Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 62
Текст из файла (страница 62)
6.15, в), то сказывается влияние горизонтальной паразитной структуры типа и-р-и (см. рис. 6.14, в), образованной соседними эмиттерами и разделяющей их р-областью. Через эту структуру протекает ток, потребляемый от источника управляющих сигналов, подключенного к закрытому переходу. Для ослабления паразитного транзисторного эффекта приходится увеличивать расстояние между соседними эмиттерами до 10 — 15 мкм. Многоколлекторные транзисторы Многоколлекторные транзистлоры (МКТ) находят применение в схемах инжекционной логики. Структура такого транзистора показана на рис.6.16. Она мало чем отличается от структуры МЭТ. Практически МКТ вЂ” это МЭТ, работающий в инверсном режиме. Общим эмиттером в этой структуре является эпитаксиальный п-слой, а коллекторами — л'-области.
Такая структура не позволяет получить достаточно высокий коэффициент передачи тока эмиттера ввиду низкой эффективности эмиттера. Практически за счет приближения скрытого слоя к базовому слою и расположения и'-коллекторов как можно ближе друг к другу удается получить на всю совокупность коллекторов коэффициент передачи тока а = 0,8-0,9 или р = 4-10, что вполне достаточно для функционирования схемы инжекционной логики. зз~ 6.2. Билолл ные транзисторы полупроводниковых ИМС Рис.
6.16 Транзисторы типа р-п-р Транзисторы типа р-и-р в ИМС играют вспомогательную роль. Их изготовляют одновременно с транзисторами типа п-р-п, и они имеют горизонтальную структуру (рис. 6.17). В таком транзисторе эмиттерная и коллекторная области р-типа изготовляются одновременно с созданием базовой области транзистора п-р-п.
Базовой областью транзистора р-п-р служит эпитаксиальный и-слой. Перенос носителей заряда в таком транзисторе происходит в горизонтальном направлении. Ввиду того чтб в горизонтальной структуре не удается сделать ширину базы меньше 3 — 4 мкм, коэффициент усиления В не превышает 50, а предельная частота составляет не более 20-40 МГц. К Э К Б Э К Б Рис.
6.17 Транзисторы с инжекционным питанием Тра нзистпоры с инжекиионным питанием являются основой для построения схем инжекционной логики. Структурно (рис. 6.18, а) они представляют собой интегрированную комбинацию горизонтального транзистора р-и-р и вертикального транзистора и-р-и. При этом база транзистора р-п-р одновременно является эмит- ззз Глава 6. Структу ы и технология интегральных микросхем тером транзистора п-р-п, а коллектор транзистора р-л-р является базой транзистора п-р-и. Эмиттер транзистора р-и-р называется инжектором. На инжектор через резистор подается прямое напряжение (рис.
6.18, б), в результате чего эмиттерный переход транзистора р-п-р открывается, и происходит инжекция дырок в его базу. Диффундируя через базу, дырки попадают в коллектор транзистора р-п-р, являющийся одновременно базой транзистора и-р-и. Если базовый вывод транзистора и-р-и соединен с подложкой, то дырки в его базе не накапливаются, и оба перехода транзистора находятся в закрытом состоянии.
Если же вывод базы не соединен с подложкой, то происходит накопление дырок в базовой области л-р-л транзистора, то есть имеет место инжекция носителей заряда, отсюда и название «инжекционное питание». В результате инжекции происходит компенсация отрицательных зарядов акцепторов в эмиттерном и коллекторном переходах п-р-л-транзистора, в результате чего оба перехода открываются, и он переходит в режим насыщения. Таким образом, вертикальный транзистор л-р-и выполняет функции электронного ключа, Рис. е.тв В схеме инжекционной логики транзистор р-и-р делают многоколлекторным, что позволяет питать от одного горизонтального р-л-р-транзистора несколько вертикальных и-р-л-транзисторов. Вертикальный транзистор п-р-и также делают многоколлекторным, что позволяет одновременно замыкать и размыкать несколько электрических цепей.
Диодное включение биполярных транзисторов В полупроводниковых ИМС в качестве диода используют один из переходов вертикального транзистора типа п-р-и. Получение диодов таким путем значительно проще, чем формирование специальных диодных структур. Существуют пять вариантов диодного включения транзистора л-р-л (рис. 6.19, а). Каждому варианту соответствует своя эквивалентная схема (рис.
