|
| |
|
Главная Журналы стояние между границами (линиями) областей 5 мкм. Из данных рис. 4.4.9 видно, что применение прогрессивных методов изоляции элементов ИС позволяет почти на порядок уменьшить размеры транзисторов.  \-ffa3oibiu штат 0,007мм 0,0007 8) 8) Рис. 4.4.9. Габаритные размеры интегральных биполярных транзисторов при различных методах изоляции элементов микросхем: я - р+-двффузня; б - коллекторная диффузия; в -изоляция окислом (нзоплаиар); г - изоляция V-каналами Транзисторы с барьером Шотки. Быстродействие ключевого биполярного транзистора в значительной степени определяется длительностью процесса рассасывания заряда неосновных носителей, накопленных в базе и коллекторе при работе транзистора в режиме насыщения, когда коллекторный переход смещен в прямом направлении. Шунтирование коллекторного перехода диодом Шотки позволяет сильно ослабить инжекцию неосновных носителей открытым переходом, так как диод Шотки ограничивает напряжение открытого коллекторного р-«-перехода на уровне 0,4... 0,5 В (см. сравнение ВАХ р-«-перехода и барьера Шоткя на рис. 4.3.6,г). Накопление заряда неосновных носителей происходит только в области базы в результате инжекции эмиттерного перехода. На рис. 4.4.10 для сравнения показаны эпюры распределения концентраций зарядов неосновных носителей в обла-стях обычного транзистора и транз-истора с диодом Шотки. Применение диода Шотки позволяет приблизительно в Бет раз уменьшить время рассасывания заряда неосновных носителей. Параметры транзисторов с диодами Шотки лучше параметров транзисторов, легированных золотом: легирование золотом замет- Рис. 4.4.10. Распределения концентраций зарядов неосновных носителей, накопленных в областях обычного планарного биполярного-транзистора (а) и транзистора с днодом Шотки (б) прн работе в режиме насыщения / - эмиттер; 2, 3 - активные области базы и коллектора; 4, 5-пассивные области коллектора и базы
НО снижает коэффициент усиления транзистора 5ст за счет уменьшения времени жизни неосновных носителей в области базы. Кроме того, увеличение количества генерационно-рекомбинационных центров внутри эмиттерного перехода существенно уменьшает fics при малых токах коллектора. Рассмотрим две конструкции интегральных транзисторов с диодами Шотки, различающиеся способом уменьшения тока насыщения и увеличения пробивного напряжения диодов (рие» 4.4.11). Обе они содержат металлический электрод, перекрывающий коллекторный р-«-переход и образующий барьер Шотки с     Рис. 4.4.11. Конструкции эпитаксиальио-плаиариых транзисторов с диодами Шотки: с охранным кольцом (р-«-переход) (а) и с металлическими закра»- иами (б) коллекторной областью и омический контакт с областью базы. Для надежной фиксации потенциала открытого коллекторного р-«-перехода действительная ВАХ диода Шотки должна приближаться к ВАХ идеального барьера. Это обеспечивается качеством технологического процесса и малым сопротивлением объема полупроводникового материала гдщ в области контакта металл - полупроводник (см. рис. 4.4.11,6). Падение напряжения на сопротивлении гдш. последовательно соединенном с барьером Шотк спрямляет ВАХ диода. Для уменьшения гдщ скрытый «+-слой должен охватывать область расположения контакта металл - полупроводник (рис. 4.4.11). Уменьшению гдщ способствует также снижение удельного сопротивления материала коллектора ртк и увеличение площади металлического контакта диода Шотки лЗдщ • Однако величина рк ограничена снизу условием образования барьера Шотки и напряжением пробоя коллекторного перехода. Барьер Шотки формируется при рк 0,1 Ом-см (Л/дк<" 10 см-з). Для уменьшения ем- кости диода Шотки Сдш желательно увеличивать ргк и уменьшать 5дш. С увеличением рк также уменьшается емкость кол-.лекторного перехода Ск. Таким образом, требования к рк и 5 дщ .исходя из условия обеспечения достаточно малых Гдш, тк, Сдщ и •Ск противоречивы. Оптимизацией конструкции можно подобрать оптимальные значения рук и 5дш, при которых обеспечивается минимальная емкость Ск и необходимая ВАХ диода Шотки. Продольные транзисторы. Продольные транзисторы (рис. 4.4.12) широко используются в качестве активных нагрузок; генераторов тока и "для согласования уровней потенциалов в линейных интегральных микросхемах. Изолированная область полупро-.водника п-типа выполняет роль базы транзистора. Эмиттерную и  ТУ rw Паликришалшчввтц иртний ис. 4-4-12. Структуры продольных р-«-р-транзисторов при изоляции р-п-пе-\ j : реходом (а) и пленкой диэлектрика (б) : олл,ёет6рную р+-области фррм.йрую!т 1«(етодрм диффузии или ион-яого легирования. Для обеспе1ени5; омического контакта между еолупроводником «-типа и металлическим выводом базы используют сильнолегированную «+-область. Технология изготовления шррдотьных р-«-р-транзисторов полностью совместима с технологией изготовления поперечных «-р-«-транзисторов. В продольных транзисторах носители зарядов переносятся от эмиттера к коллектору вдоль поверхности кристалла. Упрощенную модель продольного р-«-р-транзистора (рис. 4,4.13,а) условно можно расчленить на две вертикальные четырех-слойные р-«-«+-р-структуры и горизонтальную трехслойную р-Р-структуру. Упрощенная схема рассматриваемой модели показана на рис. 4.4.13,в. Транзисторы, выполненные штриховыми линиями, соответствуют паразитным р-«-«+-р-структур а м-. , Введем обоэначения токов модели: /эрг - гок дырок, инжектированных в область активной базы; /б°эрг, /"эрв - горизонтальная и вертикальная составляющие тока дырок, инжектированных в область пассивной базы; /эп - электронный ток эмиттера; /кр- дырочный ток коллектора. Лолезный эффект создает поток дырок, инжектированных в область активной базы. Коэффициент передачи тока продольного транзистора Q кр /кр эрг эргТэрг +эрв+э - Рба 7эфф> где Рба = /крД°%г тивной базы; коэффициент переноса дырок в области ак- 7эфф = бп эрг эрг эрг эрг, эффективный коэффициент инжекции эмиттера. 