1629382485-048081f33d7067cb67d6bd3d4cee7eee (846428), страница 67
Текст из файла (страница 67)
д.Большинство транзисторов изготовляется из кремния и германия; используется также для изготовления транзисторов арсенид галлия.Промышленностью выпускаются транзисторы р-п-р и п-р-птипа.Наиболее часто в литературе и справочниках транзисторыклассифицируются по значениям рассеиваемой мощности коллектора, и предельной частоте. .По мощности транзисторы принято подразделять на тригруппы. К транзисторам малой мощности относятся приборыс рассеиваемой мощностью в коллекторе Р к ^ 0 ,3 Вт. Для транзисторов средней мощности 0,3 < Р к ^ 5 Вт, а для транзисторовбольнюй мощности Р к > 5 Вт.
Транзисторы двух последнихгрупп отличаются от маломощных транзисторов конструктивнымиособенностями, обеспечивающими прохождение больших токови рассеяние значительной выделяемой тепловой мощности.В каждой из трех групп транзисторы могут подразделятьсяпо частотному диапазону или методам технологического процессаих изготовления.По диапазону рабочих частот транзисторы подразделяютна четыре группы: транзисторы низкой частоты с предельнойчастотой / Л21б ^ 3 МГц; транзисторы средней частоты (3 МГц <<С/л21б <С 30 МГц), высокочастотные транзисторы (30 МГц << / л 21б ^ 120 МГц) и транзисторы диапазона СВЧ (/Макс>120 МГц).Рассмотрим особенности транзисторов различных групп иосновные методы, позволяющие получитьтребуемые параметры.Низкочастотные транзисторы малой мощности. Маломощныетранзисторы изготовляются, как правило, методом вплавлениянавесок (дозированных шариков) легирующего вещества в пластину полупроводника (германия или кремния), служащую базой.Такие транзисторы называют сплавными.В качестве вплавляемых навесок для образования эмиттерногои коллекторного переходов используют для германиевых транзисторов индий с добавлением галлия (для р-п-р структур) исплав сурьмы с цинком (для структур типа п-р-п).
При изготовлении кремниевых р-п-р транзисторов материалом при вплавлении служит алюминий, а для п-р-п транзисторов — сплав фосфорас цинком.В результате вплавления — нагревания пластины с укрепленными навесками в атмосфере водорода при Т « 500 ч- 600 °С —образуется структура, показанная на рис. 12-24, а. Затем полученная структура с помощью кристаллодержателя укрепляетсяРис. 12-24.
У стройство низкочастотного сплавного транзистора.о — кристалл полупроводника свплавленными навесками; б — транзистор в к орп усе; 1 — пластинаполупроводника;2 — кристаллодержатель; 3 — эмиттер; 4 — коллектор; 5 — нож ка транзистора;6* — корпус; 7 — изолятор; 8 — выводы.на траверсах — выводах, впрессованных в ножку — дно прибора,и герметизируется в металлическом корпусе (рис. 12-24,6 ). Недостаток метода вплавления заключается в трудности контроля толщины самой базы.Низкочастотные транзисторы обладают значительными емкостями переходов (Ск. бар ~ 10 -т- 200 пФ) и относительно большимитоками / кб О) достигающими в некоторых типах транзисторов10—15 мкА.Высокочастотные транзисторы малой мощности.
Как следуетиз анализа работы транзистора с высокочастотными сигналами(§ 12-7), предельная частота зависит от ряда физических параметров прибора. Для увеличения этой частоты и, следовательно,расширения частотного диапазона в сторону высоких частотнеобходимо уменьшать емкости переходов, а значит и площадипереходов, снижать объемные сопротивления областей эмиттера,базы и коллектора, уменьшать толщину базы или приниматьдругие меры для ускорения движения носителей в базе.Сплавная технология не позволяет значительно уменьшитьпротяженность базы, так как в процессе сплавления глубинузалегания эмиттерного и коллекторного переходов не удаетсяконтролировать с необходимой точностью.
Не удается также приэтой технологии существенно уменьшить площади эмиттерногои коллекторного переходов.В производстве высокочастотных транзисторов используютсядругие технологические приемы, среди которых наибольшее применение находят сплавно-диффузиднная и планарная технология.При сплавно-диффузионной технологии сочетаются методысплавления и диффузии примесных атомов из навести в исходнуюпластину, которая служит коллектором.В качестве навески при изготовлении, например, германиевого сплавного диффузионноготранзистора используется каплягермания, содержащая как донорные (сурьма), так и акцепторные (индий) примеси.
Присплавлении навески с исходнойпластиной р -германия в эту пластину диффундируют атомы тойи другой примеси, но длинадиффузии и растворимость длясурьмы и индия различны. В результате атомы сурьмы за времявплавления проникают на большую глубину, образуя п-областьбазы, концентрация примесейв которой уменьшается по мереудаления от поверхности.Атомы индия проникают зато же время на меныную глуР и с . 12-25. Концентрация примесейбину, но так как растворимостьв дрейфовом транзисторе (а и б) и индия в германии значительное г о энергетическая диаграмма (в).вы ш е) т0 концентрация акцепторных примесей вблизи поверхности вплавления навески оказывается значительно вышеконцентрации в этой области донорных примесей.
