Многоколлекторный транзистор

Практический это многэмиттерный транзистор в инверсном включении.

Однако в инверсном включении любой транзистор обладает очень плохими свойствам. Его усиление по току <1. Поэтому чтобы сделать коэффициент усиления в расчёте на 1 коллектор хотя-бы в несколько едениц, прибегают к следующим конструкциооным мерам:

1) Перешейки не делают.

2) Скрытый n+ слой располагается как можно ближе к базовуму слою.

3) n+ коллекторы располагают как можно ближе к друг-другу.

Транзисторы pnp типа.

Интегральные транзисторы pnp типа заметно уступают транзисторам типа npn по коэффициенту усиления и предельной частоте, однако такие транзисторы часто встречаются в аналоговой интегральных схемах как дополнение к npn транзисторам.

Для изготовления pnp транзисторов используются стандартная технолгия, оптимизирования под npn транзисторы.

Используются следующие конструкции p-n-p транзисторов:

1) Горизонтальные транзисторы.

В настоящее время это наиболее часто используемая конструкция в ИМС, так как она легко реализуется в технологии n-p-n транзисторов. (см. рис).

Эмиттерный и коллекторный слои получаются на этапе базовой диффузии. Причём коллекторный слой охватывает эмиттер кольцом. Базовая область формируется на основе эпитаксиального слоя с подлегированием контактной области во время эмиттерной диффузии. Перенос носителей заряда в такой конструкции происходит в горизонтальном направлении. Перенос наиболее эффективен в приповерхностной области, так как здесь расстояние ω между К и Э минимально и кроме этого наиболее высокая концентрация примесей в p-слоях.

Величина ω в данной конструкции играет роль ширины базы и при типовой технологии ω=3-4 мкм. В результате β=50, а =20-40 МГц.

Для подавления действия паразитных p-n-p транзисторов стремятся уменьшить площадь донной части Э (его делают более узким). На основе горизонтальных p-n-p транзисторов легко сформировать многоколлекторный транзистор p-n-p типа. Достаточно подрезать кольцо К.

Основной недостаток горизонтальных транзисторов является сравнительно большая ширина базы и однородность распределения примесей в ней.

2) Дрейфовый транзистор (см. рис).

В этой конструкции вводится 2 дополнительных электрода в противоположных концах базы. Постоянный потенциал на этих дополнительных электродах создаёт в базовом слое электрическое поле, которое уменьшает время переноса инжектированных дырок и создает в Э смещение, снижающее инжекцию из донной части.

3) Вертикальные транзисторы (см. рис).

Для получения такой структуры необходимо изменить технологию: проводить более глубокую диффузию для формирования p-слоя и вводятся дополнительные операции диффузии для p++ слоя. Причём для получения p++ слоя необходимо акцепторная примесь у которой растворимость выше, чем у донорной примеси в n+ слое.

Фактически перед проведением диффузии акцепторов приходиться стравливать наиболее легированную часть n+ слоя. А это ещё одна дополнительная операция.

Составные транзисторы.

Эти транзисторы могут быть реализованы на основе 2-х транзисторов одного или разных типов, расположенных в одном изолированном кармане. На рис. представлена конструкция в которой в зависимости от соединений внешних выводов могут быть реализованы несколько различных составных транзисторов.

Составной транзистор имеет β= β1*β2.

Однако быстродействие составных транзисторов определяется быстродействием наименее быстродействующего транзистора.

Торцевые транзисторы (см. рис).

Для повышения быстродействия маломощных ИС разработаны торцевые биполярные транзисторы с малой емкостью p-n переходов (см. рис).

В этих конструкциях транзистор сформирован в островке кремния, который сформирован либо на поверхности подложки, либо в специальном кармане вытравленном в глубине подложки.

В такой конструкции неосновные носители заряда инжектируются торцевой поверхностью Э и переносятся через область Б вдоль границы раздела п\п-диэлектрик к торцевой поверхности К. При типовой технологии площадь торцевой части Э: = 6 , а 30 и емкость переходов меньше 0,001 пф, что на 2 порядка меньше, чем у других транзисторов. Это позволяет получить высокочастотный транзистор. Однако транзистор сформированный на поверхности подложки имеет небольшое β=2.

Это объясняется тем, что в п\п у раздела п\п-диэлектрик существует большая плотность дислокации из-за различия кристаллических решёток сапфира и кремния. П\п это материал с высокой плотностью дислокации имеет очень маленькое время жизни неосновных носителей заряда, а транзистор соответственно малый коэффициент переноса в области базы.

Конструкция внутри диэлектрической подложки таким недостатком не обладает, и такие транзисторы имеют β>100 при токе до 1 мкА.

Транзисторы с повышенным пробивным напряжением.

В целях повышения пробивного напряжения кривизна коллекторного p-n перехода увеличивается методом охранного кольца. Для этого по периферии коллекторного перехода создается дополнительная диффузионная область p-типа с большей глубиной, чем расчётная глубина коллекторного перехода.

Эта углубленная область имеет больший радиус кривизны и называется охранным кольцом (см.рис).

Ширина кольца выбирается минимальной с точки зрения технологии (5-10 мкм), чтобы не увеличить значительно ёмкость коллекторного перехода.

Применение охранного кольца позволяет повысить пробивное напряжение с 50-70 В до 150-200 В.

Другим методом повышения пробивного напряжения является применение расширенного базового контакта (см.рис).

