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]

Б о-

Рис. 2-13. Составной транзистор, состоящий из п-р-п транзистора с тонкой базой и бокового р-п-р транзистора.

образом, результирующая транзисторная структура имеет эффективное Ро, характерное для супер-р п-р-р структуры, и напряжение пробоя соответствующей р-п-р структуры.

Транзисторы с тонкой базой могут изготовляться одновременно с обычными п-р-п биполярными транзисторами путем добавления этапа маскирования и этапа диффузии. После этапа базовой диффузии для обычных п-р-п транзисторов применяют специальную маску, которая открывает диффузионное окно для эмиттеров супер-р приборов. Затем производят п+-диффу-зию, чтобы сформировать эмиттер-ные области транзисторов с тонкой базой. Обычно эмиттерные области такого прибора только частично диффундируют во время этого дополнительного цикла. Затем следует маскирование и п+-диффузион-ные этапы, так же как и для обычных п-р-п эмиттеров. Благодаря дополнительному диффузионному этапу эмиттериая область транзистора с тонкой базой диффундирует немного глубже, чем при изготовлении обычного п-р-п транзистора. В результате этого ширина базы значительно уменьшается.

2-2. ТРАНЗИСТОРЫ ТИПА р-п-р

Некоторые функции аналоговых схем могут потребовать использования «дополняющих» биполярных транзисторов. В таких случаях необходимо изготовлять функциональ-

ные р-п-р транзисторы на той же подложке, что и п-р-п приборы. Для этой цели разработано большое количество монолитных р-п-р транзисторных структур, которые полностью или частично совместимы со стандартной п-р-п биполярной технологией. Некоторые из «их будут рассмотрены в этом параграфе.

Боковые р-п-р транзисторы

Простейшая р-п-р транзисторная

структура, которая может быть изготовлена одновременно с п-р-п биполярной структурой, - боковой транзистор р-п-р, который не требует дополнительного маскирования или диффузии. На рис. 2-14 показаны вид сверху и структурная диаграмма бокового р-п-р транзистора. Базовая область прибора формируется при помощи эпитаксиального слоя п-типа, который служит коллектором п-р-п транзистора. Диффузия базы р-типа п-р-п транзистора используется, чтобы сформировать эмиттерную и коллекторную области бокового р-п-р транзистора; диффузия п+-эмиттерной области используется для создания области п+-контакта р-п-р базы. В таких структурах электрические

Коллектор

База

3 мат/пер

У/У Л

Мзоляцил

Коллектор Эмиттер База


Рис. 2-14. Вид сверху и структурная диаграмма бокового транзистора.



процессы в транзисторе протекают в горизонтальном направлении, т. е. параллельно поверхности прибора. Неосновные носители, инжектированные в базу, диффундируют в горизонтальном направлении к коллекторной области. Переход носителя через базовую область .наиболее эффективен около поверхности прибора, где расстояние между коллектором и э.миттером минимально. Это минимальное расстояние является не чем иным, как эффективной шириной базы Wf, для данного прибора. Исходя из допусков маскирования и требований к напряжению пробоя W6 ограничивается величиной от 6 до 12 мкм. Эта величина эффективной ширины базы много больше той, которая требуется для «вертикального» п-р-п транзистора (16 - 0,8 мкм, см. рис. 2-3). Таким образом, усиление по току и частотная характеристика бокового р-п-р транзистора значительно хуже соответствующих показателей п-р-п прибора. При изготовлении бокового р~п-р транзистора захороненный П+-СЛОЙ располагается в нижней части прибора вдоль границы раздела эпитаксиального слоя и подложки. Это тот самый п+-слой, применяющийся и в п-р-п приборах. Для бокового р-п-р транзистора п+-слой применяется, чтобы избежать действия паразитных эффектов между эмиттерами бокового р-п-р транзистора и подложкой р-типа и обеспечить путь с низким удельным сопротивлением для базового тока р-п-р транзистора. Коэффициенты прямого усиления по току -ао и Ро ограничены относительно небольшой величиной коэффициента инжекции эмиттера, шириной базы и эффектами поверхностной рекомбинации. Коэффициент инжекции эмиттера боковых р-п-р транзисторов уменьшается благодаря действию двух факторов: низкой концентрации примесей в эмиттерной области р-типа и небольшой эффективной площади эмиттера. Последний эффект возникает благодаря тому

обстоятельству, что только боковая сторона эмиттера, обращенная к коллектору, является активной. Дырки, инжектированные с остальной части эмиттера, имеют гораздо меньшую вероятность достигнуть коллектора. Так же как большинство электрических процессов, протекающих вблизи или вдоль поверхности прибора, усиление по току бокового р-п-р транзистора весьма чувствительно к эффектам поверхностной рекомбинации.

