И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Такой процесс перемены типа электропроводности называют конверсией. Транзисторы конверсионного типа имеют малую емкость Ск и могут работать при относительно высоких напряжениях коллекторного перехода. Эти транзисторы обладают хорошей стабильностью и малым разбросом параметров, а также удобны в производстве. Их недостаток — низкое максимальное допустимое обратное напряжение эмиттерного перехода. В мезатранзисторок применяется мезаструктура, принцип получения кото- рой был уже рассмотрен применительно к диодам (9 3.3).
Такие транзисторы изготовляются сразу в большом количестве из одной пластины исходного полупроводника, что уменьшает разброс параметров. На поверхности этой пластины, которая должна служить коллектором, методом диффузии создают слой базы толщиной в несколько микрометров. Для каждого транзистора в этот слой вплавляют маленькие капли сплавов для образования эмиттерной области и вывода от базы. Далее производят травление поверхности пластинки, защищая с помощью специальной маски только небольшие участки около базы и эмиттера.
После того как травлением снят значительный слой основной пластины, ее разрезают на отдельные транзисторы. Структура полученного транзистора схематически изображена на рис. 6.18,6. Для примера показан германиевый транзистор типа р-п-р. Мезатранзисторы имеют малые емкости переходов (С„менее 2 пФ), малое сопротивление ге и могут работать на частотах до сотен мегагерц.
Удобно и то, что от коллектора осуществляется хороший теплоотвод, так как он имеет выводной контакт сравнительно большой площади. Наилучшими из диффузионных являются так называемые плаиарные транзисторы. У них ц — р-переходы образуются диффузией примесей сквозь отверстие в защитном слое, нанесенном на поверхность полупроводника. При этом выводы от всех областей располагаются в одной плоскости. Название «пленарный» дано именно от английского слова р1апаг — плоский.
Для изготовления этих транзисторов особенно удобно применять кремний, так как оксидная пленка на его поверхности может служить хорошим защитным слоем. Исходная пластинка кремния с пленкой оксида образует коллекторную область. В том месте, где должна быть базовая область, оксидная пленка снимается травлением и создается методом диффузии базовый слой. Затем всю поверхность снова окисляют и повторяют процесс травления и диффузии для создания эмиттерной области, которая располагается в средней части базовой. После этого через маску наносятся выводы в виде металлических слоев, Структура планар- ного транзистора показана на рис.
6.19. Планарные транзисторы обладают хорошими качествами и получили большое распространение. Они удобны в производстве и могут быть изготовлены на различные мощности с высокими предельными частотами. Транзисторные и диодные элементы микрозлектрон- Рис. 6.19. Принцип устройства планарного транзистора ных схем, как правило, изготовляются по планарной технологии.
Планарно-эпитаксиальные транзисторы являются дальнейшим развитием планарных транзисторов. У обычных пленарных транзисторов велико сопротивление коллекторной области, что невыгодно. Например, при импульсной работе в режиме насыщения у транзистора большое сопротивление насыщения Я„„.
Если уменьшить удельное сопротивлениематериала коллектора, то возрастает емкость С, и снижается пробивное напряжение коллекторного перехода. Эти недостатки устраняются в эпитаксиальных транзисторах, в которых между базой и низкоомным коллектором введен слой с более высоким сопротивлением. При изготовлении таких транзисторов коллекторная пластинка полупроводника, например, с электронной электроцроводностью имеет малое удельное сопротивление. На нее наращивается пленка такого же полупроводника, но с высоким сопротивлением, а затем планарным методом создаются области базы и эмиттера (рис, 6.20). Процесс получения на полупроводниковой пластине слоя, сохраняющего структуру пластины, но имеющего иную удельную проводимость, называют эпи- 111 Рнс.
6.20. Принцип устройства планарно- зпнтакснального транзистора тнксиальным наращиванием. Полученная структура, которую обозначают н' -н, входит в состав коллектора. Знак «+» указывает на область с более высокой концентрацией примеси, т.е. с более высокой удельной проводимостью. В рассмотренном транзисторе при малом сопротивлении коллектора получается малая емкость С„и большое напряжение 1)ив,„. Эпитаксиальная технология широко применяется при изготовлении микроэлектронных схем. Существует ряд других, особых типов транзисторов, которые пока еще не получили достаточно широкого распространения. К ним, например, относятся транзисторы типа р — н — 1 — р, имеющие в базе кроме низкоомного слоя н-типа, от которого сделан вывод, еще дополнительный, более высокоомный слой йтипа, За счет низкоомного слоя базы уменьшается сопротивление гв, а за счет высокоомного слоя снижается емкость С„и повышается ~У„« .
