Файл: Кремниевые планарные транзисторы..pdf

Рис. 11.2. Геометрия интегральных транзисторов:

а — о д н о б а з о в а я ; б — д в у х б а з о в а я .

а контакты коллектора, базы и эмиттера выведены на одну поверх­

транзисторе оказывается больше аналогичного сопротивления в дис­ кретном планарном транзисторе на величину сопротивления расте­ кания от л+-слоя до коллекторного контакта, расположенного на верхней поверхности кристалла. Это приводит к некоторому повышению напряжения насыщения ІІкдн [см. (7.11а)] и снижению предельной частоты fr, поскольку предельная частота коллектор­ ной цепи (ок [см. (5.46) ] в интегральном транзисторе ниже по срав­ нению с аналогичной частотой в дискретном транзисторе с теми же параметрами диффузионных слоев, высокоомного коллекторного слоя и с той же топологией.

Толщина базы в транзисторах для ИС имеет примерно те же значения, что и в обычных дискретных высокочастотных планарных транзисторах, т. е. № б о ~ 0 , 5 — 1 , 0 мкм. Предельные частоты также приблизительно одинаковы: fT ~ 200—500 МГц. Рабочие токи тран­ зисторов (7К ) в обычных логических и линейных ИС составляют, как правило, 1—10 мА. Конструктивно интегральный транзистор выполняется в виде полосковой структуры с одной или двумя ба­ зовыми площадками (рис. 11.2, а, б). При этом размеры маломощ­ ных транзисторов значительно меньше размеров транзисторов дис­ кретного варианта. Объясняется это тем, что в дискретном испол­ нении планарный транзистор должен иметь контактные площадки размером порядка 100 X 100 мкм2 , чего не требует интегральный

300

вариант, поскольку контактные площадки необходимо иметь ИС в целом, но не каждому ее элементу. В связи с этим в кристаллах, равных по площади кристаллам дискретного транзистора, удается разместить десятки транзисторов в интегральном исполнении. Выход годных структур на единицу площади при определенном уровне технологии для интегральных транзисторов получается, таким образом, выше, чем для дискретных с аналогичными пара­ метрами. В первом приближении можно считать, что выход годных структур определяется площадью активных элементов (областей) независимо от того, изготавливаем мы ИС или дискретный тран­ зистор.

характеризует длительность фронта выключения импульса коллек­

в режиме насыщения, в базе и в высокоомном коллекторном слое накоплен заряд неосновных носителей. При подаче запирающего импульса базового тока неосновные носители рассасываются в те­ чение некоторого времени за счет вытекания в базовый и коллектор­ ный выводы транзистора, а также за счет рекомбинации. Для уменьшения времени рассасывания tv в область базы и коллектор­ ного высокоомного слоя переключающего транзистора вводят до­ полнительные центры рекомбинации, чаще всего с помощью диф­ фузии золота (см. § 2.6). Однако этот метод не технологичен, связан с дополнительным расходом золота и не всегда дает воспроизводи­ мые результаты. Кроме того, в результате легирования золотом уменьшается время жизни неосновных носителей в базе, что, в свою очередь, приводит к заметному уменьшению коэффициента усиле­ ния Вст по сравнению с аналогичным коэффициентом в транзи­ сторах без золота. Например, в п-р-п переключающих транзисторах КТ603 коэффициент Вст убывает в 2—3 раза после диффузии золота. Введение золота уменьшает также время жизни носителей %'[ в кол­ лекторном р-п переходе и вызывает увеличение почти на порядок обратного тока / к б 0 в соответствии с формулой (7.2).

Более перспективным методом снижения tv является приме­ нение диодов с барьером Шоттки, шунтирующим коллекторный р-п переход [241].

Наиболее простым и технологичным для кремниевых планар­ ных п-р-п транзисторов вариантом барьера Шоттки является ис­ пользование барьера алюминий (базовая металлизация) — п-крем- ний коллектора. Структура такого транзистора с барьером Шоттки изображена на рис. 11.3. Здесь коллекторный переход вскрывается и металл базового контакта распространяется на участок коллек-

301

0-

Рис. 11.4. Эквивалентная схема п-р-п тран­ зистора с диодом Шоттки:

Рис. 11.5. Зонная диаграмма контакта ме­ талл — кремний и-типа:

a) UK р.п = 0, б) UK р.п < 0, в) UK р.п > 0.

тора п-типа. При соответствующей обработке образуется диод Шоттки, шунтирующий коллекторный переход. Эквивалентная схема п-р-п транзистора с диодом Шоттки показана на рис. 11.4. При наличии обратного смещения на переходе коллектор — база (положительный потенциал от источника питания Екэ подан на коллектор) диод с барьером Шоттки A I — n-Si оказывается также под обратным смещением. Потенциальный барьер, который должны преодолеть электроны при переходе из n-Si в A I , возрастает по сравнению с барьером при нулевом смещении от значения q(p0 до <7ф0 + q \ UK9 \ (рис. 11.5, а, б). Обратный ток диода Шоттки, обус­ ловленный переходом электронов из металла в кремний, достаточно

ная Ричардсона для кремния; Ф„А;0,6 Э В — высота потенциального барьера для контакта AI — n-Si.

302

Когда транзистор переходит в режим насыщения под дейст­ вием отпирающего импульса базового тока, полярность напряжения на коллекторном р-п переходе изменяется с обратной на прямую. Коллекторный высокоомный слой n-типа на границе с р-п переходом оказывается под отрицательным потенциалом по отношению к ба­ зовому слою р-типа. На диоде Шоттки теперь также приложено прямое напряжение смещения. Потенциальный барьер, который преодолевают электроны, переходящие из кремния в алюминий, уменьшается и становится равным ^ ф 0 — q U K p . n (рис. 11.5, в). Диод Шоттки открывается, через него в цепи коллектор — база

мулы (11.1) легко проверить, что плотность тока через диод Шоттки

в (11.2) учитывает тот факт, что электронный инжекционный ток из

В обычном транзисторе без диода Шоттки, как показано в § 7.1, прямое смещение на коллекторном переходе в режиме насыщения

303