Cтепаненко - Основы микроэлектроники (989594), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Поэтому и ширина базы, и степень легирования эмиттерного слоя могут быть оптимизированы. Однако необходимость в локальной эпитаксии и два дополнительных процесса диффузии сильно усложняют и удорожают производство. Рнс. 7.23. Транаистор р-л-р-типа полученный по технологии »кремний на сапфире» наряду с л-р-и-транзистором 7.6. Интегральные диоды В качестве диода можно использовать любой из двух р — и-переходов, расположенных в изолирующем кармане: эмиттерный или коллекторный. Можно также использовать их комбинации.
Поэтому по существу интегральный диод представляет собой диодное включение интегрального транзистора. Пять возможных вариантов диодного включения транзистора показаны на рис. 7.24. В табл. 7.3 приведены типичные параметры этих вариантов. Для них приняты следующие обозначения: до черточки стоит обозначение анода, после черточки— катода„'если два слоя соединены, их обозначения пишутся слитно. Из табл.
7.3 видно, что варианты различаются как по статическим, так и по динамическим параметрам. ! ~Сд $ ~Сд )'Со сд д 1 с, с, » ~со и Б-ЭК ) сс ~со и и вэ-к в-к ..( Сс в-э БК-Э Рис. 7.24. Интегральные дводы (диодные включения транзистора) 7.6. нате»валяные диоды Пробивные напряжения Уаэ зависят от используемого перехода: они меньше у тех вариантов, в которых используется эмиттерный переход (см. табл. 7.2).
Обратные токи 1 (без учета токов утечки) — это токи термогенерации в переходах. Они зависят от объема перехода и, следовательно, меньше у тех вариантов, у которых используется только эмиттерный переход, имеющий наименьшую площадь. Емкость диода С„(т.е. емкость между анодом и катодом) зависит от площади используемых переходов; поэтому она максимальна при их параллельном соединении (вариант Б — ЭК).
Паразитная емкость на подложку Се шунтирует на «землю» анод или катод диода (считается, что подложка заземлена). Емкость С, как правило, совпадает с емкостью С„„, с которой мы встретились при рассмотрении и-р — и-транзистора (рис. 7.14, б). Однако у варианта Б-Э емкости С„, и С, оказываются включенными последовательно и результирующая емкость Се минимальна. Таблица 7.3. Типичные параметры интегральных диодов Пара г 1««», нА С,, пФ С»„пФ г„нс Время восстановления обратного тока г, (т.е.
время переключения диода из открытого в закрытое состояние) минимально у варианта БК вЂ” Э; у этого варианта заряд накапливается только в базовом слое (так как коллекторный переход закорочен). У других вариантов заряд накапливается не только в базе, но и в коллекторе, так что для рассасывания заряда требуется большее время. Сравнивая отдельные варианты, приходим к выводу, что в целом оптимальными вариантами являются БК вЂ” Э и Б — Э.
Малые пробивные напряжения этих вариантов не играют существенной роли в низковольтных ИС. Чаще всего используется вариант БК вЂ” Э. Глава 7. Элементы интегральных схем Помимо собственно диодов, в ИС часто используются интег ральные стабилитроньп Они также осуществляются в нескольких вариантах, в зависимости от необходимого напряжения стабилизации и температурного коэффициента. Если необходимы напряжения 5-10 В, то используют обратное включение диода Б-Э в режиме пробоя; при этом температурная чувствительность составляет + (2 — 5) мВ/'С. Если необходимы напряжения 3-5 В, то применяют либо обратное включение диода БЭ вЂ” К, используя эффект смыкания (см.
с. 144), либо обратное включение э — л-перехода, специально образованного в разделительном слое (рис. 7.25, а). В последнем случае и+-слой получают на этапе эмиттерной диффузии. Поскольку приповерхностная часть разделительного слоя сильно легирована, переход имеет структуру р+ — л+ и ему свойствен туннельный — низковольтный пробой.
Температурная чувствительность составляет — (2-3) мВ/'С. б) а) Рис. 7.25. Интегральные стабилнтроны. а — на основе разделительного слоя, б — на основе базового слоя (с црнмепепнем температурной компенсации) Широкое распространение имеют стабилитроны, рассчитанные на напряжения, равные или кратные напряжению на открытом переходе У* = 0,7 В. В таких случаях используют один или несколько последовательно включенных диодов БК вЂ” Э, работающих в прямом направлении.
Температурная чувствительность в этом случае составляет — (1,5-2) мВ/'С. Если в базовом слое осуществить два р-л-перехода (рис. 7.25, б), то при подаче напряжения между и+-слоями один из переходов работает в режиме лавинного пробоя, а второй — в режиме прямого смещения. Такой вариант привлекателен малой температурной чувствительностью (ь 1 мВ/'С и менее), так как температурные чувствительности при лавинном пробое и при прямом смещении имеют разные знаки. т. олевой трвивистор в1' 7.7.
