Диссертация (1091199), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Емкости, возникающие при монтаже в корпус,стоит считать одинаковыми, поскольку использовался один тип корпуса (5140.8-АН3) иидентичная схема сборки (рис. 4.15). Таким образом, в сравниваемых условиях ДШ с кольцевойструктурой обладают меньшим значением емкости, что показывает их преимущества дляприменения в технологических процессах с большими проектными нормами.
Стоит такжеотметить, что, как и по результатам моделирования, для топологий диодов 1 и 2, лучшиерезультаты показывает диод, состоящий из большого числа диодов SА = 3×10 мкм2.130Рис. 4.15 Схема сборки ДШ в корпус 5140.8-АН3Продемонстрировав преимущества кольцевой структуры ДШ для конкретного КБТП,стоит представить результаты сопоставления параметров ДШ для исследуемого КБТП итехнологического процесса HJV. Параметры ДШ для процесса HJV были определены спомощью SPICE-моделирования для исключения влияния паразитных параметров.а)б)Рис. 4.16 Сопоставление а) ВАХ и б) ВФХ для диодов Шоттки с площадью анода 3×10 мкм2 –пунктирная линия, 10×10 мкм2 – сплошная линияСопоставление показывает, что ДШ исследуемого КБТП обладают меньшим значениемсопротивления.
Емкости ДШ при нулевом смещении имеют одинаковые значения, тогда какпри U = –15 В для ДШ процесса HJV значение емкости ниже. Кроме того, представленныерезультаты подтверждают выбор оптимальной конструкции ДШ с шириной анода W = 3 мкм.Таким образом, экспериментальные исследования ДШ для КБТП показали:- использование кольцевой структуры обеспечивает наилучшие значения параметров прибольших проектных нормах технологического процесса;- использование наборной структуры в сравнении с простой полосковой улучшаетпараметры, при этом увеличивается площадь, занимаемая на кристалле.1314.2 Полевые транзисторы с управляющим p-n переходомНаличие в составе исследуемого КБТП большого количества слоев с различным типомпроводимости и параметрами позволяет формировать полевые транзисторы с управляющим p-nпереходом с каналами n- и p-типа.
Для решения задачи построения комплементарных JFET смаксимальной степенью симметрии параметров в рамках базиса слоев исследуемого КБТПбыли проведены исследования как технологических, так и конструктивных особенностей ихформирования.4.2.1 Технологические особенностиКак было показано в главе 1, на сегодня основной конструктивный вариант JFETстроится на основе областей коллекторов КБТ. На рис.
4.17 и 4.18 представлены конструкцииинтегральных JFET с различными типами проводимости каналов. Как и в случае с диодомШоттки выбраны конструкции транзисторов, контакты (сток и исток) которых приближены кзатвору за счет использования поликристаллических областей пассивных баз npn- и pnpтранзисторов. Введение p+ поликремния для p-JFET позволило при изменении на 0,2 %напряжения отсечки повысить ток стока более чем на 25 %.
Для n-канального JFET былиполучены схожие результаты: при изменении на 0,5 % напряжения отсечки ток стокаувеличился более чем на 35 %.Верхний затвор формируется также на основе областей пассивной базы и имеетминимальную длину LЗ = 1 мкм, определяемую минимальным расстоянием между областямиЛОКОС-изоляции.Рис. 4.17 Конструкция интегрального p-канального JFET132Рис. 4.18 Конструкция интегрального n-канального JFETВначале будет рассмотрен p-канальный JFET.
Использование коллектора pnpтранзистора, сформированного с помощью двух операций имплантации, приводит к высокимзначениям напряжения отсечки > 7 В. В этом случае, параметры практически не зависят отрежимов формирования верхней области имплантации.При этом, выбранный ранее режим имплантации коллектора pnp-транзистора дляверхней области (энергия E = 40 кэВ при дозе Q = 4е12 см–2) использовался для повышенияпроизведения fT×UКЭ0. Использование только верхней имплантации не приводит к получениюудовлетворительных параметров p-канальных JFET.
