29_kospect_electro (555831), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Такойтранзистор отличается от обычного площадью переходов, числом эмиттеров, конфигурацией и взаимнымрасположением контактов.l>> Lдиф Lдиф – диффузионная длина инжектируемых в базу электронов.llРис.11.17 Эквивалентная схема многоэмиттерного транзистора.В первом приближении МЭТ рассматривают, как совокупность отдельных транзисторов ссоединенными базами и коллекторами.Рис. 11.15 Структура и топология многоэмиттерного транзистора.КЭ1Э2Э3БЭ1 Э2 Э3КБОсобенности МЭТ как единой структуры.• Каждая пара смежных эмиттеров вместе с разделяющим их p-слоем базы образуют горизонтальныйтранзистор типа n+-p-n+.
Если на одном из транзисторов действует прямое напряжение, на другом обратное→первый инжектирует электроны, второй собирает не электроны, которые прошли через боковую поверхностьэмиттера (прошли) без рекомбинации расстояния между эмиттерами. Это паразитный транзисторный эффект: вобратно смещенном переходе, т.е. в закрытом состоянии, протекает ток. Чтобы избежать этого эффекта: l>> Lдиф.Транзистор легирован золотом, то Lдиф<2…3 мкм, l можно выбрать 10…15 мкм. При этом большая частьнеосновных носителей, инжектируемых в часть базы, улавливается коллектором.• При обратном смещение эмиттеров (в инверсном режиме) носители, инжектируемые коллектором, взначительном числе достигают эмиттеров, в цепях эмиттеров протекает ток.
Паразитные токи через эмиттер.Требуется малый инверсный коэффициент передачи тока. Для этого увеличивается сопротивление пассивнойбазы, путем удаления омического базового контакта. Большое падение напряжения на базовом переходе. МЭТсоздается в едином технологическом цикле.Рис. 11.18 Горизонтальный транзистор,образованный двумя смежными эмиттерами.Многоколлекторные транзисторы. Многоколлекторные транзисторы (МКТ) не отличается от МЭТ.Различие типов в исполнении структуры. МКТ – это МЭТ, используемый в инверсном режиме: общим эмиттеромявляется эпитаксиальный n-слой, а коллекторами являются высоколегированные n+-слои малых размеров.Необходимо увеличение нормального коэффициента передачи тока: скрытый n+-слой располагают ближек базовому.Рис.
11.19 Эквивалентная схема многоколлекторного транзистора.Рис. 11.21 Применение многоэмиттерноготранзистора в схемах ТТЛ.Рис. 11.22 Логический элемент ДТЛДиоды Д1…Д3 осуществляют логическую функцию. Транзистор Т обеспечивает функцию инверсии. Д4 –диод смещения (обеспечивает постоянное напряжение).1) При напряжении на входах равных логическому «0» U0=0=Uвых. Диоды открыты и через них протекает токI1. Эмиттерный переход, транзистора находится над обратным смещением и транзистор замеритUвых=U1=Е при одном диоде потенциал базы близок к нулю.2) Если напряжение хотя бы на одном из входов равно логическому «0» Uвых= U0=0, протекает ток I1,транзистор замерит, Uвых=U1=Е.3) На все входы подано напряжение U1, диоды замерят 0.
баз транзистора приобретает положительныйпотенциал, транзистор отпирается, потенциал коллектора равен Uнас→Uост=U0.В схемах ДТЛ требуется большое количество диодов, последний диод (транзистор в диодном включении)располагается в изолируемом кармане.
Совокупность логических диодов и диодов смещения соответствуетструктуре транзистора, это два встречно включенных p-n- перехода.Рис. 11.23 Логический элемент ТТЛ.Между эмиттерами МЭТ в отличие от изолированных диодов, возможно взаимодействие – горизонтальныйтранзисторный эффект. В результате этого эффекта в эмиттере, на который подано запирающее напряжение U1,протекает паразитный ток, обусловленный инжекцией электронов из смежного-открытого эмиттера. Эмиттерныйток протекает через резистор в предшествующем логическом элементе и приводит к снижению уровня U1.простая схема с МЭТ, как правило, не использует логический элемент ТТЛ со смещенным инвертором. Этовызвано тем, что при подключении нескольких нагрузок возрастает суммарная нагрузочная емкость и постояннаявременная, с которой эта емкость заряжена.Интегральные биполярные транзисторы с использованием контакта металл-полупроводника.Свойства таких транзисторов следуют из соотношений работы выхода носителей заряда в металле иполупроводниках.
