Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Поэтому при формировании диффузионного конденсатора одновременно образуется н структура паразитного транзистора, эмиттером которого является одна из областей (обкладок) диффузионного конденсатора, базой — другая область (обкладка), коллектором — подложка (рис. 7.!3). В связи с зависимостью барьерной емкости от напряжения смещения иа р-л-переходе диффузионные конденсаторы могут быть использованы для усиления электромагнитных колебаний, т. е. могут быть активными элементами интегральных микросхем. МДП-конденсаторы В качестве диэлектрика такого конденсатора используют слой диоксида кремния, которым покрыт кристалл полупроводника (рис. 7.14). Одной обкладкой конденсатора является слой металла (обычно алюминия), нанесенный на поверхность слоя диоксида кремния одновременно с созданием межэлемеитиых соединений и контактных йу 81О площадок; другой обкладкой — сильнолегироваиная область полупроводника, которая формируется одновременно с формированием эмиттериых областей трап- е зисторных структур интегральных микросхем.
Таким образом, процесс изготовления МДП-конденсаторов также не требует ПРОВЕДЕНИЯ ДОПОЛНнтЕЛЬНЫХ ОПЕРаннй ДЛЯ Р 714 Сгру ура их формирования. й)ДП-конденсатора В островке, предназначенном для МДП-конденсатора, не формируют базовую область транзисторной структуры, т. е. не проводят диффузию примесей для создания базовой области. Поэтому под МДП-конденсатором есть только один р-и-переход между коллекторной областью транзис- 349 Пленочные конденсаторы Рнс.
7.15. Структура пленочного кондеиса. тора: à — диэлектрическая подложка; 2 — кажкая обкладка, 8 диэлектрк. ческая пленка; 4 верхняя обкладка Хвят?радьяыв вопросы 350 торной структуры и подложкой, который необходим для изоляции МДП-конденсатора от других элементов, расположенных на одной с ним полупроводниковой пластине. Следует отметить, что емкость МДП-коиденсатора может иметь сложную зависимость от напряжения постоянного смешения н от частоты переменного напряжения. Связано это с возможностью образования у поверхности полупроводника (в данном примере у поверхности п+-области) обедненных и инверсных слоев под действием проннкаюшего в полупроводник электрического поля. Частотная зависимость емкости МДП-кондеисатора может появиться, если в полупроводнике образуется инверсный слой, в котором накопление и рассасывание неосновиых для исходного полупроводника носителей заряда происходят в результате процессов тепловой генерации и рекомбинации, а инерционность этих процессов может быть велика.
Пленочные конденсаторы формируют на диэлектрической подложке гибридных интегральных микросхем. При этом необходимо провести по крайней мере три операции вакуумного напыления: нижней проводяшей обкладки конденсатора, диэлектрической пленки и верхней проводящей обкладки (рнс. 7.15). Такой пленочный конденсатор д1 шо называют однослойным. Для получения большей емкости или для уменьшения пло- Л у щади, занимаемой конденсатором на подложке, можно делать многослойные пленочные конденсаторы, секции которых располагают «этажами» вЂ” одна над другой. Однако создание «многоэтажных» конденсаторов затрудняет процесс их изготовления, так как надо вводить дополнительные операции нанесения различных слоев, повышает стоимостьз уменьшает надежность, увеличивает процент брака из-за увеличения краевого эффекта, уменьшения плотности и электрической прочности верхних диэлектрических слоев.
В качестве диэлектрика пленочных конденсаторов могут быть использованы различные материалы, ио наиболее широко применяется монооксид кремния. 1. Что такое микроэлектроника? 2. Какие задачи стоят перед микроэлектроникой? 3. Что такое полупроводниковая интегральная микросхема? 4. Что такое гибридная интегральная микросхема? о.
Каково основное назначение цифровых н аналоговых интегральных микросхем? 6. Какими методамн производят изоляцию элементов интегральных микросхем? 7. Какие элементы интегральных микросхем относят к актнвныма 3. Какие элементы интегральных микросхем считают пассивнымн? 9. Почему в качестве диодов интегральных микроскем используют транзисторные структуРы." 1ц Почему и как емкость диффузионного конденсатора зависит от напряжения постоянного смещения? 11, Какие недостатки и преимущества имеют диффузионные резисторы? 12. Почему не используют прямого смещения р-л-перехода диффузионного конденсатора? 13. Какие разновидности конденсаторов применяют а интегральных микросхемах? глава Полупроводниковые приборы на эффекте междоли нного перехода электронов й йл. принцип денствия ГЕНЕРАТОРОВ ГАННА Генератор Ганна — зто полупроводниковый прибор, действие которого основано на появлении отриггательно~о ди$$еренггнального сопротивления под воздействием сильного электрического поля, предназначенный для генераиин н усиления Овч-колебаний.
