Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Оксидный слой одновременно с функцией маскирования выполняет функцию защиты поверхности (а значит„и р-а переходов, выходящих на поверхность) от влияния различных внешних факто- ров. В случае сплавной и меэатехнологии для этого приходится использовать специальные средства — защитные покрытия. Оксидные маски изготовляют методом фотолитографии, кото- рый имеет более общее значение в полупроводниковой технологии и описывается в следующем разделе.
Цикл изготовления планарного и-р-п транзистора иллюстри- руется на рис. 4-53. За основу берется пластина кремния п-типа, которая в результирующей структуре играет роль коллектора. В эгу пластину через 1-ю оксидную маску осуществляется диффузия акцепторной примеси (обычно бора) и получается слой р-базы.
Затем через 2-ю оксидную маску осугцествляется диффузия донор- иой примеси (обычно фосфора) и получается эмиттерный слой, Наконец с помощью 3-й оксидной маски осуществляют алюминие- вые омнческие контакты ко всем трем слоям и далее присоединяют и этим контактам тонкие проволочки в качестве выводов г. Я описанном варианте исходную пластину выбирают с доста- точно высоким удельным сопротивлением, чтобы обеспечить необ- ' "одимое пробивное напряжение коллекторного перехода. Прн Обычно такие проволочки, тоже алюииниевые (диаметром около ЗО мкм), прг'соединяют методом лжрхюкомпргсгои, т.
е. пугем сильного прюкатия при ысокой температуре (200 — ЗОО'С) нз специальных установках, лт 8 а К й а)Б к + ЗБК Рпс. 4-54. Способы уменыиепия поперечного сопротивления коллекторного слоя. Точками показан путь тока. Рис. 4-53. Этапы изготовления плаиарного транзистора. а — пластине перед диффузней базы; б — пластина перед диффузвей вмнттера; в — пластина перед нанесением контактов; а — ревультарующан структура транзисторе. а — ннзкаемнан пекле>вне с высокоомным впнтакслальеым спеем; б— млрытый» ннзкеемный ль.слей Фотолитография.
Процесс фотолитографии (83) неоднократно упоминался как одно из важных средств современной полупроводниковой техники. Сущность фотолитографии применительно к кремниевой планариой технологии состоит в следующем (рис. 4-55). На поверхность двуокиси ЯОв наносится равномерный слой фотоэмульсии, так называемого т)готоргпислга. Сверху иа слой фоторезиста накладывается стеклянная маска с прозрачными и зачернеиныыи участками — фолгомигблон.
Сквозь эту маску засвечивают фоторезист ультрафиолетовым светом, как при обычкой контактной фотопечати. После этого пластину с фоторсзистом проявляют; в процессе проявления засвеченные участки фоторезиста стравливаются, и в этих местах обнажается поверхность двуокиси кремния. этом сопротивление г„„коллекторного слоя в целом оказывается чрезмерно большим. Выходом из положения является планарноэпитаксиальная технология, т.
е. использование высокоомного эпитакснального слоя на низкоомной подложке (рис. 4-54,а) или— в технологии интегральных схем — использование «скрытогов и'- слоя (рис. 4-54,6), получаемого на дне лунки до изготовления основной структуры. В обоих случаях ток протекает в горизонтальном направлении по низкоомному слою,тогл-коллалгпор Зъ да как коллекторный р-л пере- а) ход расположен в высокоо м н о м слое (т. е. пробивное напряжение достаточно велико). Оставшийся (незасвеченный) слой фоторезиста подвергают термическому дублению — полимернзации, .в результате чего этот Грабитель ф(м' ФР мъ~ 6) В) Рнс.
4-55. Основные этапыфютолнтографнн по нремнннь с — процесс за«сесин фотсрезиств (Фр) через фотошаблон Гфшн б — трааление онсидной пленки через сино» в сроявлеьном й вадубленном фоторезнсте; е — сластена после удаления фатере. енота. слой становится нечувствительным к химическим травителям. Поэтому, когда на следующем этапе пластину подвергают травлению, растворяются лишь обнаженные участки двуокиси кремния, вплоть до поверхности самой пластины, вследствие чего в оксидной маске получается необходимая совокупность «окон», через которые в дальнейшем проводят локальную диффузию. Закл~очптельнь»ги этапом фотолитографии является удаление задубленного слоя фоторезиста, после чего пластина с оксидной маской готова к использованию для проведении диффузии. Изготовление накладных фотошаблонов представляет самостоятельну|о, а) з достаточно сложную задачу, поскольку размеры «окон» в настоящее время нередко составляют всего несколько микрон, а следовательно, края этих «окон> должны вьполняться с еще В) в) большей точностью.
Цикл производства фотошаблонов (рис. 4-50) начинается с Рнс. 4-56. Этапы изготовле- ний фотошвблона пса «овне» Вычерчивания Оригинали в масштабе длй омнческнх контактов х00: 1 и более по отношению к ре- (Рнс. 4-55,а). Масштабы не альным размерам будущего рисунка. выдержаны. з ИНОЕ вычерчивание (иЛи чаше, вЫца- с — оригинал; б — промежу- точный негатив: а — участок РВПЫВаНИЕ На ТОНКОМ НЕПроэраЧНОМ фотошвблона по~ле'мультипли- слое) осуществляется на специальных "Рсцизионных установках — координатографах. Далее следует прольблсугпочный отбвелг — фотографирование оригинала с уменьшением размеров в 20 — 40 раз.
