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]

но транзисторы используются в схеме с заземленным истоком, с подложкой, либо заземленной по переменному току, либо закороченной на исток. В последнем случае Сид закорочено и Ссп действует между выводами стока и земли. В случае полевого транзистора с управляющим р-п переходом Сзс и Сзи относятся к компонентам емкости затвора, связанным с электродами истока и стока. Выходная проводимость стока gc обусловлена модуляцией эффективной длины канала L шириной области пространственного заряда стока при Uc>{Us-С/т); ее можно аппроксимировать как

для (/с>2(<7з-f/т), где /со - величина насыщения тока стока. Эту величину можно получить из уравнения (2-50), полагая Uc={Us-U-c), т. е.

м.С„г

Urf. (2-53)

2L (

Хотя это отчетливо и не показано на рис. 2-29, паразитные объемные сопротивления Rh и Rc присутствуют также и в полевых транзисторах с изолированнЫдМ затвором и ухудшают работу прибора в области высоких частот; это уже обсуждалось при рассмотрении транзисторов с управляющим р-п переходом.

Поскольку основные электрические процессы в -полевом транзисторе с изолированным затвором и в транзисторе с управляющим р-п переходом схожи, полезной характеристикой работы на высоких частотах для первого вида транзисторов также является частота единичного усиления по току

Так как 5т и Со можно получить из уравнения (2-51), максимальная величина frp может быть написана как

для Uc{Us-Ut). Отметим, что для улучшения высокочастотных характеристик прибора требуется очень небольшая длина канала.

Интегральные структуры полевого транзистора с изолированным затвором. Прибор с р-каналом обогащенного типа имеет наиболее простую структуру, которую можно изготовить одновременно с п-р-п биполярным транзистором без дополнительных диффузионных циклов. В нем области коллектора п-типа и базы р-типа п-р-п транзистора используются в качестве подложки и истока, а также стока для полевого транзистора с изолированным затвором. На рис. 2-30 схематически показана конфигурация типичного прибора, который можно изготовить таким путем. Длина канала L определяется расстоянием между участками истока и стока; она обычно больше 5 мкм, чтобы избежать смыкания истока и стока. При рассмотрении размеров канала -следует принять во внимание боковую диффузию р-типа областей истока и стока. Таким образом, если диффузионные окна истока и -стока удалены друг от друга на 12 мкм и если глубина диффузии 4 мкм, то резуль-

Исток

Стак

Металл затвора Исток. \

Ди.элвктрик затвора

jCmoK

Эпатаксаальиый слей или лоВломка

(2-55)

Рис. 2-30. Типичная геометрия полевого транзистора с изолированым затвором.



тирующая длина канала составляет примерно 6 мкм (см. рис. 1-7). Кроме того, в обогащенных полевых транзисторах металлический слой затвора должен частично покрывать островки истока и стока, чтобы создать непрерывный канал.

Величина порогового напряжения С/т в сильной степени зависит от чистоты поверхности прибора. Чтобы получить воспроизводимые и стабильные значения СУт, требуется также, чтобы диэлектрический слой затвора не содержал ионного загрязнения. При современной технологии производства типичные значения С/т находятся в диапазоне 2,5- 3 В при толщине оксидного затвора примерно 0,15 мкм и удельном сопротивлении подложки 4-6 Ом-см. Минимальная толщина оксидного слоя затвора определяется требованиями к напряжению пробоя затвора СУз.пр, которое определяется диэлектрической прочностью Уж и толщиной диэлектрического слоя затвора Т:

С/з.пр-ужГж. (2-56)

Если ЗЮг используется в качестве диэлектрического слоя затвора (vx-S-lO" В/см), типичные значения СУз.пр порядка 40-60 В при толщине окисла около 0,1 мкм. В полевых транзисторах с изолированным затвором пробой затвора приводит к постепенному разрушению диэлектрика. Поэтому в схемных применениях таких приборов должны быть приняты соответствующие меры предосторожности для защиты электрода от случайных пиков напряжения.

2-5. ДРУГИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Технология производства монолитных интегральных схем позволяет изготавливать, кроме биполярных и полевых транзисторов, также и другие структуры активных приборов. Наиболее важными из них являются однопереходные транзисторы, четырехслойные диоды, тиристоры или управляемые вентили.