Полевой транзистор Полевые транзисторы (ПТ), рассмотренные в разделе 4.3, хорошо вписываются в общую технологию биполярных ИС и потому часто изготавливаются совместно с биполярными транзисторами на одном кристалле. Типичные структуры ПТ, расположенные в изолированных карманах, показаны на рис. 7.26. и с с з с з и к и и с а) с) Рис. 7.26. Интегральные полевые трвивисторы с л-квиелом (а) и с р-квивлом (б) В структуре, показанной на рис. 7.26, а, р-слой затвора образуется на этапе базовой диффузии, а л+-слои, обеспечивающие омический контакт с областями истока и стока, — на этапе змиттерной диффузии. Заметим, что р-слой затвора окружает сток со всех сторон, так что ток между истоком и стоком может протекать только через управляемый канал.
В л-карманах, предназначенных для ПТ, вместо скрытого л+-слоя осуществляется скрытый Р"-слой. Назначение этого слоя — уменьшить начальную толщину канала а и тем самым напряжение отсечки )см44.29)). Осуществление скрытого Р+-слоя связано с дополнительными технологическими операциями. Для того чтобы скрытый р+-слой проник в зпитаксиаль- Глава т.
Элемеатм алтеграл»лмх схем ный слой достаточно глубоко, в качестве акцепторного диффузанта используют элементы с большим коэффициентом диффузии (бор или галлий). На подложку, а значит, и на р»-слой задают постоянный (максимально отрицательный) потенциал; поэтому они не выполняют управляющих функций. Структура, показанная на рис. 7.26, б, совпадает со структурой обычного и-р-и-транзистора. Роль канала играет участок базового р-слоя, расположенный между и+- и и-слоями.
Если при совместном изготовлении ПТ и биполярного транзистора не использовать дополнительных технологических процессов, то толщина канала будет равна ширине базы и-р-и-транзистора (0„5-1 мкм). При такой малой толщине канала получаютея большой разброс параметров ПТ и малое напряжение пробоя. Поэтому целесообразно пойти на усложнение технологического цикла, осуществляя р-слой ПТ отдельно от базового р-слоя, е тем чтобы толщина канала была не менее 1 — 2 мкм. Для этого проводят предварительную диффузию р-слоя ПТ до базовой диффузии.
Тогда во время базовой диффузии р-слой ПТ дополнительно расширяется, и его глубина оказывается несколько больше глубины базового слоя. Для того чтобы области истока и стока соединялись только через канал, и»-слой делают более широким (в плане), чем р-слой (рис. 7.26, 6). В результате и'-слой контактирует с эпитаксиальным и-слоем и вместе они образуют «верхний» и «нижний» затворы.
В нижней части рис. 7.26, б контакт между «верхним» и «нижним» затворами условно показан штриховой линией. Подложка р-типа присоединяется к максимальному отрицательному потенциалу. 7.8. МДП-транзисторы Вообще говоря, совместное изготовление МДП- и биполярных транзисторов на одном кристалле, в едином технологическом цикле возможно, но является специальным случаем. Как правило, биполярные и МДП-транзисторные ИС разрабатываются и изготавливаются раздельно. Эти два типа ИС предназначены либо для решения разных функциональных задач„либо для решения одной и той же задачи, но с использованием преимуществ соответствующего класса транзисторов. Главную роль в современной микроэлектронике играют МДП-транзисторы, в 7.8.
МЛП-траиаистеры которых диэлектриком является 310з, их называют МОП-транзисторами. Простейший МОП-транзистор. Поскольку интегральные МДП-транзисторы, как отмечалось в разделе 7.2, не нуждаются в изоляции, их структура внешне не отличается от структуры дискретных вариантов. На рис. 7.27 воспроизведена структура МОП-транзистора с индуцированным л-каналом, которая была подробно проанализиро- л' л вана в разделе 4.2. Отметим ь особенности этого транзистора р-81 как элемента ИС. Области перекрытия Из сравнения рис. 7.6, 7.21 и 7.22 очевидна, прежде всего, рис.
т.зт. иитегральиый моп-траитехнологическая простота систер (с перекрытием аатасра) МОП-транзистора по сравнению с биполярными: необходимы всего лишь один процесс диффузии и четыре процесса фотолитографии (под диффузию, под тонкий окисел, под омические контакты и под металлизацию).
Технологическая простота обеспечивает меньший брак и меньшую стоимость. Отсутствие изолирующих карманов способствует лучшему использованию площади кристалла, т.е. повышению степени интеграции элементов. Однако„с другой стороны, отсутствие изоляции делает подложку общим электродом для всех транзисторов. Это обстоятельство может привести к различию параметров у внешне идентичных транзисторов. Действительно, если на подложку задан постоянный потенциал, а истоки транзисторов имеют разные потенциалы (такое различие свойственно многим схемам), то будут разными и напряжения У„„между подложкой и истоками.
Согласно (4.15) это равносильно различию пороговых напряжений МДП-транзисторов. Как известно, главным фактором, лимитирующим быстродействие МДП-транзисторов, обычно являются паразитные емкости (см. с. 114-115). Металлическая разводка, используемая в ИС, гораздо компактнее проволочного монтажа, свойственного узлам и блокам, выполненным на дискретных компонентах. Поэтому паразитные емкости интегрального МОП-транзистора меньше, чем дискретного, а его быстродействие соответственно в несколько раз выше.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
