Главная  Интегральный монолит 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [ 10 ] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

Эмиттер

База


Коллектор

г777р7777777777777777777Г77 а,)

Коллектор Этттер База

/77777777777777777777777777777777777

Рис. 2-1. Устройство дискретного (а) и интегрального (б) п-р-п биполярного транзистора.

(схематически изображены на рис. 2-2). На рисунке собственно транзистор между контактами Э, Б и К электрически эквивалентен дискретному планарному прибору рис. 2-1,а. Действительные значения величин Гк и Сгш зависят от геометрии и расположения прибора. Суб-эпитаксиальный п+-слой в инте гр альной структуре служит для двух целей: он обеспечивает низко-омный путь от активной коллекторной зоны к коллекторному контакту и уменьшает возможность р-п-р действия между базой р-типа и подложкой при прямом смещении.

На рис. 2-3 показано типичное распределение примесей для интегрального транзистора. Концентрация примеси изображена в логарифмическом масштабе в зависимости от расстояния (в микрометрах) внутрь прибора. Цифры, приведенные к каждой кривой, соответствуют последовательным этапам процесса. Распределение / образуется вследствие расплывания субэпитак-сиального /г+-слоя при последующих этапах эпитаксиального наращивания и диффузии. Для типичных структур с диодной изоляцией

Рис. 2-2. Эквивалентная схема паразитных элементов изолированного транзистора.

при толщине слоя 10-12 мкм глубина этого расплывания, отсчитанная от номинальной границы раздела между эпитаксиальным слоем и подложкой, составляет 3-4 мкм. Типичные значения поверхностного сопротивления такого субэпитак-сиального слоя - от 12 . до 18 Ом/квадрат. Для уменьшения избыточного расплывания этого профиля в качестве легирующих элементов используются медленно диффундирующие примеси, такие, как мышьяк или сурьма.

Распределение 2, соответствующее эпитаксиальному слою, образует однородное основание, в котором может быть произведена последую-

а то нов/cm


Эмиттер

5 6 7 S 3 Расстояние, мкм Коллектор

Рис. 2-3. Типичное распределение примесей для транзистора, используемого в аналоговых интегральных схемах.

/ - захороненный слой л -типа; 2 - эпвтаксиаль» ный слой я-типа: 3 -базовая диффузия р-типа: аивттервая диффузия п".тийа.



щая базовая или эмиттериая диффузия. Для аналоговых схем удельное сопротивление эпитаксиального слоя п-типа выбирается в диапазоне от 0,5 до 5 Ом-см (от NoW до iVo~10i5 атомов/смЗ). Выбор значения удельного сопротивления эпитаксиального слоя в этом диапазоне обычно диктуется соображениями, связанными с возможностью пробоя между базой и коллектором. Третья кривая изображает профиль примесей при базовой диффузии р-типа. Этот этап обычно может быть представлен приблизительно гауссовым распределением с типичными значениями поверхностного сопротивления

в диапазоне 120-200 Ом/квадрат. Как будет описано в последующих параграфах, диффузионный резистор и боковые р-п-р транзисторы также могут быть получены при таком диффузионном цикле. Четвертый профиль представляет эмит-терную диффузию. На этом этапе в качестве легирующего элемента обычно используют фосфор. Распределение примесей может быть хорощо описано дополнительной функцией ошибок с концентрацией

Коллектор База

Эмиттер

Изоляция

Ю МКМ-

Коллектор Эмиттер База

Подложка

Рис. 2-4, Вид сверху (а) и поперечное сечение (б) маломощного. в-р-п транзистора.

на поверхности, приблизительно соответствующей уровню макси.маль-ной растворимости в твердом состоянии. Переходы база - эмиттер и база - коллектор образуются при пересечении соответствующих профилей, так как именно в этих точках концентрация диффундирующих примесей равна уже имеющейся концентрации примесей противоположного знака. На рис. 2-3 положение этих переходов обозначено точками Б V. К. Ширина базы W составляет обычно от 0,6 до 0,8 мкм с допустимыми отклонениями ±0,1 мкм.

