Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Однако более простой и наглядный путь состоит в исполь- зовании связи между временем пролета носителей через базу, током змиттера и зарядом в базе. В случае бездрейфовых транзис- торов с тонкой базой зта связь выражается соотношением (4-62), которое позволяет определить время диффузии (и как вре)ия «обнов- ления» заряда в базе (см. с. 150). В случае дрейфовых транзисторов определим время пролапа („р из аналогичного соотношения: (зр у (4-136) Неравновесный заряд Л9 можно найти, интегрируя распре- деление (4-1276) в пределах от 0 до св и умножая результат на злемен- тарный заряд !7 и площадь Я: М= 4!у з (2Ч 1+в ) Подставляя значение ЛЯ в выражение (4-136) и выделяя время диффузии (2-88), получаем ': 2Ч !+' зп св = гп 2пз !+Ч' (4-138) Как известно, суммарное время пролета (о в бездрейфовых транзисторах складывается из времени (,„ и постоянной времени фронта т„ [см.
(4-50)). Следует ожидать, что у дрейфовых транзис- торов время пролета („р имеет такую же структуру. Однако без строгого анализа выделить составляющие (,а и та можио лишь с помощью некоторых упрощающих предположений. А именно, примем, что средняя скорость носителей в п ро цес с е д н ф ф у- з и о н н о й з а д е р ж к и есть !вl(0,2 (и).
Складывая зту вели- чину с дрейфовой скоростью рЕ, деля толщину базы св на сумму обеих скоростей и учитывая соотношения (4-133) и (4-134), получаем: 0,2! "=!+О,2ч (4-139а) Постоянная времени то определится из соотношения га — (ар (за. 1+0,2бп т =О™(!+ч)(!+о,2ч) (4-139б) ' ' Относительно зппронсимзцни, аспольжавнноа в (4-1ЗЗ), см. с, 243. ::,:. Сравнивая формулы (4-139) с формулами (4-50), видим, что време- "" задержки у бездрейфовых и дрейфовых транзисторов различаются (ееиее сильно, чем постоянные времени г„.
Поэтому относительная задержка (фактор с, см. (4-б0)1 оказывается у дрейфовых транзисгогмзи ЗнаЧнтЕЛЬНО бОЛЬШЕ: г,о 0,25 (1+ ч) та 1+О Нгч (4-140) ~~'~()едельиая ча гор гр С, г г 1+тг' (4-141) стога существенно больше: — — "(1+Ч). гпр го (4-142) '..; Влияние ба ,,'.ааа(гтянтмнаатСЯ С $2~смотрены пр 'гф(',!.;! $4Хтоянная ,(~(гй 'времени Гуатзнн с фоРмУл рьерной емкости эмиттера (т. е. постоянной времени помощью тех же поправок, которые были подробно именительно к бездрейфовым транзисторам' (см. времени тр в 'схеме с общим эмиттером остается жизни т в силу тех же причин, о которых говорилось ой (4-82), Однако значение времени жизни у дрейфо- Ка рис. 4-43 показаны зависимосги временных параметров дгрнайфового транзистора от коэффициента неоднородности г).
Из рисунка 'видно, что при значениях г) = 2 —:3 выигрыш в значении т тпобусловленный наличием поля, можно оценить примерно в 3 — 5 ргаз. Фактор задержки для дрейфовых у()анзисторов часто полагают равным ()"„5, что соответствует значению йт::рг 3,5. 6,6 еде Подводя итог, можно сказать, с=— Р „. дрейфовые транзисторы, несмот- 06 $м "''" на.специфику в струкпгуре и фи- —" еар ф~ческих процессах, описывагопгся той 64 Д е у е ф~асиспгемой параметров и теми згсе нтными схемами, что и безйфовые.
В частности, остаются в г1 отношения (4-84) для схемы рективы приходипгся вносить 4 Рнс. 4-43. Заннснмосгн динамите формулами еде фиеурирует песках оараметроа дрейфоаого иффузии: его следует заме- транзистора от козффнннента время пролета (4-138). К чи- неодноРодности вазы. х формул относятся выражеб3) для диффузионной емкости эмиттера и выражение я предельной частоты. В случае дрейфовых транзисторов аннан емкость при прочих равных условиях существенно вмх транзисторов значительно меньше (поскольку база сильнее легирована) и обычно составляет десятки наносекунд.
Предельные частоты современных дрейфовых транзисторов доходят до 5 ГГц (кремний) и 10 ГГц (германий), что соответствует сантиметровомудиапазону длин волн. При этом отдаваемая мощность на частотах 1 — 2 ГГц достигает нескольких ватт, В импульсном режиме времена нарастания таких транзисторов не превышают 1 нс. Дальнейшее усовершенствование переходных и частотных свойств дрейфовых транзисторов должно сопровождаться одновременным усовершенствованием, а точнее, кардинальным изменением всех других элементов полупроводниковых схем наносекундного или СВЧ диапазонов. Наиболее адекватным решением этой проблемы является переход к микроэлектронным (интегральным) схемам. 4ЛЗ.