6.19, б), и каждый из вариантов характеризуется различным быстродействием, определяемым величиной накапливаемых в базе и коллекторе избыточных зарядов (рис. 6.19, в), ззз 6.2. Биполярные транзисторы полуп оводниковых ИМС и, =о Э и =о б Рис. 6.19 Типовые параметры вариантов приведены в табл. 6.2. Прямое напряжение на диоде У„, определяется суммой падений напряжения непосредственно на переходе и на объемном сопротивлении, включенном последовательно с ним; величина етого сопротивления зависит от схемы включения. зз4 Глава б. Ст ктуры и технология интег альных микросхем Таблица 6.2.
Параметры типовых схем диодного включения биполярных транзисторов Параметры Схема включения ц =0 2=0 и Напряжения пробоя У„и 8 Прямое напряжение У„, 8 Обратный ток Х., нд Емкоаь диода С, пФ Паразитная емкость С, пФ Время восстановления обратного ахзротиэления Г нс 5-7 5-7 35-55 0,85 0,96 0,94 5 5 20 0,5 0,5 0,7 3 1,2 3 9 56 53 35-55 5-7 0,95 0,92 20 25 0,7 1,2 3 3 85 100 6.3. Пассивные элементы ПП ИМС В полупроводниковых ИМС пассивные элементы обычно формируются на осно- ве типовой структуры вертикального транзистора типа л-р-л.
Полупроводниковые резисторы В качестве резисторов используют объемные сопротивления эмиттерной, базовой или коллекторной областей транзистора (рис. 6.20). Обратное напряжение на диоде У„;, определяется возможностью пробоя диода. Напряжение пробоя эмиттерного перехода мало вследствие малой ширины л-р-перехода. Напряжение пробоя коллекторного перехода значительно больше, так как этот переход шире эмиттерного. Обратный ток 1 в кремниевых диодах определяется током термогенерации. Так как коллекторный переход шире эмиттерного, то ток термогенерации коллектор- ного перехода 1к, больше тока термогенерации эмиттерного перехода 1„,.
В среднем, 1к, = 0,5-1,0 мА, гк „= 15 — 30 мА. Емкость диода Сд определяется емкостью соответствующего р-и-перехода. В среднем С~, = 0,5 пФ, Сь а = 0,7 пФ. Паразитная емкость на подложку С„, как правило, равна емкости С„„= 3 пФ, лишь во втором варианте (1„= О) она определяется последовательно включенными емкостями С„„и Ск е Время восстановления обратного сопротивления т„, характеризующее быстродействие диода, зависит от величины накапливаемых в базе и коллекторе избыточных зарядов (рис. 6.19, в). Среди пяти схем диодного включения только в первой (н„з = О) через коллекторный переход не происходит инжекции носителей заряда.
В этой схеме накопление заряда в базе происходит только за счет инжекции со стороны эмиттера, поэтому она обладает наиболее высоким быстродействием. В остальных схемах коллекторный переход открыт, поэтому происходит дополнительная инжекция электронов в базу со стороны коллектора и инжекция дырок в коллектор со стороны базы. Сравнивая различные варианты включения транзистора в качестве диода, нетрудно придти к выводу, что оптимальным является первый вариант, когда и„з = О. 6.3. Пассивные элементы ПП ИМС Базовый Коллекторный Пинч-резисторы Коллзкторный Рис.
0.20 Базовый Эмизтерный Таблица Б.З. Типичные характеристики интегральных резисторов р Ом ЬЩ ЧЬ ТКС, 1/~С Тип резисгора (1-5) 10' (1,5-3) 10 ' Р Л).10ч (1,5-3) 10 з Р 4).н)-з Эмиперный Базовый Коллекторный Базовый линч-резистор Коллекторный линч-резистор 2-5 100-300 (1-5) 10з (5-10) 10з (~ 0).10з 20 5-20 15-25 50 50 Нижний предел ограничивается сопротивлениями контактных областей, верхний — допустимой площадью, отводимой под резистор. Наиболее часто в полупроводниковых ИМС применяются резисторы, выполненные на основе базовой области, Для создания высокоомных резисторов (более 60 кОм) используют линч-резисторы (сжатые резисторы).
Пинч-резисторы имеют большой разброс номиналов (до 50 уз) из-за трудностей получения точных значений толщины резистивного р-слоя. Характерной особенностью любого интегрального резистора является наличие у них паразитных емкостей и транзисторов. Рассмотрим более детально структуру и эквивалентную схему базового резистора (рис.6.21, а). Такая структура образует распределенный вдоль резистора паразитный транзистор типа р-п-р с распределенными емкостями С„си С„„(рис. 6.21, б).
В плане обеспечения изоляции резистора от подложки необходимо позаботиться о том, чтобы паразитный транзистор находился в режиме отсечки. С этой целью в структуре предусмотрен вывод К от и-области, на который подается положительное напряжение, запирающее эмиттерный переход транзистора типа р-и-р.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
