Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Однако горизонтальный р-п-р-транзистор оказывается бездрейфовым из-за однородного легирования его базовой области — эпитаксиального слоя. Толщина активной части базы горизонтального 33Э транзистора получается относительно большой. Все это приводит к посредственным частотным свойствам горизонтального транзистора: его граничная частота не превышает обычно нескольких десятков мегагерц. Из структуры горизонтального транзистора (рис. 7.6) ясно, что для получения большего коэффициента передачи тока эмиттера нли базы необходимо, чтобы плошадь донной части эмиттерной области была мала по сравнению с площадью боковых частей этой области.
Значит, эмиттерная область должна быть по возможности более узкая (ширина окна в слое диоксида кремния для диффузии акцепторов должна составлять 3...5 мкм), У горизонтального транзистора должны быть одинаковыми пробивные напряжения эмиттерного и коллекторного переходов. Близкими должны быть и коэффициенты передачи тока эмнттера при нормальном и инверсном включении такого транзистора, так как области эм иттера и коллектора одинаковы по свойствам. Горизонтальная структура позволяет легко осуществить многоколлекторный транзистор.
Для этого достаточно кольцевую область коллектора разделить на несколько частей и предусмотреть отдельные выводы от каждой части — от каждого коллектора. Коэффициент передачи тока для каждого коллектора будет, конечно, в соответствующее число раз меныпе, чем для единого коллектора, но все коллекторы будут действовать «сиихронно», а нагрузки во всех коллекторных цепях будут электрически разделены. Миогоколлекторный транзистор оказывается удобным для некоторых цифровых интегральных микросхем. Алюминиевый электрод образует с р-областью базы омнче.
ский переход, а переход между алюминиевым электродом н отио. сительно высокоомной и-областью коллектора получается выпрямляюшим. Из-за неравенства работ выхода электронов из алюминия и из кремния с электропроводностью н-типа и в результате химической обработки поверхности кремниевого кристалла на контакте для электронов возникает потенциальный барьер высотой около 0,6 эВ (рис. 7.8, а), что несколько меньше 8Ю, Рис. 7.7. Структура транзистора с диодом Шохин (а) н его эквнвалеитиаи схема (б) Биполярный транзистор с диодом Швтки Биполярный транзистор в цифровых ннтегральнных микросхемах обычно выполняет функцию ключа и все время работает либо в режиме насыщения, либо в режиме отсечки. В режиме насыщения происходит накопление неосновных носителей заряда в базе транзистора, а также в коллекторной области (см.
$4.!5). Процессы накопления неосновных носителей и их последующего рассасывания при переводе транзистора в режим отсечки или в выключенное состояние связаны с относительно медленным процессом диффузии неосновных носителей заряда. Инерционность этих процессов определяет скорость переключения транзистора из включенного состояния в выключенное и обратно, т. е. скорость срабатывания схемы.
Для ускорения процесса накопления и рассасывания неосновных носителей заряда целесообразно ограничить их накопление. Достичь этого можно путем шунтирования коллекторного перехода транзистора диодом Шотки, т. е. диодом с выпрямляюшим электрическим переходом между металлом н полупроводником (см. Э 3.22). Структура такого интегрального транзистора и его эквивалентная схема показаны на рис. 7.7. Злб А! 81 р-тира А) 8! и-типа а) й) Рис. 7.8.
Эиергетнческак диаграмма выпрнмлиюгдего перехода между алюминиевым электродом и высокоомной л-областью коллектора (а) и омнческого перехода между алюминиевым электродом и сильиолегировлнной л+ областью эмнттера (б) кремниевого транзистора высоты потенциальнбго барьера на коллекторном переходе. Поэтому прн прямом смещении коллекторного перехода и соответственно при прямом смещении диода Шотки основная часть прямого тока коллектора будет проходить через диод Шотки. Этот ток связан с движением электронов из и-области коллектора в металлический электрод и не сопровождается инжекцией дырок в и-область коллектора. Таким образом, в высокоомной области коллектора практически не происходит накопления неосиовных носителей заряда.(рис.
