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]

ограничиваются также относительно большой шириной базы (от 6 до 10 мкм) и относительно малым коэффициентом инжекции эмиттера. Обычные значения Ро для такого прибора находятся в пределах 5-30. Так как вся нижняя поверхность эмиттера электрически активна, рассматриваемый транзистор допускает более высокие значения тока, чем боковой р-п-р прибор сравнимых размеров. Аналогично боковому р-п-р частотная зависимость такого транзистора определяется в основном временем переноса носителей в базе. Величина [т прибора, обратно пропорциональная времени переноса носителей в базе, может быть выражена как

b===W- (22)

Для обычных величин параметров (т. е. Z)p = 20 см/с и Тб« - 6-8 мкм) значения [т для такого р-п-р транзистора лежат в диапазоне 10-30 МГц.

Высококачественные р-п-р транзисторы

При конструировании аналоговых схем высокого качества, особенно для работы в условиях радиации, рабочие характеристики бокового р-п-р или р-п-р транзистора с подложкой в качестве коллектора не удовлетворительны. Для таких применений разработан целый ряд высококачественных р-п-р структур. Однако каждая из них требует дополнительных технологических процессов, помимо тех, которые необходимы при производстве обычных п-р-п транзисторов. Следовательно, их производство ограничивается особыми конструктивными применениями, когда дополнительная стоимость или сложность изготовления могут быть оправданы.

Использование метода диэлектрической изоляции дает дополнительную степень свободы в изготовлении высококачественных «дополнительных» приборов. Применяя

методы диэлектрической изоляции и структуру рис. 2-18, можно изготавливать высококачественные р-п-р транзисторы одновременно с биполярными п-р-п транзисторами. Этапы изготовления такой структуры сохраняют последовательность, показанную на рис. 1-15, за исключением того, что перед осаждением п+-слоя производится селективная р-диффузия с обратной стороны. Это сравнительно некритичный этап диффузии на большую глубину (?»20 мкм), создающий коллекторную область р-типа для р-п-р транзистора. Затем следует селективное п+-предварительное осаждение для п-р-п коллекторов. После этапов травления, наращивания поликристаллического кремния и полировки заканчивается образование областей р- и п-типа, диэлектрически изолированных на поверхности кремния. Области р-типа не имеют захороненного слоя, аналогичного П+-СЛОЮ у коллектора п-р-п транзистора. Однако благодаря тому, что диффузия, формирующая области р-типа, производится с обратной стороны, р-п-р коллекторная область имеет обратный градиент концентрации примесей, будучи более легированной у «дна». Благодаря обратному градиенту примесей невелико последовательное коллекторное сопротивление для р-п-р транзистора и отпадает иеоб-ходимость в отдельном захороненном р+-слое. После сформирования изолированных с помощью диэлектрика р- и п-областей изготовление


кремний

Рис. 2-18. Диэлектрически изолированные «дополняющие» биполярные транзисторы.



структуры рис. 2-18 завершается следующей последовательностью этапов диффузии: i) р-п-р базы; 2) п-р-п базы; 3) р-п-р эмиттера; 4) п-р-п эмиттера.

В этом процессе р-п-р этапы диффузии перемежаются с обычными п-р-п диффузионными циклами без изменения примесного п-р-п профиля. Следовательно, электрические характеристики результирующего п-р-п прибора остаются без изменений. Однако р-п-р приборы по сравнению с боковыми транзисторами или р-п-р транзисторами, в которых подложка используется в качестве коллектора, имеют значительно улучшенные характеристики:

Ро==50-100 (при /к=1 мА);

гУкэобО В; /эбо~9 В; f/„6o~80 В;

fT=«150 МГц.

Типичные значения разбросов абсолютных величин и их отношений, а также тепловые характеристики высококачественных р-п-р транзисторов сравнимы с величинами табл. 2-1 для п-р-п приборов

2-3. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ДИОДЫ

Любой из полупроводниковых переходов, образующих монолитную схемную структуру, может использоваться как диод. На рис. 2-19 показаны основные «диоды» интегрального п-р-п транзистора. Так, Дбэ и Дбк представляют собой диоды, образованные переходами база - эмиттер и база - коллектор Сопротивления и R - паразит-

Шмктор Эмиттер

База -оБвза <HZZh f6

. р-подложка

Эмитте" •ЬДы

Коллектор Ь Подложки

ные объемные сопротивления между выводами прибора и собственно диодными переходами. Полезно отметить, что в условиях, когда диод Дбк имеет прямое смещение, а Дкп обратное, образуется паразитный р-п-р транзистор, подобный описанному в предыдущем параграфе транзистору с подложкой в качестве коллектора (показано пунктирными линиями на рис. 2-19). Влияние паразитного транзистора может быть уменьшено введением . п+-захороненного слоя, который снижает усиление по току.

