Kondensatoren nicht in Halbleiter machbar

[Karlchen (Gast)]

Hallo,

zur Abblockung, Entkopplung bzw. Schwingungunterdrückung ist ja bei fast 
jedem IC ein (mehrere) Kondensator(en) in der Größenordnung von ca. 
100nF erforderlich.
Nun ist es aber so das z.B. Widerstände bei der IC Herstellung mit 
integriert sind bzw. deren Wirkung irgendwie durch Halbleiterbehandlung 
erzeugt wird.
Es gibt nun viele ICs welche Funktionen zur Verfügung stellen (z.b. 
Verstärker), welche bei einen diskreten Aufbau viel mehr Kondensatoren 
benötigen würden, als bei der IC Lösung erforderlich sind.

Also sind Kondensatoreigenschaften wohl (teilweise) auf Halbleiterbasis 
machbar.

Warum funktioniert das aber nicht mit den Kondensatoren für die 
Entkopplung, Abblockung  usw. ?


    Karlchen

[Christian B. (casandro)]

Naja, ähm, Kondensatoren brauchen 2 leitende Oberflächen. Größere Werte 
brauchen größere Kondensatoren... Platz ist eines der wenigen Sachen, 
die man in ICs nicht hat.

[(prx) A. K. (prx)]

Karlchen schrieb:
> Warum funktioniert das aber nicht mit den Kondensatoren für die
> Entkopplung, Abblockung  usw. ?

Der integrierte Kondensator zur Frequenzkompensation eines 
Operationsverstärkers wie dem TL074 hat gerade einmal 18pF.

Abblockkondensatoren müssen tausende Male grösser dimensioniert werden 
und sind als Vielschicht-Kondensatoren implementiert. Diese Bezeichnung 
kommt von den vielen Schichten aus denen sie bestehen. Wollte man das in 
Chips giessen, es wäre unbezahlbar. Highend-Chips haben ein knappes 
Dutzend Metall-Layer. Und jeder dieser Layer ist teuer, weshalb 
Mikrocontroller wie die AVRs grad einmal 3 davon haben.

Zu allem Überfluss will man als Isolator in solchen Chips eine Substanz 
mit niedriger Dielektrizitätszahl, um die Leitungskapazitäten gering zu 
halten (low-k) während man für Kondensatoren das exakte Gegenteil 
benötigt.

[(prx) A. K. (prx)]

PS: Die Dielektrizitätszahl von Kerkos ist hunderte bis tausende Mal 
grösser als die des in Chips günstig nutzbaren Siliziumdioxids. Davon 
aber hängt die Kapazität eines Kondensators direkt ab.

[Werner (Gast)]

Karlchen schrieb:
> Warum funktioniert das aber nicht mit den Kondensatoren für die
> Entkopplung, Abblockung  usw. ?

Überlege mal, wieviel Schichten ein 100nF Kondensator hat, damit er bei 
geringer Baugröße auf die nötige Kapazität kommt und vergleiche das mit 
der Anzahl der Prozessschritte/"Schichten", die bei der Herstellung von 
CMOS Halbleitern erforderlich sind. Wenn man die C's mit integrieren 
würde, wären z.B. µCs fast unbezahlbar, weil im Vergleich zur Die-Größe 
des µC die Kondensatoren immer noch recht groß sind und die Maschinen 
wegen der vielen Kondensatorschichten für die Wafer-Bearbeitung so lange 
belegt wären.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Karlchen schrieb:

> Es gibt nun viele ICs welche Funktionen zur Verfügung stellen (z.b.
> Verstärker), welche bei einen diskreten Aufbau viel mehr Kondensatoren
> benötigen würden, als bei der IC Lösung erforderlich sind.
>
> Also sind Kondensatoreigenschaften wohl (teilweise) auf Halbleiterbasis
> machbar.

Dieses folgt nicht aus jenem.

In integrierten Schaltungen verwendet man andere Schaltungstechniken als 
in diskreten Aufbauten (auch wenn immer wieder Transfers stattfinden).

Zum einen kann man bestimmte Dinge integriert gut hinbekommen: zwei 
(oder auch viel mehr) exakt gleiche Transistoren, oder ein 
Transistorpärchen, bei dem der eine bei gleicher BE-Spannung den genau 
n-fachen Kollektorstrom des anderen liefert. Damit kann man dann schicke 
Differenzverstärker und Stromspiegel bauen.

Zum anderen vermeidet man in integrierten Schaltungen Dinge, die man 
nicht so gut (oder nur teuer) hinbekommt: Kondensatoren, hochohmige 
Widerstände oder Widerstände mit geringer Absoluttoleranz. 
Koppelkondensatoren vermeidet man z.B. durch direktgekoppelte 
Verstärkerstufen. Und statt Widerständen nimmt man Stromquellen 
(Stromspiegel).

In älteren Datenblättern findet man oft noch Innenschaltungen von IC. Da 
kann man einige der verwendeten Tricks sehen.


XL

[Jens G. (jensig)]

Wenn man Beschaltungen heutiger mit damaligen ICs vergleicht, dann 
stellt man oft fest, daß damals oftmals noch ein viel größerer 
Ausenbeschaltungsaufwand nötig war, inkl. Cs. Da waren öfters mal 
externe Frequenzkompensationen nötig. Heutzutage werden vergleichbare 
ICs anders designed, um solche Ausenbeschaltungen gleich von vornherein 
zu vermeiden.
(NF-Verstärker, OPV)

[Arc N. (arc)]

Übersicht wie so was hergestellt wird...
http://www.powersoc.org/PwrSOC08/Presentations/Received/Invited%20Talk%20S4bx8%20-%20Fred%20Roozeboom%20-%20Ultrahigh-density%20(+0,4%20uF%20mm-2)%20trench%20capacitors%20in%20Silicon.pdf