7.9). 34! Кроме того, нз-за меньшей высоты потенциального барьера на переходе Шоткн по сравнению с высотой потенциального барьера на коллекторном переходе прн тех же прямых токах коллектора на коллекторном переходе будет меньшее прямое нацряженне, что соответствует меньшему колнчеству накопленных неосновных носителей заряда в базе транзистора прн режиме насыщения (рнс. 7.9). В результате время рассасывания в транзисторе с днодом Шоткн оказывается значительно меньшим (несколько «Е л" р,л дя )л« а) Рис. 7.9. Распределение неосновных носителей заряда в различных областях транзистора прн его работе в режиме насыгиення: а — в структуре обычного пленарного транзистора; б — в структуре аналогичного транзистора с диодом Шотки, включенным вара«лельке коллекторному переходу наносекунд), чем время рассасывания в транзисторе аналогичной структуры, но без шунтнруюшего диода Шоткн.
Отметнм, что на контакте алюминиевых электродов с сильно- легированными л+-областямн эмнттера н коллектора также могут возникать потенциальные барьеры, но нх толщина оказывается настолько малой, что сквозь такие узкие потенциальные барьеры электроны могут проходить практически беспрепятственно путем туннелнроваяня (см. рнс. 7.8, б). Таким образом, на контактах алюмннневых электродов с эмнттерной областью н с снльнолегнрованной частью коллекторной области получаются омнческне переходы, а нх формирование н формнрованне выпрямляюшего перехода Шоткн осуществляются во время одного процесса металлнзацнн.
Изготовление интегрального транзистора с диодом Шоткн не требует введения дополнительных технологических операций. Необходимо лншь изменить соответствующим образом фотошаблон, прнменяемый прн проведении фотолитографии для снятия диоксида кремния под контакты, н расшнрнть слой напыляемого алюминия за металлургическую границу коллекторного перехода. Однако прн снятнн диоксида кремния в месте выхода коллектор- ного перехода на поверхность монокрнсталла кремния н прн обработке этой поверхности перед нанесением алюминиевой металлнзацнн следует предотвратить возможность загрязнения р-а-перехода коллектора неконтролируемыми примесями.
342 Полевой транзистор с нзолнрованным затвором Диод Этот активный элемент широко используется в ннтегральных микросхемах, особенно в логнческнх интегральных микросхемах. Для создания диода вообще достаточно сформировать только Я -т 1 1 Сз 1 1 — сы 1 1 1Н ' С т «л о- 1 1 1 1Н «Да« „1, з т аг — — —.й ! -гьз 1 ! Л -'-г 1 «зйл( 1Н вЂ” 4- -3- «л л о- -4 —— Пазла«гяд Рис. 7.1ц Возможные варианты использования р-л-переходов транзисторной структуры в качестве диода (а) н их зквнвалеитные схемы (б) 343 В свяэн с особенностями структуры МДП-транзнсторов нх можно формировать без спецнальных островков в монокрнсталле ннтегральной микросхемы, что упрощает технологию — уменьшает число технологических операций, удешевляет интегральные микросхемы н дает возможность увеличить плотность упаковкн.
Другая особенность н пренмушество МДП-транзнсторов в качестве активных элементов интегральных мнкросхем состоит в том, что прн нулевом напряженны на затворе МДП-транзнстора с нндуцнрованным каналом ток стока практически отсутствует, т. е. мощность транзнстором потребляется только во время подачи напряження на затвор. Это уменьшение потребляемой мощности интегральных микросхем на МДП-транзнсторах с нндуцнрованным каналом особенно существенно для создания логических интегральных микросхем. Важным также является то обстоятельство, что цифровые ннтегральные микросхемы могут быть построены целиком на гальваннческн соединенных между собой МДП-транзисторах без непользования другнх элементов. один р-н-переход, Однако диодам в интегральных микросхемах придают транзисторную структуру и в зависимости от конкретного назначения используют тот или иной р-и-переход путем применения одного из пяти возможных вариантов включения (рис.
7.10). В первом варианте ()) используется эмиттерный переход, а коллекторный короткозамкнут. Такое включение используют в цифровых микросхемах, так как в этом случае достигается наибольшее быстродействие: накопление носителей заряда может происходить только в базовой области, а оиа очень тонкая. Возможность накопления носителей заряда в коллекторной области исключена шунтированием коллекторного перехода. Время переключения может быть около 1 ис. Во втором варианте (2) используется эмиттериый переход, а коллекториая цепь разомкнута.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
