Стабілітрон з прихованою структурою — Вікіпедія

Ця стаття не містить посилань на джерела. Ви можете допомогти поліпшити цю статтю, додавши посилання на надійні (авторитетні) джерела. Матеріал без джерел може бути піддано сумніву та вилучено. (лютий 2013)

Стабілітро́н з прихо́ваною структу́рою (англ. buried zener) — інтегральний кремнієвий стабілітрон, у якому, на відміну від звичайних стабілітронів, під PN-переходом створена прихована область (острівець) з високою концентрацією акцепторних домішок. Завдяки тому, що струм пробою такого стабілітрона концентрується не у приповерхневих, а в прихованих шарах, його характеристики стабільні і передбачувані. Прецизійні інтегральні джерела опорної напруги (ДОН) на СПС — найбільш точні і стабільні з усіх вироблених типів таких джерел. Найкращі ДОН на СПС наближаються за сукупністю показників точності до нормального елементу Вестона.

Внутрішня будова[ред. | ред. код]

Звичайні, поверхневі, стабілітрони інтегральних схем будуються на основі типових транзисторних структур. Емітер NPN-транзистора стає катодом стабілітрона, база — анодом. Напруга пробою переходу база-емітер при типових концентраціях носіїв становить 6,2 В ± 10%, а температурний коефіцієнт цієї напруги (ТКН) дорівнює +2,5 мВ / ° C . Якщо послідовно з'єднати такий стабілітрон з прямо зміщеним діодом (таким же переходом база-емітер, включеним в протилежному напрямку), що мають ТКН близько −2,2 мВ / ° C, то ТКН такого термокомпенсованого діода знизиться до величини не більше 0,5 мВ / °C, або 80 ppm / °C. Недоліки поверхневих стабілітронів — високий рівень шуму і високий дрейф напруги — обумовлені тим, що струм стабілітрона зосереджений в приповерхневому шарі кремнію. Але там же зосереджені дефекти кристалічної ґратки і сторонні домішки, які і породжують шум і нестабільність. Для того, щоб уникнути цього, слід загнати струм пробою вглиб кристала (в «приховану структуру»), і не допускати пробою переходу база-емітер в приповерхневому шарі.

В основі СПС лежить звичайна транзисторна структура, виготовлена за біполярною епітаксіальною технологією з ізоляцією р-n-переходом. Спочатку на поверхні монокристалічної пластини з низькою концентрацією акцепторів (р — тип провідності) формуються широкі острівці n⁺-типу — майбутні приховані шари колекторів біполярних транзисторів. Потім на підкладці вирощується епітаксиальний колекторний шар n — типу провідності і проводиться глибока дифузія р-домішок — ізоляція PN-переходом. На цьому етапі в центрі майбутнього стабілітрона створюється острівець р⁺-типу провідності. Звичайний ізоляційний шар р⁺-типу проникає через епітаксиальний шар наскрізь, замикаючись на р — шар підкладки, але під острівцем стабілітрона розташований прихований шар n⁺-типу, що не дозволяє замкнути прокол.

Потім проводяться стандартні кроки базової і емітерний дифузії і металізації. Базовий шар р — типу стає анодом стабілітрона, емітерний шар n⁺-типу — його катодом, а безпосередньо під катодом як раніше лежить прихований острівець р⁺-типу. Таким чином, бічні стінки PN-переходу мають профіль провідності р — n⁺, а його дно — р⁺-n⁺. Напруга пробою р⁺-n⁺ переходу істотно нижче, ніж напруга пробою р — n⁺-переходу, тому весь струм пробою стабілітрона зосереджується на його дні, а приповерхневі ділянки переходу анод-катод, неминуче забруднені сторонніми домішками та неоднорідностями, струм не проводять. Саме тому, через переміщення зони пробою вглиб кристала, стабілітрон з прихованою структурою стабільний, передбачуваний, і менше шумить, ніж стабілітрон звичайний.

Приклад використання[ред. | ред. код]

Інтегральна мікросхема прецизійного джерела опорної напруги LTZ1000^[1] компанії Analog Devices на стабілітроні з прихованим шаром має характерну концентричну топологію. У центрі кристала розташований стабілітрон, безпосередньо до нього примикають транзистори — датчики температури, а навколо них «покладена» спіраль підігрівача, також виконана по планарній технології. При такій конфігурації градієнт температури кристала спрямований від спіралі до зовнішнього краю, а всередині спіралі, де і розміщений стабілітрон, підтримується практично однорідна температура. Таким чином, стабілітрон захищений від термічних «перекосів», що збільшують нестабільність опорної напруги.

Джерела[ред. | ред. код]

Це незавершена стаття про електроніку. Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її.