Richi´s Lab

Linear Technology
LTZ1000

LTZ1000

Die LTZ1000 ist eine der stabilsten Referenzspannungsquellen. Sie wurde von Linear Technology entwickelt.
Das Datenblatt gibt ein Rauschen von typischerweise 1,2µVpp und eine Langzeitstabilität von 2µV an. Der Temperaturdrift beträgt gerade einmal 0,05ppm/°C.

 

LTZ1000 Package Die

Die Referenzspannungsquelle der LTZ1000 setzt sich aus der Z-Diode und dem Transistor Q1 zusammen. Die Kombination der beiden Elemente führt zu einem Spannungsabfall mit einem sehr geringen Temperaturkoeffizienten.

Die LTZ1000 besitzt einen Heizer, der die Temperatur im Inneren konstant hält und darüber den Temperaturdrift weiter reduziert. Der Transistor Q2 dient der Temperaturmessung, die es ermöglicht die Solltemperatur in der Nähe der Referenzspannungsquelle zu regeln.

Zwischen den beiden Funktionsblöcken befinden sich parasitäre Dioden.

 

LTZ1000 Blockschaltbild

Im Package fällt auf, dass der Pin 1 mit drei Bonddrähten an das Die angebunden ist. Es handelt sich überraschenderweise um den positiven Anschluss des Heizers. Meist wird bei empfindlichen Schaltungen das Bezugspotential und damit oftmals das negativste Potential niederimpedant angebunden. Das Datenblatt beschreibt allerdings, dass sich zwischen den beiden Schaltungsblöcken Dioden im Substrat befinden. Selbst wenn die Heizerströme Potentialanhebungen auf dem Bezugspotential erzeugen, so dürften die Dioden diese Störungen relativ wirksam von den anderen Schaltungsteilen isolieren. Eine besonders niederimpedante Anbindung des Bezugspotentials ist daher nicht notwendig, sogar eher kontraproduktiv, da an den Dioden dann weniger Sperrspannung anliegt. Die Dioden sind auch die Erklärung für die dreifache Anbindung des positiven Heizerpotentials. Dieses Potential muss das höchste auf dem Die sein, damit die obere Diode immer gesperrt bleibt.

Das Gehäuse ist an keinen Pin angebunden. Messungen zeigen, dass der Pin 4 über einen Widerstand von ungefähr 100Ω mit dem Substrat verbunden ist. Höchstwahrscheinlich stellt das Substrat selbst diesen Widerstand dar.

 

LTZ1000 Die

LTZ1000 Die

Das Die besitzt mehrere unkontaktierte Bondpads. Der Form und Größe nach zu urteilen, handelt es sich um ungenutzte Bondpads, nicht um Testpads.

Die äußeren zwei grünen Ringe stellen den Heizer dar. Links unten befinden sich die drei Zuleitungen des Heizers. Es zeigt sich, dass das linke der drei Bondpads nicht den Heizer, sondern die Fläche kontaktiert, in der der Heizer eingebettet ist. Der rechte Bonddraht der unteren Kante stellt den zweiten Anschluss des Heizers dar. Die Ringe sind parallel geschaltet, bieten aber mit anderen Bondverbindungen die Möglichkeit einer Serienschaltung. Das rechte Bondpad kontaktiert zusätzlich die inneren vier grünen Ringe, die ebenfalls als Heizer genutzt werden könnten. Es existiert die Meinung, dass diese Heizer im RMS-Wandler LT1088 genutzt werden. Eine Analyse des LT1088 zeigt allerdings, dass dies nicht der Fall ist. Es stellt sich die Frage für was die zusätzlichen Heizer integriert wurden. Eventuell wurden LTZ1000-Varianten mit anderen Heizerkonfigurationen eingeplant. Denkbar wäre auch, dass über die inneren Heizer nach der Produktion ein Test oder eine gewisse Voralterung stattfindet. Das innerste Ringpaar besitzt einen weiteren Kontakt zum Substrat, vermutlich um die inneren Heizer auch ohne eine Kontaktierung der äußeren Heizer nutzen zu können.

Ein Pad in der oberen rechten Ecke bietet unabhängig von den Ringpaaren eine weitere Möglichkeit das Substrat zu kontaktieren.

 

LTZ1000 Die Detail

LTZ1000 Die Detail Potentiale

Die rosa erscheinenden Rahmenstrukturen bilden pn-Übergänge, die die einzelnen Schaltungsteile voneinander isolieren.

Das innerste Element ist eine Kombination aus der Zenerdiode und dem Transistor Q1. Der Emitter des Transistors ist über den blauen, runden Kontakt in der Mitte angebunden. Das Kollektorpotential führen die weißen Leitungen symmetrisch, kreuzförmig in einer tieferen Ebene ins Zentrum. Die Basis des Transistors kontaktiert der schwarze Ring, der außerdem als Anbindung der Zenerdioden-Anode dient. Die rote Leitung stellt den Kathoden-Anschluss der Zenerdiode dar.
Die Temperaturkoeffizienten von Zenerdiode und Basis-Emitter-Strecke kompensieren sich großteils, was zu einer stabileren Referenzspannung führt. Die beiden Komponenten müssen aber auch entsprechend nah beeinander platziert werden, damit sie immer eine möglichst gleiche Temperatur aufweisen.

