Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Bipoláris IC technológiával megvalósítható alkatrészek ► Ellenállás bázis diffúzióval ► Emitter diffúzióval megnyomott ellenállás ► PNP tranzisztorok ► Vékonyréteg kapacitás ► Egy OpAmp layoutja

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET A bipoláris integrált áramkörök alapelemei

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Bipoláris IC alkatrészek Egy bipoláris IC részlete pásztázó elektronmikroszkóppal leképezve

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Bipoláris IC alkatrészek npn (vertikális) tranzisztor

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Bipoláris IC alkatrészek a szigetelés-diffúzió

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Az npn IC tranzisztor szerkezete

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Bipoláris IC alkatrészek npn tranzisztorok Hatásos emitter él a báziskontaktus oldalán (I=2 A/cm), EB letörés: 5-6 V, CB letörés V, f T = MHz Technológia: az npn (vertikális) tranzisztorokra optimálva

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Bipoláris IC alkatrészek Nagyáramú npn tranzisztor

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Bipoláris IC alkatrészek npn tranzisztorok változatai Helytakarékos megoldások: két tranzisztor közös zsebben, multiemitteres tranzisztor

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Bipoláris IC alkatrészek npn tranzisztorok Hatásos emitter él a báziskontaktus oldalán (I=2 A/cm)

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Bipoláris IC alkatrészek Bázisdiffúziós ellenállás R – négyzetes ellenállás

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Bipoláris IC alkatrészek Bázisdiffúziós ellenállások Egy szigetben több ellenállás is lehet. A sziget +U CC -re kötendő!

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Bipoláris IC alkatrészek Bázisdiffúziós ellenállás, meander alakban hajtogatva Pontosság Paraziták

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Mi kell ahhoz, hogy két ellenállás (alkatrész) NAGYON egyforma legyen? azonos rajzolat azonos pozíció közel egymáshoz NEM minimális méret azonos hőmérséklet layout termikus szimulációja

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Bipoláris IC alkatrészek "megnyomott" bázisdiffúziós ellenállás

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Bipoláris IC alkatrészek értéke néhányszor 100 k  (kb.) emitter diffúzió bázisdiffúzió Enyhén nemlineáris Feszültsége korlátozott "megnyomott" bázisdiffúziós ellenállás

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET "zömök" emitterdiffúziós ellenállás (vezeték keresztezés) értéke kb. 2  Emitter diffúzió Fémezés Bipoláris IC alkatrészek

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Bipoláris IC alkatrészek Laterális pnp tranzisztor

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Több is lehet egy zsebben! Bipoláris IC alkatrészek Laterális pnp tranzisztor

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Önmagában áramtükör! Bipoláris IC alkatrészek Laterális "szektor" pnp tranzisztorok

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET I I I 3I Köralakúak is léteznek! Bipoláris IC alkatrészek Laterális "szektor" pnp tranzisztorok

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET n + eltemetett réteg ellenütemű erősítő (B) Bipoláris IC alkatrészek Vertikális pnp tranzisztor

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET d ox : 0,1  m (50 V) C fajl : 3-400pF/mm 2 A jósági tényező javítása A parazita kapacitás hatástalanítása Bipoláris IC alkatrészek A "vékonyréteg" kondenzátor

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Bipoláris IC alkatrészek Vékonyréteg (fém-SiO 2 -n + ) kondenzátor egy műveleti erősítőben Értéke: kb. 30pF C fajl : 3-400pF/mm 2

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Hasonlítsuk össze a kondenzátor és egy tranzisztor méretét! Bipoláris IC alkatrészek Vékonyréteg (fém-SiO 2 -n + ) kondenzátor egy műveleti erősítőben

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Bipoláris IC alkatrészek A pn átmenet mint kondenzátor A tértöltési kapacitás kihasználható, de feszültségfüggő (nemlineáris) nem kaphat nyitó feszültséget ! EB: 1000pF/mm 2 (5 V-ig ! ) CB: 150pF/mm 2 (~50 V-ig )

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Műveleti erősítő layout, alkatrész elrendezés T1, T2: NPN, bemeneti differenciálerősítő T3, T4: PNP, laterális T5, T6, T7: NPN T10, T11, T13: PNP laterális tranzisztorok D1, D2: diódák T16-17: NPN darlington T19-21: egy zsebben 3 NPN tranzisztor R1, R6: nagy ellenállások R7: megnyomott ellenállás R8, R9: kis ellenállások T22: PNP vertikális T23: NPN vertikális (nagyáramúak) Szimmetria, hogy a termikus hatások a lehető legegyformábbak legyenek

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Termikus hatások analóg IC-knél: bipoláris OpAmp ► A termikus impedancia fogalma ► Termikus visszacsatolás egy OpAmp-nál ► A layout hatása a termikus visszacsatolásra ► Termikus szempontból optimális layout

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET A termikus impedancia fogalma A kapu impedancia A transzfer impedancia Z th komplex értékű T1 hőmérséklet növekmény

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Termikus visszacsatolás – opamp-ban Stacionárius állapot, V OUT > 0   -2 mV/ o C

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Termikus visszacsatolás – opamp-ban Stacionárius üzem Hatás a nyílt hurkú transzfer karakterisztikán

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Termikus visszacsatolás – opamp-ban A vizsgálat módszere: Mind méréseket, mind szimulációkat végeztünk. Egy kereskedelmi forgalomban lévő közismert típust vizsgáltunk, ez a  A741 müveleti erősítő. Mind a stacionárius, mind a dinamikus viselkedést mértük és szimuláltuk. Több, azonos típusú, de különböző gyártótól származó egyedet vizsgáltunk. A különböző dizájnok ugyanazon áramkört realizálták, de az alkatrészek elrendezése eltérő volt. Az alkatrész elrendezést, az IC-k layout-ját a felbontott tokok mikroszkópi képe alapján derítettük fel.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET A modellezés részletei Az erősítő kapcsolása A fizikai réteg- szerkezet A vizsgált áramkör a  A741 müveleti erősítő A sárgával jelölt tranzisztorokat elektro-termikus modellel írtuk le

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET A layout-ok "visszafejtése" Layout "A"

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET A layout-ok "visszafejtése" Layout "B"

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Nyílthurkú transzfer karakterisztika (mérés és szimuláció) Layout "A"

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Nyílthurkú transzfer karakterisztika (mérés és szimuláció) Layout "B"

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Termikus hatások a kimeneti impedanciában Vizsgálatok a frekvencia tartományban

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Layout "A", a felső tranzisztor működik, G=10 4 Ez a hatás a terheletlen opamp-nál is fellép! Vizsgálatok a frekvencia tartományban

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET "A" "B" Ezek az IC-k csupán az alkatrészek elhelyezésében térnek el! Vizsgálatok a frekvencia tartományban

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET "A" "B" Bemeneti diff. erősítő (common centroid) Kimeneti tranzisztorok Az ideális elrendezés

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Áramkörök közötti termikus csatolás A termikus hatások az azonos csipen elhelyezkedő, egyébként független áramkörök között is csatolást okozhatnak. A vizsgált áramkör:  A747 (két  A741 egyetlen csipen)

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Mikroelektronika - A bipoláris IC technológia és lehetséges elemkészlet © Poppe András & Székely Vladimír, BME-EET Piros = mérés, Kék = szimuláció Áramkörök közötti termikus csatolás