En zenerdiode med en skjult struktur (CCS, eng. buried zener ) er en integreret siliciumzenerdiode , hvori, i modsætning til konventionelle zenerdioder, skabes et skjult område (ø) med en høj koncentration af acceptorurenheder under pn-forbindelsen . På grund af det faktum, at nedbrydningsstrømmen af en sådan zenerdiode ikke er koncentreret i den nære overflade, men i skjulte lag, er dens egenskaber stabile og forudsigelige. Præcisions integrerede spændingsreferencekilder (VR) baseret på SSS er de mest nøjagtige og stabile af alle typer VR produceret. De bedste ION'er på CCC nærmer sig, hvad angår helheden af nøjagtighedsindikatorer, det normale Weston-element .
Konventionelle, overflade-, zenerdioder af integrerede kredsløb er bygget på basis af typiske transistorstrukturer . Emitteren af npn-transistoren bliver katoden for zenerdioden, basen bliver anoden. Gennembrudsspændingen af base-emitter-forbindelsen ved typiske bærerkoncentrationer er 6,2 V ±10 %, og temperaturkoefficienten for denne spænding (TCC) er +2,5 mV/°C [1] . Hvis en sådan zenerdiode er forbundet i serie med en fremadrettet diode (den samme base-emitter-forbindelse forbundet i den modsatte retning) med en TCR på ca. -2,2 mV / ° C, så vil TCR for en sådan termisk kompenseret diode fald til en værdi på højst 0,5 mV/°C eller 80 ppm/°C [2] . Ulemperne ved overfladezenerdioder - højt støjniveau og højspændingsdrift - skyldes, at zenerdiodestrømmen er koncentreret i overfladelaget af silicium. Men defekterne i krystalgitteret og fremmede urenheder er også koncentreret der, som genererer støj og ustabilitet [2] . For at undgå dette er det nødvendigt at drive nedbrydningsstrømmen dybt ind i krystallen (ind i den "skjulte struktur"), og at forhindre nedbrydning af base-emitter-forbindelsen i det overfladenære lag.
SSS er baseret på en konventionel transistorstruktur fremstillet ved hjælp af bipolær epitaksial teknologi med pn-junction isolation [3] . Først på overfladen af en enkeltkrystalplade med en lav koncentration af acceptorer (p - type ledningsevne) dannes brede øer af n + -typen - fremtidige skjulte lag af samlere af bipolære transistorer . Derefter dyrkes et epitaksielt kollektorlag af n − -type ledningsevne på substratet, og der udføres dyb diffusion af p-urenheder - isolering af en pn-forbindelse [3] . På dette stadium skabes en ø med p + -type ledningsevne i midten af den fremtidige zenerdiode [3] . Det sædvanlige isolerende lag af p + -type trænger gennem det epitaksiale lag igennem og lukker på p - -laget af substratet, men under zenerdiodens ø er der et skjult lag af n + -type, som ikke tillader lukning af punkteringen [3] .
Derefter udføres standardtrinene med basis- og emitterdiffusion og metallisering. Grundlaget af p -typen bliver zenerdiodens anode , emitterlaget af n + -typen bliver dets katode , og direkte under katoden er der stadig en skjult ø af p + -typen . Således har sidevæggene af pn-forbindelsen en konduktivitetsprofil p - -n + , og dens bund - p + -n + [4] . Nedbrydningsspændingen af p + -n + krydset er betydeligt lavere end nedbrydningsspændingen af p - -n + -forbindelsen, derfor er hele nedbrydningsstrømmen af zenerdioden koncentreret i dens bund, og sektionerne nær overfladen af anode-katodeforbindelsen, uundgåeligt forurenet af fremmede urenheder og inhomogeniteter, leder ikke strøm [4] . Det er derfor, på grund af forskydningen af nedbrydningszonen dybt ind i krystallen, er zenerdioden med en skjult struktur stabil, forudsigelig og mindre støjende end en konventionel zenerdiode [4] .
LTZ1000-zenerdioden med begravet lag har en karakteristisk koncentrisk topologi. En zenerdiode er placeret i midten af krystallen, transistorer støder direkte op til den - temperatursensorer, og en varmespole er "lagt" omkring dem, også lavet ved hjælp af plan teknologi. Med denne konfiguration er krystallens temperaturgradient rettet fra spiralen til yderkanten, og inde i spiralen, hvor zenerdioden er placeret, opretholdes en praktisk talt ensartet temperatur. Dermed er zenerdioden beskyttet mod termiske "forvrængninger", der øger referencespændingens ustabilitet.
