Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Следовательно, ре равна произведению крутизны транзисторов. Так как входной транзистора, то дополнительн противление, о транзистора, пропорциональное его енение тока коллектора биполярного е его коэффициенту передачи тока зультирующая крутизна такой схемы полевого на крутизну биполярного сигнал подается на затвор полевого о достигается и высокое входное соИзвестно, что при больших токах базы биполярный транзистор ежим насыщения и становится неуправл входит в р б ная от этого не- изо ражена б схема усилительного каскада, свобод )7Т1 закрыт достатка. и, В сходном состоянии полевой транзистор я (l !м нап яжением от источника электропитания положительным напряж т анзисто а вслед- К и яжение на коллекторе биполярного транзистора в .
огда на р нап яжению на ствие увели чения входного тока станет равным р . О пако базе, транзистор )7Т2 должен войти в режим насьнцения. Од . то а че ез при этом откроется полевой транзистор, и часть входного тока р ка, него потечет на землю. то в . Э о вызовет уменьшение коллекторного то потенциал коллектора ' а т а )гТ2 (а также затвора )!Т1) повысится и ый т анзакроется. Таким образом, биполярный тра- зистор не вхо входит в насыщение, и каскад стабильно ра отае активном режиме.
то для обеспечения высокого коэффици ри пента пе еИзвестно, что д. ! чной частоты усиления биполярного р р т анзисто а дачи тока и граничн его " б . Однако это необходимо уменьшить толщину его его активной азы. б ведет к снижению его пробивного нзпряжени я в схеме с о щим го эмиттером и напряжения смыкания коллекторного и эмиттерно Оптимальное сочетание перечисленных электри- р-и переходов. птимал ем биполярного и поле- ческих р характеристик достигается соединением и . р аженной на ис. 4,о, т анзисторов по каскодной схеме, изобр " р вого трап В ение в коллекторную цепь биполярного р р т анзисто а полевого транзистора, сопротивление канала котор р то ого воз встает с увеличе- нием напряжения (1 , позволяет перераспределить это напряжение же не между р-и переходом к у -, .
оллектора и сопротивлением канала. Уж все напряжение КВ прикл (1 .. адывается к коллекторному переходу, (37 11хз гг Рис. 4.5. Биполярно-полевая квскодная схема с высоким напряженнем пробоя Рис. 4.6. Симметричный оконечный уси- лительный каскад без переходных иска- жений который в этом случае пробивается при болынем питающем напряжении, чем в обычном биполярном транзисторе. Симметричные оконечные усилительные каскады, построенные на основе комплементарных бииолирных и-р-и и р-п-р-транзисторов, в режиме линейного усиления обладают существенным недостатком — переходными искажениями. Этот недостаток обусловлен тем, что ток в нагрузке усилителя отсутствует до тех пор, пока напряжение эмиттер — база на одном из транзисторов не превысит приблизительно 0,6 В (для кремниевых транзисторов).
Для исключения переходных искажений в таких усилительных каскадах пре ется н .п , д редлагаспользовать параллельное включение биполярных транзисторов и полевого транзистора с управляюШим переходом, как это показано на рис. 4.6. Биполярный р-и-р-транзистор ЧТ2 и р-канальный полевой транзистор )7ТЗ образуют единый трехэлектродный элемент. Транзистор )7ТЗ работает как истоковый повторитель в диапазоне входного напряжения, при котором оба бип ° т анзисто а МТ1 р м о а иполярных р с ора и )772 закрытьь Следовательно, устраняются переходные искажения, свойственные симметричному кас биполя рных транзисторах, при сохранении экономичности его цепи питания. На основе этого принципа уже разработана интегральна схема по вторителя гапряхсения, содержащая на одном кристалле г ры, лагодаря налибиполярные и счетверенные полевые транзисторы, благо а чию которых существенно возросла скорость нарастания сигнала.
Из приведенных выше примеров создания усилительных каскадов полупроводниковых микросхем видно, что обьединение биполярного и полевого транзисторов е одной микросхеме позволяет не только существенно улучшить ее электрические характеристики, но и расширить ее функциональные возможности. В схемотехническом отношении такие структуры позволяют в линейных микросхемах достичь сушественного уменьшения входного статического тока с.
ш ия, повышенной скорости нарастания сигнала и большого вход- ме138 ного сопротивления, Улучшение примерно на порядок частотных характеристик является еше одним, в ряде случаев еше более важным преимушеством таких микросхем. Особенно ярко эти возможности видны на примере разработок интегральных полупроводниковых схем операционных усилителей (ОУ). Динамические характеристики операционнгпх усилителей, изготовленных по чисто биполярной технологии, ограничены параметра ами р-и-р-транзисторов. Биполярно-полевая технология позволяет заменить их полевыми с р-каналоч и тем самым сушественно улучшить быстродействие ОУ.
