БТ ПП ИС

(использование б технологии)

БТ типа n-p-n с вертикальной структурой

Наибольшее распространение получили транзисторы, имеющие вертикальную структуру, в которой все выводы от областей транзистора расположены в одной плоскости на поверхности подложки (рис. 7.3). Такая структура называется планарной. Структура состоит из эмиттерной 1, базовой 2 и коллекторной 3 областей. Под коллекторной областью расположен скрытый n⁺-слой 4. От внешних воздействий структура защищена диоксидом кремния 5, в котором имеются окна 6 для присоединения металлических выводов 7 к соответствующим областям структуры.

Такую структуры называют вертикальной, так как взаимодействующие участки К и Э переходов БТ расположены по вертикали один под другим. К, Э и Б области формируют путём последовательных диффузий примесей к э.слою n-типа через отверстия в защитном слое SiO2. В Э создают повышенную концентрацию доноров для обеспечения преимущ. Чего-то-там электронов в базу.

Повышенную концентрацию доноров в К создают для уменьшения сопротивления этого контакта. Скрытый слой n⁺ создают путём диффузии доноров в Si пластинку р-типа. Этот слой обладает малым сопротивлением, изолирует расположенный над ним высокоомный слой n-типа меняя объёмное сопротивление К.

Наличие скрытого слоя сказывается при работе БТ при насыщении (уменьшает Uкэ нас), что хорошо для ИС.

Из графика следует, что при одном и том же токе насыщения напряжение КЭ насыщения со скрытым слоем меньше, чем без скрытого слоя. В верхней части коллекторной области концентрация донор должна быть низкой, чтобы КП был достаточно широким для уменьшения его барьерной ёмкости и увеличения напряжения пробоя. Если кроме Э, Б и К областей БТ учитывать подложку p-типа, то данная структурная является четырехслойный. Её можно представить в виде двух БТ (основной n-p-n и паразитный p-n-p).

Если основной БТ работает в активном режиме, то влиянием паразитного можно пренебречь (оба перехода его включены в обратном направлении, то есть в режиме отсечки). Если основной в режиме насыщения, то паразитный работает в активном режиме (так как его ЭП в прямом, а КП в обратном). При этом появляется существенный ток утечки через паразитный БТ, уменьшается ток базы и увеличивается Uкэ нас основного БТ. Что является нежелательным. С учетом других паразитных элементов, структуры БТ можно представить как РИС2. Паразитные емкости ухудшают частные свойства, снижают граничную частоту 600-800 МГц.

БТ p-n-p с горизонтальной структурой.

Коэффициент передачи тока Базы (бета) очень низкий (меньше или равно 5), так концентрация акцепторов в Э области такая же невысокая, как в К. Активную область Б между Э и К областями в БТ с ГС не удаётся сделать настолько тонкой, как в вертикальной структуре. Кроме того, концентрация доноров в Б равномерная, следовательно, такой БТ бездрейфовый. Граничная частота 20-40 МГц.

Многоэмиттерный БТ транзистор n-p-n

МЭТ не имеют аналогов в дискретном исполнении. Количество эмиттеров от 2 до 12. Нашли применение в ЦИС ТТЛ. Коллекторный переход МЭТ всегда включен в прямом направлении. Если при этом хотя бы один из ЭП включен в прямом направлении, то МЭТ работает в режиме насыщения. Если оба ЭП включены в обратном направлении, то транзистор работает в инверсном режиме с малым коэф передачи тока (К в роли Э, а Эмиттеры в роли К).

Многоколлекторный БТ (МКТ) n-p-n

Структура МКТ не позволяет поднять значение альфа выше 0,8-0,9. Что соответствует величине коэффициент передачи тока базы 4-9. Применение: в ЦИФ И²Л (интегрально-инжекционная логика).

Транзистор с диодом Шотки (транзистор Шотки)

БТ с диодом Шотки – основа ЦИС ТТЛШ (ТТЛ с диодами Ш).

Базовый электрод перекрывает часть обл коллектора, образуя с ней выпрям переход Металл-ПП (диод Шотки). Высокоомная n-область коллектора имеет меньшую работу выхода, чем металл электрода. Поэтому между ними образуется выпрямляющий электрический переход. При работе в активном режиме напряжение К, чем напряжении Б и диод Шотки закрыт и не влияет на работу транзистора. Если потенциал К меньше потенциала Б, диод открывается и падение напряжения на нем будет меньше напряжения отпирания КП, и транзистор не входит в режим насыщения (следовательно в Б не накапливается избыточный заряд неосновных носителей, что приводит к уменьшению времени запирания, то есть повышения быстродействия).

Полевые транзисторы ПП ИС.

ПТ в управляющим p-т переходом применяются совместно с БТ в ЦИС. Наибольшее применение получили МДП транзисторы, которые имеют меньшие размеры, чем БТ, что обеспечивает более высокую степень интеграции. Применяют МДП с индуцированным каналом (причем предпочтение p-канальным, имеющим большую крутизну характеристики и более высокую граничную частоту, вследствии большей подвижности электронов в сравнении с другими). МДП транзисторы со встроенным каналом обычно используют в качестве нелинейных резисторов, изменяющих свое сопротивление при изменении напряжения на затворе.

МДП транзисторы поликремниевым затвором.

Преимущества: высокая крутизна характеристики , уменьшение порогового напряжения, размеров и паразитных емкостей.

Применение в ЦИС МОПТЛ (металл-окись-проводник- транзисторная логика)

Комплементарная МДП-сруктура (КМДП)

Это последовательное соединение МДП транзисторов с индуцированным каналом n и p типов. Использование в ЦИС КМОПТЛ.

МДП-структура «кремний на диэлектрике» (КНД)

Достоинства: малые паразитные емкости, высокая плотность упаковки и устойчивость к ионизированным излучениям.

Вертикальная и многослойная МДП структура

Пассивныеэлементы

Резисторы

Сопротивление ед-дес Ом, 20% разброс

Или же сотни-дес ОМ, разброс 5-20%

Конденсаторы

С меньше равно 300 пФ U пробоя=10В

С меньшеравно 300 ПФ U 50в

Меньше 500 пф, меньше 30 В

07022012 Лекция 2