Podręcznik

2.5. Kondensatory

W układach monolitycznych naturalnymi strukturami do wykorzystania jako kondensatory, bez wykonywania specjalnie dodatkowych operacji technologicznych, są złącze p-n i kondensator MOS. Są to w zasadzie kondensatory płaskie i koszt związany z zajmowaną powierzchnią ogranicza uzyskiwane w ten sposób pojemności do kilkunastu pF.

W technologii bipolarnej można wykorzystać diodowe połączenie tranzystora (rys. 2.5) jako kondensator złączowy. Sposób realizacji zależy od wymaganego zakresu zmian napięcia polaryzacji zaporowej.
Duże napięcia przebicia zapewnia wykorzystanie złącza kolektor-baza (przypadek d na rys. 2.5 bez wykonywania obszaru emitera). Jest to złącze stosunkowo słabo domieszkowane (kompromis między małym r_bb’ a dużym U_BRCBO) i dlatego jego pojemność na jednostkę powierzchni jest niewielka.
Jeżeli wymagane napięcia są niższe od napięcia przebicia silnie domieszkowanego złącza emiter-baza (< 8 V), to największą pojemność jednostkową można uzyskać w połączeniu b tranzystora (rys. 2.5):

 
Rys. 2.10 Struktura kondensatora wykorzystującego połączone równolegle złącza emiterowe i kolektorowe tranzystora bipolarnego

Wykonanie obszaru emitera szerszego od obszaru bazy zapewnia zwarcie emitera z kolektorem.
Zastosowania takich kondensatorów (we wzmacniaczach w. cz.) ogranicza stosunkowo duża pojemność pasożytnicza CCS, a ponadto nieliniowość charakterystyki C(U) może powodować zniekształcenia impulsów w układach przełączających. Należy również liczyć się ze znacznym wzrostem upływności (prądu wstecznego złączy)  przy wzroście temperatury.

Wad tych pozbawione są w zasadzie kondensatory MOS (lekcja 6): nie wymagają polaryzacji stałej, dopuszczalna jest polaryzacja w dwóch kierunkach i pojemność jest liniowa w zakresie kilku woltów. 
W technologii MOS kondensator ten stanowi podstawowy fragment tranzystora. W technologii bipolarnej można je zrealizować wykonując dyfuzję emiterową w obszarze izolacji:

 
Rys. 2.11 Struktura kondensatora MOS w technologii bipolarnej

Jeżeli napięcie przebicia utworzonego złącza jest niewystarczające, kondensator taki należy wykonać na wyspie słabiej domieszkowanej, co zwiększa powierzchnię.
Wadą tego rozwiązania są wysokie koszty: przenikalność dielektryczna SiO₂ jest niewielka (ok. 3 razy mniejsza niż Si) i dlatego kondensator z grubym dielektrykiem (wykonywanym do pasywacji powierzchni podłoża) ma niewielką pojemność jednostkową i zajmuje dużą powierzchnię, a ewentualne zmniejszenie grubości dielektryka wymaga wprowadzenia dodatkowej w stosunku do technologii bipolarnej, operacji utleniania.

W zasadzie w układach scalonych nie wykonuje się elementów indukcyjnych. Niewielkie cewki indukcyjne można realizować tylko dwuwymiarowo w postaci spirali metalizacji. Możliwe jest też wykorzystanie efektu modulacji przewodności bazy jako „analogu indukcyjności”.

Elementy bierne zajmują dużą powierzchnię często wielokrotnie większą od tranzystorów. Realizacja tych elementów o dużych wartościach R, C, (L) jest kosztowna o ile w ogóle możliwa. Wynika stąd konieczność minimalizacji sumarycznej wartości rezystancji i wartości pojemności, projektują nawet bardziej złożony układ z większą liczbą tranzystorów.