Главная | Обратная связь

Тонкопленочные конденсаторы

Конденсаторы являются широко распространенными элементами пленочных микросхем.

Большинство характеристик конденсаторов (величина номинала, стабильность, рабочее напряжение, температурная и временная стабильность, частотные свойства, добротность, полярность, надежность и др.) зависят от выбранных материалов и технологии изготовления.

Материал, применяемый для изготовления диэлектрических слоев, должен иметь хорошую адгезию к материалам подложки и обкладок, не вступать с ними в химические реакции. Диэлектрическая пленка должна быть достаточно плотной, иметь высокую электрическую прочность, малые диэлектрические потери, незначительную величину ТКЛР, сравнимую с ТКЛР подложки, иметь высокую диэлектрическую проницаемость и не разлагаться при нагревании. Лучше других этим требованиям удовлетворяют диэлектрики.

Кроме материалов, приведенных в этой таблице, для изготовления тонкопленочных конденсаторов могут применяться окислы тантала, двуокись титана, титанат бария и др. Эти материалы имеют большее значение диэлектрической проницаемости, чем окись кремния SiO или окись германия GeO и на их основе можно изготовлять конденсаторы большой емкости. Однако, из-за больших диэлектрических потерь добротность таких конденсаторов низка, в связи с чем их можно применять только в низкочастотных цепях и цепях постоянного тока. Все большее применение для изготовления конденсаторов находят окислы редкоземельных металлов: лантана, иттрия и др. Для обеспечения наименьших потерь на высоких частотах, обкладки конденсаторов чаще всего напыляют из материалов с низким электрическим сопротивлением. Материал обкладок должен легко испаряться, иметь низкую подвижность атомов при образовании пленки и невысокую энергию испаренных частиц (во избежание диффузии и внедрения атомов металла в диэлектрик).

Практика показала, что для нанесения обкладок наилучшим материалом является алюминий, применение которого обеспечивает более высокий процент выхода годных тонкопленочных конденсаторов по сравнению с другими металлами. Это объясняется сравнительно низкой температурой испарения алюминия и невысокой подвижностью его атомов на поверхности подложки. Удельное поверхностное сопротивление алюминиевой пленки достаточно мало и при ее толщине 2500-5000 Å находится в интервале 0,2-0,06 Ом/□. Это обеспечивает высокую добротность тонкопленочных конденсаторов.

Рекомендуется одновременно с изготовлением обкладок конденсаторов наносить и тонкопленочные проводники. При этом ускоряется и упрощается техпроцесс изготовления микросхем и сокращается расход алюминия.

Следует помнить, что при температуре выше 180°С в алюминиевых пленках образуются игольчатые кристаллы, способные в ряде случаев проколоть тонкую диэлектрическую пленку. Поэтому температуру подложки и термообработки нельзя выбирать слишком высокой.

Конденсаторы с малой величиной емкости рекомендуется проектировать в виде двух пересекающихся проводящих полосок, разделенных слоем диэлектрика.

Желательно, чтобы все конденсаторы, расположенные на одной подложке, были изготовлены на основе одной диэлектрической пленки.

Для повышения точности и надежности конденсаторов необходимо выбирать наиболее простую форму обкладок. Суммарная площадь, занимаемая конденсатором на микроплате, не должна превышать 2 см², минимальная площадь конденсатора равна 0,5 * 0,5 мм².

Емкость пленочного конденсатора определяется по формуле

где d – толщина диэлектрика, см; S – площадь перекрытия верхней и нижней обкладок, см2, она называется активной площадью конденсатора; ε – относительная диэлектрическая проницаемость материала диэлектрика.

Емкость на единицу площади называется удельной емкостью конденсатора

Расчет пленочных конденсаторов сводится к определению его активной площади. Эта площадь рассчитывается по формуле

Конструкция пленочного конденсатора определяется площадью S (возможные варианты конструкции показаны на рисунке 7).

Рисунок 7 - Разновидности конструкций тонкопленочных конденсаторов;

1 – диэлектрик; 2 – нижняя обкладка; 3 – верхняя обкладка

При S ≥ 5 мм2 используется конструкция рисунка 7 а, у которой площадь верхней обкладки меньше, чем нижней.

При 1 ≤ S ≤ 5 мм2 используется конструкция, представляющая собой пересечение пленочных проводников (рисунок 7 б).

При 0,1 ≤ S ≤ 1 мм2 используются конструкции, представ-ляющие собой последовательное соединение конденсаторов (рисунок 7, в).

Для повышения точности и надежности пленочных конденсаторов форму обкладок необходимо выбирать простой, чтобы периметр их был по возможности меньше.

Расстояние между выводами обкладок конденсатора должно быть предельно увеличено.