Полученный негатив использу- ется для размножения изображений (мультипликации), поскольку групповой метод производства предполагает изготовление м н о ж естт в а однотипных структур (диодов или транзисторов) на одной пластине. Мультипликация осуществляется путем шагового перемещения фотопластинки и последовательного экспонирования на нее промежуточного изображения с одновременным уменьшением его размеров до окончательного масштаба. Полученный фотошаблои хранится в качестве атпаюеа; с него переснимаются рабочие копии х. Одиночные фотошаблоны являются редким исключением.
Обычно для изготовления любого диода или транзистора требуется к о м п л е к т согласованных шаблонов (нз 4 — 5 шт. и более), каждый из которых используется на соответствующем этапе технологического процесса для создания той или иной конфигурации «окон» в оксидной маске. Глаза пятая РАЗНОВИДНОСТИ 'ТРАНЗИСТОРОВ 5-1.
ТОЧЕЧНЬХЙ ТРАНЗИСТОР Точечные транзисторы были первыми полупроводниковыми трехполюсниками, в которых обнаружился эффект усиления. Открытие усилительного эффекта в полупроводниковом приборе было предопределено интенсивными исследованиями германиевых и кремниевых точечных диодов в 1943 — 1948 гг., поскольку эти диоды играли важную роль в новой для того времени области науки и техники — радиолокации. В июне 1948 г. Л Бардин и В. Браттейн, исследуя поверхностные явления в точечном германиевом диоде, расположили вблизи основного контакта диода еще одну иглу — зонд (рис.
5-1). Оказалось, что если зонд находится под достаточно большим обратным напряжением, то ток в его цепи повторяет изменения тока через основной контакт, а мощность в цепи зонда может превышать мощность в цепи контакта 184). Это явление после соответствующих технологических и конструктивных разработок было реализовано в виде точечных транзисторов. Теория последних достаточно сложная; поэтому ограничимся описанием ее основных положений. При формовке контактов точечного транзистора ' под эмиттерной иглой образуется слой р-типа, а под коллекторной иглой— д в о й н о й р-п слой (рис.
8-2). Такая «асимметрия» контактов обу- з В процессе фотолитографии фотошаблоны нзнашиваютсв, и нх время от времени приходится заменять. ' Далее везде имеются в виду терманневью транзисторы, так как в период развития точечных транзисторов методы очиспси кремния и получения в нем р-п перехолов еще пе были освоены. Рис. 5-!.
Схема опыта, в котором были обиаружеиы усилительные свойства полупроводникового прибора. Рис. 5-2. Структура точечного тран»истора. тока 1„в сечении П, равна у»7„где у, — коэффициент инжекцин для перехода П, (если рассматривать слой п, как эмиттер электронов). Электронный ток через переход П, будет равен н, а (у»У„), где я», — коэффициент переноса электронов от перехода П, к переходу П,.
Дырочный ток через переход П, равен сс, »7„где ах »в интегральньш коэффициент передачи тока от перехода П, к переходу П,. Очевидно, что сумма электронного и дырочного токов в сечении П, должна быть равна току коллектора, т. е. гхх — 21»+не-2«а~к )и" Отсюда для транзистора в целом получаем интегральный коэффициент передачи тока в следующем виде: т«от- » а= — = «'» 1 — г»«»' Здесь ав» = я у — интегральный коэффициент передачи тока от перехода П, к переходу П,.
Из полученного выражения видно, что если я, » и у, близки к единице, то коэффициент «л может быть весьма большим, несмотря на то что ат а < 1. Условие а 1 применительно к транзистору л»-Р»-п, требует, чтобы его база р, была достаточно тонной и имела большее удельное сопротивление по сравнению с «эмиттером» и,.
Ора зги условия соблюдаются в точечном транзисторе. словлена как различием в материале игп, так и различием в режиме формовки. Г» результате точечный транзистор оказывается четырехслойным трехпереходным прибором„и это наряду с полусферической структурой контактов объясняет существенные отличия его от плес- костного транзистора р-а-р. Главным из этих отличий является то, что у точечных транзисторов имеет место у с и л е и и е то к а в схеме с общей базой,т.е.а)1. Какправило,гл=- = 2 —;5, но это значение может доходить до 10 — 20 и больше. Явления,*лежащие в основе этой особенности, рассмотрены в первых трех изданиях данной книги.
Поскольку тепловой ток не влияег на значение а, положим г„о = 0 и будем считать, что эмиттерному току 1, соответствует в цепи коллектора ток 7, (рис. 5-3). Электронная составляющая На рис. 5-4 показаны коллекторные характеристики точечного транзистора в схеме ОБ. По форме они напоминают характеристики плоскостного транзистора в схеме ОЭ (см. рис. 4-21, а). Это вполне естественно, поскольку участок п;р;и действительно включен по схеме ОЭ с оборванной базой. Зависимость коэффициента сг от напряжения (Е„и тока 1, объясняется теми же факторами, что и в плоскосгном транзисторе (см. З 4-6).
Обычно««) 1 при (Е„= 5 —:10 В. При меньших напряжениях, когда и < 1, точечный транзистор в принципе подобен плоскостному, хотя и имеет значительные количественные отличия: допустимая мощность не превышает 100 мВт, тепловой ток 1„, составляет Ез Ех=гх1« 1 Фг«1 ! ! ! р тр яе хо «ав Рнс. 5-4. Семейство коллекторных характеристик точечного трдггзистора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