Применение полевых транзисторов во входных каскадах ОУ позволяет на несколько порядков снизить входной ток смещения, что приводит к улучшению точностных характеристик усилителя. Входной ток в полевом транзисторе с р-и переходом не превышает 10 А. Для схем операционных усилителей с частотной компенсацией скорость нарастания сигнала пропорциональна отношению статического тока смещения транзистора входного каскада к его крутизне. По сравнению с биполярными транзисторами токи смешения полевых транзисторов, необходимые для получения такой же крутизны, больше, поэтому применение полевых транзисторов обеспечивав~ значительное увеличение скорости нарастания выходного сигнала.
В операционных усилителях с полевыми транзисторами на входе скорость нарастания выходного сипшла можно повысить примерно и 20 раз без увеличения полосы п опускания. Использование на одном кристалле наряду с биполярными полевых транзисторов позволило существенно расш р пропус и ить полосу пропускания, снизить уровень шумов, повысить скорость нарастания сигнала и входное сопротивление усилителя, схема которого представлена на рис.
4.7. Схема содержи~ дифференциальный входной каскад на полевых транзисторах с управляющим р-и переходом. Этот каскад выполнен на двух полевых транзисторах с согласованными параметрами, за которыми идет дифференциальный каскад на биполярных тран- Рис. 4З. Ьазавая схема операционного усилителя с би~ яриычи н полевымн с управляющим р-и переходом гранзис- горамн Рис. 4.8. Схема выходного каскада операционного усилителя с составным биполярно-поаевым транзистором 139 зисторах, обеспечивающий симметричную нагрузку с точки зрения токов смещения.
Транзисторы УТ/ и УТ2, как видно из рис. 4.7, используются для усиления входного сигнала, вторая же пара полевых транзисторов 97ТЗ и УТ4 обеспечивает одинаковые токи смещения на первых. На рис. 4.8 показан пример использования полевого транзистора в выходном каскаде операционного усилителя для повышения его устойчивости при работе на большие емкостные нагрузки, Транзисторы 17Т! и УТ2 образуют широкополосный составной биполярно-полевой транзистор. Здесь мы вновь встречаемся с универсальностью полевых приборов, о которой говорилось в $ ЗД.
Полевые транзисторы могут бьуть использованы и как активные и как пассивные нагрузочные элементы, что не осуществимо в микросхемах на биполярных транзисторах. В каждом конкретном случае совместного применения биполярного и полевого транзисторов в составе полупроводниковой микросхемы к каждому из них предъявляются свои специфические' требования. 4.3. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВАРИАНТЫ ИСПОЛНЕНИЯ БИПОЛЯРНОГО И ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРОВ В ОДНОМ КРИСТАЛЛЕ При изготовлении биполярного и полевого транзисторов в одном крис~алле возникает та же проблема оптимизации характеристик и физико-топологических структур, которая обсуждалась в $2.2 в "Связи с необходимостью оптимизации одновременно двух биполярных транзисторов п~-р-и- и р-п-р-типов, создаваемых в одном кристалле.
Из описания принципа работы полевого транзистора с управляющим р-и переходом ясно, что одновременно обеспечить низкое напряжение отсечки и высокое напряжение пробоя р-л перехода затвор — исток полевого транзистора можно созданием тонкого и слаболегированного канала. Для обеспечения болыцого коэффициента передачи тока и высокой граничной частоты биполярного транзистора база также должна быть тонкой. Но при снижении степени легирования базы уменынаются предельная частота усиления и напряжение прокола базы. Такая взаимосвязь конструктивно- технологических параметров Областей и электрических характеристик транзисторов определила один из возможных путей создания интегрированных биполярных и полевых с управляющим электродом структур — формирование активных областей транзисторов раз.
личных типов с различной толщиной и степенью их легирования. Один из вариантов такого рода структур, характеризующийся с малым напряжением отсечки ПТУП, представлен на рис. 4.9. В данном случае уменьшение напряжения отсечки достигается за счет !40 Всрп-ярблуариау Урз~рсбтййлуараубй 3 г рнс. 4.9. Структура, соаержаизаи бипоаирима и у-ПТУП-транзистор: Ь вЂ” асалам а кр а кремния р- ноа; 7 — зантакскальнмй слой В— й с ой 9 — кзолн уююие сбластн;  — базоаан область, ес  — облает — бласть «амала р-тноа; 7 — Ч-образное у лубленн с нт ера; 9 — область затаора, 79- л -облает нон ньен ору 257056 Ъ'-ПТУП. Технология изготовления данной структуры использования - . ехн состоит из д сле ующих этапов: в кремниевую поду ' у' гу- жавш 'ю ск ытый и'-слой и эпитаксиальным слоем п-типа, содержавшую скр ие иффузионные области р~-типа, проводится диффу- , а -типа. Затем с по.ня ля формирования областей базы и канала р-ти е ся окно в окисном слое и осущестчощью фотолитографии вскрывается ок вляется химическ мическое травление базовой области в с~рук~уре имеет к нсдля образования У-образного углубления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
