Cтепаненко - Основы микроэлектроники (989594), страница 29

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 29)

Обозначим коэффициент усиления р — п-р-транзистора ар, а п — р — и-транзистоар ра — а„. Ток центрального перехода тиристора Пз складывается из токов коллектирования р — п — р и п — р-и-транзисторов. Если ток во внешней цепи равен 1, то до центрального перехода доходит ток ар1+ а„1=(а + а„)1. По условию непрерывности тока суммарный ток через центральный переход должен быть равен Рис. б.ве. Двухтр изя- 1 Е и у фф н в п р да сторизя модель тириар+ а„<1„то через переход Пт должен протекать дополнительный ток, совпадающий по направлению с током во внешней цепи и равный (1 — ар- а„)1. Такое протекание тока соответствует обратному смещению перехода Пз и закрытому состоянию тиристора. Если сумма коэффициентов передачи больше единицы (а„+ аз>1), то через центральный переход должен протекать дополнительный ток (а + а„— 1)1, но направление этого тока противоположно направлению тока во внешней цепи, Это соответствует прямому смещению центрального перехода и открытому состоянию тиристора.

При этом на тиристоре падает напряжение„примерно равное напряжению одного обычного р — л-перехода. Это напряжение называется остаточным напряжением У,. Обычно У„, = (0,7 — 1) В. Известно, что коэффициенты усиления биполярных транзисторов увеличива- 155 5,8. Тпрпстор ются при увеличении тока эмиттера.

Поэтому при возрастании тока во внешней цепи тиристора сумма коэффициентов передачи увеличивается от значения а„+ сс л < 1 до значения я + а„> 1и напряжение на тиристоре сначала возрастает, а затем уменьшается. Ток выключения 1 „, соответствует условию а о а„=1.

Если в область базы я — р — л-транзистора втекает внешний управляющий ток, то условие равенства суммы коэффициентов передачи единице (условие ар+ ал = 1) выполняется при меньших токах во внешней цепи (рис. 5.25, а). Это приводит к уменьшению тока выключения и напряжения включения.

Вольтамперные характеристики тиристора для нескольких значений тока управления показаны на рис. 5.25, б. При некотором значении тока управления, называемым током управления спрямления ( 1 ус р ) р у а с ' о к о три ц а те л ь н о го с о и р о т и в л е н и я и с ч е з а е т и тир и стор при любом токе находится в открытом состоянии. б) а! Рпс.

5.25. Упрввлеппе тпрпстором по р-бззе (а) и ВАХ Лля разных токов управления (б) Рассмотрим включение тиристора в цепь с источником напряжения .Е и нагрузкой В„(рис. 5.26, а). Предположим, что линия нагрузки пересекает ВАХ тиристора в трех точках (рис. 5.26, б). В закрытом состоянии на тиристоре падает напряжение питания Е, так как ток через тиристор очень мал. Очевидно, что в закрытом состоянии должно выполняться условие Е < У,„.

В открытом состоянии ток через тиристор в основном определяется величиной сопротивления нагрузки Š— (У уо отл и и так как обычно У, «Е. 166 Глава 5. Физические принципы работы транзистора и тиристора лвввл Пввл б) а) Рис. 5.26.

Включение тиристора во внешнюю цепь (о), ВАХ тиристора и линия нагрузки (б) Переход из закрытого состояния в открытое может произойти при подаче в цепь управления импульса управляющего тока. После прекращения возбуждения по цепи управления тиристор остается в состоянии «открыто». Именно эффект открывания тиристора является причиной, почему этот прибор рассматривается в курсе «Основы микроэлектроники».

Как самостоятельный прибор тиристор используется в микроэлектронных структурах относительно редко (он применяется в качестве ключа в мощных специализированных микросхемах малой степени интеграции). Однако структура р-и — р-л очень часто формируется как паразитная структура, при изготовлении МОП- и биполярных микросхем. На рис.

5.27 показано поперечное сечение обычного КМОП-инвертора. Сток р-канального транзистора обычно подключается к источнику питания, а исток л-канального транзистора — к земле. Нетрудно видеть, что между питанием и землей имеется паразитная четырехслойная р+-л — р — л+-структура, которая должна находиться в закрытом состоянии. Если этот паразитный тиристор откроется, например, при воздействии помехи, то через структуру потечет очень большой ток, так как сопротивление нагрузки в этом случае близко к нулю.

Это может привести к выгоранию структуры, т.е. выходу из строя микросхемы, так как после открывания паразитный тиристор остается в этом состоянии бесконечно долго, Описанный эффект носит название эффекта «защелки» и для его устранения используется комплекс конструктивно-технологических и схемотехнических мер. Конструктивно-технологические решения направлены на уменьшение коэффициентов усиления (снижение времени жизни, 167 КоФйеолъные вопросы Вход вх ход он Рис.