Такой контакт позволяет за счёт обратного напряжения Uкб обеднить высокоомную область коллектора у p-n перехода. Здесь отрицательное напряжение на базовом контакте компенсирует действие положительного заряда в приповерхностной области коллектора, создавая у p-n перехода расширенную область объёмного заряда.

Используется также метод противоканальных колец, позволяющий избежать появления инверсных каналов у поверхности коллектора в транзисторе типа p-n-p.

Поверхностная концентрация акцепторов в базе велика и при обычной технологии инверсный канал в области базы образуется редко, но в области коллектора p-n-p транзистора канал образуется всегда.

Для исключения этого явления высокоомную область Р-типа рассекает областью Р+ в которой инверсия не возникает. Противоположные области восполняются одновременно с областью Р+ эмиттера.

Активные элементы для быстродействующих и сверхскоростных цифровых интегральных схем.

Транзисторы с диодами Шоттки

Скорость переключения транзисторов, работающих в режиме насыщения, ограничена временем рассасывания избыточного заряда, накопившегося в области базы и коллектора. Проблема рассасывания избыточных зарядов легко решается при сочетании интегрального транзистора с диодом Шоттки, который шунтирует коллекторный переход транзистора.

Возможные конструкции таких n-p-n транзисторов показано на рисунке: алюминиевая металлизация; обеспечен контакт с p-слоем базы; база продлена в сторону коллекторного n-слоя. Алюминиевый пленочный проводник образован с p-слоем базы невыпрямляющим омическим контактом, а с n-слоем коллектора – выпрямляющим контактом Шоттки. На представленной конструкции базовый контакт продлен до контакта с охранным кольцом. На рис. показана обычная конструкция с расширенным базовым электродом.

Диоды Шоттки можно использовать в многоэммитерных транзисторах. При этом эмиттерные p-n переходы заменяются диодами Шоттки. Применение диодов Шоттки позволяет увеличить степень интеграции микросхем при одновременном увеличении быстродействия более чем в 2 раза.

Быстродействующие интегральные транзисторы с уменьшенными размерами элементов.

Пропорциональное уменьшение геометрических размеров всех областей элементов микросхемы является традиционным направлением увеличения ее быстродействия, что связано с уменьшением паразитных емкостей p-n переходов. Минимальный размер топологии определяется возможностями литографии. Наименьшие размеры (менее 1мкм) дает электроннолитография и рентгенолитография. Размеры всех областей транзистора сильно зависят от глубины залегания p-n переходов. Существенное уменьшение глубины залегания p-n переходов достигается при технологии ионного легирования. Недостаток этой технологии очень высокий уровень дефектности областей кремния, подвергнутых ионной бомбардировке. Этот недостаток устраняется нанесением на подложку поликристаллического кремния, который и подвергается локальной ионной бомбардировке. Затем производится диффузионный отжиг, в процессе которого примеси диффундируют из поля кремния в подложку на небольшую глубину.

В результате получается структура, показанная на рискунке 3.

Применение ионной бомбардировки кристаллического кремния позволяет создать быстрод-е транзисторы с выст-ми поликремниеввыми электродами, которые еще более компактны.

На рис. 4 показаны две такие конструкции.

Приведенные конструкции с выст-ми эл-ми имеют оч. малые размеры и могут работать на частотах до 8 ГГц.

Применяются также конструкции с неглубокими pn-переходами, в которых малые глубины достигаются за счет технологии самосовмещения. На рис. 5 показана конструкция транзистора с согласованием базы и эмиттера, окна играют роль маски.
Размеры приведенного транзистора очень малы, но в этой конструкции приходится использовать несколько измененную технологию, в которой поликристаллический кремний сплавливается с платиной. Это необходимо чтобы снизить сопротивление между электродами транзистора и его областями.

Транзисторы с эмиттерами на гетеропереходах.

Гетеропереходы - это переходы между двумя материалами, имеющими различную ширину запрещенной зоны. В обычных транзисторах используются гетеропереходы с шириной запрещенной зоны по обе стороны эмитера 1.1 Эв
Большая ширина запрещенной зоны в стороне эмиттера обеспечивает более высокий коэффициент инжекции. Т.е. в полном токе транзистора поток электронов значительно выше, чем потом дырок. От коэффициента инжекции непосредственно зависит коэффициент усиления транзистора. В обычном транзисторе этого теоретически можно добиться за счет увеличения концентрации примеси в эмитере и уменьшения в базе. Это технологически труднодостижимо и приводит к ухудшению частотных свойств.

В транзисторах на гетеропереходах этого можно добиться и при сильнолегированной базе. Такая база имеет меньшее сопротивление пассивной области базы, что также значительно повышает быстродействие транзисторов без уменьшения или даже с увеличением коэффициента усиления по току.

Транзисторы с гетеропереходами изготавливаются с использованием легированного фосфором низкоомного кремния в качестве материала эмиттера. Этот материал является смесью поликристаллического кремния и двуокиси кремния (SiO₂) и имеет ширину запрещенной зоны 1.3-1.4 эВ. Пленка полуизолированного поликристаллического кремния толщиной примерно 0.2 мкм контактирует непосредственно с базовой областью. Поверх нее наносится обычная пленка легирования поликристаллического кремния толщиной 0.3-0.5. мкп. с которой контактирует металлическая разводка.

Технологически это не связано с введением новых или существующих усоверш-ем сущ-их технологий констр-я такого тр-ра показана на рисунке.

Дата добавления: 2014-11-24; просмотров: 453; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!