Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 40
Текст из файла (страница 40)
МЭТ можно часто рассматривать как совокупность отдельных транзисторов с соединенными базами и соединеннымиа)Рис.7.7Глава7. Активные215и пассивные элементы интегральных схемколлекторами. Такое объединение транзисторов на одном кристалле приводит к ряду особенностей.Одна из особенностей связана с тем, что смежные эмиттерывместе с разделяющим их р-слоем базы формируют паразитныйгоризонтальный п+ -р-п+-транзистор.При работе МЭТ может складываться ситуация, когда, например, на Э 1 будет отрицательный потенциал, а на Э 2 -положи-тельный.
В этом случае паразитный п+-р-п+-транзистор работает в активном режиме, и через переход на границе Э 2 , которыйдолжен быть закрыт, будет протекать заметный ток. Для устранения или ослабления этого паразитного для МЭТ эффекта расстояние между соседними эмиттерами должно в3 ... 5 разпревышатьдиффузионную длину электронов в р-базовой области, т. е. составлять10 ... 15 мкм.длина составляетПри легировании базы золотом диффузионная2 ... 3 мкм.Поскольку паразитный транзисторможет попасть в инверсный режим, то инверсный коэффициентпередачи тока а1 должен быть по возможности малым. В противном случае носители,инжектируемые коллектором паразитноготранзистора, например Э 2 , достигают эмиттеров, например Э 17 ианалогично предыдущему случаю через обратносмещенный переход будет протекать заметный паразитный ток, что крайне нежелательно, особенно в цифровых ИС.
Для уменьшения а1 в МЭТтехнологически увеличивают сопротивление пассивной базы до200 ... 300 Ом посредством удаления омического базового контактаот активной области транзистора на большее расстояние.Многоколлекторныеn-р-n-транзисторы.Многоколлекторные транзисторы (МКТ) составляют основу схем инжекционнойлогики И 2 Л. Они по своей структуре не отличаются от структуры МЭТ.
МКТ-это, по сути дела, МЭТ, используемый в инверсном режиме (рис.7.8).э~г.)а)Рис.7.8216Раздел2.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫОсновным требованием при изготовлении МКТ является получение больших значений нормального коэффициента передачи тока а от общего эмиттера к коллекторам (задача, обратная МЭТ).Это достигается размещением коллекторов по возможности ближедруг к другу и совмещением скрытого п+-слоя с базой. В этом случае п+-слой, будучи частью эмиттера, обеспечит высокий коэффициент (и ток) инжекции, что увеличивает а. Оба отмеченныхспособа имеют конструктивно-технологические ограничения. Типичные реализованные значения а""0,8 ...
0,9 (~ = 4 ... 10), что удов9),летворяет нормальному функционированию схем И 2 Л (см. гл.в которых ~ на один коллектор должен быть больше единицы.Поэтому число коллекторов не превышает3 ... 5.Инерционныепараметры типичных МКТ имеют следующие величины: времяпролета tпр""5 ... 10 пс,предельная частота не более20 ... 50 МГц,коллекторная емкость по сравнению с МЭТ значительно меньше, и ее влиянием часто можно пренебречь.Транзистор с барьером Шопки. Используются в таких цифровых ИС, где транзистор работает в режиме насыщения.
Этот типотличается от обычных п-р-п-транзисторов ИС конструкциейбазового контакта (рис.7.9,а). В этой структуре п-р-п-транзистор сочетается с диодом Шоттки за счет того, что алюминиевая металлизация, обеспечивающая омический контакт с р-слоембазы, продлена в сторону коллектора. В результате образуетсявыпрямляющий контакт Шоттки между металлизацией и слаболегированной коллекторной областью, что эквивалентно включению диода Шоттки между базой и коллектором (рис.7.9,б).Диод ограничивает прямое напряжение на коллекторном переходе на уровневодник в гл.0,3 ... 0,4 В (см.