На рис. 2-4,с показан вид сверху типичного интегрального маломощного п-р-п транзистора. Чтобы дать представление о горизонтальных размерах и допуска.х, прибор изображен в 500-кратном увеличении. Поперечное сечение того же самого прибора, нормальное к поверхности вафли, приведено на рис. 2-4,6. Отметим, что вертикальные размеры в этом последнем случае даны не в масштабе.

Минимальная величина горизонтальных размеров прибора определяется двумя основными факторами: точностью изготовления и совмещения масок и эффектом боковой диффузии. Обычно вокруг контактного окна в окиси оставляют зазор около 5 мкм, принимая во внимание возможные неточности при совмещении масок и последующем травлении.

Рабочая область транзистора начинается непосредственно под эмиттерной зоной, как показано на рис. 2-4,6. Поэтому для обеспечения необходимого коллекторного тока при минимальном последовательном падении напряжения коллекторный контакт располагают как можно ближе к эмиттерному. Расстояние между базовой областью и коллекторным контактом должно быть значительно больше, чем размеры боковой диффузии р-базы и п+-коллектора (см. рис. 1-7). Если не выполнить эту предосторожность.



то коллекторная и базовая области могут сомкнуться, что приведет к резкому снижению пробивного напряжения. При типичных значениях глубины переходов, указанных на рис. 2-3, это расстояние должно быть порядка 15 мкм. Субэпитак-сиальный П+-СЛОЙ располагается прямо под базовой областью и простирается до площади непосредственно под коллекторным контактом. Расстояние между изолирующей стенкой р-типа и внутренними элементами транзистора определяется также эффектами боковой диффузии. Поскольку изолирующая диффузия производится на большую глубину соответствующие боковые размеры также значительно больше, чем в случае базовой диффузии. Поэтому между изолирующей стенкой и внутренними элементами транзистора оставляют зазор приблизительно 2Xs, где Хв - толщина эпитаксиального слоя.

Электрические характеристики

В активном режиме биполярный транзистор функционирует как неидеальный управляемый усилитель тока. Инжектирование определенного базового тока /б вызывает гораздо больший коллекторный ток /к. На рис. 2-5 приведена упрощенная эквивалентная схема п-р-п биполярного транзистора, описывающая его прямые вольт-амперные характеристики. В активном режиме транзистора переход база- эмиттер открыт, а на переход база - коллектор тюдано обратное смещение. Поэтому диод Доэ на рис. 2-5 представляет переход база- эмиттер в условиях прямого смещения. Ток Is через этот диод как функция напряжения f/бэ на нем может быть представлен хорошо известным уравнением

/.=./з„(/--1)=././«Л

(2-1)

где /эо - обратный ток насыщения в диоде база - эмиттер; q - заряд

Рис. 2-5. Упрощенная эквивалентная схема транзистора для постоянного тока.

электрона; k - постоянная Больц-мана; Т - температура, К.

При обратном смещении и заданном токе Is базовое напряжение запишется как

/бэ = 1п(/э эо). (2-2)

Коэффициент Зо в упрощенной эквивалентной схеме на рис. 2-5 представляет собой коэффициент усиления по постоянному току в схеме с общим эмиттером и может быть записан следующим образом:

где «о - коэффициент усиления в схеме с общей базой, определяемый согласно

/к /к

/к + /б •

(2-4)

В терминах физических механизмов проводимости в транзисторе оо может быть представлен в виде произведения физических параметров прибора:

ао=урШ, (2-5)

где у - коэффициент инжекции эмиттера; р* - коэффициент переноса базы; М - коэффициент ударной ионизации.

Коэффициент инжекции эмиттера определяется как отношение электронного тока (для случая п-р-п), инжектируемого в базу с эмиттера, к полному току электронов и дырок в переходе база -



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [ 10 ] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

0.0008