Circuitos integrados bipolares

Circuitos integrados bipolares
Los
circuitos
integrados
bipolares
son históricamente los
primeros
circuitos integrados monolíticos. Han ido perdiendo gradualmente su liderazgo
a favor de los circuitos integrados MOS básicamente por sus desventajas,
relacionadas
con
su
baja
densidad
de
integración.
Esto
es
válido
especialmente para los circuitos integrales digitales, donde hoy en día tienen
baja presencia (principalmente en circuitos de respuesta rápida). En las
técnicas analógicas los circuitos integrados bipolares todavía mantienen una
presencia
significativa,
aunque
en
los
últimos
años
los
CI
MOS
han
experimentado una expansión en este campo también. Su uso como circuitos
analógicos integrales es debido al hecho de que las estructuras bipolares en
su naturaleza física se adaptan mejor al procesado de señales digitales –
tienen buenas propiedades de amplificación, son controlados por corriente,
pueden operar a altos voltajes, tienen baja resistencia, y ofrecen la posibilidad
de realizar diversas funciones en las etapas de procesamiento de señales.
Se
utilizan
componentes
activos
para
la
producción
de
circuitos
integrados bipolares (transistores NPN y PNP, diodos, diodos zener, diodos
Schottky, transistores de efecto de campo), así como elementos pasivos
(resistencias y condensadores).
Con
el
objetivo
de
conseguir
componentes separados en la placa de
aislamiento
eléctrico
entre
los
monocristal de silicio se emplean tres
métodos como son:
-
Aislamiento con diodo;
-
Aislamiento con dieléctrico;
-
Aislamiento combinado
El método más popular de aislamiento eléctrico es el que utiliza
uniones PN inversamente polarizadas (aislamiento con diodo). Así son formadas
zonas N, separadas por canales con tipo de conducción opuesta.
Estructura con aislamiento por diodo
Dos diodos son dispuestos de esta forma entre dos áreas N y son
conectadas por sus ánodos una a la otra. Si el potencial más negativo del
circuito se dirige a su área de ánodo común, entonces aparecerán diodos
inversamente polarizados entre las dos zonas, cuya gran resistencia (unos
cuantos M Ohms) impedirá el flujo de corriente entre las dos zonas.
La ventaja de este método reside en su simplicidad tecnológica y en el
logro de un gran rendimiento. Por lo tanto se prefiere en los circuitos
bipolares con bajo nivel de integración. Sin embargo, el método tiene
inconvenientes significativos, limitando su aplicación en circuitos con un ultra
alto nivel de integración. Estos inconvenientes con la gran área topológica del
chip, tomada para los canales de aislamiento.
Esto se debe a la anisotropía de la difusión por la cual estos canales
son formados y por la penetración de las impurezas aceptoras bajo la capa
de óxido. Otras desventajas de este método son las relacionadas con la
aparición de condensadores parásitos de alto valor nominal en las juntas
aislantes PN y la aparición de otros efectos parásitos activos (transistores
adversos y estructuras de tiristores).
En la producción de circuitos integrales súper grandes
el método de
aislamiento combinado, (en el cual las ventajas del aislamiento con diodo o
con dieléctrico están combinadas) ha encontrado aplicación. En este caso el
aislamiento lateral con dieléctrico entre dos monocristales vecinos de tipo N
se combina con áreas con uniones PN de aislamiento entre la zona N y el
sustrato. Mediante el uso de canales localmente oxidados obtenidos por el
proceso LOCOS, la estructura, mostrada en la figura inferior es obtenida,
conociéndose como método ISOPLANAR.
Estructura de transistor obtenida por el método ISOPLANAR
Durante la síntesis de los circuitos integrales bipolares el objetivo es que son
creados si es posible con el máximo uso de transistores NPN. Los transistores
NPN
se
caracterizan
por
el
poseer
buenos
parámetros
eléctricos
(alto
coeficiente de amplificación de corriente, buenas tensiones de rotura, buenas
propiedades
de
frecuencia
y
rápida
repuesta,
posibilidad
para
obtener
estructuras con diferentes valores de la corriente de colector, reproducibilidad
de los parámetros, un área topológica comparativamente más pequeña).