Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Транзисторы с тонкой базой обладают повышенными значениями коэффициента усиления В и необходимы для создания ряда аналоговых микросхем (входные каскады операционных усилителей). У этих транзисторов ш=0,2..,0,3 мкм; В=2000...5000 при 1„=20 мкА, Ц,за=0,5 В. Пробивное напряжение коллектор — эмиттер 1,5...2 В. Многоэмиттерные транзисторы (МЭТ). Структура МЭТ, широко используемых в цифровых микросхемах ТТЛ, приведена на рис. 2.11. Число эмиттеров может быть равным 5...8. МЭТ можно рассматривать как совокупность транзисторов с обцгими базами и коллекторами. При их конструировании необходимо учитывать следующие обстоятельства.
Для подавления работы паразитных горизонтальных н+-р-и+- транзисторов расстояние между краями соседних эмиттеров должно превышать диффузионную длину носителей в базовом слое. Если структура легирована золотом, диффузионная длина не превышает 2...3 мкм н достаточно указанное расстояние сделать равным 10...15 мкм. Для уменьшения паразитных токов через эмиттеры при инверсном включении МЭТ искусственно увеличивают сопротивление пассивной области базы, удаляя базовый контакт от активной области транзистора, чтобы сопротивление перешейка, соединяющего базовый контакт с базовой областью, было равным 200...300 Ом. Многоколлекторные транзисторы (МКТ) — это практически МЭТ, используемые в инверсном режиме: общим эмиттером является эпитаксиальный слой, а коллекторы — л+-области малых размеров (рис.
2.12). Такая структура является основой микросхем ИгЛ (см. рис, 1.19). Главная проблема при конструировании МКТ— обеспечение достаточно высокого коэффициента передачи тока от общего и-эмиттера к каждому из и+-коллекторов, поэтому необходимо скрытый п -слой расположить как можно ближе к базовому слою и ль-слои расположить как можно ближе друг к другу. Транзисторы типа р-л-р используются главным образом как нагрузочные приборы для л-р-и-переключательных транзисторов. Все существующие варианты интегральных р-и-р-транзисторов существенно уступают и-р-л-транзисторам по коэффициенту усиления и предельной частоте.
Для их изготовления используется стандартная технология, оптимизированная для формирования и -р-и-транзистора. Естественно, что получение р-и-р-транзисторов с близкими к теоретическим пределам параметрами в этом случае невозможно. Горизонтальные интегральные р-л-р-транзисторы в настоящее время использчуют наиболее часто (рис.
2.13) . Их изготовляют одновременно с л -р-и-транзисторами по обычной технологии. Эмиттерный и коллекторный слои получают на этапе базовой диффузии, причем коллекторный слой охватывает эмиттер со всех сторон. Базовая область формируется на основе эпитаксиального слоя с подлегированием контактной области во время эмиттерной диффузии. Перенос носителей в таком р-и-р-транзисторе протекает в горизонтальном направлении. Инжектированные из боковых частей эмиттера в базу дырки диффундируют к коллекторной области.
Перенос наиболее эффективен в приповерхностной области, так как здесь расстояние ш между коллектором и эмнттером минимальное и наиболее высокая концентрация примеси в р-слоях. Ширину базы ш (т. е. расстояние между р-слоями) удается выполнить равной 3...4 мкм (мешает боковая диффузия под маску), в результате Б ц ке кз э чего коэффициент усиления удается получить равным 50, а 1"„= — 20 ..40 МГц.
Без особого труда получают ш равной 6...!2 мкм, но при этом )3=1,5...20, а 1, только 2...5 МГц. Для уменьшения действия паразитных р-и-р-транзисторов (р-эмиттер, и-эпитаксиальный слой, р-подложка) стремятся уменьшить площадь донной части эмиттера (его делают возможно более узким), используют скрытый л слой вдоль границы эпитаксиального слоя и подложки. На основе горизонтального транзистора легко сформировать многоколлекторный р-л-р-транзистор. Основные недостатки горизонтального р-и-р-транзистора— сравнительно большая ширина базы и однородность распределения примесей в ней (этот транзистор является бездрейфовым) .
Эти недостатки можно устранить использованием дрейфовой структуры, в которой два электрода в противоположных концах базы создают в базовом слое электрическое поле, уменьшающее время переноса инжектированных дырок и создающее в эмиттере смещение, снижающее инжекцию из его донной части. Совершенно не изменяя технологический процесс изготовления ле-р-л-транзистора, чисто конструктивно и за счет подключения соответствующих областей транзисторной структуры можно сформировать еще один вариант р-п-р-транзистора, так называемый подложечный транзистор (рис. 2.14). Поскольку подложка микросхемы обычно подключена к точке схемы, имеющей наибольший отрицательный потенциал, транзистор, показанный на рис. 2.14, можно подключить только по схеме с общим коллектором.