Аналогичными свойствами обладают транзисторы и — р — 1 — и. Особый интерес представляют в«- винные транзисторы, работающие в режиме лавинного размножения носителей, т. е. при напряжении 1)„.в, превышающем допустимое для нормальной работы р режиме усиления. При некоторых условиях лавинные транзисторы имеют отрицательное выходное сопротивление и и > 1. Это позволяет применять их в импульсных устройствах для генерации коротких импульсов н переключения. У обычных транзисторов предельное напряжение коллектор — база составляет десятки вольт.
Специальные высоковольтные транзисторы имеют более сложную структуру коллекторного перехода, и предельное напряжение доходит 112 у них до нескольких сотен вольт. Импульсное предельное напряжение может достигать 1,5 кВ. Мощные транзисторы работают при больших токах — единицах и десятках ампер. При этом может' наблюдаться нежелательное явление «вытеснения» тока. Оно объясняется тем, что ток базы, протекая к выводу базы вдоль змиттерного перехода, создает на поперечном сопротивлении базы некоторое падение напряжения. За счет этого в центре эмиттерногопереходанапряжениеуменьшается, а на краях эмиттерной области, наоборот, увеличивается.
В результате инжекция и ток в центральной части эмиттера меньше, а на краях эмиттера больше. Таким образом, площадь эмиттерного перехода используется неравномерно и может возникнуть перегрев краев эмиттера. Для уменьшения сопротивления базы н вредного эффекта «вытеснения» тока к краям эмиттера в мощных транзисторах создают электроды особой конфигурации, при которой эмиттерная область состоит из нескольких участков. Каждый участок имеет небольшую площадь перехода, а суммарная площадь эмиттерного перехода получается такой, какая необходима для протекания большого эмиттерного тока.
Существует несколько вариантов этих транзисторов. Чаще всего встречается гребенчатая конструкция, в которой эмиттерная область имеет форму гребенки, а контакты эмиттера и базы чередуются друг с другом 1рис. б.21, а). Другой вариант — многоэмиттерная конструкция 1рис. 6.21, б), в которой используется ряд отдельных эмиттеров в виде полосок 1они могут иметь также форму квадратов или кругов). Все эти эмиттеры соединены параллельно металлическим контактным слоем, нанесенным поверх слоя защитной оксидной пленки. Иногда мощный транзистор представляет собой несколько параллельно соединенных транзисторов, каждый из которых сделан многоэмиттерным.
В конструкции мощных транзисторов предусматривается хороший теплоотвод. Выпускаются транзисторы мощностью в десятки и даже сотни ватт. а) з 2 Рис. бл!. Конфигурация электродов мощных СВЧ-транзисторов: а — гребенчатая; б — многа- эмиттсриаи область, 3 — вывод змвзтвра 1 — вывод базы; 2 — эмизтсриав Применение транзисторов для усиления колебаний СВЧ весьма желательно, так как по сравнению с другими полупроводниковыми и электровакуумными усилительными приборами они имеют меньший уровень собственных шумов, более высокий КПД и низкое напряжение питания. Однако изготовление СВЧ-транзисторов представляет значительные технологические трудности. В настоящее время разработаны как маломощные, так и мощные биполярные транзисторы из германия, кремния или арсенида галлия для частот в единицы и даже десятки гигагерц.
Наилучшие результаты дает изготовление подобных транзисторов по планарной технологии. В частности, так изготовляются кремниевые СВЧ-транзисторы типа и — р — л. Мощные СВЧ-транзисторы могут работать при мощности в импульсе до 100 Вт на частоте до 1 ГГц и 5 — 10 Вт на частоте 4 — 5 ГГц и выше. Транзисторы малой мощности имеют очень малые размеры. Например, на кремниевой пластинке диаметром 40 мм формируется 8000 транзисторов размером 0,4 х 0,4 мм. Подобные транзисторы делаются обычно бескорпусными, и их часто применяют в микросхемах. Важное значение для работы транзистора на СВЧ имеет конструкция корпуса и выводов, обеспечивающая минимальное влияние паразитных емкостей и индуктивностей. Применяются, в частности, корпуса с полосковыми, а для более высоких частот — с коаксиальными выводами.
Транзисторы оформляют в герметичных корпусах различной конструкции 1металлостеклянные, металлокерамнчекие и пластмассовые). Некоторые маломощные транзисторы делают бескорпусными и герметизируют зашнтнылан слоями лака и эпоксидной смолы. У транзисторов повышенной мощности с корпусом, как правило, соединяется коллектор, а сам корпус привинчивается к шасси аппаратуры, что улучшает теплоотвод. Помимо одиночных транзисторов промышленность выпускает так называемые транзисторные сборки, т. е.
находящиеся в одном корпусе два или четыре транзистора с самостоятельными выводами. Эти сборки применяются главным образом для переключательных схем. ГПАВА СЕДЬМАЯ ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ 7.1. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ С УПРАВЛЯЮЩИМ ПЕРЕХОДОМ Широкое распространение получили полевые транзисторы, иначе называемые канальными или уиилалярными в отличие от биполярных транзисторов. Идею устройства этих приборов предложил в 1952 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