Работа выхода в металле и полупроводнике:Если Аш>An (полупроводник n-типа) – выпрямляющий контакт образует барьер Шоттки за счет обедненияили инверсии контактного слоя полупроводника.Если Аш>An (полупроводник p-типа) – образуется омический контакт, т.к. происходит обогащениеконтактного слоя.Перераспределение зарядов вызывает появление электрического поля и контактной разности потенциалов.ϕ конт =Aш − Anq(11.13)На контакте алюминия с полупроводником n-типа возникает потенциальный барьер для электроноввысотой около 0,6 эВ, что несколько меньше высоты потенциального барьера p-n перехода коллектора.При прямом смещенииколлекторного перехода основнаячасть тока проходит через диодШоттки. Этот ток связан сдвижением электронов, из nобласти эмиттера в металл Uc несопровождается инжекцией дыроквn-областьколлектора.Ввысокоомной области коллекторане происходит накопления неосновных носителей заряда.
До 1нсуменьшаетсявремярассасывания (это ~10% отвременирассасываниятранзистора).БольшаячастьРис. 11.24 Вольтамперная характеристика диода Шоттки и p-n-переходабазового тока проходит черездиод, в которой носители не накапливаются. Диод Шоттки ограничивает напряжение на коллектором переходе.Недостатки:• усложнение технологии;• увеличение емкости коллекторного перехода;• повышается напряжение Uкэнас на 0,3…0,4 В (уровень логического «0»);• понижается помехоустойчивость.На рис. 11.25 представлена структура транзистора с металл полупроводниковым диодом (Шоттки)Рис.
11.25 Структура биполярного интегрального транзистора сдиодом ШотткиРис. 11.26 Эквивалентная схема структурыбиполярного интегрального транзистора сдиодом ШотткиБазовый электрод закорачивает базу и коллектор с помощью алюминиевого контакта, создающего скремнием барьер Шоттки.
Алюминиевая полоска образует с p-слоем базы невыпрямляющий, омический контакт,с n-слоем коллектора выпрямляющий контакт Шоттки. Быстродействие кремниевых планарных транзисторов врежиме переключения определяется временем рассасывания не основных носителей, накопленных в базе иколлекторе при емкостных и коллекторных переходах.
Для увеличения быстродействия – легирования кремниязолотом (однако при этом снижается время не основных носителей τn, уменьшается коэффициент усиления иувеличивается обратный ток Iобр). использование диодов Шоттки, шунтирующих коллекторный переход.Время жизни неосновных носителей в транзисторной структуре ≈1 мкс, при легировании золотом до 10нс.В режиме насыщения происходит накопление неосновных носителей в базе транзистора и в коллекторныхобластях.
Процессы накопления не основных носителей и их исследующего рассасывания при переводетранзистора в режим отсечки или в выключенное состояние связаны с относительно медленным процессомдиффузии не основных носителей заряда. Сочетание транзистора с диодом Шоттки ограничивается накоплениемне основных носителей.Лекция 14. Интегральные МДП транзисторыЭквивалентная схема и модель интегральной структуры на МДП-транзисторах. Законы измененияпараметров и режимов работы МДП-транзисторов в ИМС при их пропорциональной миниатюризации.Критерий короткого канала.
Основные эффекты короткого канала в интегральных МДП-структурах.Рассмотрим элементы интегральных микросхем на транзисторах металл-диэлектрик-полупроводник(МДП) (см. рис 12.1). Цифровые БИС и СБИС на n-канальных МДП-структурах являются одним из основныхнаправлений микроэлектроники.
Их достоинством является очень высокая степень интеграции в сочетании свысоким быстродействием при более простом технологическом процессе по сравнению с биполярными илиМДП-комплементарными БИС. Структура создается на слаболегированной подложке (p-) типа.Рис. 12.1. Структура n-канального МДП-транзистора споликремниевым затвором.На рис.
12.1 введены следующие обозначения:1, 2 – Сильнолегированные области (n+) типа являются истоком и стоком, толщина 0,3…0,5 мкм(структура симметрична).3 – затвор из слоя поликристаллического кремния, толщина 0,2…0,4 мкм, легированный донорами дляснижения его сопротивления до 20…40 Ом/ .4 – слой окисла (подзатворный диэлектрик) 0,03…0,05 мкм5 – слой p-типа толщиной 0,1 мкм с повышенной по сравнению с подложкой концентрацией акцепторов,необходим для получения величины порогового напряжения Uпор=0,5…1 В. Это область формирования n-канала,создается методом ионного легирования.6 – толстый боковой слой окисла (0,5…0,6 мкм), монтажный слой (~ 1 мкм), разделяющий соседниетранзисторы, получается методом локального окисления.7 – слой p(+)-типа (охранные p(+) области), необходимые для устранения паразитной связи междусоседними транзисторами.8 – металлическая пленка для соединений (Al)9 – изоляция между слоями.10 – второй слой соединений.Исходя из представленной структуры интегрального МДП транзистора, можно выделить основной ипаразитный транзисторы.
