Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Структу ы и технология интегральных микросхем В ряде случаев в ГИМС применяют навесные элементы: резисторы, конденсаторы, трансформаторы и т. д., имеющие гибкие или жесткие выводы. Установка этих элементов осуществляется на подложке с помощью клея. Присоединение выводов к контактным площадкам производится путем пайки или сварки. Активные элементы ГИМС В качестве активных элементов в ГИМС применяют бескорпусные диоды, транзисторы и полупроводниковые ИМС, которые по способу их установки в микросхему разделяются падве группы: приборы с гибкими выводами и приборы с жесткими выводами. У компонентов с гибкими выводами (рис.
6.6, а) выводы сделаны из золотой проволоки диаметром 25 мкм и длиной 0,6-5,0 мм. Такие компоненты приклеиваются к подложке, а гибкие выводы соединяются с пленочными контактными площадками. Существенным недостатком таких конструкций является низкая производительность процесса сборки и невозможность автоматизировать этот процесс. Поэтому в современных ИМС используют активные компоненты с жесткими выводами. Существуют две разновидности таких элементов: с балочными выводами (рис.
6.6, б) и со сферическими выводами (рис. 6,6, в). Сферические выводы выполняются из золота, меди или сплавов н могут иметь форму шарика, цилиндра или усеченного конуса диаметром 0,05-2,0 мм. 0,03 0,3 0,89 0,89 О, б Рис. 6.6 Установка таких транзисторов осуществляется методом перевернутого кристалла, при котором происходит непосредственное соединение сферических выводов с контактными площадками, имеющими форму цилиндров диаметром 0,15-0,2 мм и высотой 10 — 15 мкм.
Монтаж выполняется с помощью ультразвуковой или термокомпрессионной сварки. В транзисторах с балочными выводами жесткие выводы (балки) толщиной 10 — 15 мкм выступают за края кристалла на 200-250 мкм, что облегчает процесс их присоединения к контактным площадкам, 6.2. Биполярные транзисторы полупроводниковых ИйвС 6.2. Биполярные транзисторы полупроводниковых ИМС Биполярные транзисторы полупроводниковых микросхем формируются иа полупроводниковой подложке р-типа в изолированных от нее локальных областях л-типа, называемых карманами. Изоляция карманов от подложки может быть осуществлена несколькими способами. Идеальной является изоляция с помощью пленки двуокиси кремния (рис.
6.7, а). Однако такой способ технологически сложен. Наиболее простым является способ изоляции с помощью обратно смещенного р-л-перехода (рис. 6.7, б), но такой способ несовершенен из-за наличия обратного тока. Основным методом изоляции в современных ИМС является метод комбинированной изоляции, сочетающий изоляцию диэлектриком и обратно смещенным р-л-переходом (рис.
6.7, в). 610э б в Рис. 6.7 Транзисторы типа и-р-и таблице 6.1. Параметры слоев транзистора Наимеиоваииеслоев И, см-' 4 нкн р, Оном г Ом 1,5.10и 10и 200 $00 2,5-10 3,5-12 1,5-2,5 0,5-2 10 Подложка р-типа Скрытый л'-слой Коллекторный и-слой Базовый р-слой Эмиттерный и'-слой 0,5-1,0 5.10и 10и 100-300 2-15 Биполяриые транзисторы типа л-р-л являются основными схемиыми элементами полупроводниковых ИМС.
Наибольшее распространение получили транзисторы„имеющие вертикальную структуру, в которой все выводы от областей транзистора расположены в одной плоскости на поверхности подложки (рис. 6.8). Такая структура называется плаиарной. Структура состоит из змиттериой (1), базовой (2) и коллекториой (3) областей. Под коллекторпой областью расположен скрытый л'-слой (4). От внешних воздействий структура защищена оксидиым слоем 510, (5), в котором имеются окна (6) для присоединения металлических выводов (7) к соответствующим областям структуры. Типичные параметры слоев транзистора приведены в табл.
6.1. З26 Глава 6. Структуры и технология интегральных микросхем К Рис. 8.8 Рабочей областью транзистора является область, расположенная под донной частью эмиттера. Остальные области структуры являются пассивными. Наличие их увеличивает объемные сопротивления коллекторной и базовой областей транзистора. Сопротивление базовой области г~ интегрального транзистора примерно такое же, как у дискретного транзистора (около 10-20 Ом), а сопротивление коллекторной области г'„существенно больше: у дискретного транзистора оно составляет 1-2 Ом, у интегрального — 10 — 50 Ом.
Вследствие этого выходные характеристики интегрального транзистора в режиме насыщения идут более полого, чем дискретного (рис. 6.9). Для уменьшения сопротивления г'„в структуру введен скрытый и'-слой (4), не имеющий внешних выводов. Этот слой шунтирует расположенный над ним высокоомный коллекторный слой л-типа, обеспечивая низкоомный путь току от активной области к коллекторному контакту. Уменьшение вдвое сопротивлений г~ и г'„достигается также за счет создания двух выводов от каждой из областей транзистора.
Вертикальная структура интегрального транзистора, изолированного от подложки р-л-переходом, по существу, является четырехслойной (рис. 6.10, а) и ее можно представить состоящей из двух транзисторов: активного транзистора ЧТ1 типа и'-р-л и паразитного транзистора ЧТ2 типа р-и-р (рис. 6.10, б), Коллекторный переход паразитного транзистора всегда закрыт. Если основной транзистор работает в активном режиме, то влияние паразитного транзистора невелико, так как он находится в режиме отсечки и оба его перехода закрыты.
