Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Однако при слишком узких и длинных эмиттерных полосках может сказаться падение напряжения вдоль них при больших токах. Другими вариантами структур мощных транзисторов являются структуры с большим числом не связанных между собой эмиттеров в виде полосок (рис. 4.53, б) либо дисков (рис. 4.53, в). 270 Особенности конструкции н структуры СВЧ-транзисторов Рис. 4.54.
гзоиструкция моцгного СВЧ-транзистора; 1 — аластннка нз берил. лнезой керамнкн, у — фланец; 3 — колзцо; 4 - бал. лон; 5 — керамический изолятор; 6 — вкугр«нкнй вывод; У вЂ” трубка; 8 — на. ружный вывод, 9 — кристалл волуароводннка 271 Почти все СВЧ-транзисторы, как и остальные биполярные транзисторы,— это кремниевые эпитаксиально-планарные транзисторы. Низкоомная подложка исходной эпитаксиальной структуры обеспечивает малое сопротивление коллекторной области и ограничивает накопление носителей в этой области. Для получения хороших частотных свойств должны быть сведены к минимуму значения паразитных параметров н размеры активных частей структуры транзистора.
Поэтому толщина базы СВЧ-транзисторов составляет иногда менее 0,1 мкм, ширина эмиттерных полосок — менее ! мкм. Для уменьшения объемного сопротивления базы при малой ее толщине необходима большая концентрация примесей в базе. Перспективным методом формирования базовых и эмиттерных областей малых размеров и с необходимой концентрацией примесей является метод ионной имплантации. Формирование тонких базовых областей вызывает необходимость иметь эпитаксиальные слои кремния с практически совершенной кристаллической решеткой без дислокаций и других дефектов упаковки, Технологические операции, применяемые при создании транзисторных структур, не должны приводить к обра- эоваиию таких дефектов.
В противном случае будет велика вероятность эакорачивання областей эмиттера н коллектора. На работу транзистора в области сверхвысоких частот могут влиять емкости между выводами и индуктивность выводов. Поэтому применяют ленточные выводы с пониженной индуктивностью. Для уменьшения паразитных емкостей корпус СВЧ-транзистора вместе с радиатором, если он есть, желательно изолировать от коллекторной области, сохранив при этом хороший теплоотвод от коллекторного перехода. Достигают этого путем крепления кристалла кремния с транзисторной структурой на пластинке нз бериллиевой керамики (рис.
4.54). Основные трудности возникают при создании мощных СВЧ- транзисторов, так как требования к структуре высокочастотного транзистора в основном противоречат требованиям к структуре мощного транзистора. Так, одним из основных факторов, ограничивающих диапазон рабочих частот СВЧ-транзистора, является время пролета носителей заряда через коллекторный переход (см. $4.9). Для повышения рабочей частоты толщину коллекторного перехода желательно уменьшить. Однако при этом оказывается малым и пробивное напряжение. В результате СВЧ- транзисторы с большими значениями граничной частоты имеют меньшее значение максимально допустимой мощности рассеяния. Лучшие из современных СВЧ-транзисторов с граничными частотами в несколько гигагерц рассчитаны на максимально допустимую мощность рассеяния при непрерывной работе в несколько ватт.
Если на базовые выводы прибора подано межбазовое напряжение ()в,в„то нз-за прохождения тока )в, вдоль базы будет существовать продольное падение напряжения. Обозначим падение напряжения на части базы протяженностью й (рис. 4.55, а) как Увю Это падение иапрнжения смещает р-и-переход в обратном нанравлеиии. Поэтому при напряжении на эмиттере ()эоо( ~0,» р-и-переход смещен в обратном направлении и во входной цепи проходит небольшой обратный ток )эво (рис.
4.56, а). Ел + ода ахти а) Рис. 4.55, Структура (о) и эквивалентная схема (б) однопереходного транзистора 4 дле. ОДнОперехОДные трАНЗИСТОры Однопереходный транзистор — зто полупроводниковый прибор с одним выпрнмляющнм электрическим переходом н тремя выаодамн, переключающие и усилительные свойства коюрого обусловлены модуляцией сопрогивления баз» в результате ннжекцин в нее неосиовных носителей заряда. Структура однопереходного транзистора и его эквивалентная схема показаны на рис.
4.55. Область эмиттера (область с электропроводностью р-типа) должна быть легнрована сильнее, чем область базы (область с электропроводиостью л-типа), для того чтобы при прямом включении эмиттерного перехода прямой ток через него имел в основном лишь дырочную составляющую. В этом случае из-за инжекцни неосноиных носителей заряда в базу транзистора и из-за накопления основных носителей, которые входят в базу через один из невыпрямляющих контактов к базе для компенсации инжектированного заряда неосновных носителей, будет происходить уменьшение сопротивления базы (модуляция) и увеличение тока между невыпрямляющими кои: тактами к базе или тока в цепи нагрузки. 272 урз хркл 2) а и а )эра а) й Рис.
