Коледов Л.А. - Технология ИС, страница 9

ое сопротввле ие слов интегральных транзисторов а=0,99...0,995 при токах порядка не- скольких ми ольких миллиампер В=!00...200 и тем больше, чем а ближе к 1. Величину о> можно записать в следующем виде: к 1э» к (2.4) — — — — =тм, ~э 1э ~э» где у =1э./1э=1э,/(1эп+1э>) — коэффициент инжекции, характери- зующий долю полезной (для и-р-л-тразистора электронной эп) составляющей в общем токе эмиттера; х=1„/1э„— коэффициент переноса, характеризующий долю инжектированных носителей, дошед шедших до коллектора и избежавших рекомбинации.

С допустимой точностью у определяется выражением т=(>+ > в м ) ° (2.5) где ц> — ширина базы транзистора; 1., — диффузионная длина неосновных носителей в эмиттере; )у-, и 0б — коэффициенты диф- ф н носителей в эмиттерной и базовой областях, легированных фузин нос до концен концентраций А>, и А>б соответственно; у тем ближе к 1, чем меньше величины н> н А>б/А>,.

Поэтому эмиттерный слой легируют, как можно сильнее. Значения Т равны 0,99...0,977 в нормальном токовом режиме и 0,98.„0,985 в режиме мнкротоков. Коэффициент переноса можно представить выражением м=> — — —, (2.6) 2», где т — время жизни неосновных носителей в базовой области. Величина х тем ближе к единице, чем меньше ширина базы и больше т. Увеличение времени жизни ухудшает частотные свойства транзистора, поэтому, как следует из (2.5) н (2.6), главным направлением в улучшении характеристик транзисторов является уменьшение ширины базы. Ширина базы в и -Р-п-транзисторе, изготовленном по эпитаксиально-планарной технологии, составляет обычно 0,6...0,8 мкм с допустимым отклонением ~0,1 мкм. Коэффициенты усиления тока транзистора зависят от режима 'его работы (рис.

2.5): при малых значениях тока (1О '...10 ' мА) величина В сравнительно невелика из-за малых значений коэффициента ннжекции. Это объясняется рекомбинацией носителей в эмиттерном переходе. Большая доля рекомбинационных потерь приходится на приповерхностные слои. Именно поэтому качество обработки поверхности, пассивация поверхности имеют огромное значение для получения высоких В при малых токах. В области средних и больших токов () 1 мА, см. рис. 2.5) существенную роль играет эффект вытеснения тока в эмиттере. Напряжение в любой точке эмиттерного перехода представляет собой разность внешнего напряжения (/эв и падения напряжения в объеме базы.

Последнее тем выше, чем дальше удале»а эта точка 39 77 72 75 урву ау '6 (а ' П,аду Дпу йу 7,777л,ил Рис. 2.8 Зависимость коэффндиента усиления по току В интегральных биполярных транзисторов в схеме с общим эмиттером от тока коллектора Тк Рис. 2.6. Иллюстрация эффекта от теснения эмиттерного тока 1 2! г й '„т б у тй 7! 4-Д 5 Ы 7 У 2 Рис. 24Ь Интегральный биполярный транзистор повышенной мощности «гребенпатой» конструкпии. 1 в «ре ий аол рнста литескнй; 2 в к птур лслоя к опас«тору, 3 - контур окна калаекыру, 4-- конур базы 5 контур эмиттера. 6 в «овтур Окн к базе, 7 в «о тур о на к э нтмру, 3- д электрик 75~От!! К, - проводник «оллек- тора Рис.

27. Фрагмент топологии микросхемы с биполярными транзисторами малой мощ- ности: уо! - лнад (тра з с р в Лнод о вклюее ииу, ит! тестоный тра зис ор, ут2 — тр нзнстор, !71, 32 — диффузионные ре и ары, ! — «он витию Оюю лнффузиониы резисторам! 2 — р область разде «тетиной диффуз, 3 .5— контуры контакт ык окон к саответстае ио лаллекто ру, базе, зм леру, 6 3 — «онтуры сб.тастей со. Ответ твенно коллектора, базы, эмиттера, Р— пвсснвируююий сюй, !6 — т!ра«аннин; 1! — двуокись кремния р а 40 от базового контакта (рис. 2.б).