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИИ ТРАНЗИСТОРОВ 'Полупроводниковая технология в теоретическом плане разработана сравнительно слабо и в этом отношении еще далека от уровня физики полупроводников и полупроводниковых приборов. Тем не менее целесообразно дать общее представление аб основных этапах технологического процесса, поскольку такие сведения могут способствовать лучшему пониманию свойств, параметров и особенностей самих приборов. Более полное изложение технологии транзисторов можно найти в (74, 79 — 81). Получение и очистка полупроводников, ' Качество полупроводниковых приборов в значительной степени зависит от качества исходных полупроводниковых материалов. Особую проблему при изготовлении полупроводников представляет их очистка.
Так, в Т 1-4 была отмечена возможность превращения полупроводника в полуметалл, если концентрация примеси достаточно велика. Обычно такое превращение происходит при относительном содержании примеси (0,01-0,001еА), что характерно, например, для эмиттерных слоев диодов и транзисторов. Для сохранения характерных полупроводниковых свойств содержание примеси, как правило, должно лежать в пределах 0,000!о4е. Однако и эта исключительно малая цифра характерна лишь для полезной примеси.
Содержание посторонних, а особенно вредных примесей должно быль еще на 2 — 3 порядка меньше т. Идеальным случаем была бы возможность получения абсолютно чистого' (собственного) полупроводника, в который потом можно было бы добавлять необходимое количество полезной примеси. Практически получение «настоящего» собственною полупроводника невозможно, но методы современной металлургии позволяют получить исходные материалы с указанной выше степенью чистоты. т Абсолютная величине иоицентреции примесей, разумеется, отромпз. НапримеР, 00000001уе примесей озиечвет коицентрвцйю ик больше, чем Шм атомов в кубическом сантиметре.
Германий я кремний, полученные путем х и м и ч е с к о И обраб~тки их двуокисей, с точки зрения полупроводниковой техники читаются очень загрязненными, почти металлами. Методы специаль;йой очисгки их основаны на том, что растворимость большинства .примесей гораздо больше в жидкой фазе, чем в твердой. Поэтому ;если постепенно охлаждать расплавленный германий или кремний, 'ьро в затвердевшей части будет меньше примесей, чем в остающейся 4щдкой части.
Как говорят, примеси оттесняются в жидкую фазу. фабрения от полностью затвердевшего слитка ту часть, которая затвердила последней (и в которой, следовательно, сконцентрирована 'беконная масса примесей), и повторяя операцию, можно получить ~)())зря«кение ;:,;„-';:Юыеекой »~еоамявты ффэика; д о'4«МЕ ИатУ ДЮижекие катушек Схема конной плавки. Рнс. 4-45. Схема выращивания моно. кристалла (метод Чохралвского). à — тигель; у — расклев оолуироводии. ка; 8 — вытигиваемыя мококристалл: 4— ватравка; 4 — обмотка влектроиеви.
2 — твердая фала колуоро. — жидкая фала; 4 — лодвижжки ивдуккиоииого васоева. чистый материал. Реализацией описанного принципа янляакие распространенные методы очистки, как воннал плавка урии(иванне кристалла из расплава (метод Чохральского) 179). и нонной плавке (рис.
4-44) исходный слиток помещают чный тигель (из кварца или графита), относительно которого но перемещается группа из пяти-шести катушек, служащих дукционного нагрева и расплавления тех участков слитка, е находятся в данный момент под катушками. Одна «протяжка» через группу катушек эквивалентна нескольким «протяжкам» дну катушку. Иногда степень оттеснения примесей за одну жку» оказывается все же недостаточной; тогда отрезав есную» часть слитка, операцию повторяют.
етод выращивания кристалла (рис. 4-45) состоит в том, что. ь с расплавленным полупроводником опускают (до соприкос-- я с расплавом) монокристалическую «затравку» из того же ала, а затем медленно поднимают ее вместе с постепенно ающим на ней новым монокристаллом. Для перемешивания ва стержень с езатравкой» медленно вращают или заставляют вибрировать. Метод выращивания обычно применяют после зрительной зонной плавки. Все виды очистки полупроводников проводят в атмосфере инертных газов или водорода, которые также должны быть достаточно чистыми; Контроль полупроводниковых материалов помимо металло- графических испытаний включает ряд электрических измерений, в том числе измерения удельной проводимости (или сопротивления) и концентрации носителей 1821 Чаще всего измерение удельного сопротивления осуществляется методом четырех зондов (1, 41, а измерение концентрации — путем измерения э.
д. с. Холла (15, 82Е Механическая и химическая обработка. Массивные кристаллические слитки полупроводников диаметром до 40 — 80 мм и длиной до 50 — 75 см разрезают на множество тонких пластин, на основе которых затем изготавливают отдельные приборы илн интегральные схемы. Резка слитка на пластины осуществляется либо с помощью комплекта тонких стальных полотен, либо с помощью «алмазных дисков». В первом случае собственно режущим агентом служат частички абразивного порошка, которые входят в состав суспензии, непрерывно поступающей к движущимся полотнам. Во втором случае режущим агентом является алмазная крошка, вкрапленная по периферии вращакхцегося металлического диска или, чаще, по внутренней кромке вращающегося кольца; охлаждение в этом случае осуществляется струей воды.
Оба указанных метода характерны значительными потерями полупроводникового материала. Поэтому осваиваются новые способы резки с помощью ультразвука, лазеров, электронного луча и т. п. Во время резки слиток прочно закрепляют на неподвижном основании, причем очень важно обеспечить точное расположение слитка относительно полотен или дисков с тем, чтобы пластины имели необходимую кристаллографическую ориентацию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
