Биполярный транзистор

Биполярный транзистор является распространенным активным элементов элементом в современных интегральных микросхемах. Структура биполярного транзистора в интегральных отличается от структуры дискретного транзистора изоляцией подложки. Другая особенность связана с тем, что вывод от коллекторной области осуществляется на верхней поверхности кристалла. Поэтому для уменьшения объемного сопротивления области коллекторы перед эпитаксиальным наращиванием производится обычно подлегирование подложки в тех местах, где будут сформированы транзисторные структуры, т.е. создается скрытый n⁺ слой.

Структура биполярного транзистора со скрытым n⁺ слоем:

Топология электродов:

Однако даже при наличии скрытого n⁺ слоя сопротивление коллекторной области интегрального транзистора оказывается больше аналогичного сопротивления дискретного транзистора, т.к. скрытый n⁺ слой отделен от коллекторного электрода высокоомным слоем коллекторной области. Это приводит к некоторому ухудшению частотных свойств интегрального транзистора в связи с увеличением постоянной времени цепи коллектора(времени перезаряда барьерной емкости коллектора). Поэтому граничные частоты биполярных транзисторов в интегральных микросхемах не превышают 500 МГЦ.

Интегральный транзистор отличается от аналогичного дискретного, изготовленного по той же планарной технологии, значительно меньшими размерами. Объяснятся это тем, что в дискретном планарном транзисторе должны быть контактные площадки для подсоединения проволочных выводов эмиттера, базы и коллектора. Размер контактных площадок должен быть не менее 100х100 мкм. В интегральной микросхеме контактные нужны только для подсоединения выводов от всей схемы. Отдельные же элементы ИМС соединены между собой межэлементными соединениями в виде тонких и узких(нескольких микрометров) металлических полос.

Основу биполярных интегральных микросхем составляют транзисторы n-p-n – типа, что вызвано удобствами формирования таких структур и несколько лучшими параметрами их по сравнению с параметрами интегральных транзисторов p-n-p-типа.

Дело в том, что для формирования сильнолегированных эмиттерных областей транзисторов n-p-n типа обычно используют диффузию фосфора, который имеет большую растворимость в кремнии и относительно малый коэффициент диффузии. Таким образом, для формирования p-n-p транзистора в интегральной микросхеме, содержащей n-p-n транзисторы, необходимо еще провести дополнительную диффузию какого-то акцептора с предельной растворимостью, превышающей предельную растворимость фосфора. А такие акцепторы практически не существуют.

Поэтому основным приемлемым вариантом интегрального транзистора n-p-n типа является так называемый горизонтальный или боковой транзистор:

Для его формирования не надо вводить дополнительных технологических операций, так как р-области его эмиттера и коллектора получаются одновременно при создании р-области базы транзистора n-p-n типа. Однако горизонтальный p-n-p транзистор оказывается бездрейфовым из-за однородного легирования его базовой области – эпитаксиального слоя. Толщина активной части базы горизонтального транзистора получается относительно большой. Все это приводит к посредственным частотным характеристикам: его граничная частота не превышает нескольких десятков МГц.

Горизонтальная структура позволяет легко осуществить многоколлекторный транзистор. Для этого достаточно кольцевую область коллектора разделить на несколько частей и предусмотреть отдельные выводы от каждой части – от каждого коллектора. Коэффициент передачи тока будет для каждого коллектора в соответствующее число раз меньше, чем для единого коллектора, но все коллекторы будут действовать «синхронно», а нагрузки во всех коллекторных цепях будут электрически разделены. Такой транзистор удобен для некоторых цифровых интегральных микросхем.