ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 226
Скачиваний: 1
наличие такого перекрытия увеличивает емкость коллектора и сни жает предельную частоту усиления транзистора /V.
Технологически метод расширенного базового контакта очень легко осуществим, так как он не требует введения каких-либо новых операций. Для реализации этого метода достаточно лишь изменить конфигурацию соответствующего фотошаблона, используемого при создании металлизированных контактных областей транзистора.
Эффективность метода зависит от многих факторов, основными из которых являются: параметры (толщина и заряд) окисной пленки, тип металла, применяемого для расширенного базового контакта, удельное сопротивление области коллектора транзистора и другие. В типовых условиях при алюминиевой металлизации, удельном со противлении кремния порядка нескольких Ом-см и содержащей фос- форно-силикатное стекло окисной пленке толщиной менее 1 мкм, эффективность расширенного базового контакта сравнима с эффек тивностью охранного кольца.
Сравнительно недавно Као и Уолли [153] был предложен еще один эффективный метод повышения пробивных напряжений пле нарных структур. Метод предполагает создание по периферии планарной структуры кольцевых делителей напряжения (для определен ности мы будем называть его методом делительных колец). Схема ра боты делительного кольца, взятая из [153], изображена на рис. 8.26.
При некотором обратном напряжении смещения, близком к на пряжению пробоя центральной части структуры, граница объемного заряда смыкается с внутренним контуром делительного кольца. Дальнейшее увеличение обратного напряжения к пробою не приво дит, так как р-п переход, образованный делительным кольцом, дает
I |
I |
I |
|
I |
1 |
1 |
1 |
— 1 • |
|
О |
S |
10 |
15 |
20 |
25 |
|
хк0,мкм |
|
|
Рис. 8.25. |
Зависимость |
пробивного |
напряжения |
коллекторного |
р-п перехода |
||||
с расширенным базовым |
контактом |
( |
) и без расширенного |
базового кон |
|||||
такта ( |
) |
от глубины |
залегания |
перехода |
хк0. |
|
|
230
Рис. 8.26. Схема работы делительного кольца:
а — распределение объемного |
з а р я д а ; |
б — х о д |
|
концентрации |
ионизированных |
примесей; |
в — х о д |
напряженности |
поля. |
|
|
Делительное кольцо ->- 4,
Основной,
переход
4P
свой обедненный слой, который смы кается с обедненным слоем основного р-п перехода. При этом, если плос кий участок основного р-п перехода имеет достаточный запас по пробивно му напряжению, пробой структуры с делительным кольцом наступит
тгггдг^
Л, Л.
В)
лишь при удвоении напряжения, поданного в момент включения кольца. Снабдив р-п переход несколькими делительными кольца ми, можно получить структуру с пробоем в плоской части основ ного р-п перехода, т. е. транзистор с достаточным числом делитель ных колец может иметь такое же пробивное напряжение, как и аналогичный меза-транзистор.
Экспериментальное изучение структур с делительным кольцом подтверждает описанный выше механизм увеличения пробивных на пряжений. На рис. 8.27 показана зависимость напряжения пробоя планарных структур с одним делительным кольцом от глубины диф фузии основного р-п перехода и от расстояния до кольца.
При малых глубинах диффузии пробивное напряжение цен тральной части структуры меньше напряжения смыкания с коль цом и ход графика Uav = (7п р (хк0) совпадает с ходом аналогичной кривой для обычной планарной структуры (см. рис. 8.7). Напряже нию смыкания соответствует глубина, при которой наблюдается резкий рост пробивного напряжения. Затем наблюдается дальней шее снижение пробивного
напряжения вследствие сужения обедненной об ласти между р-п переходом и кольцом при постоянном значении расстояния меж ду краем маски централь ного р-п перехода и внут ренним контуром кольца, а минимум обусловлен, ве роятно, моментом смыка ния р-областей кольца и центральной части струк-
Ау=35мкм
500
Лу = 0
400
300
J3=150M-CM
200
25 мкм
|
|
100 |
|
|
|
|
Рис. 8.27. |
Зависимость пробив |
|
|
|
|
|
ного напряжения коллекторно |
|
|
|
|
|
|
го р-п перехода с делительным |
•5 |
10 |
15 |
20 |
хк0,мкм |
|
кольцом |
от глубины залегания |
перехода.
