Файл: Кремниевые планарные транзисторы..pdf

реход, характеризующийся постоянным градиентом распределения примесей и, наконец, р-п переход с более сильно легированной внутренней областью (резкий р-п переход). Нас будут интересо­ вать только р-п переходы первого типа, поскольку именно такой характеристикой обладают переходы, созданные методом локаль­ ной диффузии в равномерно легированную подложку.

Расчет пробивного напряжения, как уже отмечалось, может быть про­ веден интегрированием уравнения Пуассона при определенных граничных условиях. На рис. 8.4 область ОАВ над краем прямоугольной маски состав­ ляет 1/4 цилиндра. В реальных приборах размеры пассивной базы обычно превышают 200x200 мкм2 , а радиус закругления металлургического коллек­ торного перехода значительно меньше (гт < 10 мкм). Поэтому задача на­ хождения распределения поля Е и потенциала в цилиндрических р-п пере­ ходах сводится к решению уравнения Пуассона в цилиндрических коорди­

маски (области С на рис. 8.6) представляют собой в первом приближении 1/8 сферы. Начало сферической системы координат совмещаем с угловой точ­ кой маски (точка 0 на рис. 8.4). В пределах закруглений поле Е и потенциал ф можно считать зависящими только от радиуса г и не зависящими от углов

Интегрируя правую и левую части (8.10) по г, предварительно умно­

Поскольку направление поля в коллекторном р-п переходе противо­ положно направлению радиус-вектора, то Е (г) < 0. В выражении (8.15)

207

E (rm) = ^макс — максимальное поле в р-п переходе. Из (8.15) можно опре­ делить границу коллекторного слоя n-типа, если воспользоваться граничным условием (8.14):

если учесть граничные условия (8.12), (8.13). Подставляя в (8.17) выражение (8.15) для поля Е (г) и выполнив интегрирование, получим после подстановки (8.16) для цилиндрического р-п перехода

208

чения критического поля, а затем уже по формулам (8.18) и (8.19) вычисля­

обычно лежит в пределах 4-М мкм. Поэтому уменьшение пробивного напря­ жения коллекторного р-п перехода по сравнению с Unp = UK§U для аналогич­ ных мезатранзисторов, в которых коллекторный р-п переход можно считать плоским, будет еще значительнее, чем в приведенном выше примере для г к о =

— ширина плоского р-п перехода при напряжении, равном f n p п л . Значения ^прпл находятся из рис. 8.3. Формулы (8.20)—(8.21) применимы и для крем­ ниевых р-п-р транзисторов, лишь в (8.22) надо заменить Л^к на концентра­ цию акцепторов JV„K в коллекторном высокоомном слое.

209

8,2. Особенности пробоя в реальных р-п переходах планарного транзистора

При выяснении причин снижения пробивного напряжения планарных транзисторов нельзя обойти вопрос о влиянии условий на поверхности. Еще Гаррет и Браттейн [127] выдвинули предполо­ жение о влиянии поверхностных зарядов на пробивное напряжение р-п переходов. В дальнейшем это было подтверждено многочислен­ ными исследованиями по изучению влияния поверхностного по­ тенциала на пробой планарных р-п переходов [128, 129].

Наличие на поверхности планарного р-п перехода термиче­ ски выращенной окисной пленки влечет за собой два главных фак­ тора, влияющих на пробой. Во-первых, пленка двуокиси кремния имеет положительный заряд [5], обусловленный структурой (кис­ лородные вакансии) и загрязнениями пленки — обычно ионами натрия. Во-вторых, приповерхностные слои кремния изменяют свою проводимость вследствие перераспределения примесей при термическом окислении (см. § 2.3). Оба эти фактора снижают про­ бивное напряжение, сужая область объемного заряда в приповерх­ ностном слое. Так, перераспределение фосфора в п-кремнии при термическом окислении приводит к увеличению его концентрации в приповерхностной области коллектора планарного транзистора. Обедненный слой, возникающий при обратном смещении, будет тем уже, чем низкоомнее материал. Таким образом, в перифериче­ ской области пробой наступит преждевременно не только из-за влияния кривизны, но и вследствие обогащения фосфором припо­ верхностного слоя.

Это явление еще более усугубляется действием поля поверх­ ностного заряда пленки (рис. 8.8), что приводит к значительному

Качественно объяснить ход графика (рис. 8.9) можно следую­ щим образом. С изменением потенциала электрода происходит обед­ нение или соответственно обогащение приповерхностной области высокоомной подложки р-тша носителями заряда, что приводит к изменению ширины обедненного слоя в районе выхода р-п пере­ хода на поверхность (рис. 8.10). Минимум пробивного напряже­ ния при отрицательном потенциале электрода обусловлен, как вид­ но из рис. 8.10, перемещением границы области пространственного заряда в подложке к металлургическому р-п переходу из-за уве-

210