На рис. 4.19 представлены зависимостинапряжения отсечки и начального тока стока в зависимости от режима имплантации верхнейобласти p–. Видно, что удовлетворительные значения параметров получены только присущественном увеличении энергии имплантации. Поскольку данный режим напрямую связан снапряжением пробоя pnp-транзистора, то увеличение дозы более 5e12 не возможно (рис. 3.23).Соответственно, энергия имплантации должна составлять не менее 70 кэВ. Зависимость токастока от напряжения на затворе представлена на рис.
4.20.а)б)Рис. 4.19 Зависимость напряжения отсечки (а) и начального тока стока (б) p-канального JFETp-канального JFET от режимов имплантации области p– (UСИ = 3 В)133Рис. 4.20 Зависимость тока стока от напряжения на затворе p-канального JFET при различныхэнергиях имплантации слоя p–Поскольку профиль распределения примеси в области коллектора современныхсверхвысокочастотных транзисторов может иметь различный вид, то необходимо отметить еговлияние на параметры JFET. На рис. 4.21 представлен график, демонстрирующий зависимостьнапряжения отсечки и начального тока стока от толщины области с равномернойконцентрацией примеси.Рис. 4.21 Зависимость параметров p-JFET от толщины области с равномерным легированиемКак видно из графика толщина области с равномерным распределением примеси доопределенного значения не влияет на параметры JFET.
Однако при стремлении кретроградному распределению примеси на нижней границе канала его толщина будетснижаться и, соответственно, сопротивление канала будет возрастать. Таким образом,применение специализированного профиля распределения примеси не позволяет изменитьзависимость основных параметров JFET от концентрации примеси.Определившись с режимом формирования p-JFET, стоит рассмотреть n-канальныйтранзистор. Расчёты показывают, что диффузия из скрытого слоя p+, применяемого в качественижнего затвора, приводит к слишком тонкой области канала, что не обеспечивает достаточный134начальный ток стока.
Как было показано в главе 3, для снижения обратной диффузии могутприменять различные методы, наиболее эффективным из которых является тормозящеелегирование. На рис. 4.22 представлена зависимость тока стока от напряжения на затворе приразличных дозах «тормозящего» легирования.Рис. 4.22 Зависимость тока стока от напряжения на затворе n-канального JFET при различныхдозах «тормозящего» легирования (E=20 кэВ)Из результатов расчётов видно, что «тормозящее» легирование с дозой Q = 3,125e12 см–2обеспечивает симметрию с p-канальным JFET как напряжения отсечки, так и начального токастока.
Результаты сопоставления ВАХ комплементарных JFET приведены на рис. 4.23. Приувеличении длины затвора до 3 мкм для обоих типов транзисторов снижение напряженияотсечки составляет ~ 0,3 В.Стоит также отметить, что повышение дозы тормозящего легирования может обеспечитьсимметрию напряжения отсечки с p-JFET, сформированным с помощью двойной имплантации.а)б)Рис. 4.23 Сопоставление а) IC= f(UСИ) и б) IC= f(UЗИ) для комплементарных JFET1354.2.2 Конструктивные особенностиОптимизация топологии транзисторов может приводить к существенному изменению ихпараметров.
При фиксированной длине затвора, основная оптимизация может происходить засчёт изменения расстояния между затвором и сильнолегированными областями стока/истока.При оценке влияния глубокого коллектора на параметры JFET стоит учитывать не толькоснижение сопротивления, но и влияние на пробивное напряжение. На рис. 4.24 приведены ВАХp-JFET для различных расстояний сток/исток – затвор.Рис. 4.24 Выходные ВАХ (UЗС = 0 В) p-канального JFET при различном расстоянии междуцентром затвора и краем маски под сильнолегированные области сток/истокРисунок показывает, что снижение указанного расстояния менее 3 мкм, приводит ксущественному влиянию модуляции длины канала и снижению пробивного напряжения.Пробивное напряжение комплементарных JFET для расстояния W = 3 мкм составляет не менее15 В (рис.
4.25).Рис. 4.25 Выходные ВАХ комплементарных JFET (W = 3 мкм)Для выбранной топологии комплементарных JFET был рассчитан ряд зависимостей,представленных на рис. 4.26 – 4.28.136а)б)Рис. 4.26 IC= f(UСИ) для а) n-канального и б)p-канального JFETа)б)Рис. 4.27 Зависимость граничной частоты (а) и максимальной частоты генерации (б) отнапряжения затвор-исток при UЗИ = 3 В для n-JFETа)б)Рис.
