ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2024
Просмотров: 54
Скачиваний: 0
(примесь tt-типа) из контактного эмиттерного сплава.
Основное отличие структуры эпитаксиаль ного транзистора от мезатриода — наличие узкой коллекторной области с высоким сопро тивлением и мощный слой материала с очень малым значением р (п-р-п-п+ структура1).
Высокоомная область непосредственно на границе перехода обеспечивает здесь пиковые напряжения больше 40 в, т. е. более высокие, чем у мезатриодов, удельное сопротивление исходного материала которых не превышает 1—2 ом-см. Время переключения эпитак сиальных триодов в два раза меньше, чем однотипных мезатриодов. У эпитаксиальных ПТ ^рас=;10 нсек, Ul{SC= 0,5—0,7 в, а токи невелики, примерно несколько миллиампер, мощность рассеяния такая же, как у меза триодов.
В эпитаксиальном триоде область коллек тора с низким удельным сопротивлением в рекомбинации основных носителей, инжекти рованных металлическим контактом, играет ту же роль, что и в триоде с диффузионным н+-слоем у коллекторного вывода.
1 В отличие от обозначений п и р для слоев с опре деленным типом проводимости символы п+ и р+ введе ны как характеристики более легированных слоев той же проводимости. Это может быть сплав металла с по лупроводником в рекристаллизационной области или по лупроводник, в котором примесные уровни смыкаются в примесную зону. Иногда эти символы вводятся для то го, чтобы показать, что между двумя областями с од ним типом проводимости существует резкий перепад концентраций примеси, играющий роль слабого пере хода.
61
П л а н а р н ы й т р а н з и с т о р . Малые площади переходов точно заданных контроли руемых размеров и узкая база для повыше ния fMaKC, хороший отвод тепла, высокое ро для получения больших значений а, низкое сопротивление насыщения, хорошая защита перехода от внешних воздействий для обеспе чения стабильной работы — таков комплекс требований, предъявляемых при разработке конструкций приборов. Этим требованиям ча стично удовлетворяют планарные триоды.
Планарный транзистор отличается от дру гих ПТ наличием пленки окиси кремния на поверхности. Так как технологически такую пленку проще получить на кремнии, чем на германии, то планарные транзисторы, в основ ном, кремниевые. На рис. 21 схематически изображены этапы изготовления планарного триода, В пленке окисла, полученного терми чески на исходном кристалле (рис. 21, а) в парах воды на воздухе или в кислороде, фо тографически вытравливается окно для диф фузии базовой примеси — бора (рис. 21, б). В процессе диффузии окно снова затягивается пленкой, а переход выходит на поверхность под надежную защиту Si02 (рис. 21, в). Для диффузии эмиттерной примеси — фосфора — травится новое окно (рис. 21, г), которое опять затягивается пленкой S i02 (рис. 21, д). Затем в сплошной пленке вытравливаются ка навки для электродов, после чего в вакууме напыляют контакты типа «подкова» или «за мочная скважина» (см. рис. 16). Для улучше ния частотных свойств и сохранения мощности иногда напыляют звездообразные контакты с
62
большим периметром. В этом случае эффект тот же, что и при Гребешковой конструкции.
п |
* ?"А |
п |
|
а |
б |
Рис. 21. Этапы изготовления кремниевого планар ного транзистора:
а—е _ получение п—р—п структуры методом |
диффузии |
|
с одновременным окислением поверхности; |
ж ~ общий |
|
вид готового планарного транзистора |
{/ — S1 O2 ; 2 ос |
|
новной кристалл; 3 — диффузионный |
слой |
д-типа). |
Планарный триод имеет крупный недоста ток. В процессе диффузии эмиттера или окис ления на поверхности кремния создаются центры загрязнения донорной примесью, кото
6 3
рая при разогреве диффундирует, создавая трубки п+-типа. Трубки являются путями утечки и пробоя. В результате возникновения трубок Uк не может быть больше 20 в. Для предохранения от загрязнения донорной при месью вблизи коллекторного перехода на по верхности базовой области создается кольце вой канал р+-типа, который препятствует диф фузии доноров по поверхности.