Um die inneren Elemente sind vier parallel geschaltete Transistoren angeordnet. Hierbei handelt es sich um den Transistor Q2, der zur Temperaturmessung genutzt wird. Der Emitter ist mit dem Emitter des Transistors Q1 verbunden (blau). Die gelbe Leitung kontaktiert die Basis, die graue Leitung den Kollektor des Transistors Q2.

Die Zenerdiode selbst ist, wie bei hochqualitativen Referenzspannungsquellen üblich, eine Subsurface-Zenerdiode, auch buried Zenerdiode genannt.

 

LTZ1000 Die Detail

LTZ1000 Die Detail

LTZ1000 Die Detail

LTZ1000 Die Detail

Mit verschiedenen Belichtungen und Winkeln lassen sich die einzelnen Strukturen relativ gut erkennen.

 

LTZ1000 Die Detail

Das Design stammt anscheinend aus dem Jahr 1983.

Die Zeichenfolge SZKP könnte für "Super Zener Kelvin Probing" stehen. Als Super Zener wird die Kombination von Zenerdiode und Transistor bezeichnet. Kelvin Probing bezieht sich auf die Kontaktierung der Kombination, die verhindern soll, dass der Strom zur Arbeitspunkteinstellung die Referenzspannung beeinflusst.


LTZ1000 Die Detail

Die Zeichen MG und CN könnten Namenskürzel der Entwickler sein.
CN würde für Carl Nelson sprechen, ein bekannter IC-Designer bei Linear Technology.

 

LTZ1000 Die Detail

LTZ1000 Die Detail

In der linken oberen Ecke befindet sich ein interessantes Logo, das angeblich für "Super-Zener" steht.

 

 

LTZ1000 Die Detail Zener

LTZ1000 Die Detail Zener

LTZ1000 Die Detail Zener

LTZ1000 Die Detail Zener

Während die Z-Diode leitet arbeitet sie zumindest zum Teil im Lawinendurchbruch. Wie bereits bei vielen Bipolartransistoren gezeigt ist dabei im Bereich der Sperrschicht ein Leuchten zu erkennen. Rekombinieren Ladungsträger in einem Siliziumhalbleiter, so emittieren sie üblicherweise kein Licht im sichbaren Bereich. Bei einem Lawinendurchbruch erfolgen allerdings energetisch undefinierte Ionisierungen im Kristallgitter. Fallen diese freien Elektronen in ihre Ausgangspositionen zurück, so strahlen sie in entsprechend undefinierten Wellenlängen, also auch im Bereich des sichtbaren Lichts.

Das Leuchten lässt erkennen dass sich der wirksame Bereich der Z-Diode unterhalb des kontaktierten Rings befindet. Das erscheint stimmig, schließlich handelt es sich um eine buried Z-Diode.
Die Leuchterscheinungen befinden sich jedes Mal an den selben Stellen. Nach den Versuchen mit dem Leistungstransistor BUX22 kann man davon ausgehen, dass sich dort Störstellen befinden, an denen der Lawinendurchbruch bevorzugt erfolgt.
Der Strom durch die Diode beträgt hier ungefähr 4mA.

 

LTZ1000 Die Detail Transistor

Mit dem selben Versuchsaufbau kann man die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q1 identifizieren. Diese Sperrschicht leuchtet etwas schwächer. Sie befindet sich an der Grenzfläche zwischen dem Ring, der an seinem unteren Ende die Z-Diode abbildet und dem innersten Kreis, der den Emitter des Transistors Q1 darstellt.

 

 

LTZ1000 dead Die

Beim Betrieb im Lawinendurchbruch sollte man immer darauf achten, dass das Netzteil richtig eingestellt ist. Ein Fehler an dieser Stelle führt schnell zur Zerstörung der Strukturen. In diesem Fall war eine Spannung von 20V und eine Strombegrenzung bei 1A eingestellt. Das Die zeigt mehrere Durchschläge. Anscheinend kam es nach der Zerstörung im inneren Bereich der LTZ1000 zu weiteren Durchschlägen entlang der Heizerringe.

 

LTZ1000 dead Die

Der erst Durchschlag erfolgte höchstwahrscheinlich in der buried Z-Diode links des inneren, ringförmigen Anschluss der Z-Diode. An dieser Stelle ist ein hellgrauer Fleck zu erkennen. An der äußere Kante des grünen Rings zeigt sich eine Zerstörung der Metalllage. Entweder war die Metallisierung an dieser Steller ewas dünner als in der Umgebung oder es erfolgte ein Durchlag direkt von der darunter liegenden Fläche zur Metalllage. Im Verlauf der Zuleitung kam es zu weiteren Durchschlägen.

 

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