БАХ контакта металл-полупро2), что недостаточно для накопления избыточногозаряда инжектированных неосновных носителей. Поэтому время рассасывания пренебрежимо мало, что повышает быстродействие цифровых схем.эБА!ка)6)Рис.7.9Глава7. Активные и пассивные элементы интегральных схем217Супербета транзистор. Эти транзисторы имеют сверхтонкуюбазу с шириной0,2 ... 0,3 мкм,что позволяет получать коэффициенты передачи тока в схеме с ОЭ на уровне3000 ... 5000и более.Технологический процесс получения сверхтонкой базы .являете.я весьма прецизионным,что реализуется на пределе технических и технологических возможностей. Из-за тонкой базы пробивное напряжение у этих транзисторов очень мало(1,5 ...
2В).При заметно больших напряжениях реализуете.я эффект смыкания эмиттерного и коллекторного переходов.Основное применение супербета транзисторовкады операционных усилителей (гл.7 .4. Транзисторы-входные кас8).ИС типаp-n-pИнтегральные р-п-р-транзисторы заметно уступают по своим параметрам п-р-п-транзисторам, в частности по коэффициенту усиления и предельной частоте.
При прочих равных условияхв р-п-р-транзисторахпо сравнению сп-р-п-транзисторами предельна.я частота примерно в три раза меньше, чтосвязано с существенно меньшей подвижностью дырок по сравнению с электронами. Напомним, что вр-п-р-транзисторах перенос тока осуществляется дырками. Основным структурным вариантом р-п-р-транзистора .являете.я горизонтальна.я структура(рис.7.10).По сравнению с ранее рассмотренным вертикальным паразитным транзистором горизонтальный имеет существенно лучшие параметры, и технологи.я его изготовления согласуете.я с технологическим циклом на основе разделительнойдиффузии.
Коллекторный слой, сформированный по этому циклу, охватывает эмиттер со всех сторон, что позволяет собиратьинжектированные дырки с боковых частей эмиттерной области. Увеличению коэффициента инжекции способствует повыКоллекторxJРис.7.10218Раздел2.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫшенная концентрация примеси на приповерхностных боковыхучастках р-слоев.В однородной (эпитаксиальный слой) базе р-п-р-транзистора, в отличие от п-р-п-транзистора, нет внутреннего ускоряющего электрического поля, поэтому он является бездрейфовым. Непосредственно в боковом направлении из эмиттера инжектируется лишь малая часть дырок. Основная доля дырокинжектируется вниз в сторону скрытого п+-слоя, что увеличивает расстояние, проходимое дырками, а это приводит к возрастанию рекомбинации.
В результате коэффициент передачи токатакого транзистора обычно невелик, а время пролета базы велико, емкость между базой и подложкой-большая. При такихпараметрах граничная частота мала (менее50 МГц).Для увеличения коэффициента передачи эмиттерного токанеобходимо, чтобы площадь донной части эмиттерного слоя была меньше площади боковых частей, т. е. эмиттерный слой должен быть узким. Пробивные напряжения эмиттерного и коллекторного переходов одинаковы (Ипроб -30 ... 50 В)из-за однотипности эмиттерного и коллекторного слоев.При кольцевомр-коллекторе достаточно легко сформироватьмногоколлекторный р-п-р-транзистор.
Для этого достаточноразделить кольцевой р-коллектор на необходимое количествочастей и сделать от каждой из них отдельные выводы. В такоммногоколлекторномтранзисторекоэффициентусиленияпокаждому из коллекторов будет меньше по сравнению с единымколлектором примерно в число раз, равное числу коллекторов.В вертикальныхр-п-р-транзисторах возможно устранениеглавныхрам,рис.недостатков,а именно7 .11присущихбольшойгоризонтальнымшириныитранзистооднородности базы.Напоказана структура вертикального изолированногор-п-р-транзистора. На слаболегированной подложке р-типарРис.7.11ГлаваАктивные и пассивные элементы интегральных схем7.создается скрытый слой1п-типа и скрытый слой2192р+-типа.В эпитаксиальном п-слое формируются р-п-р-транзисторы,которые располагаются в карманахр-типа~ На рис.чено: эмиттерлектор6.- 3,активная база-На скрытый слой14,7.11 обозна- 5, колпассивная базачерез п+ -область подается напряжение от источника +р, в результате р-п-переходы междуслоями1и2и переход между подложкой и слоем1являютсяобратносмещенными.Для создания ИС с вертикальными транзисторами требуетсязначительно больше технологических операций.
