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Elementos de los circuitos
integrados bipolares
Integración de elementos. Tipos de aislamiento
 Elementos activos integrados
 Elementos pasivos integrados
 Efectos parásitos
 Ventajas y limitaciones de un BIC

Integración de elementos en BIC


Todos los elementos del semiconductor IC se producen
juntos, mediante un único proceso tecnológico, en el
volumen de un mono-cristal semiconductor. Están
conectados eléctricamente entre sí por un sustrato
semiconductor común. Con el fin de garantizar el
funcionamiento normal del circuito, es necesario
conseguir un buen aislamiento eléctrico entre los
componentes.
La calidad, la producción de circuitos integrados, la
expansión de sus capacidades funcionales y el aumento
en el grado de integración – todas estas características
son definidas por los métodos de aislamiento
Elementos semiconductores
2
Obtención del aislamiento eléctrico en
los elementos de un CI



Se lleva a cabo mediante la creación
de zonas en el semiconductor
monocristalino, aislado del resto del
material - "islotes". Los métodos para
su consescución se pueden dividir en
tres grupos:
Con una unión p-n inversamente
conectada
Aislamiento con dieléctrico
Métodos combinados de aislamiento
Elementos semiconductores
3
Aislamiento con unión p-n inversamente
conectada



Este principio consiste en la creación de islotes,
rodeados por una unión PN; este es el método
utilizado más frecuentemente en los BIC.
Ventajas - se utilizan las funciones tecnológicas
estándar – además de una adicional -la difusión
Limitaciones:




Aparición de una capacitancia parásita de barrera y de una
resistencia interna en la unión PN que ocasionan fugas,
ambas dependientes de la temperatura y de la radiación;
Aparición de transistores parásitos
Propiedades frecuenciales reducidas
Limitaciones de la polaridad y la magnitud de los voltajes
de suministro
Elementos semiconductores
4
Aislamiento dieléctrico entre elementos
Ventajas: capacitancia parásita 2 órdenes de
magnitud más pequeña; pérdidas por corrientes
de fuga 6 órdenes de magnitud menores; gran
rapidez de respuesta; aumento de las tensiones
de perforación; buena resistencia a la radiación.
Limitaciones: implementación compleja y
laboriosa; costes altos; mala eliminación del
calor
Tecnología del silicio sobre zafiro
Métodos combinados de aislamiento - ISOPLANAR
Elementos semiconductores
5
Elementos de un BIC


La producción simultánea de todos los elementos
del circuito dentro del ciclo tecnológico es una de
las principales características de la producción de
CI
Un elemento básico de los BIC son los transistores
bipolares. El ciclo tecnológico está ajustado con el
objetivo de optimizar sus parámetros. Todos los
demás elementos cumplen con la estructura básica
NPN y las operaciones tecnológicas adicionales son
evitadas.
Elementos semiconductores
6
Elemento circuital básico
Transistor NРN
Emisor
Base
Colector
Transistor NРN
Emisor
Colector
Base
Transistor РNР
Elementos semiconductores
7
Diagrama de flujo esquemático
1. Formación de una lámina N+ oculta en el sustrato tipo P
2. Crecimiento de lámina epitaxial N
3. Formación de zonas N aisladas con profunda difusión P
4. Formación de zonas P para las bases del NPN, resistencias o
contactos de resistencias, emisores y colectores de los PNP con
inyección lateral. Implantación de iones para resistencias de alta
impedancia
5. Formación de zonas N+ para los emisores de los NPN, bases de
los transistores PNP y plataformas para los condensadores de
transición
6. Formación de las oberturas para los contactos
7. Aplicación de una lámina de aluminio
8. Formación de las conexiones y los contactos
9. Pasivación
contactos
Zonas P
Zonas N
Р substrate
Elementos semiconductores
Canales Р
Capa epi
Capa N+ oculta
8
ELEMENTOS PASIVOS
Condensador
Resistencia
Elementos semiconductores
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Parámetros básicos de los distintos tipos
de transistores

Tensiones de perforación Ueb, Ucb, Uce,Ucs
Ucb  86

0, 65
epi
Ucb  Uce 4   1
Coeficiente de amplificación de corriente


  e w b  w 
1  2  M
   M  1 
1
 b L nb  L nb 
2
b
Transistores Super beta

Máxima Corriente de emisor permitida
Es definida por el área y la periferia del emisor, en
contacto con la base (0,16mA/um)
Elementos semiconductores
10

Voltaje de saturación
U ce sat


1
  T ln 1    rcc`I c
 i 
Rol de la capa oculta
p+ para reducir el
volumen de voltaje
del colector
Frecuencia de corte fT
Depende de la constante de tiempo de las tres transiciones,
así como de los tiempos de vuelo sobre la base y la capa
empobrecida del colector
Elementos semiconductores
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Transistores PNP en los CI



Con difusión adicional
Sustrato base-colector
Con inyección lateral



Sin operaciones adicionales
Amplificación pequeña
Frecuencia de corte baja
Elementos semiconductores
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Transistor Schottky
Unión
IF Schottky
Unión PN
VF
Elementos semiconductores
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Diodos en BIC
Los diodos en los CI son transistores con una
configuración de diodo. El electrodo redundante se
deja sin utilizar o se cortocircuita con uno de los
otros terminales.
Cinco diagramas de un transistor integral
Sin importar el esquema de
reparto y la conexión de
las tensiones, el
potencial del sustrato
debe ser el más
negativo.
Elementos semiconductores
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Diodos zener de apoyo


Uniones PN sirven en el zona de ruptura
Para obtener voltajes múltiplos de 0,7 se
utilizan diodos desatascados
Elementos semiconductores
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Resistencia integral
realizada en la base de una resistencia de volumen de un área definida en
el cristal semiconductor



difusión-base, emisor, base debajo del emisorIón implantado
Epitaxial – capa epi, epi bajo la base
base bajo el emisor
base
emisor
implante
Capa epi
Р substrate
Epi bajo la base
Elementos semiconductores
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Parámetros de las resistencias en los
CI


Gran ТCR – definida por la movilidad
 R  R S  b Resistencias
precisión


R
 RS
RS
b
 b idéntica
imprecisas; relación
precisa
•Implantación de ión
•Difusión
•canal



Efectos parásitos – transistor рnp;
Capacidad distribuída
Propiedades frecuenciales
Elementos semiconductores
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Condensadores en los CI

Basados en una unión p-n
q 0 N
N
C0 
 2,87 E 15
2U
U


Basados en una estructura MOS
Basados en una multicapa metálizada
Elementos semiconductores
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Efectos parásitos



Estructura de cuatro capas – transistores
parásitos
Resistencias volumétricas
Condensadores parásitos
Elementos semiconductores
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Limitaciones de BIC











Elección limitada de elementos activos compatibles
Limitación de los nominales de los elementos
Grandes tolerancias de los valores absolutos
Gran dependencia de la temperatura
Efectos parásitos; resistencias distribuidas y
capacitancias
Falta de inductores
Complejidad tecnológica
Capacidades de frecuencia limitada
Relación de disipación limitada
Nivel de integración limitado
Aislamiento transitorio con limitaciones
Elementos semiconductores
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Ventajas de los BIC




Respuesta rápida
Gran amplificación
Posibilidad de realización de pasos
analógicos o digitales
Posibilidad de utilización de un gran
número de elementos activos
Elementos semiconductores
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