Если же основной транзистор работает в режиме насьпцения, что характерно для импульсных схем, то паразитный транзистор оказывается в активном режиме. При этом появляется З27 6,2. Биполярныв транзисто ы полупроводниковых ИМС ток утечки 1„(рис. 6.10, е) и уменьшается базовый ток 1,' основного транзистора: гб = 1~ — 1т„, что ухудшает импульсные параметры основного транзистора. Для того чтобы ослабить влияние паразитного транзистора на работу основного, уменьшают коэффициент передачи тока базы р паразитного транзистора путем введения в его базовую область примеси золота, Атомы золота играют роль ловушек, уменьшая время жизни носителей заряда, благодаря чему уменьшается коэффициент р паразитного транзистора.
Рис. 6.10 Эквивалентная схема вертикального транзистора типа л-р-н с изоляцией обратно смещенным р-и-переходом между коллектором и подложкой, учитывающая наличие паразитных элементов, представлена на рис. 6.11. Рис. 6.11 з2в Глава 6. Структуры и технология интегральных микросхем Помимо упомянутых сопротивлений пассивных областей и паразитного транзистора типа р-л-р она содержит распределенные емкости трех переходов, Наличие этих емкостей определяет частотные и импульсные свойства интегрального транзистора, которые несколько хуже, чем у дискретного.
Практически предельная частота вертикальных транзисторов типа и-р-л лежит в пределах 600-800 МГц. Для анализа усилительных свойств транзистора может быть использована модель, аналогичная модели Эберса — Молла (рис. 6.12), учитывающая наличие основного и паразитного транзисторов. Если транзистор изолирован от подложки диэлектрической изоляцией, то паразитный транзистор типа р-и-р в эквивалентной схеме отсутствует и, соответственно, отсутствуют диод Ъ'03, генератор тока а„1, и генератор тока а„гэ Однако паразитиая емкость С„„сохраняется. Рис.
6.12 Транзисторы с диодом Шотки Тралзисторы с диодам Шотки находят широкое применение в цифровых ИМС. От обычных транзисторов типа л-р-п они отличаются тем, что параллельно коллекторному переходу включается диод Шотки, представляющий собой выпрямляющий контакт металла с электронным полупроводником. Структура такого транзистора показана на рис. 6.13. Диод Шотки образуется путем продления вывода базы в сторону коллекторного и-слоя.
В области контакта этого вывода с л-слоем возникает выпрямляющий контакт Шотки, включенный параллельно коллекторному переходу. Э Б Рис. 6.13 зге 6.2. Биполярные т анзисторы полуп оводниковых ИМС Многоэмиттерные транзисторы Многоэмиттерные транзисторы (МЭТ) составляют основу цифровых ИМС транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Имея общий коллектор и базу, МЭТ содержат до 8 эмиттеров.
Структура МЭТ и его топология показана на рис. 6.14. ЭЗ Э4 Б Э 32 К ЭЗ Э4 1Ы 31 32 Рис. 6.14 Особенность работы МЭТ состоит в том, что в любом состоянии схемы коллекторный переход всегда открыт, а эмиттерные переходы могут быть либо открытыми, либо закрытыми. При этом возможны три комбинации состояний р-и-переходов. Если все эмиттерные переходы открыты, то в транзисторе существует режим насыщения и токи протекают так, как это показано на рис. 6.15, а, при этом г„существенно меньше токов 1и и 1„, так как последовательно с коллекторным переходом включено сопротивление г„', которое больше сопротивления г,'. Если на змиттерные переходы поданы обратные напряжения от источника управляющих сигналов, то транзистор работает в инверсном режиме (рнс.
6.15, 6). В этом случае возрастает ток г„а суммарный ток всех эмиттеров в соответствии с уравнениями Эберса — Молла будет равен ззо Глава 6. Струк ры и технология интегральных мик хем +- и- ~а Б ьг ьг х в б в Рис. 6ЛБ Поскольку на открытом коллекторном переходе напряжение и„„= 0,7 В, то в этом уравнении второе (отрицательное) слагаемое оказывается существенно больше первого (положительного), поэтому в эмиттерных цепях будут протекать сравнительно большие отрицательные токи, потребляемые от источников управляющих сигналов.
Чтобы уменьшить эти токи, необходимо уменьшить инверсный коэффициент передачи транзистора аь что достигается путем искусственного увеличения сопротивления пассивной базы. Для этого внешний вывод базы соединяют с активной областью транзистора через узкий перешеек (см. рис. 6.14, а), обладающий сопротивлением 200 — 300 Ом.
Протекая через этот перешеек, ток базы создает на нем падение напряжения, вследствие чего прямое напряжение на коллекторном переходе будет больше в области пассивной базы и меньше в области активной базы. Поэтому инжекция электронов из коллектора в базу будет происходить преимущественно в области пассивной базы (см. рис. 6.14, б). При этом возрастает длина пути, проходимого электронами через базу, в результате чего инверсный коэффициент передачи а„уменьшается до 0,005 — 0,05, Если один из соседних переходов открыт, а другой закрыт (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
