Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Коллекторный переход, расположенный в высокоомиом эпитаксиальном слое, имеет небольшую барьерную емкость и высокое пробивное напряжение. Транзисторы с такой структурой называют энигаксиалоно-планарными. Оии составляют основную часть транзисторов массового производства. Методы повышения пробивного напряжения коллекторного перехода Пробивное напряжение коллекторного (и эмиттерного) перехода планарного или эпнтаксиально-планарного транзистора может оказаться низким, во-первых, из-за инородных включений и дефектов, которые могут быть в исходном кристалле полупроводника или появиться в области объемного заряда переходов в процессе их формирования.
Особенно велика вероятность инородных включений, трещин н других дефектов вблизи поверхности кристалла. Они остаются там после различных обработок поверхности. Инородные включения, естественно, отличаются от 2бб полупроводника значениями относительной диэлектрической проницаемости и удельного сопротивления. Именно поэтому инородные включения приводят к искажению картины электрического поля и уменьшению пробивного напряжения. Уменьшить вероятность появления инородных включений и дефектов можно только путем повышения качества исходных материалов и выполнения всех требований технологического процесса. Рис. 4.49.
Структуры зпнтакснально-планарного (а) н мезапланариого (б) транзисторов: ! — зпнтансняльнмй слой кремния толщиной около 1О мкм; 2 — нолложка нз сильнолегированного кремния толщиной около 200 мкм Во-вторых, пробивное напряжение коллекторного перехода может оказаться малым из-за поверхностного пробоя, обусловленного большой плотностью поверхностных состояний определенного типа и наличием в результате обогащенного слоя на поверхности высокоомной области, прилегающей к переходу (см.
$3.!4). Эта разновидность пробоя перехода может существовать даже в кристаллах, поверхность которых не имеет механических нарушений. Для уменьшения вероятности такого пробоя необходимо при обработке поверхности кристалла и при выращивании слоя диоксида кремния использовать методы, обеспечивающие наименьшую плотность поверхностных состояний. В-третьих, пробивное напряжение перехода может быть понижено из-за кривизны р-л-перехода на его краях (рис. 4.49, а). Напряженность электрического поля всегда выше вблизи острых выступов, где сгущаются силовые линии тока. Глубина залегания и-л-переходов в транзисторах, изготовленных с использованием методов планарной технологии, обычно от десятых долей до единиц микрометров. Это означает, что радиус закругления р-и-переходов в местах их выхода на поверхность кристалла составляет в лучшем случае несколько микрометров.
Уменьшение радиуса закругления краев и-л-перехода на порядок приводит к уменьшению пробивного напряжения также приблизительно на порядок. Одним из методов устранения пробоя, связанного с кривизной Р-п-перехода, — это селективиое стравливание части кристалла, где расположены закругленные края перехода (рис.
4 49, б). 2бт Структуру транзистора, полученную путем селектнвного травления, называют мезаструктурой, а транзисторы с мезаструктурой, р-и-переходы в которой сформированы методами планарной технологии, — мезапламарными. В структуре мезапланарного транзистора остается только плоская часть коллекторного перехода, имеющая значительно большее пробивное напряжение. При стравливании закругленных частей коллекторного перехода удаляются приповерхностные участки базы и коллектора, имеющие наибольшее количество нарушений кристаллической решетки и Дпрлдузир йлпглтрррд Рис. 4.5Ц Часть коллекториого перехода, выходящая на поверхность кристалла кремния, в транзисторе с расширенным базовым электродом (с металлизацией по оксиду): — — гранины перехода без внешнего напряжения; — — — — — граинвы перехода при обратном напряжении; — — — — металлургическая гранина перехода Рис.
4.5Ь Периферийная часть структуры эпитаксиально-планариого траизисто. ра с диффузионным охранным кольцом, сформированным дополнительной днффузией акцепторов других дефектов, что также способствует увеличению пробивного напряжения. Другой метод повышения пробивного напряжения — создание расширенного металлического электрода к базовой области, простирающегося по слою диоксида кремния над коллекторным переходом и частично над коллекториой областью (рис. 4.50).
При приложении к коллехториому переходу напряжения в обратном направлении под расширенной частью электрода базы в коллекторной области вблизи поверхности возникает обедненный основными носителями (в данном случае электронами) слой. Это приводит к большей толщине коллекторпого перехода у поверхности кристалла по сравнению с толщиной плоской его части, а также к уменьшению кривизны перехода. Все это способствует увеличению пробивного напряжения коллекторного перехода вблизи поверхности кристалла.