Для производства твердых схем, когда все активные элементы — триоды или диоды — выполнены в одном кристалле, а сопротивле ния и емкости — либо участки кристалла и переходы, либо тонкопленочная схема поверх окиси, для таких схем нужны триоды с выво дами в одной плоскости. Впрочем, такой триод лучше присоединить к готовым микросхемам, клеить их на подложки, при герметизации он требует меньшего объема защитной эмали. Рассмотренная конструкция имеет двухплос костное распределение электродов: коллектор противостоит эмиттеру и базе. Если базовое контактное кольцо окружить еще одним коль цом — контактом коллектора — и провести в это кольцо диффузию донорной примеси одно временно с диффузией эмиттера, то последо вательное сопротивление коллектора увели чится за счет включения в цепь узкой области кристалла под базой и уменьшится за счет низ коомной приконтактной области. В результате, серьезных изменений в работе прибора не произойдет, а удобства от одноплоскостной конструкции выводов очевидны. По такому методу в настоящее время изготовляют боль шинство микротриодов.
6 4
Если процесс изготовления был проведен достаточно чисто, планарные триоды надежны и стабильны во времени. Травление и защита лаком не дают такого эффекта, как окисле ние. Иногда защита окислом производится после получения структур.
Пленка диэлектрика БіОг используется для создания новых конструкций приборов. Создан тетрод, в котором полевой контакт, «сетка», расположен на окисной пленке и как бы под ключен через конденсатор к базе. Он управ ляет эмиттерным током и модулирует входные и выходные характеристики. В схеме с общим
эмиттером |
«сетка» |
может |
быть использована |
в качестве |
второго |
входа. |
В планарных трио |
дах благодаря высокой чистоте перехода /ко в два — четыре раза меньше, чем в приборах других типов.
На основе эпитаксиальных триодов разра батывается новый класс микромощных тран зисторов, в которых рассеиваемая мощность меньше 1 мет. Такие ПТ используются в ло гических схемах, особенно в матричных эле ментах, когда вся схема выполнена по типу модуля или твердой схемы. Микромощные транзисторы можно сжать по объему, так как токи в несколько микроампер не вызывают разогрева триода. Счетчики на микромощных транзисторах работают на частоте от 1 до 100 Мгц. Специальные устройства обеспечи вают сигналы нормальной мощности на входе и выходе.
Э п и т а к с и а л ь н ы е |
п л а н а р н ы е |
|
т р и о д ы объединяют |
в себе |
лучшие свой |
ства эпитаксиальных и |
планарных приборов. |
5 — 2 7 3 |
6 5 |
В процессе изготовления таких ПТ на основ ном полупроводнике выращивается эпитак сиальный высокоомный коллекторный слой, а базовую и эмиттерную области, покрытые окисным слоем, получают по технологии изго товления планарного транзистора (рис. 22). Новейшие транзисторы этого типа имеют зве здообразную конфигурацию электродов — ба зы и эмиттера. Эпитаксиальные планарные триоды называют иногда универсальными, так как они характеризуются высокочастотными свойствами, малым напряжением насыщения, стабильностью характеристик Г Универсаль ные транзисторы не являются каким-то новым классом приборов, изготовляемых по одной технологии. Германиевые эпитаксиальные мезатранзисторы и даже мезатриоды с послевплавной диффузией, работающие в широком диапазоне частот от 200 кгц до 120 Мгц, в некоторых странах (например, в США) так же называют универсальными.
Структуру эпитаксиального транзистора можно получить исключительно диффузион ным способом. Но ведут диффузию не два, а три раза. Первая диффузия заменяет эпитак сию; за основу берется не «+, а «-тип крем ния. При этом на поверхности всего кристалла получается «+-слой. Затем с одной стороны кристалла этот слой снимается и так же, как в планарном триоде, получают диффузионные базу и эмиттер. Можно получить диффузион-1
1 Максимальное время переключения универсальных планарных транзисторов 2N2102 и 2N1613 равняется
30 нсек, {/„б=120 в, /„=0,1 ш , Unac~ 0,5-=-1 е при
/к . ва с “ 0 ,15 Ü.
6 6
ные слои равномерной толщины на большой площади, но при эпитаксиальном выращива нии это весьма затруднительно. У планарного транзистора с тройной диффузией пробивное
Рис. 22. Разрез эпитаксиального планарного транзистора звездооб разными электродами (коллектор ный переход р-і).
напряжение коллектора не меньше, чем в эпи таксиальном, 50—60 в.
Простота и воспроизводимость планарных транзисторов, гибкость структуры, возмож ность придавать электродам любую конфигу рацию, высокая механическая прочность и стабильность в работе, вероятно, будут спо собствовать вытеснению мезаконструкций планарными. В настоящее время успешно раз рабатываются и кремниевые, и германиевые триоды, у которых защитная окисная пленка наносится на переходы после изготовления коллектора по типу меза. Окись напыляется, выращивается под давлением при низких тем пературах или образуется из полихлорсила
5* |
67 |
нов. В этом случае получают Мезапланарные или мезаэпитаксиально-планарные триоды.