5.27. Поперечное сечение КМОП-инвертора выбор соответствующей топологии), с тем чтобы их сумма а + а„не превышала единицы при любых токах. В этом случае паразитный тиристор не может устойчиво находиться в открытом состоянии, Схемотехнические меры сводятся к подавлению влияния электрических помех. Контрольные вопросы 1. Чем отличаются бездрейфовые и дрейфовые биполярные транзисторы? 2. Нарисуйте зонную диаграмму л-р — и-транзистора в равно- весном состоянии. 3. Какое смещение имеют эмиттерный и коллекторный пере- ходы прн нормальном включении? 4. Назовите основные схемы включения биполярных транзи- сторов. б, Что такое режим двойной инжекции? 6.

Как распределены избыточные носители в базе бездрейфово- го транзистора при нормальном включении? Т. Как влияет коэффициент неоднородности базы на распреде- ление электронов в л-р — и дрейфовом транзисторе? 8 Нарисуйте распределение избыточных носителей в базе и коллекторе и-р — и бездрейфового транзистора при инверсном включении.

ьвв Глава 5. Физкооскко прикпкпы работы траизкстора к ткркстора 9. Через какой параметр связаны ток базы и избыточный заряд в базе? 10. Дайте определение коэффициенту переноса и коэффициенту инжекции. 11. Как связаны коэффициенты усиления эмиттерного и базового тока? 12. Как связан коэффициент переноса с шириной базы? 13. Как влияет уровень легирования эмиттера на величину коэффициента инжекции? 14. Объясните зависимость коэффициента усиления от тока эмиттера. 16. Объясните зависимость коэффициента усиления от коллекторного напряжения. 16.

Как изменяется коэффициент усиления с увеличением температуры? 17. В чем заключается эффект Эрли? 18. Что такое напряжение смыкания? 19. Сравните наклон выходных характеристик транзистора при включении ОЭ и ОБ. 20. Как смещаются входные характеристики транзистора в схеме ОБ при увеличении напряжения на коллекторе? 21. Как смещаются входные характеристики транзистора в схеме ОЭ при увеличении напряжения на коллекторе? 22. Напишите выражение для дифференциального сопротивления эмиттерного перехода. 23. Каков порядок величины сопротивления базы? 24.

Какая постоянная времени определяет инерционность транзистора в схеме ОБ? 25. Какая постоянная времени определяет инерционность транзистора в схеме ОЭ? 26. Почему ВАХ тиристора имеет участок отрицательного сопротивления? 27. Что такое эффект о защелки о в КМОП-инверторе? Технологические основы микроэлектроники 6.1. Введение 6.2. Подготовительные операции Монокристаллические слитки кремния, как и других полупроводников, получают обычно путем кристаллизации из расплава — методолг Чохральского. При этом методе стержень с затравкой (в виде монокристалла кремния) после соприкосновения с расплавом медленно поднимают с одновременным вращением (рис.

0.1). При этом вслед за затравкой вытягивается нарастающий и застывающий слиток. Кристаллографическая ориентация слитка (его поперечного сечения) определяется кристаллографической ориентацией затравки. Чаще других используются слитки с поперечным сечением, лежащим в плоскости (111) или (100) (см. раздел 2.2).

Рис. 6Л. Схема выращиваиия моиокристалла методом Чохральского: 1 — тигель; г — расплав полупроводиика; 3 — выращиваемый моиокристалл; 4 — затравка;  — катушка высокочастотного нагрева Технология полупроводниковых ИС развилась на основе планарной технологии транзисторов, а последняя, в свою очередь, впитала в себя весь предшествующий опыт производства полупроводниковых приборов. Поэтому чтобы разбираться в технологических циклах изготовления ИС, необходимо ознакомиться с типовыми технологическими процессами, из которых эти циклы складываются.

Технология ГИС также зародилась не на пустом месте, а обобщила и развила те методы нанесения пленок, которые ранее использовались в радиотехнической промышленности, машиностроении и оптике. 170 Глава 6. Техиологические основы микроэлектроники Типовой диаметр слитков составляет в настоящее время 150 мм, а максимальный может достигать 300 мм и более. Длина слитков может достигать 3 м и более, но обычно она в несколько раз меньше.

Слитки кремния разрезают на множество тонких пластин (толщиной 0,4-0,5 мм), на которых затем изготавливают интегральные схемы или другие приборы. Во время резки слиток прочно закрепляют, причем очень важно обеспечить перпендикулярное расположение слитка относительно режущих полотен нлн дисков с тем, чтобы пластины имели необходимую кристаллографическую ориентацию. Поверхность пластин после резки весьма неровная: размеры царапин, выступов и ямок намного превышают размеры будущих элементов ИС, Поэтому перед началом основных технологических операций пластины многократно шлифуют„а затем полируют. Цель шлифовки, помимо удаления механических дефектов, состоит в том, чтобы обеспечить необходимую толщину пластины (150 — 250 мкм), недостижимую при резке, и параллельность плоскостей.

Характеристики

Список файлов книги