Значит, напряжение в центральной части эмиттера меньше напряжения у его краев и край эмиттера приобретает большее прямое смещение, чем середина его площади, значит, внешние области эмиттера будут работать при больших плотностях тока по сравнению с внутренними. Повышенная плотность тока у краев эмиттера приводит к повышенным рекомбинациониым потерям носителей в этих областях и к уменьшению В. Топология мощных транзисторов должна обеспечить максимальное отношение периметра эмиттера к его площади. Например, целесообразно использовать узкие эмиттеры с большим периметром. Изменение конструкции биполярных транзисторов с увеличением их мощности иллюстрируется рис. 2.7...2.9.

Коэффициент усиления В уменьшается с понижением температуры (термический коэффициент 5 10 '1/ С). Это связано с уменьшей.- вием времени жизни неосновных носителей т (см, уравнение 2.6). рис. 2.8. Фрагмент топатогии ыикросхе. мы с транзисторои средней мощности; УП! Упз —. лиад, УТ! — транзистор. ! 3-- кпи уры облает й оответ асино колле« ора, баэ», ем втори, 4 6 в контуры кон и н к окон соотв тс асино к кол ектору, б зе, эмиттеру; 7 в к игур .

б. астей иол ектора 3 в привареи«ый «Оит и ной плоюэлке зало ой ибкий про. водник; р — «Он!акти е окно резистора; !6 в р облает разде ительной диффузии; !! пас иви. рую~тт й с. ой; М вЂ” проводник, !3 в двуок сь кре- мния Структура интегрального транзистора характеризуется еще значениями пробивного напряжения двух р-и переходов: эмиттерного и коллекторного.

Если концентрация примесей на обеих сторонах р-и перехода в кремниевых транзисторах меньше 10'" атомов/см', то при обратном смешении перехода напряжение пробоя определяется началом лавинного умножения. Это происходит, когда в обедненной области электрическое поле достигает такой величины, когда свободные носители приобретают энергию, достаточную для выбивания дополнительных вторичных электронов, те в свою очередь генерируют дополнительные электроны и т, д., что приводит к лавинному увеличению числа свободных носителей. Напряжение лавинного пробоя может быть определено из графика на рис.

2.!О по данным о величине концентрации примеси на слаболегированной стороне р-и перехода. 41 йп телыоа хнафузин 42 Рис. 2.!О. Зависимость напряжения лавянного пробоя пт концентрация примеси на слаболегироваиной стороне ступенчатого ! р-л перехода Значения (7ар для перехо- дов эпитаксиально-планарного ур и-р-п-транзистора даны в табл.

2.2. Из этой таблицы видно, что пробивное напряжение эмиттерного перехода в 5...7 гр раз меньше коллекторного, так как последний сформирован менее легированными слоями. Для обозначения напряжения пробоя (l~р переходов используются три подстрочных индекса (ухво и (7эв„ причем последний символ «нуль» указывает, что при измерении (/.р цепь третьего вывода разомкнута. Напряжение пробоя коллектор — эмиттер Укэо меньше Скво и может быть оценено по формуле (уквв/-1(В+ 1, (2.7) где т для л-р-л-транзистора равно 3...4. Пробой может иметь место в результате сужения базы по мере роста коллекторного напряжения из-за увеличения ширины обедненного слоя перехода (прокол базы). Если обедненная область коллекториого перехода расширится настолько, что переходы транзистора сомкнутся, обеспечивается беспрепятственное прохождение тока между коллектором и эмиттером.

Такой вид пробоя свойствен транзисторам с особо тонкой базой. Например, при й(в= =!Ого атомов/сма, ги=0,7 мкм прокол базы наступает при (lпр — — 3,5 В. Характеристики транзистора зависят от частоты сигнала. Эти зависимости различны для разных схем включения транзистора, зависят от физической структуры транзистора, наличия в ней паразитных элементов. Частота 1„ на которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером уменьшается до единицы и транзистор теряет усилительные свойства, называется предельной частотой коэффициента усиления тока. Другим показателем, харак- Т а бл и ц а 2.2. Типичные параметры интегральных и-и-н транзисторов теризую ющим высокочастотные свойства транзистора, является максимальная частота генерации 1 .„ при которой усиление по мощности падает до единицы.

Они связаны соотношением ) -= — (И(8 С,))'", (2.8) где гв е г ф— постоянная времени базы транзистора, ограничивающая предельное быстродействие транзистора; з — ширина эмиттера. Для интегральных п-р-и-транзисторов (т и (сыт приблизительно анны 400 и 900 мрц. Из-за того, что подвижность электронов в полупроводниковом материале существенно выше подвижности д- ырок, ок, и-р-я-транзисторы имеют более высокую предельную частоту коэффициента усиления, чем р-п-р-транзисторы.