Файл: Кремниевые планарные транзисторы..pdf

разных авторов. Например, в работе Келдыша [147] и Кейна [148] а* — я/2, а в работе Франца [149] а* = я/4.

Из формулы (8.40) видно, что туннельный ток экспоненциально зависит от напряженности поля в р-п переходе, и обратная вольт-

226

и тем самым увеличить пробивное напряжение. Рассмотрим наибо­ лее эффективные методы увеличения пробивного напряжения планар­ ных р-п переходов.

Как уже указывалось, значительное влияние на снижение на­ пряжения пробоя оказывает искривление р-п перехода. Метод, умень­ шающий действие этого фактора в планарных структурах, впервые был предложен Гетцбергером [152] и носит название метода охран­ ного кольца. Он состоит в следующем. По периферии планарного р-п перехода создается дополнительная диффузионная область оди­ накового типа проводимости с базовой областью транзистора и имею­ щая значительную глубину залегания (рис. 8.23). Такая структура дает возможность при сохранении параметров транзистора \ B\ ,fT, которые определяются в основном ее центральной частью, заметно увеличить пробивное напряжение.

В самом деле, глубину залегания области охранного кольца можно выбрать достаточно большой. Следовательно, р-п переход, образуемый охранным кольцом, будет иметь больший радиус кри­ визны. Тогда в соответствии с графиком рис. 8.7 (см. § 8.1) мы смо­ жем получить значительное увеличение напряжения пробоя в срав­ нении со структурой, пробой которой определялся бы перифериче­ ской областью р-п перехода с параметрами центральной части рас­ сматриваемого транзистора. Заметим также, что пробивное на­ пряжение транзистора с охранным кольцом все-таки значитель­ но ниже напряжения соответствующего меза-транзистора с плоским коллекторным переходом, так как охранное кольцо может в значи­ тельной степени ослабить влияние кривизны, но не может устранить этот фактор полностью.

При конструировании планарной структуры характеристики кольца выбираются с учетом влияния геометрии на параметры тран­ зистора. Целесообразно выбирать глубину залегания кольца по графику рис. 8.7. Ширину области охранного кольца следует вы­ брать минимальной (обычно ?» 5—10 мкм), чтобы свести к минимуму увеличение емкости коллекторного р-п перехода. В транзисторах с низкоомным коллектором глубину залегания области охранного кольца следует выбирать не слишком большой, поскольку при глу­ боком охранном кольце пришлось бы расширять высокоомный слой коллектора, что отрицательно скажется как на сопротивлении насы­ щения транзистора, так и на его частотных свойствах. Особенно важ­ но избегать глубоких охранных колец в эпитаксиально-планарных транзисторах, так как увеличение ширины высокоомного слоя кол-

228

Рис. 8.24. Структура высоковольтно­ го планарного транзистора с расши­ ренным базовым контактом.

лектора в этом случае приведет еще и к ухудшению качества эпитаксиальной пленки, что отрицательно скажется на выходе годных приборов.

Метод охранного кольца несколько неудобен технологически, так как он требует проведения дополнительной фотолитографиче­ ской обработки окисной маски для локализации области кольца и дополнительной диффузии в режимах, отличающихся от типовых режимов при создании активных областей планарных транзисторов.

Эффективность же метода охранного кольца достаточно высока: если обычные планарные транзисторы с глубиной залегания коллек­ торного р-п перехода порядка 3—4 мкм и р„ « 2—7 Ом-см имеют пробивное напряжение ІУк б 0 « 50—70 В, то применение охранного кольца в оптимальных условиях дает возможность увеличить эту цифру до 100—200 В.

Другим методом, позволяющим увеличить напряжение пробоя, является метод расширенного базового контакта. Сущность метода заключается в создании структуры, у которой высокоомная область коллектора я-типа вблизи р-п перехода обедняется под действием поля, возникающего при подаче рабочего смещения на транзистор (7к б , у которого контакт базы расширен и выведен над коллектором (рис. 8.24). Это аналогично соединению с диффузионной областью базы р-типа дополнительного электрода в рассмотренной нами в § 8.2 структуре, напряжение пробоя которой повышается за счет подачи обедняющего потенциала на дополнительный электрод. Обед­ няющий потенциал базовой расширенной металлизации, равный положительному потенциалу базового электрода , приводит к умень­ шению концентрации электронов в приповерхностной области кол­ лекторного слоя я-типа за счет компенсации поля положительного ионного заряда в окисной пленке.

Экспериментальные данные авторов по изучению пробоя струк­ тур с расширенным базовым контактом показывают, что увеличение напряжения пробоя может быть значительным (рис. 8.25). Из графи­ ка видно, что сплошные кривые напряжения пробоя структур с рас­ ширенным базовым контактом проходят значительно выше кривых, соответствующих аналогичным структурам с обычной геометрией (штриховая кривая).

При конструировании структур с расширенным базовым кон­ тактом следует учесть, что ширина перекрытия расширенным кон­ тактом коллекторного перехода не должна быть излишней, так как

229