Впервые генерацию электромагнитных СВЧ-колебаний прн приложении постоянного напряжения к кристаллу однородного арсенида галлия нли фосфнда индия наблюдал в 1963 г, американский ученый Дж. Б. Ганн. Поэтому в советской технической литературе подобные приборы называют генераторами Ганна,нли диодами Ганна, хотя в их структуре нет выпрямляющего электрического перехода. В зарубежной литературе чаще используют сокращенное наименование ТВ() (Тгапзгеггег! — Е!ес!гоп с1соссез). Физические основы отрицательного дифференциального сопротивления при междолиииом переходе носителей заряда Энергетическая диаграмма некоторых полупроводников (например, арсенида галлия), построенная в пространстве квазиимпульсов (в й-пространстве), может иметь несколько минимумов (см.
рис. !.15). В таком полупроводнике могут существовать электроны с разными подвижностями — «легкне» и «тяжелые» (см. $1.10). Соотношение между коицентрациямн «легких» пг и «тяжелых» пз электронов изменяется прн изменении иапряжен- 252 ности электрического поля, так как в сильном электрическом поле (при напряженности, большей порогового значения Е>.Е„.р) электроны, приобретая дополнительную энергию, превышающую ЛЭг (см. рис. 1.!Б), переходят в боковые долины и становятся «тяжелыми».
Если при этом еще не происходит заметной ударной ионизации, то общая концентрация электронов остается неизменной и равной равновесной концентрации: и, + па= па. Обозначив подвижность «легких» электронов Рь подвижность «тяжелых» электронов Рз, выражение для плотности тока через кристалл полупроводника запишем так: з' = г)(ппм + пзпз)Е .
Прн слабых электрических полях (ЕСЕ„.р) практически все электроны находятся в центральной долине, п~ жпр н плотность тока при этом з' =г!по(д~Е, что соответствует участку ! ВАХ кристалла полупроводника ~ (рис. 8.1). При сильных электрических полях (Е»Е:,) можно предположить, что,' ''гг., практически все электроны приобретут добавочную энергию, ббльшую ЛЭН и окажутся в боковой долине. В этом случае пзжпо и г»= 4 г' = г(по(дзЕ, что соответствует участку 3 ВАХ (рис.
8.1). Прн средних напряженно- и 2лад стях электрического поля, лишь немного Рис. ЗЛ Зависимость превышающих пороговую напряженность, плотность тока определяется соотношением полупроводник с миокоицентрации «легких» н «тяжелых» элект- годолинной структурой роиов (участок 2 ВАХ на рис. 8.1). зоны проводимости от Для возникновения отрицательного дифференциального сопротивления необходим одновременный переход большинства элект- тропез ько с оольюоа ронов из центральной долины в боковую при подвижностью гн (в пеиПОРОГОВой НаПРЯЖЕННОСТН ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО перекотнмйучасток,з— поля.
Но практически получить статическую прн наличии электронов ВАХ, соответствующую сплошной кривой на рис. 8.1, ие удается, так как в кристалле воа лол ц « — прн или около невыпрямляющих контактов всегда ЕСТЬ НаодНородНОСТИ, В раэуЛЬТНТЕ ЧЕГО стех. отличник от сред- возникают локальные напряженности злак нед напряженности влек. трнческого поля трического поля, превышающие среднюю напряженность. Превращение в этих местах «легких» электронов в «тяжелые» еще больше увеличивает неоднородность электрического поля. Поэтому практически не получается одновременного перехода большинства электронов в кристалле из центральной долины в боковую н статическая ВАХ получается без участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением (штриховая кривая 4 на рис.
8.1). ЭФФект Ганна Пусть на однородно легированный кристалл арсенида галлия (рис. 8.2), имеющий два невыпрямляющих электрических перехода с электродами катода и анода, подано постоянное напряжение, создающее в кристалле напряженность электрического поля, несколько меньшую пороговой напряженности. При этом все свободные электроны в кристалле являются «легкими» и плотность тока через кристалл имеет максимальное значение: 1м..
= цлорг Ео = цлопо Локальная напряженность электрического поля около невыпрямляющих контактов из-за наличия различных дефектов может превышать пороговую напряженность электрического поля. Е аал Рис. 8.8. Распределение концентрации электронов и напряженности электрического поля в кристалле после формирования до- мена Рис. 8.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