4.5б. Входная (о) и выкодные (б) статические характе. рнстики однопереходного транзистора Если же входное напряжение, поданное на эмиттер относительно базы Бг, превысит ().„, то р-л-переход открывается и начинается ннжекция неосновных носителей заряда (дырок) в базу. Вначале иижекция происходит только через часть р-п-перехода, расположенную ближе к первому контакту базы Бь В результате сопротивление части базы протяженностью ), уменьшается, что приводит к еще большему смегценню р-л-перехода эмиттера в прямом направлении и к появлению на входной статической характери- 222 стике участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением (рис.
4.56, а): Таким образом, одиопереходиый транзистор может находиться в двух устойчивых состояниях: в закрытом, которое характеризуется относительно большими сопротивлениями между различными выводами одиопереходиого транзистора, н в открытом (или в состоянии насыщения), характеризующемся относительно малыми сопротивлениями. В открытом состоянии одиопереходный транзистор будет находиться до тех пор, пока иижекция носителей заряда через эмиттерный переход будет поддерживать в базе избыточную концентрацию иеосиовиых и основных носителей заряда, т. е. до тех пор, пока ток эмиттера будет превышать зиачейие тока выключения 1,„ Выходные, или межбазовые, статические характеристики одиопереходиого транзистора представляют собой зависимости тока через второй базовый вывод от межбазового напряжения при определенных значениях тока эмиттера (рис.
4.56, б). При 1э=О выходная характеристика — прямая линия. При прямых токах эмнттера, отличных от нуля, выходные хзрактеристики оказываются нелинейными, так как суммарное напряжение иа эмиттерном переходе изменяется с изменением выходного тока 1б,. Одиопереходиый транзистор, как всякий прибор с отрицательным дифференциальным сопротивлением, может быть использован в качестве переключателя, генератора и усилителя. При этом ои может обеспечить усиление как по мощности и иацряжению, так и по току. Определим коэффициент передачи тока однопереходного транзистора. Г1ри большой напряженности электрического поля в базе можно пренебречь диффузией носителей заряда и учитывать только дрейфовые токи: 1Б1= 1р+ 1л = цЯР брр+ ллб5бб) Е, где о' — площадь поперечного сечения базы (для тока 1ш).
Допустим, что ток эмиттера увеличился иа Л1э, тогда в базе увеличится концентрация дырок на Лр„б и одновременно для сохранения электрической нейтральности в базу из иевыпрямляющих контактов войдет такое же количество основных носителей заряда (Лп„б = Лр„б) . Так как 25/э =ЧзсбР бррЕ 51га = Г)Ябрббпр+ Ьпббил) Е, то коэффициент передачи тока К=М2/й/э= ( +(бб /Рр). При этом предполагалось, что эффективность эмиттера близка к единице и коэффициент переноса носителей заряда по базе тоже 274 близок к единице в связи с малым временем дрейфа носителей в базе по сравнению с временем их жизни. Так как подвижность электронов в большинстве полупроводников превышает подвижность дырок в том же материале, та для одиопереходиых транзисторов выгоднее применять исходный материал с электропроводиостью п-типа. Как видно, принцип действия одиопереходного транзистора хотя н связан с иижекцией неосновиых носителей в базу, но существенно отличается от принципа действия обычного биполярного транзистора, Кроме того, в связи с относительно большим объемом базы одиопереходиые тразисторы значительно уступают обычным биполярным транзисторам по частотным свойствам.
4 4НР. ИАрбеи1ИОсть ТРАНЗИСТОРОВ Катастрофические отказы Катастрофические отказы транзисторов являются чаще всего следствием либо недостаточной отработки их конструкции, либо нарушений в технологии. Как и в полупроводниковых диодах (см. 3 3.32), катастрофические отказы транзисторов вызываются обрывами выводов, растрескиваиием кристалла, пробоем переходов или оксидиого слоя, короткими замыканиями. Обрывы или перегораиие внутренних выводов чаще всего случаются при использовании очень тонкой проволоки, которая бывает неоднородна по толщине.
Такую проволоку применяют, например, для создания выводов планариых транзисторов. Вероятность такого отказа растет, если прибор подвергается воздействию вибрации, ударов и т. п., а также при изменениях температуры. Иногда наблюдаются обрывы вывода сплавного транзистора в месте припайки к навеске. Причиной такого обрыва может быть нарушение технологии пайки либо отсутствие термокомпеиснрующего изгиба (тогда обрыв происходит при низкой температуре). В планарных транзисторах короткие замыкания иногда возникают между металлическими слоями на поверхности оксида и полупроводником. Причиной таких замыканий могут быть отверстия в оксидиом слое, появившиеся в результате нарушений слоя в процессе фотолитографии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
