Рисунок 4.4 - Зависимость коэффициента усиления от частоты от сопротивления затвор-исток в диапазоне от 180 до 260 Ом с шагом 20.

Рисунок 4.5 - Зависимость коэффициента шума от частоты от сопротивления затвор-исток в диапазоне от 180 до 260 Ом с шагом 20.

4. Разработка конструкции и топологии кристалла

4.1 Расчет геометрических размеров пассивных элементов

4.1.1 Расчет геометрических размеров конденсаторов

Пленочные конденсаторы представляют собой трехслойную М-Д-М структуру.

При функциональном проектировании усилителя получили следующие значения конденсаторов

.

Рассчитаем геометрические размеры конденсатора С1.

Примем разброс номиналов ДС=20%, расстояние между краями верхней и нижней обкладок ДL_вн=0,2 мкм, расстояние между краем диэлектрика и краем нижней обкладки ДL_дн=0,2 мкм, погрешность линейных размеров dL_vn=0,2 мкм. В качестве диэлектрика выберем SiO₂.

Рассчитаем минимальную толщину диэлектрика:

, (5.1)

где k_z - коэффициент запаса (2ч3);

U_p - рабочее напряжение (В);

E_d - электрическая прочность диэлектрика (6·10⁸ В/м).

.

Так как данное значение толщины диэлектрика не может быть получено, то выберем в качестве толщины минимально возможное значение .

, (5.2)

Найдем погрешность в геометрических размерах верхних обкладок конденсатора д_а:

, (5.3)

, (5.4)

где k_f - коэффициент формы.

Значение

обеспечивает заданное U_р и требуемое значение д_А. Емкость С₀ определяет геометрические размеры конденсатора.

Найдем площадь конденсатора А_во по формуле:

, (5.5)

Найдем длину верхней обкладки L_во:

, (5.6)

Длина нижней обкладки L_но:

, (5.7)

Длина диэлектрика L_д:

. (5.8)

Аналогично рассчитаем геометрические размеры конденсатора по формулам (5.4) - (5.8) и получим:

,

,

,

.

Конденсатор С3

,

,

,

Конденсатор С4:

,

,

,

.

Конденсатор С5:

,

,

,

.

4.1.2 Расчет геометрических размеров резисторов

Проведем расчет поверхностного сопротивления N и N⁺ областей (R_n и R_n+).

, (5.9)

где N - концентрация носителей в n слое;

q - заряд электрона;

- подвижность носителей в n и n+ слоях;

a_n - толщина эпитаксиального N слоя.

, (5.10)

где N⁺ - концентрация носителей в n+ слое;

a_n+ - толщина эпитаксиального n+ слоя.

Подставляя численные значения получим:

Ом/Ў

Ом/Ў

Параметром, определяющим характеристики резисторов, является ширина, которая определяется: (5.11)

где b_{0 -} минимальная эффективная ширина, определяемая технологическими ограничениями;

b_{Р -} минимальная эффективная ширина, определяемая допустимой удельной рассеиваемой мощностью (Р₀);

b_{Т -} минимальная эффективная ширина, обеспечивающая заданную точность изготовления.

Определим минимальную эффективную ширину, воспользовавшись данными из таблицы приведенной в [1, с.224]. Как видно из таблиццы b_эфф0=100·10^-6 м, Дb_t=0,2·10^-6 м. Погрешность в номиналах поверхностного сопротивления примем равной ДR_s=0.05, сопротивления ДR=0.2.

Рассчитаем геометрические размеры резистора R₁=100 Ом.

Определим b_Р:

, (5.12)

где Р₀ - допустимая удельная мощность (Р₀ 5 Вт/мм²);

Р₁ - мощность рассеиваемая на резисторе R₁, определяемая:

, (5.13)

Вт

м.

Определим b_Т:

, (5.14)

.

Выберем максимальную ширину из трех возможных b_max1= b_Т.

Рассчитаем длину резистора:

, (5.15)

.

Определим коэффициент формы резистора:

, (5.16)

Воспользовавшись соотношениями (5.11) - (5.16) рассчитаем геометрические размеры всех остальных резисторов. Но для резистора R₃ будем использовать поверхностное сопротивление n+ слоя R_sn+, а для сопротивления R₂, R₄, R₅ и R₆ поверхностное сопротивление n слоя.

Резистор R₂ (100 Ом):

Резистор R₃ (43 Ом):

Резистор R₄ (350 Ом)

. .

м.

.

Резистор R₅ (350 Ом)

.

.

.

Резистора R_{6 (}110 Ом)

.

.

.

4.2 Разработка топологии кристалла

Наиболее важной стадией проектирования полупроводниковых ИМС является трансформация их электрической схемы в топологическую. Главное требование при разработке топологии - максимальная плотность упаковки элементов при минимальном количестве пересечений межэлементных соединений. При этом обеспечивается оптимальное использование площади кристалла при выполнении всех конструктивных и технологических требований и ограничений.