Иначе говоря,вблизи поверхности вплавления формируется высоколегирован¿1ая р-область эмиттера.Кривые изменения концентрации акцепторных и донорныхпримесей в таком транзисторе показаны на рис. 12-25, я; на рис.12-25, б показана кривая разности концентраций N ¡1 — Nn, а нарис. 12-25, в — энергетическая диаграмма транзистора.Один из важных результатов использования такой технологиизаключается в том, что база транзистора оказывается неравномерно легированной: концентрация донорных примесей, достаточно высокая у эмиттерного перехода, постепенно снижаетсяпо направлению к коллектору.
В базе с таким распределениемпримесей концентрация основных носителей — электронов — получается неравномерной: у эмиттерного перехода она значительновыше. В результате возникающего градиента концентрацийэлектроны в базе диффундируют к коллекторному переходу,обнажая вблизи эмиттерного перехода положительные зарядыионизированных атомов — доноров. В базе создается полевектор напряженности которого направлен от эмиттера к коллектору (рис.
12-25, 6). Под действием этого поля движениенеосновных носителей заряда — дырок, инжектированных изэмиттера в базу, носит не только диффузионный, как в обычномсплавном транзисторе с равномерно легированной базой, нои дрейфовый характер.Такие транзисторы называют дрейфовыми. Термин дрейфовыйне следует противопоставлять термину диффузионный, которыйхарактеризует технологический метод изготовления транзисторовпутем диффузии примесей в. исходную пластину. Транзисторыс равномерно легированной базой, в которых движение неосновных носителей в базе носит диффузионный характер, называютбездрейфовыми.Для изготовления дрейфовых транзисторов используется такжепланарная технология. Устройство планарного транзистора показано на рис.
12-1, 6. В планарной технологии, широко применяемой при производстве интегральных схем, области базы и эмиттера в исходной пластине создают методом локальной диффузии.Исходная пластина га-кремния предварительно окисляется; на ееповерхности формируется тонкая пленка двуокиси кремнияЗЮ2, обладающая свойствами диэлектрика и стойкая к воздействиям окружающей среды и многих химических веществ.Специальными технологическими методами (фотолитография)пленку ЗЮ2 удаляют с небольшого участка поверхности там,где должна быть сформирована область базы (р — 81). Эти технологические методы позволяют удалять пленку с очень малыхучастков (порядка десятых долей квадратных микрометров) присоблюдении высокой точности.
Затем через освобожденный участок (окно) в специальных печах производят диффузию акцепторнойпримеси, в результате чего формируется базовая область. Процесс окисления затем повторяют, вскрывают меньшее по площадиокно, через которое ведут диффузию донорной примеси для формирования эмиттерной области.В результате получается закон изменения примесей, подобныйпоказанному на рис. 12-25, б.Описанные выше технологические методы позволяют получитьне только неравномерную концентрацию примесей в базе. При этомулучшается и ряд других параметров транзистора, важных дляувеличения высокочастотного предела его рабочих частот.При использовании этих технологических методов удаетсяза счет точного контроля процесса диффузии получить базу,протяженность которой (доли микрометра) меньше, чем в сплавных транзисторах, в 10— 15 раз.
В результате существенно уменьшаются время tD диффузии неосновных носителей в базе (9-121),время ¿нр, а следовательно, граничная и предельная частоты(12-125), (12-126) и (12-127).Вследствие уменьшения времени ¿нр коэффициент передачитока h21a может достигать нескольких сотен.Улучшению высокочастотных параметров дрейфового транзистора, естественно, способствует и наличие поля в базе. Времядрейфа неосновных носителей в базе ¿др обычно в 2 —3 раза меньшевремени диффузии toВ дрейфовых транзисторах из-за высокой концентрации примесей в эмиттере и в базе у эмиттерного перехода этот переходполучается очень узким, что, естественно,должно привести к увеличению барьерной емкости Сэ. б а р - Однако описанные технологические методы позволяют существенно уменьшитьплощади переходов, особенно эмиттерного перехода, и емкость Сэ б ар и результате получаетсянебольшой.Существенно уменьшается (примерно в 10 разпо сравнению со сплавными транзисторами)и емкость Ск бар.
так как коллекторный переход из-за низкой концентрации примесейР и с.12-26.Устройство вы сокочастотного сплавногодиффузионного транзистора.1 — к ол л ек тор; 2 — база; 3 — эмиттер; 4 — кристаллодержатель; 5 — к ор п ус; 6 — изолятор; 7 — вывод эмиттера; 8 — вывод базы; 9 — вывод коллектора.в коллекторе и приколлекторной области базы получаетсявесьма широким.Описанные выше отличия дрейфовых транзисторов позволяют использовать их на частотах вплоть до нескольких гигагерц.Поскольку эмиттерный переход достаточно узкий, допустимыеобратные напряжения на нем невелики: 1—2 В. При большихнапряжениях £/эб развивается туннельный пробой, которыйпри малых токах не вызывает необратимого разрушения перехода.Коллекторный переход весьма широкий и обладает сранительнобольшим дифференциальным сопротивлением. Это обстоятельствопозволяет повысить пределы допустимой мощности рассеяниядо 100—150 МВт.Конструкция корпусов высокочастотных маломощных транзисторов мало отличается от конструкции транзисторов низкойчастоты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