Однопереходнь1е транзисторы

Однопереходные транзисторы - приборы с одним переходом и двумя омическими базовыми контактами. На рис. 2-31 дано схематическое изображение такого прибора и его интегральное исполнение. Прибор обладает характеристиками отрицательного сопротивления, которое управляется внешним напряжением и возникает в результате модуляции проводимости базовой области с высоким сопротивлением. При данном базовом смещении течет незначительный анодный ток /а до тех пор, пока на анодном выводе напряжение не поднимется до уровня С/кр, при котором переход оказывается под прямым смещением. Неосновные носители, инжектированные в базовую область, вызывают уменьшение эффективного значения Ra благодаря модуляции проводимости, таким образом происходит дальнейшее увеличение прямого смещения. Следовательно, свойства отрицательного сопротивления проявляются, когда /а медленно увеличивается без увеличения С/а и прибор переключается в положение «включено». Подобным образом его можно вернуть в положение «выключено» путем уменьшения анодного напряжения ниже СУкр-Управляемая напряжением характеристика отрицательного сопротивления однопереходного транзистора может быть использована в схемах релаксационного генератора. Однако из-за эффекта чрезмерного накопления заряда в базовой области

База г База Г

Лнод


Рис. 2-31. Однопереходный транзистор.

а - схематическое представление; 6 - практическая интегральная структура однопереходного транзистора.



с высоким сопротивлением скорость переключения транзистора на несколько порядков ниже, чем у биполярного транзистора.

Параметром, характеризующим работу транзистора в ключевом режиме, является отношение т], определяемое следующим образом:

"-ur-R+W (2--)

Для круговой интегральной структуры, показанной на рис. 2-31,6, это отношение можно определить, зная размеры прибора:

(2-58)

Следует заметить, что в реальных структурах при использовании эпитаксиального слоя п-типа в качестве базовой области однопере-ходного транзистора, изображенного на рис. 2-31,6, возникает паразитный р-п-р транзистор между подложкой р-тяпг и анодом однопере-ходного транзистора. Этот недостаток может быть устранен с помощью диэлектрической изоляции.

Поскольку работа транзистора с одним переходом зависит от эффекта модуляции проводимости, на его вольт-амперную характеристику оказывает сильное влияние температура. Этот эффект серьезно ограничивает использование однопере-ходного транзистора в аналоговых схемах.

Четырехслойные приборы

Четырехслойные р-п-р-п диоды, а также тиристоры - приборы с тремя выводами - содержат четы-

Кагод

Рис. 2-32. Четырехслоиный диод.

а - транзисторная эквивалентная схема; б - вольт-амперная характеристика.

Анод Катод Затдор


Диэлектри чдская изоляции

Рис. 2-33. Структура четырехслойного диода с использованием диэлектрической изоляции.

ре полупроводниковые зоны. Как показано на рис. 2-32,fl!, с целью проведения анализа р-п-р-п диод можно представить в виде сочетания р-п-р и п-р-п транзисторов. Можно показать, что если возрастает анодное напряжение, первоначально прибор остается в проводящем состоянии, пока не будет достигнуто напряжение включения t/вкл- В этом случае прибор внезапно переключается в положение «открыто», когда он может пропускать большой ток при малом падении напряжения. Прибор может быть выключен путем уменьшения тока до уровня ниже критического, известного как уровень фиксации (/кр на рис. 2-32,6).

Рассмотрев эквивалентную схему с двумя транзисторами для-четырехслойного диода, можно показать, что прибор переключается из непроводящего в проводящее состояние в точке, в которой произведение коэффициентов усиления по току (Pi{32) достигает единицы. При более низких значениях анодного напряжения прибора в выключенном положении два центральных перехода имеют обратное смещение, поэтому через него протекает весьма слабый ток. Но когда достигается значение L/вкл, утечка тока и эффект лавинного умножения делаются достаточными для того, чтобы поднять усиление по току в транзисторах до уровня, при котором (Рфг) 1 и диод включается в проводящее состояние.

Возможность дополнительного регулирования характеристикой



[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]

0.0017