Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 153
Текст из файла (страница 153)
При большой скважносги импульсы тока имею 4. Функциональная полупроводниковая электроника 713 релаксацнонную форму (рис. 4.22, б). В промежутках между импульсами тока на контакте С имеют место пилообразные импульсы напряжения. Аналогичная генерация проявляется и без подсветки, но при пропускании тока через распределенный р' — и-переход. Увеличение интенсивности подсветки или уровня тока в подложку приводит к пропорциональному росту частоты следования импульсов без изменения их амплитуды, величина которой определяется разносзью потенциалов (/яя на структуре. Таким образом, БИСПИН может рассматриваться как релаксационный генератор, имеющий три независимых канала управления: потенциальный, токовый и гальванически развязанный —. световой.
Каждый из каналов характеризуется порогом генерации, величина которого зависит от состояния двух других каналов, и с их помощью легко изменяется в большую или меньшую сторону. В зависимости от напряжения питания, уровня освещенности или тока в подложку БИСПИН может находиться в трех состояниях: С) закрьпое, с низкой проводимостью, когда внутреннее сопротивление структуры между контактами А и В определяется сопротивлением обратносмещенного коллекторного перехода локального транзистора и составляет — ! П Ом; я С) открытое, с высокой проводимостью, когда сопротивление структуры не превышает единиц кОм.
В это состояние структура переходит при больших уровнях токов в подложку или подсветку; С) автоколебательное. Из сказанного выше следует, что БИСПИН может работать как ключ, если время нарастания подаваемого на его вход сигнала не превышает периода следования импульсов при максимальной частоте повторения. Физический механизм работы БИСПИНа в автоколебательном режиме состоит в следующем. Посяяе вюяючения источника напряжения благодаря тому, что сопротивление обратносмещенного коллекторного перехода локального транзистора существенно превышает сопротивление 1г„п-слоя, коялекторный потенциал яря и потенциал под омическим контактом яря совпадают с точностью до 10 В, т.
е. яргж яра Такого же уровня дос- -3 тигает потенциал подложки яь Следовательно, распределенный р — п-переход находится под нулевым смещением. При включении света за счет внутреннего фотоэффекта происходит зарядка распределенного р — и-перехода и возникает инжекция дырок из подложки в и-сяой. При этом часть дырок попадает в коллекторную область встроенной локальной и — р — и-структуры.
Для дырок в и-слое коллекторный переход является экстрактором, благодаря чему они поступают в р-базу локального транзистора и скапливаются в ней. Последнее обстоятельство приводит к понижению потенциального барьера эмиттерного и — р-перехода и инжекции электронов из и-эмиттера в узкую р-базу, после пролета которой они оказываются в и-слое структуры. Возникает электронный ток 1„, протекающий по и-слою вдоль распределенного р — и-перехода к омическому контакту.
Следует иметь в виду, что этот электронный ток во много раз больше тока дырок, поступающих в р-базу локального транзистора. Падение напряжения !гдм на распределенном сопротивлении и-слоя (Рм а 3 — 5 кОм) приводит к снижению потенциала яэ» вблизи коллекторного перехода ярк = 1!зн — 1 'яя.. Поскольку потенциал подложки Чя вследствие ее высокого уровня легирования можно считать независимым от координаты, то смещение на распрелеленном р — и-переходе вдоль него изменяется.
Прямое смещение этого перехода под коллектором локального 7(4 Часть /И Функциональная электроник транзистора увеличивается, а в остальной, большей его части, сначала уменьшается, а затем становится отрицательным. Инжекция дырок из р'-области в р-базу транзистор при этом растет, что в свою очередь вызывает еще больший перекос в смещении р и перехода и т. д. Процесс развивается лавинообразно и приводит транзистор в режим на сыщения. Вольтамперная характеристика структуры имеет 5-образный вид, и в этом случае следу~~ ожидать токовую неустойчивость.