В реальных производственных условиях обычные значения ао для боковых р-п-р транзисторов лежат в пределах 0,6-0,95, что соответствует величинам Ро от 1,5 до 20.

Частотная характеристика бокового р-п-р транзистора определяется главным образом временем переноса зарядов в базе.

Предельную частоту единичного усиления по току можно аппроксимировать как [6]

/.=/==.2,43, (2-25)

где Dp - коэффициент диффузии дырок в области базы.

Для обычных боковых р-п-р структур величины и порядка 2-5 МГц. Усиление по току боковой р-п-р структуры и частотная зависимость могут быть значительно улучшены созданием градиента напряжения или дрейфового поля в базовой области. Это можно достигнуть, используя дрейфовую-р-п-р структуру, показанную на рис. 2-15. Ток смещения усиливается посредством двух сдвигающих электродов в противоположных концах базы, создающих электрическое поле в базовой области. Этот ток оказывает двоякое действие на электрические характеристики прибора: он создает смещение на эмиттере таким образом, чтобы последний инжектировал только боковой поверхностью, обращенной к коллектору, и возбуждает вспомогательное поле внутри базовой области, уменьшающее время переноса



Эмиттер

Вазовый

контакт Коллектор

Дрейфодый анод

ДреигроВый катод

Эмиттер Коллектор i \ /

Подложка

Рис. 2-15. Дрейфовый боковой р-п-р транзистор.

инжектированных дырок. При такой структуре можно достичь значений /т горизонтального транзистора, превосходящих 50 МГц.

Нижняя величина Ро горизонтального р-п-р транзистора может быть увеличена путем сочетания его с интегральным п-р-п транзистором, как показано на рис. 2-16,й. Полярность и электрические характеристики такой схемы эквиваленты р-п-р транзистору с более высоким усилением по току (рис. 2-16,6). Усиление по току Рт такой схемы связано с Рр и Рп соответственно для р-п-р и п-р-п транзисторов:

рг = РрР«. (2-26)

р-п-р

п-р-п

Рп Кб

Б о-

6)"

Рис. 2-16. Составной р-п-р-п-р-п транзистор.

Однако частотные характеристики такого прибора определяются боковым р-п-р транзистором.

Транзистор р-п-р, в котором подложка используется в качестве коллекторной области

Прибор, аналогичный по своему действию р-п-р транзистору, можно получить, используя базовую область п-р-п транзистора в качестве эмиттера, эпитаксиальный слой п-типа в качестве базы, а подложку р-типа в качестве коллектора. Этот прибор имеет структуру, показанную на рис. 2-17, и может быть изготовлен одновременно с п-р-п биполярным транзистором без дополнительных этапов маскирования или диффузии. Однако, поскольку толщина эпитаксиального слоя теперь прямо пропорциональна ширине базы {р-п-р), необходим более жесткий контроль толщины эпитаксиального слоя (обычно ±1 мкм).

Коллекторная область формируется на подложке р-типа общей с остальной схемой и всегда заземленной по переменному току. Следовательно, транзистор р-п-р типа функционирует только в схеме с заземленным коллектором и не может использоваться для смещения уровня или усиления напряжения. Однако он обеспечивает усиление по току и используется как выходной прибор с низким импедансом в выходных каскадах, функционирующих в режиме В.

Усиление по току и частотные свойства такого р-п-р транзистора

База Эмиттер

р п

р-подлажка (коллектор)

Рис. 2-17. Структурная диаграмма р-п-р транзистора с подложкой в качестве коллектора.



[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]

0.0014