Коэффициентпередачи тока базы вертикального р-п-р-транзистора превышает100, а достижимая граничная частота -свыше5 ГГц.Как отмечалось ранее, для получения р-п-р-транзисторовс улучшенными параметрами используется технология «кремний-на-сапфире-КИС»,при которой р-п-р-транзисторыформируются, по существу, отдельно от n--'р-п-транзисторовна диэлектрической подложке из сапфира. Ширина базы и уровень легирования в этом случае могут быть оптимизированы, ноэто достигается значительным усложнением технологии, а следовательно, и удорожаниемИС.7 .5.Интегральные диодыДля того чтобы сформировать диод с р-п-переходом, необходимо только создать диффузионную область р-типа в пластинеп-типа и сделать контакты к верхней и нижней поверхностямпластины.
Однако в ИС обычно формируется много диодов итранзисторов, которые должны быть изолированы друг от другадиэлектриками или обратносмещеннымир-п-переходами, либодругими способами изоляции (см. п.7.2).Кроме того, отдельноеизготовление диодов в групповом методе производства ИС крайненерационально. Проще и дешевле изготавливать транзисторы.В ИС в качестве диодов используются либо эмиттерный, либоколлекторный переходы, расположенные в изолирующем кармане.
Возможно использование комбинации указанных переходов.В результате ДИОД В ИС представляет собой ВЫПОЛНеННОе тем ИЛИиным способом диодное включение интегрального транзистора.Различныевариантыэтоговключенияпредставленынарис. 7.12. Кроме показанных там вариантов, в качестве диодаможно использовать структуру, не имеющую эмиттерной области, своего рода транзистор без эмиттера. На рис.7.12«плюс»Раздел220+ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ2.+---,1Сд11::...J__1СдlСд::...J__-,--++г---г---+--~Сд--~ед~~~-,--1L_1L_1_t_11--;скп_.!.__t__t_--;с!Ш--;скп--;скп_.!.__.!.__.!._Б-ЭБК-Э1_t_Б-КБЭ-КРис.В-ЭК7.12источника подключен к аноду, а «минус»-к катоду.
Аноду вбуквенных обозначениях внизу рисунка соответствует букваили буквы до черточки, а катоду-после черточки. Типичныепараметры интегральных диодов, изображенных на рис.приведены в табл.7.1,ствующего перехода,где И проб -J 06 P-7.12,напряжение пробоя соответобратный ток, Сд(емкость между анодом и катодом), С 0 --емкость диодапаразитная емкостьмежду подложкой и катодом или анодом, она обычно совпадаетс Скп и шунтирует на «землю» анод или катод; tв-врем.я восстановления обратного тока, равное времени переключения диода из от:крытого в закрытое состояние.Пробивное напряжение Ипроб эмиттерного перехода в5 ... 7 разменьше, чем коллекторного.
Эта особенность присуща всем дрейфовым транзисторам и связана с тем, что эмиттерный переходобразован более низкоомными слоями, чем коллекторный, поТаблицаТипичные параметры интегральных диодовТип диодаПараметрыВК-ЭБ-ЭВЭ-КВ-КВ-ЭКипроб• в7 ... 87 ... 840 ... 5040 ... 507 ... 8/обр• нА0,5 ...
10,5 ... 115 ... 3015 ... 3020 .. .40Сд,пФ0,50,50,70,71,2С 0 ,пФ31,2333tв, НС105050751007.1Глава7. Активные и пассивные элементы интегральных схем221этому ширина (толщина) эмиттерного перехода много меньше,чем коллекторного. Обратные токи определяются токами термогенерации в кремниевых переходах, поэтому они зависят от,объема обедненной области и, следовательно, меньше у тех вариантов включения, где используется только эмиттерный переход, у которого наименьшая площадь и наименьшая толщина.Емкость диода Сд зависит от площади используемых переходов и максимальна при их параллельном включении (Б-ЭК).Паразитная емкость С 0 , совпадающая обычно с емкостьюСв:п• минимальна в схеме Б-Э, где емкость коллекторного перехода Св:п и емкость Сд соединены последовательно.Время восстановления (переключения)t8связано с накоплением и рассасыванием заряда подвижных носителей в базе и:колле:кторе и определяется эффе:ктивным временем жизни неосновных носителей в той области транзистора, где происходитих накопление при протекании прямого то:ка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
