A rejtett szerkezetű zener- dióda (CCS, eng. buried zener ) egy integrált szilícium - zener-dióda , amelyben a hagyományos zener-diódákkal ellentétben a pn átmenet alatt egy rejtett régió (sziget) jön létre magas koncentrációjú akceptor szennyeződésekkel . Annak a ténynek köszönhetően, hogy egy ilyen zener-dióda áttörési árama nem a felszín közelében, hanem rejtett rétegekben koncentrálódik, jellemzői stabilak és kiszámíthatók. Az SSS-en alapuló precíziós integrált feszültség referenciaforrások (VR) a legpontosabbak és legstabilabbak az összes gyártott VR-típus közül. A CCC legjobb ION-jai a pontossági mutatók összességét tekintve közelednek a normál Weston elemhez .
Az integrált áramkörök hagyományos, felületi, zener-diódái tipikus tranzisztor - szerkezetek alapján épülnek fel . Az npn tranzisztor emittere a zener dióda katódja lesz, a bázis pedig az anód. Az alap-emitter átmenet áttörési feszültsége tipikus vivőkoncentrációknál 6,2 V ±10%, ennek a feszültségnek a hőmérsékleti együtthatója (TCC) +2,5 mV/°C [1] . Ha egy ilyen zener-diódát sorba kapcsolunk egy előrefeszített diódával (ugyanaz az alap-emitter csomópont, amely ellenkező irányban van csatlakoztatva), amelynek TCR-értéke körülbelül -2,2 mV / ° C, akkor egy ilyen termikusan kompenzált dióda TCR-je legfeljebb 0,5 mV/°C vagy 80 ppm/°C értékre csökken [2] . A felületi zener-diódák hátrányai - magas zajszint és nagy feszültségsodródás - annak a ténynek köszönhető, hogy a zener-dióda árama a szilícium felületi rétegében koncentrálódik. De ott koncentrálódnak a kristályrács hibái és az idegen szennyeződések is, amelyek zajt és instabilitást keltenek [2] . Ennek elkerülése érdekében szükséges a lebontó áramot mélyen a kristályba vezetni (a "rejtett szerkezetbe"), és meg kell akadályozni a felszínközeli rétegben a bázis-emitter csomópont tönkremenetelét.
Az SSS hagyományos tranzisztor szerkezeten alapul, amelyet bipoláris epitaxiális technológiával gyártanak pn-átmenet leválasztással [3] . Először is, egy alacsony akceptorkoncentrációjú (p - típusú vezetőképességű) egykristályos lemez felületén n + típusú széles szigetek képződnek - a bipoláris tranzisztorok kollektorainak jövőbeni rejtett rétegei . Ezután egy n − típusú vezetőképességű epitaxiális kollektorréteget növesztünk a szubsztrátumon, és a p-szennyezők mély diffúzióját hajtjuk végre - pn-átmenettel izoláljuk [3] . Ebben a szakaszban egy p + típusú vezetőképességű sziget jön létre a leendő zener-dióda közepén [3] . A szokásos p + típusú szigetelőréteg az epitaxiális rétegen keresztül hatol át, a hordozó p - -rétegén zárva, de a zener dióda szigete alatt egy n + típusú rejtett réteg található, ami nem teszi lehetővé. a defekt lezárása [3] .
Ezután az alap és emitter diffúzió és fémezés standard lépéseit hajtják végre. A p - típusú alapréteg a zener dióda anódja , az n + típusú emitterréteg pedig a katódja , és közvetlenül a katód alatt még mindig van egy rejtett p + típusú sziget. Így a pn-átmenet oldalfalainak vezetőképességi profilja p - -n + , alja pedig - p + -n + [4] . A p + -n + átmenet áttörési feszültsége lényegesen alacsonyabb, mint a p - -n + -átmenet áttörési feszültsége, ezért a zener dióda teljes áttörési árama annak aljára koncentrálódik, és a felszín közeli szakaszok Az anód-katód átmenet, elkerülhetetlenül idegen szennyeződésekkel és inhomogenitásokkal szennyezett, nem vezet áramot [4] . Ez az oka annak, hogy a letörési zóna kristályba mélyedése miatt a rejtett szerkezetű zener-dióda stabil, kiszámítható és kevésbé zajos, mint a hagyományos zener-dióda [4] .
Az LTZ1000 eltemetett rétegű zener dióda jellegzetes koncentrikus topológiával rendelkezik. A kristály közepén egy zener-dióda található, a tranzisztorok közvetlenül szomszédosak - hőmérséklet-érzékelők, és körülöttük egy fűtőtekercset helyeznek el, szintén sík technológiával. Ezzel a konfigurációval a kristály hőmérsékleti gradiense a spiráltól a külső él felé irányul, és a spirál belsejében, ahol a zener dióda található, gyakorlatilag egyenletes hőmérsékletet tartanak fenn. Így a Zener-dióda védve van a termikus "torzulásoktól", amelyek növelik a referenciafeszültség instabilitását.