231
Рис. 8.28. Конструкция пленарного транзистора с делительным кольцом.
n
туры. Из рис. 8.27 видно, что, выбрав оптимальное соотношение между глубиной залегания р-п перехода хп0 и расстоянием по маске Ау, можно почти удвоить напряжение пробоя.
Конструкция транзистора с делительным кольцом (рис. 8.28) выгодно отличается от рассмотренных выше конструкций малым влиянием кольца на параметры прибора. В самом деле, присутствие делительного кольца может лишь увеличить емкость коллекторного р-п перехода. Однако поскольку смыкание р-п перехода с кольцом происходит при значительных смещениях, когда емкость коллекто ра становится малой, то влияние кольца незначительно. Измерение емкости р-п перехода коллектора при увеличивающемся смещении не обнаруживает заметного скачка: кривая СК = СК ((7к б ) остается монотонной вплоть до напряжений пробоя структуры.
Технологическая схема изготовления транзистора с делитель ными кольцами не отличается от типовой, так как кольцевые области создаются одновременно с базовой областью транзистора. Однако определенную трудность представляет обеспечение полной безде фектности областей структуры, в которых при обратном смещении возникает объемный заряд. Поэтому с точки зрения повышения выхода годных структур нужно стремиться использовать минималь ное число колец (обычно от одного до трех).
Рассмотрим теперь метод противоканальных колец. Как уже отмечалось в § 8.2, на поверхности базы п-р-п и коллектора р-п-р планарного транзистора весьма вероятно возникновение инверсион
ных слоев — каналов — из-за |
наличия |
положительного |
заряда |
|||||||
в окисной пленке. Поверхностная концентрация |
в базовой области |
|||||||||
п-р-п транзистора велика (NsaTaJ.018—1019см_3) |
|
и |
канал |
об |
||||||
разуется |
редко, а |
в области коллектора р-п-р |
транзистора (NaR |
та |
||||||
та 101 5 —101 6 см- 3 ) |
канал образуется всегда. |
Для борьбы |
с этим |
|||||||
явлением |
применяют |
метод противоканального |
кольца, |
который |
||||||
состоит в |
следующем. |
Перед |
проведением диффузии |
эмиттерной |
||||||
примеси |
в коллекторе |
р-п-р |
транзистора |
вскрывают |
замкнутую |
Рис. 8.29. Конструкция
.планарного р-п-р транзи стора с противоканальным кольцом:
/ — противоканалыюе коль цо; 2 канал.
232
Рис. |
8.30. |
Конструкция |
Si02 / |
AlI |
Z І |
планарного р-п-р транзи |
|
|
|
||
стора |
с противоканаль- |
|
|
|
|
ным |
кольцом , и эквипо |
|
|
|
|
тенциальным |
металли |
|
|
V |
|
ческим электродом: |
|
|
I — противоканальное коль цо; 2 — эквипотенциальный электрод .
область, окружающую р-п переход. Во время диффузии эмиттера одновременно сильно легируется область противоканального коль ца, отсекающего n-канал (рис. 8.29). Для компенсации заряда окисной пленки противоканальное кольцо часто соединяют с эквипотен циальным металлическим электродом, расположенным над коллек торным р-п переходом для улучшения стабильности характеристик р-п-р транзистора (рис. 8.30). Таковы основные методы, применяе мые для увеличения пробивных напряжений планарных транзи сторов.
Заметим, что пробивное напряжение планарного транзистора можно повысить и другими путями. Например, в областях, где будет располагаться периферия коллекторного р-п перехода, можно ло кально осадить высокоомную эпитаксиальную пленку; можно соз дать транзистор на подложке с переменным удельным сопротивле нием, резко увеличивающимся в приповерхностном слое; можно снизить положительный заряд окисла, применяя термообработку в электрических полях, и т. д. Однако при современном уровне тех нологии наиболее эффективны рассмотренные нами первые три основных приема повышения напряжения пробоя.