Для основного транзистора влияние слоя 5 сводится к смещению в области большегозначения напряжения Uзи в стоко-затворной характеристике (рис 12.2)Рис. 14.2. Влияние слоя 5 на стоко-затворную характеристикутранзистора (1 – без слоя 5, 2 – со слоем 5)Без слоя 5 канал существует при нулевом напряжении на затворе и в цепи стока протекает ток.
Каналиндуцируется положительным зарядом ионов в окисле. Это особенно сильно проявляется при слаболегированнойподложке. Ток прекращается только при отрицательном напряжении на затворе (Uпор<0), что недопустимо. Сослоем 5 из-за повышения концентрации акцепторов у поверхности характеристика сдвигается вправо (кривая 2).Сдвиг ∆Uпор пропорционален дозе ионного легирования, создающего слой 5, этот слой регулирует Uпор.Главная особенность – технология ИМС на МДП транзисторах – это поликремниевый затвор,использующийся в качестве промежуточной маски при формировании n(+)-областей при помощи ионноговнедрения бора (метод самосовмещения).Слой 7 необходим для устранения паразитной связи между соседними транзисторами (см.
инвивалентнуюсхему).Рис. 12.3. Эквивалентная схема интегральной ИМСна МДП транзисторах.Исток и сток паразитного МДП-транзистора Тпар образован областью 2 транзистора Т1 и областью 1транзистора Т2, диэлектриком является слой окисла (6), затвором служит какой-либо из проводников соединений(10).Назначение слоя 7. В отсутствии слоя 7 канал под окислом 6 может индуцироваться зарядом ионовокислов, паразитный транзистор открыт и паразитная связь существуют при любом напряжении на проводнике10.Рис. 12.4. Смещение порогового напряжения паразитноготранзистора (1 – без слоя 7, 2 – со слоем 7)Создание высокой концентрации акцепторов в слое 7 сдвигает характеристику вправо, при этомпаразитный транзистор всегда закрыт, так как его пороговое напряжение больше любого возможного напряженияна проводнике 10, > напряжения питания.В структуре достигается точное соответствие краев затвора 3 с краями областей 1 и 2 –«самосовмещение» затвора.
Разделительные области 6 и затворы 3 создаются раньше истоков стоков и являютсямаской при ионном легировании.Рис. 12.5. Технология самосовмещения (11 – границы областейистока и стока после ионного легирования)Длина затвора равна длине канала. Мало перекрытые между краями затвора и краями стока-истока. Этообеспечивает минимальные емкости «затвор-исток», «затвор-исток» (Сзи, Сзс). Малые емкости структуры (сотыедоли пФ) в сочетании с малой длиной канала (L=1…3 мкм) и низким пороговым напряжением обеспечиваютвысокое быстродействие схем.Одним из важнейших направлений в конструировании ИМС является использование методапропорциональной миниатюризации МДП транзисторов. Метод пропорциональной миниатюризации(масштабирования) МДП транзисторов заключается в таком изменении основных геометрических размеров ихконструкции, а также электрофизических и электрических параметров, при котором сохраняется форма ихстоковых характеристик.
Этот метод удобен тем, что позволяет при уменьшении размеров устройства (схемы)сохранить неизменными взаимное положение всех элементов и внутрисхемных соединений (см рис. 12.6)Из теории пропорциональной миниатюризации следует, что при одновременном уменьшении в M раздлины и ширины канала, глубины залегания переходов, перекрытия затвор-сток (затвор-исток) и напряженияпитания (напряжения на стоке Uс и затворе Uз), а так же при увеличении концентрации примесей в подложке в Мраз, сохраняется форма истоковых характеристик, но уменьшаются в М раз масштабы по току стока Iс инапряжению стока Uc, а так же напряжению затвора Uз. Следующие характеристики меньших транзисторовможно получить уменьшив масштабы по току и напряжению в М раз.Отметим влияние толщины подзатворного диэлектрика на вольт-амперную характеристику.Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
