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]

Паразитные объемные сопротивления Rvi и Rc концов канала в области истока и стока между активной областью канала 1 и внешними контактами истока и стока приводят к дополнительным омическим потерям в полевом транзисторе. Точные значения и Rc зависят от удельного сопротивления канала и геометрических размеров прибора. Для полевых структур, применяемых в монолитных схемах, величины Rh и Rc находятся в диапазоне от 30 до 800 Ом. Когда полевой транзистор работает в области перекрытия, последовательно соединено с большим динамическим входным сопротивлением Гс (где Гс=1ёс) и оказывает незначительное влияние на работу прибора. Однако паразитное сопротивление истока Rs. приводит к отрицательной обратной связи между выводами истока и затвора и уменьшает действующую крутизну характеристики прибора

(5)-««-Гда- (2-41)

где St - идеальная крутизна характеристики, определенная уравнением (2-40).

Характеристики пробоя

Предельные рабочие напряжения полевого транзистора с управляющим р-п переходом определяются напряжением лавинного пробоя перехода затвор -канал <7зк.пр. Напряжение пробоя сток - исток tcH.np немного меньше, чем затвор-канал, из-за дополнительного обратного смещения, обусловленного напряжением затвора (см. рис. 2-22). Это можно выразить следующим соотношением:

С/си.пр=С/эк.пр~С/з. (2-42)

Для типичных интегральных полевых структур, использующих коллекторную область п-типа эпитак-

Активная канальная область есть часть канала, находящаяся непосредственно между двумя областями затвора.

спального п-р-п транзистора, пробой затвор - канал является таким же, как и пробой коллектор - база Ькбопр в интегральных п-р-п транзисторах.

Высокочастотные характеристики

При работе полевых транзисторов с управляющим р-п переходом в области перекрытия (т. е. когда Uc + lls>lJji), частотная характеристика прибора может быть с достаточной точностью определена из эквивалентной схемы рис. 2-24. На этом рисунке Rn представляет собой паразитное объемное сопротивление, последовательно соединенное с выводом истока. Для типичной интегральной структуры указанного типа транзистора Rm - сопротивление от 30 до 80 Ом. Емкость Сзс являются соответственно емкостями затвор - исток и затвор - сток, а gc есть динамическая проводимость стока, определенная уравнением (2-38). Величины Сзи и Сзс могут быть хорошо аппроксимированы при помощи выражений для емкости перехода, приведенных в § 2-6, а также исходя из геометрии затвора полевого транзистора. В реально действующих приборах область стока выполняется настолько малой, насколько это возможно, чтобы свести к минимуму Сзс, так как эта емкость вызывает паразитную связь между выводами стока и затвора и ухудшает частотные свойства прибора подобно емкости Ск в биполярных транзисторах. Ча-

ЗатОор о-

Сток

Ь Исток

Рис. 2-24. Эквивалентная схема полевого транзистора для переменного тока в режиме малых сигналов.



стотные свойства полевого транзистора характеризуются частотой единичного усиления по току frp. Эта частота обратно пропорциональна времени /гг, необходимому для того, чтобы ток затвора изменил полный заряд обедненной области затвор - канал, и может быть выражена следующим образом:

=--27 (2-43)

где Сз - общая емкость, подключенная к затвору. Для однородно легированного канала /гр связана с внутренними параметрами прибора соотношением

(2-44)

Для типичных интегральных структур полевых транзисторов с управляющим р-п переходом, имеющих удельное сопротивление канала 5 Ом-см, ширину канала 3 мкм и длину 10 мкм, frp около 150--200 МГц.

Интегральные структуры полевых транзисторов с управляющим р-п переходом

Для монолитных интегральных схем наиболее приемлемыми структурами являются те, которые совместимы по технологии с биполярными п-р-п транзисторами и могут изготовляться одновременно с ними. На рис. 2-25 показано расположение и поперечное сечение структуры канала п-типа полевого транзистора с управляющим р-п переходом, которая хорошо совместима со структурой, получаемой при диффузионной технологии биполярных структур. В этом приборе используется эпитаксиальная коллекторная область п-типа п-р-п транзистора в качестве канала для полевого транзистора. Аналогично базовая диффузия р-типа п-р-п транзистора используется для образования управляющего затвора с выводами истока и стока, сформированными при эмиттерной диффузии п---типа.