4"г /зЦ П f.i-i.ii.M.i*- ,6а w,--   Рис. 4.4.13. Упрощенные модели (о, б) и эквивалентная схема (в) продольного р-п-р-транзистора Для повышения эффективности эмиттера в конструкцию продольного транзистора вводят «отражающие» «+-области, расположенные в области пассивной базы. За счет этих областей снижаются токи /"эрв, /"эрг. Электронная составляющая тока эмиттера; невелика по сравнению с другими составляющими, так как в диффузионном эмиттере существует статическое тормозящее (длш электронов) электрическое поле. Для поЕЫшення коэффициента переноса Рба используют минимально возможные расстояния между эмиттером и коллектором, В низковольтных транзисторах это расстояние определяется воз можностями технологии. При проектировании продольного транзистора расстояние между окнами в окисной пленке W*6a выбирают с учетом диффузии под эту пленку (см. рис. 4.4.13, б). , , Коэффициент передачи а рассматриваемых продольных транзисторов 0,1... 0,5. Более высокие значения а имеют транзисторЬЕ с замкнутым (кольцевым) коллектором, внутри которого расположен эмиттер. В этом случае практически весь горизонтальный поток дырок экстрагируется коллектором. В структуре горизонтального р-«-р-транзистора Шотки (рис.. 4.4.14) роль коллектора выполняет металлический электрод, образующий барьер Шотки с базовой «-областью. Транзистор с коллек.- тором в виде барьера Шотки имеет практически нулевой инверс-яый коэффициент передачи тока, так как коллекторный переход не инжектирует неосновные носители, пренебрежимо малое сопротивление тела коллектора и нулевое время пролета через область коллектора, что весьма важно для транзисторов СВЧ. Рис. 4.4.14. Структура горизонтального р-транзистора с металлическим коллектором Торевые транзисторы. Для повышения быстродействия маломощных ИС разработаны торцевые биполярные транзисторы с малыми емкостями р-п-переходов. Торцевой транзистор на рис. 4,4.15, а сформирован последовательной диффузией атомов ак-  / / / / / А / / X / / у  Рис. 4.4.15. Структуры торцевых транзисторов, сформированных методами КНС (а) и ДИАК (б) цепторных и донорных примесей в островок кремниевой эпитак-сиальной пленки, расположенной на поверхности сапфировой подложки (структуры КНС). Неосновные носители, инжектированные торцевой поверхностью эмиттера, переносятся через область базы ядоль границы раздела полупроводник-диэлектрик к торцевой поверхности коллектора. При площадях торцевой части эмиттера Sa=6 мкм2 и торцевой части коллектора 5к=30 мкм емкости переходов ~ 0,001 пФ, что на один-два порядка меньше емкостей переходов других типов интегральных транзисторов. Рассматриваемый транзистор характеризуется низким значением 5ст»2. Это объясняется тем, что в полупроводниковой эпитак- спальной пленке у поверхности раздела полупроводник-диэлектрик существует большая плотность дислокаций, возникающая из-за различия параметров кристаллических решеток сапфира и кремния. Полупроводниковый материал с высокой плотностью дислокаций имеет малое время жизни неосновных носителей, а транзистор, сформированный на основе такого материала, обладает малым коэффициентом переноса неосновных носителей в области базы. Значительно лучшими электрическими параметрами характеризуются торцевые транзисторы, сформированные методом ДИАК. Поперечная структура и топология такого транзистора по-Ъ казаны на рис. 4.4.15, б. Такой транзистор имеет ВстЮО при /к «50 нА... 1 мкА. § 4.5. Физические процессы в МДП-транзисторах Интегральные транзисторы со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) широко применяются в цифровых интегральных схемах. Интегральные схемы на МДП-транзисторах характеризуются высокой плотностью элементов, малой м©щ-ностью рассеяния, высокой помехоустойчивостью и низкой стоимостью. На основе МДП-транзисторов создаются сложные БИС для преобразования и хранения информации с числом элементов несколько десятков тысяч. Типовые структуры МДП-транзисторов показаны на рис. 4.5.1. В приповерхностном слое полупроводниковой подложки методом локальной диффузии или ионного легирования формируют исток (И) и сток (С) МДП-транзистора, изолированные от подложки р-п-переходами. Между истоком и стоком технологическим путем п-тнал И 3 С  Рис. 4.5.1. Структуры и условные обозначения МДП-транзисторов: со встроенными п- (о) и р-каналом (б), с индуцированными п- (в) и р-каналом (г): я - нсток, 3 - затвор, С - сток, Л - подложка 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [ 28 ] 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 |
||||||||||||||