Den første diskrete SSS blev udgivet i 1974. ION'erne af bandgap-typen (første generation) og ION'erne på konventionelle zenerdioder, der eksisterede på det tidspunkt, tilfredsstillede fuldstændigt designerne af spændingsstabilisatorer , men i midten af 1970'erne begyndte produktionen af de første integrerede analog-til-digital-omformere , og kravene til nøjagtigheden af ION'er steg mange gange [5] . I 1976 udgav National Semiconductor Bob Dobkins LM199, den første integrerede 6,95 V CCC [6] . Takket være det indbyggede varmelegeme med termostat , som holdt en stabil temperatur på krystallen (+90 °C), opnåede nationale designere og teknologer revolutionerende resultater for deres tid [7] . Spændingstemperaturkoefficient (TVC) for seriel LM199 oversteg ikke 1 ppm /°C, og en typisk TKV var kun 0,3 ppm/°C ved et støjniveau i audiofrekvensområdet på højst 7 μV rms [8] . LM199 og dens modstykker var på trods af deres fordele dyre og uegnede til brug i lavspændings- og mikrostrømsenheder [9] . Den høje pris på præcisions-SSS bestemmes af langvarig fabriks elektrisk termisk træning .
LM199 blev efterfulgt af den økonomiske, termostatfri LM129, og derefter begyndte Analog Devices , Burr-Brown og Linear Technology [10] at frigive forbedrede CCC-kredsløb . Den absolutte rekord for nøjagtigheden af serielle ION'er, som ikke er blevet brudt selv i det 21. århundrede, blev sat i 1980'erne af den samme Bob Dobkin. Hans ION LTZ1000, produceret af Linear Technology, garanterede TKN ikke mere end 0,05 ppm/°C med en mellemlang drift på ikke mere end 2 ppm/måned og et støjniveau på 2 μV (top til top) [11] . Den bedste nøjagtighed blandt alle faststofreferencer, sammenlignelig med dem for et normalt Weston-element (langtidsdrift på 2 ppm/år og TKN på 0,1 ppm/°C), erklæres af Fluke Corporation [12] . Fluke spændingsstandarder er bygget på hyldevare LTZ1000'er, valgt til minimal ustabilitet, mens termostaten holder zenerdiodetemperaturen på +50°C - væsentligt mindre end typiske LTZ1000-løsninger. Ifølge virksomheden gør en lavere temperatur af termisk stabilisering det muligt at reducere den langsigtede drift med det halve [13] .
Typiske præcisions-CCC-referencereferencer, der går tilbage til 1980'ernes design, har en initial tolerance på 0,01 til 0,05 %, en TCO på 0,05 til 10 ppm/°C og en langsigtet drift på højst 25 ppm over de første 1000 timers drift ., som opfylder kravene til 14-bit måle-ADC'er. I 1980'erne og 1990'erne kunne ingen konkurrerende teknologi komme i nærheden af disse egenskaber. De bedste forbedrede båndgab ifølge Brokaw - skemaet havde dårligere nøjagtighed og støjindikatorer med en eller to størrelsesordener. Men i begyndelsen af det 21. århundrede kom superbåndgaps og præcisionsinstrumenter bygget på fundamentalt forskellige principper på markedet: Analog Devices ' XFET og Intersil 's FGA . I 2005 nærmede superbandgaps og FGA-type IONer sig CCC, efter at have overgået den psykologisk vigtige milepæl - TKN på 1 ppm/°C. Men hvad angår helheden af alle nøjagtigheds- og støjparametre, har zenerdioden med et skjult lag stadig ingen side [14] .
| Halvleder dioder | ||
|---|---|---|
| Efter aftale | ||
| LED'er | ||
| Udbedring | ||
| Generator dioder | ||
| Referencespændingskilder | ||
| Andet | ||
| se også |
| |
| Referencespændingskilder | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Diskret | Integral | |||||||||
| Weston element | Kviksølv zink element | Gasfyldt zenerdiode | Stabistor | zener diode | På zenerdioder med skjult struktur | Bandgap | På differentielle par af felteffekttransistorer (XFET) | Floating Gate Transistor (FGA) | ||
| glødeudladning | corona udledning | Konsekvent | Parallel | |||||||