При небольших уровнях фотстока основной поток дырок в р-область локазьного транзи егора поступает из р -подложки за счет двух процессов; перераспределения фототока и перезарядов барьерной емкости р' — -и-перехода. В начале процесса дырки, образующиеся вследствие внутреннего фотоэффекта, захватываются полем объемного заряда р' — и-пе рехода и перебрасываются в р'-подложку, благодаря чему он весь равномерно переходщ. в состояние прямого смещения (до 0,3 В). Вследствие этого дырки также равномерно инжектируются в и-слой по всей площади распределенного перехода, и в базу транзисторной структуры поступает лишь небольшая их часть, определяемая величиной площади этого перехода, расположенной под коллектором локальной структуры.
Вследствие развивающейся описанной выше петли положительной обратной связи (включающей ток вдоль п-слоя, падение потенциала д» и рост прямого смещения на р — и-переходе) распределенный переход оказывается бисмещенным, происходит перераспределение инжекционного тока дырок, в результате чего все фотодырки, собранные основной обратно- смещенной частью р — п-перехода, поступают через прямосмещенную часть в базу локальной транзисторной структуры. К этому току добавляется ток перезарядки емкости р — и-перехода через открытую вертикальную и' — р — и — р -структуру. Оценки показывают, что начальный всплеск тока в импульсе носит емкостный характер, и его амплитуда линейно зависит от разности потенциалов на структуре. После прекращения перезарядки р — и-перехода количество дырок, поступающих в базу локальной транзисторной структуры, резко сокращается и остается только поток "фото- дырок".
Концентрация их в базе из-за рекомбинации резко сокращается и все большая часть коллекторного перехода выходит из насыщения, сопротивление растекания коллектора увеличивается, коллекторный ток снижается и площадь прямосмещенной части р— и-перехода уменьшается. Если фототок настолько велик, что ток вдоль р' — и-перехода обеспечивает сохранение на нем прямосмещенного участка, то структура остается открытой. В противном случае она переходит в закрытое состояние, и весь процесс повторяется (автоколебательный режим). Таким образом, в процессе развития импульса р' — п-переход проходи~ четыре состояния' с нулевым смещением, прямосмещенное, обратносмещенное и бисмещенное.
Последне~ обстоятельство послужило основанием для названия структуры и прибора. Возможности практического применения БИСПИНов определяются их многофункцио нальностью, высокой чувствительностью по входу; большой амплитудой выходного снг нала; малыми темновымн токами; широким диапазоном перестройки; большой крутизгю ной преобразования "аналоговый сигнал †часто следования импульсов"; наличием на вь выходе сигналов двух типов — релаксационного токового и пилообразного (напряжения) шиРоким диапазоном напряжений питания; большим интервалом сопротивления нагрузки Особого внимания заслуя<ивает вопрос о применении БИСПИНов в устройствах контре ля.
Здесь возможны двв направления: (З использование БИСГ1ИНа как датчика, например, светового потока, температуры, то ка, напряжения и т. д. 715 4. Функциональная полупроводниковая электроника Б3 использование БНСГ)ИНа в качестве преобразования ьанаюговый сигнал — частота" для любых стандартных и выпускаемых промышленностью датчиков. На рис.
4.23 приведены фотошаблоны для изготовления БИСПИН-прибора на основе пластин легированного бором кремния. б) а) а) е) е) д) Рие. 4.23. Комплект фотошаблонов для изготовления БИСПИН-приборов (е, б, в. г, д, е) и их общий вид (ж) ж) После процессов окисления, нанесения фоторезиста и сушки производится первая фотолитография областей разделения (рис. 4.23, а). Затем следуют процессы травления окисла, снятия фоторезнста, химическая обработка и разделительная высокотемпературная диффузия бора. Новый технологический цикл процессов снятия окисла, химической обработки пластин, окисления и второй фотолитографии (рис. 4.23, б).
циклы травления окисла, У[Б Часть
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