Az első különálló SSS-t 1974-ben adták ki. Az akkoriban létező bandgap típusú (első generációs) és a hagyományos zener diódákon lévő ION-ok teljes mértékben kielégítették a feszültségstabilizátorok tervezőit , de a hetvenes évek közepén megkezdődött az első integrált analóg-digitális átalakítók gyártása . az ION-ok pontosságára vonatkozó követelmények sokszorosára nőttek [5] . 1976-ban a National Semiconductor kiadta Bob Dobkin LM199-ét, az első integrált 6,95 V-os CCC-t [6] . A beépített termosztátos fűtőelemnek köszönhetően , amely a kristály stabil hőmérsékletét (+90 °C) tartotta, a nemzeti tervezők és technológusok korukban forradalmi eredményeket értek el [7] . Az LM199 soros feszültséghőmérséklet-együtthatója (TVC) nem haladta meg az 1 ppm /°C-ot, a tipikus TKV pedig csak 0,3 ppm/°C volt 7 μV effektív hangfrekvenciás tartományt nem meghaladó zajszint mellett [8] . Az LM199 és társai minden érdemük ellenére drágák voltak, és alkalmatlanok kisfeszültségű és mikroteljesítményű eszközökben való használatra [9] . A precíziós SSS magas árát a hosszú távú gyári elektromos hőképzés határozza meg .
Az LM199-et a gazdaságos, termosztátmentes LM129 követte, majd az Analog Devices , a Burr-Brown és a Linear Technology [10] megkezdte a továbbfejlesztett CCC áramkörök kiadását . A soros ION-ok pontosságának abszolút rekordját, amelyet még a 21. században sem sikerült megdönteni, az 1980-as években ugyanaz a Bob Dobkin állította fel. A Linear Technology által gyártott ION LTZ1000 készüléke legfeljebb 0,05 ppm/°C TKN-t garantált, középtávon legfeljebb 2 ppm/hó drift és 2 μV (csúcstól csúcsig) zajszinttel [11] . Az összes szilárdtest-referencia közül a legjobb pontosságot, amely összevethető egy normál Weston elemével (hosszú távú drift 2 ppm/év és TKN 0,1 ppm/°C), a Fluke Corporation deklarálta [12] . A Fluke feszültség szabványok a már kapható LTZ1000-ekre épülnek, amelyek minimális instabilitást biztosítanak, míg a termosztát +50 °C-on tartja a Zener-dióda hőmérsékletét – ez lényegesen alacsonyabb, mint a tipikus LTZ1000 megoldások esetében. A vállalat szerint a termikus stabilizálás alacsonyabb hőmérséklete lehetővé teszi a hosszú távú eltolódás felére csökkentését [13] .
Az 1980-as évekből származó tipikus precíziós CCC referencia referenciák kezdeti tűrése 0,01-0,05%, TCO-értéke 0,05-10 ppm/°C, és hosszú távú eltolódásuk nem haladja meg a 25 ppm-et az első 1000 üzemórában. . , amely kielégíti a 14 bites mérő ADC-k követelményeit. Az 1980-as és 1990-es években egyetlen konkurens technológia sem tudta megközelíteni ezeket a jellemzőket. A Brokaw - séma szerint legjobban javított sávszélességek pontossága és zajmutatói egy-két nagyságrenddel rosszabbak voltak. A 21. század elején azonban megjelentek a piacra az alapvetően eltérő elvekre épülő szupersávú és precíziós műszerek: az Analog Devices XFET és az Intersil FGA . 2005-re a superbandgap és az FGA-típusú ION-ok megközelítették a CCC-t, túllépve a pszichológiailag fontos mérföldkövet - 1 ppm/°C-os TKN-t. A pontossági és zajparaméterek összességét tekintve azonban a rejtett rétegű zener-diódának még mindig nincs párja [14] .
| Félvezető diódák | ||
|---|---|---|
| Bejelentkezés alapján | ||
| LED-ek | ||
| Helyreigazítás | ||
| Generátor diódák | ||
| Referencia feszültségforrások | ||
| Egyéb | ||
| Lásd még |
| |
| Referencia feszültségforrások | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Diszkrét | Integrál | |||||||||
| Weston elem | Higany-cink elem | Gáztöltésű zener dióda | Stabistor | zener dióda | Rejtett szerkezetű zener diódákon | Bandgap | A térhatású tranzisztorok differenciálpárjain (XFET) | Lebegőkapu tranzisztor (FGA) | ||
| izzó kisülés | koronakisülés | Következetes | Párhuzamos | |||||||