Чтобы получить узкий канал без ухудшения характеристики пробоя, под затвором полевого транзистора, а также под изолирующими областями р-типа п-р-п транзисторов изготовляется (путем диффузии) суб-эпитаксиальный р+-слой. Затем во время изолирующей диффузии этот субэпитаксиальный р+-слой диффундирует в эпитаксиальный п-слой и уменьшает эффективную толщину канала полевого транзистора. В такой структуре подложка р-типа является частью затвора полевого транзистора. Однако, поскольку подложка является общей ,и для остальной части схемы, она не может быть использована как управляющий вывод. Поэтому только верхний затвор функционирует как управляющий электрод, а нижний соединен с фиксированным отрицательным потенциалом по отношению к остальной части прибора.

Как показано на рис. 2-25, управляющий затвор не должен быть электрически связан с подложкой. Этого можно достигнуть, используя такую структуру затвора, которая полностью окружает сток. Размеры этого прибора и, в частности, соотношение ширины и длииы канала определяются током насыщения /со и требованиями к крутизне.

На рис. 2-26 показаны две дополнительные структуры полевого транзистора с затвором на р-п переходе, которые также совместимы с п-р-п биполярной технологией. На рис. 2-26,0! изображенная структура является прибором с каналом р-типа и диффузионной канальной областью. Область канала р-типа может формироваться либо путем п-р-п базовой диффузии, либо дополнительной р-диффузии, образуя при этом более глубокую структуру перехода. Если использовать обычную базовую или эмиттерную диффузию п-р-п транзистора для создания полевых транзисторов с каналом р-типа, то получаемый при этом прибор называют пинч-резистором




р-затВор n+CmoK

р-изоящшг

Затвор Затвор Исток \ Сток / Исток


Рис. 2-25. Вид сверху и поперечное сечение яолевого транзистора с управляющим р-п переходом и каналом п-типа, совместимого с п-р-п биполярными транзисторами.

{резистором С уменьшенным поперечным сечением). Структура такого прибора представляет собой очень узкий к.знал с шириной, равной ширине базы п-р-п транзистора. Так как переход база - эмит-;Тер транзистора используется в качестве перехода затвор - канал полевого транзистора, он имеет очень низкое напряжение пробоя 1/зспр= [/эб.пр«7 В).

Для некоторых схемных решений используется особая диффузия jo-типа, чтобы сформировать канал полевого транзистора без ограничений на напряжение пробоя. Так как ширина канала полевого транзистора (рис. 2-26,0!) определяется глубиной диффузионного перехода, а не толщиной эпитаксиального слоя, ширина канала может быть получена с большей точностью, чем для структуры рис. 2-25. Такая структура также обеспечивает и большую крутизну, чем та, что изображена на рис. 2-25, так как обе области затвора могут использоваться в качестве управляющих электродов. Структура прибора

рис. 2-26,6 особенно подходит для высокочастотных устройств. В ней используются диэлектрическая изоляция и метод анизотропного травления. Контакты к затвору, истоку и стоку создаются также при помощи п-р-п базовой и эмиттерной диффузии. Канал формируется в виде V-образной канавки, протравленной под областью затвора. Чтобы получить хорошую V-образную канавку, используется метод анизотропного травления (см. § 1-7). Применив такой прибор, возможно уменьшить соотношение ширина/длина канала примерно до 1, существенно увеличив таким образом граничную частоту усиления по току (см. рис. 2-44). Однако, поскольку ширина канала такой структуры определяется глубиной травления и этапом доводки, связанным с процессом диэлектрической изоляции, трудно получить точное значение ширины. Так как структура рис. 2-26,0! имеет только один управляющий затвор, он должен окружать область стока, как показано на рис. 2-25. Один из главных недостатков структуры по-

ЗатВор Нижний

Исток \ Сток затвор

к \ Сток за!


р-ппдможки

Меток Затвор Сток


.: -Помикристаммический кремний.-:-1

Рис. 2-26. Другие возможные структуры полевого транзистора с управляющим р-п переходом, совместимые с интегральными схемами.



[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]

0.0058