Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Вигуег Е. Л4., Ролооал )х. Р. Гипг(лшегт1э!з о1 5И(соп ! гйейга|еб Сггсиц Релбсе Тес)гпо!ойу, Чо|, 1, Ргегй|се-НаИ, 196?. Сателггггг( Н. )г. Е1ес1гошс |п!ейгга1ед 5)з1ешз Ршгйп, Чап Хоз1гапб Ке)пйоЫ, 1972. Со!с|а гг )7. А. М|сгое!ес1гопкж Ргосезмпд апб Речке Рез)дп, %8еу, 1980. СоллеНу ч'. А. Апа!ггй 1п1еугэ!еб Скси|1з, Ж!еу, |975. Рерагеэ| Уч", Е. РЬо!огсз|э!: Ма!ег|а!з апг) Ргосезлез, МсСггачг-НгИ, |975.
Роу!е ./. Л1. ТЫп ГИгп апб Бешгсопбис!ог !п1ейга!сб Сггсицгу, ЫсСгавг-НИ! г 1966. Егглэ!лг(ег .!. Арр!|са |оп Со~мбега1юпз 1ог Е|пеаг |п!е га!ед С|гсшйц ФИеу, 1970. Е!лзргигй Л'. 6. Н.5! Е|ес1гопкг; МкгоИгис|иге 5с|спсе, Чо|ж 1 — 6, Асаг)ешго Ргеьз, 1982. Г|Ногг Р. Л 1п1е8га!еб Сггсш! ГаЬпса1юп Тесйпо1ойу, МсСггав.'-Н|И, 1982, Гоуге! Л4. Мгсгое!ее|гонгов: Бгж|с Рппсгр|ез, Сгсий Рез)цп, ГаЬпса1юп Тесйпо1оуу, Исьезгсй апг) Ег(иса1!оп Аллое!а1ез, 1972. бйала7 В.
К. 7 Ье ТЬеогу апг) Ргас|ке о| М|сгое1ес|гопгсз, %8еу, 1968. В|агег А. В. ЕиЬаЬЕЬагре 6, Е. !п)ейга!ег) Сггсиц Епсчпеег!пй, Аг)б!зоп.ТЧез!еу, 1977. Сгеэеле А. В. Апа|ой !п!ейга1сб Сггсш1 Рез)йп, Ъ'ап Иоз1гапб Ие)пйоЫ, 1972. (Имеется перевод: ГрЮегг А. Б, Проектирование аналоговых интегральных схем. — Мл Энергия, 1976.) Стоге А. Е. РЬумсз апг) ТесЬпо|оиу о1 Бешкопбис1ог Реч)сез, 1ЧИеу, 1967. Натг||ол Р. /., Ноиагг! Ог. Е. Йаз!с !п!ейга!еб Сггсш1 Еп8)пеег!пни, МсСиаьН.'И, !975.
Нгга?ей Е. )гг. А С!лег'з Напдооо)г о1 !п1ейга1еб Сггсш!з, %0еу, 1973. Л(!Наган Л Мкгое1ес1гошсз, МсСггагч-НИ1, |9?9. Мо1ого|а !пс., 1гг(еага!ед С|сш|зг Режйп Рппс|р|ез апб ГаЬггсаИоп, Чо!. 1, МсСгагч-НгИ, 1967. )(илуал 1ч'. )7. 59гсоп БеписопбисЫг Тесцпо!ойу, Мсбгагч-НИ), 1965. В!те!тол В. Сь Бо|Ы 5!а!е Е|ес|гошс Реч|сез, Ргеп1|се-На|1, 1980. Ехг 5. ЛЕ Ч! 8! ТесЬпо!ору, МсСгагч-НИ|.
!983. ТН| Я'. С., |.ихол Л Т. !п!ейга1ег! Сгсш1з: Ма1епаЬЬ Реч!сез, апб ГаЬпса1|оп, Ргеп1гсе-НаИ, 1982. Уехал!э А. 1п(ей!а(еб С!си!!з ГаЬпса1|оп Тесйпо!оду, )(ел!оп, 1979. Уожел Л Е., Кеггг йг. ТЬгп ГИш Ргосезкз, Асабеш)с Ргезз, 1978. Глава 2. Интегральные схемы 2,1. Характеристики рп-перехода Прежде чем перейти к рассмотрению конкретной технологии изготовления диодов, транзисторов и ИС, необходимо ознакомиться с некоторыми характеристиками рп-переходов, в частности получить представление о таких параметрах, как емкость перехода Со, напряжение пробоя и последовательное сопротивление ьа.
