ро=4 % на 10 °С, спиральных пружин pV=l % на 10 "С.

Материалы подложки и нанесенных на ней пленок должны иметь незначительно различающиеся температурные коэффициенты линейного расширения (ТКЛР) для обеспечения достаточно малых механических напряжений в пленках, вызывающих их отслаивание и растрескивание.

Например, интенсивность парообразования в выпарных аппаратах (производительность) зависит от количества теплоты, передаваемой выпариваемой воде через стенку трубки греющей камеры, которое определяется загрязненностью теплопередающей поверхности смесью труднорастворимых солей кальция — СаСОз, CaSO4, CaSiOs и продуктов коррозии. Причинами образования отложений являются упаривание воды, повышающее концентрацию кальциевых солей выше допустимого предела (произведение растворимости), и их отрицательные температурные коэффициенты растворимости. Поскольку умягчение исходной воды для радиоактивных солесодержащих вод неприменимо, для снижения интенсивности накипеобразования при испарении таких вод применяют другие способы. Рассмотрим некоторые из них.

Температурные коэффициенты линейного расширения материалов, используемых в конструкции электромонтажа