Диодный ток /д экспоненциально зависит от напряжения С/д, приложенного к диоду:

/д = /о (е

1), (2-28)

Рис. 2-19. «Диоды» изолированного п-р-п транзистора.

где /о - тепловой ток перехода, пропорциональный площади перехода. Заметим, что это уравнение совпадает с описанным ранее в связи с базово-эмиттерпыми характеристиками транзистора [см. (2-1)]. Для типичного интегрального диода характеристики при прямом смещении (/д, С/д) подчиняются уравне-нению (2-28) в диапазоне изменений тока, составляющем около шести порядков.

Для площади перехода база - эмиттер 6,45-10~ мм этот диапазон простирается от 10 нА до 10 мА. При высокой плотности тока благодаря эффектам, связанным с высоким уровнем инжекции, диодные прямые характеристики можно аппроксимировать выражением

U-he""-"". (2-29)

Динамическую прямую проводимость диода gd можно определить, дифференцируя уравнение (2-28) по С/д, т. е.

Подобным же образом падение напряжения на диоде С/д при любом



данном уровне тока можно записать как

Для уровней прямого тока, большего 10 мкА, типичные величины t/д находятся в пределах от 0,5 до 0,7 В, если пренебречь объемным сопротивлением.

Температурная зависимость f/д при данном уровне тока может быть выражена в виде

(2-32)

Отметим, что величина dUjJdT не зависит от уровня тока /д. Температурный дрейф, определяемый уравнением (2-32), представляет собой хорошо предсказываемый и повторяющийся эффект. Для случая перехода база - эмиттер, который наиболее часто используется в качестве диода, температурный дрейф f/д в узкой области - от 1,9 до 2,1 мВ/°С.

Только два диода Дбэ и Дбк, содержащиеся в п-р-п структуре (рис. 2-19), действительно удобны для схемных применений. Диод Дкп (коллектор - подложка)

используется в меньшей степени, поскольку его катод-подложка является общим для остальной части схемы. Полупроводниковые переходы, которые составляют биполярные п-р-п транзисторы, могут соединяться .как диоды в любой из пяти возможных конфигураций, перечисленных ниже:

1. Переход база - эмиттер с разомкнутой цепью коллектора.

2. Переход база - эмиттер с коллектором, закороченным на базу.

3. Переход база - коллектор с разомкнутым эмиттером.

4. Переход база - коллектор с эмиттером, закороченным на базу.

5. Включены в параллель переходы база - эмиттер и база - коллектор.

На рис. 2-20 дано относительное сравнение этих диодных соединений по паразитным и пробойным характеристикам, определяемым каждой конкретной конфигурацией. Последовательное объемное сопротивление, связанное с данной диодной структурой, оказывает наибольшее паразитное действие. С этой точки зрения диодное соединение (2) имеет определенное приемущество перед другими конфигурациями, поскольку любое паразитное сопротивление на базе или выводе прибора делится на величину Ро Данного транзистора.

Все конфигурации диодного включения транзистора, использующие переход база - эмиттер, имеют низкое обратное напряжение пробоя (обычно от 6 до 9 В). Диодные конфигурации, использующие переход коллектор - база, в прямом смещении имеют паразитную р-п-р структуру между базой, коллектором и подложкой (см. рис. 2-19).

При диодном соединении (2) рис. 2-20 достигаются два желаемых электрических свойства: низкое последовательное сопротивление и отсутствие паразитного р-п-р транзистора с подложкой. Поэтому оно наиболее часто используется в интегральных схемах, так как низкое напряжение пробоя в данном случае не представляет сколько-нибудь серьезной проблемы.

Лавинный диод. Характеристики лавинного пробоя переходов можно использовать для получения опорного напряжения или для смещения уровня постоянного напряжения. Типичные значения напряжения пробоя для каждого из пяти диодных соединений приведены на рис. 2-20. Наиболее подходящим является лавинный диод база - эмиттер, у которого напряжение пробоя заключено в пределах 6- 9 В, поскольку это значение сравнимо с уровнем напряжения аналоговых схем. С этой целью может быть использована любая из конфигураций (/) или (2). Каждый из



[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]

0.0015