Примером конструкции высоковольтного планарного транзи стора может служить изображенная на рис. 8.31 структура, сочетаю щая в себе методы охранного кольца и расширенного базового кон такта. Периферия коллекторного перехода этой структуры снабже на охранным кольцом, уменьшающим влияние искривления на про бой, а обедняющий электрод, соединенный с базой, повышает напря жение пробоя за счет компенсации нежелательных поверхностных эффектов.
Такая структура используется в высоковольтных транзисторах КТ604—КТ605. Глубина залегания плоской части коллекторного р-п перехода лгк0 « 4 мкм, глубина охранного кольца * к 0 = 10 мкм, а рп = 15 Ом-см.
Al SiOz
ного транзистора с ох- |
п |
|
ранным кольцом и |
рас- |
|
ширенным базовым |
кон |
|
тактом. |
|
|
233
Применение этих двух методов повышения пробивного напряже ния позволило увеличить почти в 3 раза величину (7 к б 0 = 350—380 В по сравнению со значением (7к б 0 = 120—140 В для аналогичных структур без охранного кольца и расширенной металлизации.
Очевидно, подобным же образом можно сочетать и другие мето ды повышения пробивного напряжения, выбирая наиболее выгод ные условия действия каждого из них, что дает возможность получить максимум пробивного напряжения при минимальном ухудшении частотно-переключательных характеристик транзистора.
Дополнение к гл. 8
Расчет t7Kg с проводим следующим образом. Из [52] можно записать два уравнения для определения границ коллекторного р-п перехода хк (с квази нейтральной базой) и хк (с квазинейтральным коллекторном слоем) в зависи мости от обратного смещения UKp_n на нем:
|
|
|
|
|
|
|
j p ( x ) d x = 0, |
|
|
|
(Д. 1) |
||
|
|
|
|
|
|
J |
хр(х)а~х=£е0((рш4-\икр_п\), |
|
|
|
(Д . 2 ) |
||
|
|
|
|
|
|
х к |
|
|
|
|
|
|
|
где |
р(х)—плотность |
объемного |
заряда, |
равная |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
p(x) = q[Nd(x)-Na(x)^NdK]. |
|
|
|
( Д . За) |
|||
Координата |
х |
отсчитывается от металлургического |
перехода коллектор—база, |
||||||||||
т . е. от точки |
хт |
(см. рис. 3,1,6): х = х—хк0. |
Следовательно, |
|
хк=Хк—хк0, |
||||||||
хк.~ |
хк |
хко- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Величина |
р (х), |
очевидно, |
положительна |
при х > 0 и |
отрицательна |
|||||||
при |
1с < |
0. |
Уравнение |
(Д. 1) выражает |
условие |
равенства нулю |
полного |
||||||
объемного |
заряда |
в коллекторном р-п переходе, |
а (Д.2) связывает |
контакт |
|||||||||
ную разность потенциалов <рк к и внешнее обратное напряжение, |
приложенное |
к коллекторному р-п переходу, с объемным зарядом в нем. Поскольку со
гласно |
(3.2) и |
(3.3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nd(x) |
= Na |
(хэа) ехр I — * |
* э ° |
}=NdKexp |
w |
( — |
— ] |
— |
|||
|
|
|
|
|
L d |
|
|
L a |
|
Ld } |
L d |
|
|
~ |
|
/ |
x—x80 |
\ |
( |
|
x |
\ |
|
|
tfo(x) = |
W o ( x 8 0 ) e x p |
y——~L |
J = i V d K e x p |
I — — J, |
|
|||||
p (x) перепишется |
в следующем |
виде: |
|
|
|
|
|
|
|||
P W = A K |
I ехр |
|
L a L d J L d J |
exp I - |
f |
(Д . 36) |
|||||
|
|
|
|
6 0 1 |
r |
V |
L a |
|
|
234