После такого рассмотрения можно обсудить принципы выбора параметров эпитаксиальных структур для тех или иных приборов. 2,1,1. Емкость перехода, Обратносмещенный рп-переход можно рассматривать как плоский конденсатор, в котором роль диэлектрика играет обедненный слой (рис. 2.!). Обедненный слой, или слой объемного заряда, — это область, непосредственно прилегающая к границе рп-перехода и практически полностью лишенная подвижных носителей заряда (свободных электронов и дырок), Понятно, что такая область ведет себя подобно диэлектрику. Емкость перехода определяется выражением для емкости плоского конденсатора, С, = еЛ1)р, где е = е„е, =- 11,8 х 8,85х Х 1О м Ф1см = 1,0443 10 " Ф/см — диэлектрическая проницаемость кремния, А — площадь перехода и йг — ширина обедненного слоя.
В случае, когда распределение концентрации примеси по обе стороны от перехода является равномерным, ширина обедненного слоя определяется выражением (2.1) )р'.= (2е!' 14М) пь, где Л' =- Ж„ур/(Л~,, + уп), $', — падение напряжения на пеРеходе, для которого справедливо выражение У~ = ~р + Ри (~р— контактный потенциал, равный .0,8 В, гп — приложенное " переходу обратное напряжение). Соответствующее выражение для емкости перехода имеет вид! тб Глава 2 При М = 1 1О" см ' и )т, = 1,0 В приведенные выше уравнения дают ))т = 0,361 мкм и Ст = 2,89 10 ' Ф/см' = 289 пФ/мм', На рис, 2.2 приведены графики зависимости С, от Ж для нескольких значений 1Гл Если площадь перехода в рассмотренном выше случае саста; вляет 500 Х 500 мкм', то емкость перехода определяется как С, = 289 (пФ/мм') (0,5 мм Х 0,5 мм) = 72,3 пФ пРи )та — — 1,О В рп- леРелад л.атил Рис, 23.
Ширина обедненной области ра.пе рехода: а — обпн1й случай,' б — аснмметрп е ный р'а-персход. (данному )т, соответствует напряжение обратного смещения всего 0,2 В) Если )Гу возрастет до 25 В, то емкость уменьшится в пять раз и станет равной 14,5 пФ. 11очти во всех диффузионных рл-переходах концентрация примеси со стороны диффузионного слоя много больше, чем со стороны подложки, так что большинство диффузионных переходов можно считать односторонними, пли асимметричными. На рис.
2.1, б показан асимметричный р'и-переход. )т',ак видно, обедненный слой почти полностью лежит в слаболегированной (принадлежащей подложке) части перехода и лишь очень незначительно заходит в диффузионную часть. Для асимметричного р п-перехода можно записать, что й/ = Илло/(/в/и + а/и) г/и а для асимметричного и'р-перехода У ж Жл. Для многих приложений желательно иметь очень малую емкость перехода, а для этого, как видно из приведенных формул, нужна слаболегированная подложка. Это в особенности относится к быстродействующим и высокочастотным приборам. Интгараланые схемы Р,ООО 1о 1,О ' ~оч ~о'" 1О" 1О" 1оо ЧО'е 1О'Р ту,аи т Рис.
2.2 Емкость рн-перехода. 2.1,2. Оапрлясенпе пробоя. Напряжение пробои рп-перехода, вообще говори, является функцией концентраций примеси с обеих сторон перехода, В случае асимметричного перехода напряжение пробоя зависит главным образом от концентрации примеси на слаболегированной стороне перехода.