Еще одним методом повышения пробивного напряжения коллекторного перехода является формирование охранного кольца в месте выхода перехода иа поверхность кристалла (рис. 4.5!). Для этого приходится проводить дополнительную диффузию 268 акцепторов (для транзистора л-р-и-типа) по периферии коллекторного перехода со всеми вспомогательными операциями окисления. фотолитографии и т. д., проводя эту диффузию на большую глубину по сравнению с диффузией при формировании базовой области. В результате уменьшается кривизна коллектор- ного перехода в местах выхода его на поверхность кристалла или, другими словами, увеличивается радиус закругления в периферийной части перехода.
Наконец, повысить пробивное напряжение коллекторного перехода можно методом формирования диффузионных делительных колец (рис. 4.52). Диффузионные делительные кольца формируют одновременно с созданием базовой области транзистора на некотором расстоянии от нее. При обратном напряжении на коллекторном переходе происходит расширение этого перехода и его смыкание с переходом ближайшего диффузионного кольца. На этом первом диффузион- ре дегг р 4, ном кольце устанавливается плававший потенциал, а на р-и-переходе первого диффузионного кольца — обратное напряжение, которое по абсолютному значению меньше, чем на коллекторном переходе. При наличии второго диффузионного кольца его р-и-переход смыкается с переходом первого диффузионного кольца.
На первое диффузионное кольцо может быть нанесен электрод, расгннрениый по слою диоксида кремния до второго диффузионного кольца. Этот электрод, никуда не присоединенный и имеющий некоторый плавающий отрицательный потенциал по отношению к коллектору, будет способствовать смыканию переходов первого и второго диффузионных делительных колец.
Особенности конструкции и структуры мощных транзисторов При разработке мощных транзисторов помимо тех задач, которые решаются при создании маломощных транзисторов, приходится решать следующие специфические проблемы: !) мощные транзисторы работают при довольно больших токах, поэтому 3 них особенно сильно проявляются связанные с этим эффекты и это необходимо предусмотреть (см. з 4.5); 2) для обеспечения достаточной мощности в нагрузке обычно используют источники питания с большим напряжением, поэтому чаше всего мощные транзисторы должны быть рассчитаны иа ббльшие пробивные напряжения, чем маломощные; 269 3» мощные транзисторы должны иметь большой коэффициент полезного действия и, в частности, малое падение напряжения на транзисторе в режиме насыщения, т.
е. малое сопротивление насыщения; 4) конструкция мощного транзистора должна обеспечивать эффективный отвод рассеиваемой в нем теплоты; 5) значительный перегрев активных частей мощного транзистора при больших размерах применяемых в нем кристаллов полупроводника вызывает необходимость учета механических напряжений, которые могут возникать из-за различия темпера- р г Эти эмиттеры соединяют друг с другом путем металлизацин поверх слоя диоксида кремния. Для обеспечения лучшего теплоотвода кристалл полупроводника со структурой мощного транзистора припаивают к кристаллодержателю коллекторной стороной, Если же необходима изоляция коллектора от корпуса транзистора, то между кристаллом полупроводника и кристаллодержателем помещают изолирующую прокладку из бериллиевой керамики, обладающей хорошей теплопроводностью (рис.
4.54). й Основание корпуса — кристаллодержатель — выполняют из меди. Так как тепло- й отвод от корпуса должен обычно осуществляться на шасси всего устройства или на радиатор, то для уменьшения теплового сопротивления нижнюю поверхность основания корпуса не окрашивают. Рис. 4.53. Геометрия электродов могцного СВЧ-транзистора: а — конструкция с гребенчатым эмнттером; б — многоэмнттерная конструкция с яолосковымн эмнттерамн; в — многозмнттерная конструкция с нруглымн змнттерамн, à — электрод базы, У вЂ” змиттер, Ю вЂ” электрод эмнттера турных коэффициентов линейного расширения полупроводника и других элементов конструкции. Кроме того, мощные транзисторы должны быть и достаточно быстродействующими. Для обеспечения больших токов в транзисторах необходимы большие площади эмиттера.
Однако простое увеличение размеров эмиттера привело бы к значительному вытеснению тока на края эмиттерного перехода из-за падения напряжения на объемном сопротивлении базы. Планарная технология формирования транзисторных структур позволяет изготовлять эмиттеры сложной формы. Одним из вариантов структуры мощных планарных транзисторов является гребенчатый эмнттер (рис. 4.53, а). Число зубьев «гребенкиз может быть до нескольких десятков. Так как ширина каждого зубца небольшая, эффект вытеснения тока к краю эмиттера незначителен. Одновременно снижается и сопротивление базы, что увеличивает усиление по мощности на высокой частоте и снижает сопротивление насыщения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