По тем же причинам, что и горизонтальные р-л-р-транзисторы, подложечный транзистор имеет худшие коэффициент усиления, частотную характеристику. Его база — слаболегированный эпитаксиальный слой— обладает большим сопротивлением и повышенной паразитной емкостью коллекторного перехода из-за значительных его размеров. Составные транзисторы могут быть реализованы на основе двух транзисторов одного или разного типа проводимости, расположенных в одной изолированной области. На рис.
2.15 представлена транзисторная структура, в которой в зависимости от схемы соединений может быть осуществлен составной транзистор, состоящий из двух и-р-л-транзисторов с общим коллектором, или же к Б Э Рис. 2.!2. Вертикальная структура нногонол- Рис 233. Конструнция горизонталь- лекторнога транзистора наго р-н-р-транзисгора 44 Рис 2.14. Вертикальная структура цоа- ложечного р-н-р-гранзисгора Рис. 2.1а. Конструкция составного транзистораа 45 составной транзистор, состоящий из вертикального и-р-и- и горизонтального р-и-р-транзисторов. В принципе, возможна реализация составных транзисторов в разных изолируюших областях.
Составной транзистор имеет коэффициент усиления, равный произведению коэффициентов усиления составляюших его транзисторов: В=В)ВР, однако быстродеиствие его определяется наименее быстродействуюшим транзистором. т а ба н ц а 2 3. Тнннчнме наРаметвм ннтегральных аналое 2.3.
ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ДИОДЫ Диоды в микросхемах предназначены либо для того, чтобы выводить транзисторы из насыщения (фиксация транзисторов), либо для выполнения логических функций. Любой из р-и переходов транзисторной структуры может быть использован для формирования диодов, но только два перехода база — эмиттер и база — коллектор действительно удобны для схемных применений. Пять возможных вариантов использования р-и переходов транзистора в качестве диода показаны на рис, 2.16. Параметры интегральных диодов приведены в табл. 2.3. Из анализа таблицы видно, что варианты различаютсн по электрическим параметрам.
Пробивные напряжения (/пр больше у тех вариантов, в которых используется коллекторный переход. Обратные токи /.б, меньше у тех вариантов, в которых используется только эмиттерный переход, имеющий наименьшую площадь. Емкость диода между катодом и анодом Сл у варианта с наибольшей площадью переходов максимальна (Б — ЭК). Плразитная емкость на подложку Со (считается, что подложка заземлена) минимальна у варианта Б — Э. Время восстановления обратного тока /„ характеризующее время переключения диода из открытого в закрытое состояние, минимально у варианта БК вЂ” Э, так как у этого варианта заряд накапливается только в базе. и' и и и лг б/ б/ Рнс, 2.16.
Конструкции интегральных днодоа: а - на основе перехода база — эмитыр с коллектор м, ззкор чеки» иа базу (БК вЂ” Э); 6 — на основе ыр д «с. ор б Р, Р 6 зу (БЭ вЂ” К); е-.с использованием амит ернс а киме«горном рех,гов, гда э ит р сл е ор пласты соединены (Б — ЭК); а— иа ас ве ыре ола б за — э ° тер с разам«путо пенью коллектор» (Б — Э), д — на основе перека. да баэ» - к глек р с раз мкнутоб чеггью змиттерз (Б — К) П ннечание. Дла обозначении вариантов днодногс включены» трамзнстор» првнетм следую. Р шис сс Р акрам*ива: ла черты стоит обозначение анода, после черты — катода; если лве облает» соедн. иены, овй и»шуте» слитно Оптимальными для микросхем вариантами являются БК вЂ” Э и Б — Э, причем чаше используется БК вЂ” Э. Пробивные напряжения (7...8 В) достаточны для использования этих вариантов в низковольтных микросхемах.
Стабилитроны. Полупроводниковым стабилитроном называют полупроводниковый диод с быстрым нарастанием обратного тока при пробое р-и перехода и нормированным значением пробивного напряжения. Основное назначение стабилитронов — стабилизация напряжения. Интегральные стабилитроны могут быть сформированы на базе структуры интегрального транзистора в различных вариантах в зависимости от необходимого напряжения и его температурного коэффициента.
Обратное включение диода Б — Э используют для получения напряжения 5...10 В с температурным коэффициентом +(2...5) мВ/" С. Диод работает в режиме лавинного пробоя. Обратное включение диода БЭ вЂ” К применяют для получения напряжения ь чн(г(-- Ряс. 2.! 7. Вертикальная структура сгабнлнтрона 3...5 В (явление прокопа базы, температурная чувствительность — (2...3) мВ/оС).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