Для напряжения пробоя плоского (т. е. не имеющего участков кривизны) асимметричного перехода справедливо приближенное выражение Уа = 2,7х Х 10'" В/Мт", где !У вЂ” концентрация примеси в 1 см '. Это пРиближение хорошо выполняется вплоть до уровней легирования 1 ° !О" см-'. В табл. 2.! приводятся результаты расчета напряжения пробоя по данной формуле. Напряжение пробоя планарных переходов оказывается не~колько ниже приведенных в табл. 2.1 значений, особенно при б~лее низких уровнях легирования, где различие очень значительно. Это обусловлено эффектом кривизны перехода на участках, Глана 2 Таблица 2,! Зависимость напряжения пробоя от уровня легироаання Ко,пь „е„„улельное сопротивление, Ом.
см Нвпряженне пробоя, Н п.тнп р-тип рвсэет энспернлэмп эооо э ос 1о эон го'е 1о'е тяэра Грт 57 Ркс. 2.3. Зависимость напряжеаня пробоя от конпентрвпии примеси в под. ложке и кривизны перехода для ступенчатого асимметрниного перехода в крем. ннн.
(С разрешения 3. Л!. Зке, 05 тт!ОЬааз, «Енес1 о!1ипс1!оп спгчагиге оп Ьгеп!сбоячп чонаре !п зеппсоги!ис1огзя, Зо1Ы 51а1е Е1ес1гоп!сз, 9, 831, 19Г>6. © 1966, Регбашоп Ргем, Егг!.1 1о находящихся под краями вытравленного в окисле диффузионного окна, !!апряжепность электрического поля в этих участках перехода оказывается повышенной. Графики, приведенные на рис, 2.3, иллюстрируют влияние кривизны перехода на напряжение пробоя. Прп самом низком уровне легирования, Лг = 1 ° 1Оы см ', напряжение пробоя плоского перехода составляет 12508.
При глу- 1. 1011 3 10'е 1 10'в 3 1О" 1 1Ом 3 !О'в 1 ° 10т' 3 10'т 1 !О'и 2, !Оте 50 16 1,7 0,60 0,23 0,09 0,05 0,025 0,017 135 45 13,5 4,5 0,63 0,28 0,14 0,066 0,040 1250 600 270 130 58 28 12,5 6,0 2,7 1,7 !250 600 300 150 30 15 8,0 5,3 5,0 Инамграеьние схенее бине перехода хг = 1 мкм влияние кривизны перехода приводит к тому, что напряжение пробоя снижается до 50 В.
Если увеличить х, до 3 мкм, то напряжение пробоя возрастает до !00 В, а при х, = 10 мкм оно достигнет 250 В. При более высоких уровнях легирования кривизна перехода слабее влияет на напряжение пробоя. Из сказанного ясно, что для получения большого напряжения пробоя необходим материал с низким уровнем легирования. Глубина перехода не должна быть слишком чалой, особенно в тех случаях, когда требуется очень большое ()100 В) напряжение пробоя. 2,!Х Последовательное сопротивление. Последовательное сопротивление рп-перехода представляет собой сопротивление р- и и-областей перехода, расположенных за пределами обедненного слоя.
В случае диффузионного р+и-перехода последовательное сопротивление, обусловленное диффузионным р'-слоем, пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением п-области. Таким образом, для получения малых значений последовательного сопротивления следует использовать низкоомную (т. е, сильнолегированную) подложку. 2.2. Эпитаксиальная структура Суммируя сказанное выше, можно сформулировать следующие требования к материалу подложки: 1. Для снижения емкости перехода Се — низкий уровень легирования (слаболегированная подложка). 2.
Для повышения напряжения пробоя — низкий уровень легировапия (слаболегироваиная подложка). 3. Для снижения последовательного сопротивления )гав высокий уровень легирования (низкоомная подложка). Таким образом, требования к последовательному сопротивлению несовместимы с требованиями к емкости и напряжению пробоя. Эпитаксиальная структура, показанная (в составе диодной структуры) на рис. 2.4, позволяет преодолеть зту несовместимость и одновременно удовлетворить требованиям к емкости, напряжению пробоя и последовательному сопротивлению. Если обедненная область не выходит за пределы слаболегированного зпитаксиального слоя и не достигает сильнолегированной ег"-подложки, то емкость и напряжение пробоя зависят от концентрации примеси в эпитаксиальном слое и не зависят от уровня легирования подложки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