Примерно с 1962 г. эпитаксиальные и пла нарные мезатриоды стали выпускать в произ водственных масштабах. Очевидно, развитие высокочастотных триодов будет итти по пути
слияния всех типов в одном приборе. |
т р и |
П о в е р х н о с т и о-б а р ь е р н ы й |
|
о д — почти ровесник сплавного. Это был |
пер |
вый высокочастотный триод, способный кон курировать с электронными лампами. Он представляет собой логическое продолжение сплавного триода, вернее, его высокочастот ных видоизменений (например, триода с фре зерованной канавкой). Основная цель, которая преследовалась при создании поверхностно барьерного триода,— максимальное сужение базы и повышение предельной частоты fa, не считаясь с потерей мощности рассеяния РМакс-
Переходы поверхностно-барьерного триода находятся на границе металл-полупроводник. Если триод кремниевый, переход является энергетическим барьером, высота которого определяется контактной разностью потенциа лов. Высота барьера Аср определяется работой выхода в полупроводнике фп и в металле срм:
Дф = фп — Ф„ Г®»!-
Когда фмСфп, электроны переходят из ме талла в полупроводник. После установления термодинамического равновесия приток элек тронов в полупроводник прекратится; з приконтактном слое возникнет объемный заряд электронов.
6 8
В этом случае у дырочного полупроводника получится поверхностно-барьерный переход. Приложив напряжение таким образом, что на металле будет плюс, а на полупроводнике ми нус, мы создадим поле, оттягивающее носи тели из приконтактного слоя: дырки уйдут в глубь полупроводника, а электроны — в ме талл; высота барьера возрастет (обратное смещение). У электронного полупроводника электроны заполнят приконтактный слой и, как бы не менялась полярность внешнего на пряжения, никакого выпрямления тока здесь не произойдет, контакт будет омическим.
При фм3>фп электроны из полупроводника пойдут в металл и на границе полупроводни ка возникнет положительный объемный заряд. Выпрямление будет в том случае, если полу проводник л-типа, а омический контакт на кристалле р-типа. У германия выпрямитель ные свойства не зависят от разности фп—<рм- Выпрямление можно получить только на элек тронном материале. Это объясняется тем, что в германии решающую роль играет припо верхностный инверсионный слой, представляю щий собой тонкий слой полупроводника, у ко торого знак носителей противоположен знаку носителей основного кристалла. Этот слой образуется в результате наличия поверхност ных уровней.
Обычно поверхностные уровни — это уров
ни захвата |
электронов — акцепторы. |
Непо |
средственно |
у поверхности возникает |
тонкий |
/j-слой. Если полупроводник л-типа, образует ся р-п переход. В германии /7-типа должна наблюдаться та же картина с захватом дырок.
69
Но в электронном полупроводнике р-п пере ход на поверхности сохраняется и тогда, когда на нее нанесен металл, в дырочном же вы прямление на поверхности нельзя обнаружить. Это явление пока не получило объяснения.
Поверхностно-барьерный триод изготов ляют электролитическим травлением лунок диаметром іОО—150 мкм (эмиттер) и 150— 200 мкм (коллектор) с последующим электро химическим осаждением металла в лунках. В качестве контактного металла чаще всего используют индий, иногда олово, медь, цинк или кадмий. Толщина контакта — несколько микрометров, ширина базы — 1—2 мкм. Бла годаря такой конструкции триода в цепь эмит тер — база включается сопротивление узкого базового перешейка г0.б, заключенного между лунками, что значительно повышает сопротив ление входа. Это качество выгодно отличает поверхностно-барьерный триод от других трио дов, работающих на неосновных носителях. Первые схемы с непосредственными связями (в вычислительных машинах) были собраны на поверхностно-барьерных триодах. Но высо кое год в импульсном режиме, как мы знаем, имеет и отрицательную сторону.
Для повышения эффективности эмиттера и напряжения коллектора эмиттерный и коллек торный контакты иногда слегка вплавляют. При этом образуется новая конструкция ми кросплавного триода.
Микросплавные транзисторы применяются в высокочастотной технике. Время переключе ния таких ПТ составляет сотые доли микро секунды,
ТО