4.28 Зависимость граничной частоты (а)и максимальной частоты генерации (б) для p-JFETВ таблице 4.2 приведены основные параметры представленных конструкций n- и pканальных JFET с длиной затвора 1 мкм.Таблица 4.2 – Параметры комплементарных JFETgms, См/мкмfT, ГГцUСИ, В(UЗИ = 0 В)(UСИ = 3 В)Тип прибораUЗИ.отс, В(UСИ = 3 В)IС.нач, А/мкм(UСИ = 5 В)n-JFET–0,741,04e-64,620e-6>16,50,43p-JFET0,859,36e-76,625e-6>16,70,34137Подводя итоги исследованиям комплементарных JFET, стоит отметить следующее:– для обеспечения высокой степени симметрии параметров комплементарных JFET врамках базиса слоев исследуемого КБТП для p-JFET необходимо использование имплантацииверхней p– области с энергией 70 кэВ, а для n-JFET применение «тормозящего» легирования сдозой Q = 3,125e12 см–2;– режим формирования верхней области p– является предельным по минимальномузначению пробивного напряжения pnp-транзистора;– параметры транзисторов находятся на уровне параметров современных транзисторов, вчастности JFET из SiGe КБТП BiCom3HV компании Texas Instruments;– использование двухстадийной имплантации области p– позволяет формировать p-JFETс напряжением отсечки > 7 В, при этом для формирования комплементарного n-JFETнеобходимо использовать высокое значение дозы «тормозящего» легирования.
Соответственно,это позволяет расширить элементный базис КБТП за счёт транзисторов с различным значениемнапряжения отсечки.4.2.3 Экспериментальные исследованияИспользуемый ранее для сравнения технологический процесс HJV был использован ипри проверке предложенных конструктивно-технологических решений по построениюкомплементарных JFET. Для этого была произведена разработка и экспериментальноеисследование различных конструкций p- и n-канальных JFET.На рис.
4.29 представлена фотография кристалла, содержащего в своем составе 10различных конструкций n- и p-канальных JFET. Конструкции различались между собойметодами формирования канала и затворов, количеством затворов (пример топологиитранзистора представлен на рис. 4.30).Рис. 4.29 Фотография специализированного кристалла для исследований n- и p-канальных JFET138Рис. 4.30 Топология p-канального JFETРезультаты измерений различных вариантов изготовленных транзисторов приведены втаблицах 4.3 и 4.4.
На рис. 4.31 и 4.32 приведены ВАХ для наилучших образов n- и p-канальныхтранзисторов, соответственно.Таблица 4.3 – Результаты измерений транзисторов с объединенными верхним и нижнимзатворамиКонструкция№UЗИ.отс (В)IС.нач (А/мкм)UСИтранзистора(UСИ = 10 В, IС = 1e–10 А)(UСИ = 10 В, UЗИ = 0 В)(UЗИ = 0 В)p-канальный,17,05–1,93e-5–31,2WЗ = 59,6 мкм25,40–1,78e-5–31,0p-канальный15,65–2,33e-5–31,0WЗ = 15,2 мкм25,60–2,24e-5–31,1n-канальный1–2,451,34e-616,0WЗ = 15,2 мкм2–1,851,14e-6–n-канальный1–2,901,63e-629,5WЗ = 15,2 мкм2–2,851,53e-629,2Таблица 4.4 – Результаты измерений транзисторов с отдельными верхним и нижним затворамиКонструкцияUЗИ.отс (В)IС.нач (А)UСИЗатвортранзистора(UСИ = 10 В, IС = 1e–10 А) (UСИ = 10 В, UЗИ = 0 В) (UЗИ = 0 В)8,6–3,04e-424,0p-канальный, верхнийWЗ = 59,6 мкм нижний8,4–3,08e-431,09,6–2,80e-431,7p-канальный, верхнийWЗ = 15,2 мкм нижний7,7–3,21e-431,0а)б)Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
