Многоэмиттерные и многоколлекторные транзисторы

Биполярные транзисторы и диоды

Элементы полупроводниковых интегральных схем

Полупроводниковые интегральные схемы – это интегральные схемы, все элементы и межэлементные соединения которых выполнены в объеме и на поверхности полупроводника. Конструктивной основой ИС является подложка из кремния р-типа или арсенида галлия толщиной 200–300 мкм. Элементы ИС формируются в изолированных от подложки локальных областях n-типа, называемых карманами. Изоляция карманов от подложки может быть осуществлена несколькими способами. Идеальной является изоляция посредством пленки двуокиси кремния (рис. 1.4, б). Однако такой способ технологически трудоемок. Наиболее простым является способ изоляции с помощью обратно смещенного р-n-перехода (рис. 1.4, а), но он не является совершенным из-за наличия обратного тока. Основным способом изоляции в современных ИС является метод комбинированной изоляции (рис. 1.4, в), сочетающий изоляцию диэлектриком и обратно смещенным р-n-переходом.

а SiО₂	б	в

Рис. 1.4

Биполярные n–р–n-транзисторы являются основным схемным элементом полупроводниковых ИС. Наибольшее распространение получили транзисторы, имеющие вертикальную структуру, в которой выводы от областей транзистора расположены в одной плоскости на поверхности подложки (рис. 1.5).

Рис. 1.5

Такие структуры формируются в карманах n-типа, глубина которых составляет несколько микрометров, а ширина несколько десятков микрометров. Рабочей областью транзистора является область, расположенная под донной частью эмиттера. Остальные области структуры являются пассивными, они выполняют функции соединения рабочих областей с внешними выводами и обладают значительными сопротивлениями. Изоляция транзистора от подложки обеспечивается путем подачи на коллектор положительного напряжения относительно подложки.

Изопланарные n–р–n-транзисторытакже имеют вертикальную структуру и выводы, расположенные на поверхности подложки (рис. 1.6); они отличаются от планарно-эпитаксиальных меньшими размерами и лучшей изоляцией от подложки. При одинаковой площади эмиттерныхпереходов общая площадь изопланарного транзистора (с учетомплощади изолирующих областей) меньше почти на порядок. Поэтому изопланарные транзисторы находят применение в БИС иСБИС. Глубина залегания эмиттера составляет 0,2...0,4 мкм, толщина базы 0,1…0,2 мкм. В структуре имеются противоканальные области р⁺-типа, расположенные под вертикальными изолирующими областями. Их назначение – устранить паразитные проводящие каналы между соседними структурами. Для предотвращения появления инверсных каналов создают р⁺-области, охватывающие электронные карманы в виде кольца.

Рис. 1.6

Транзисторы р–n–р-структуры в ИС играют вспомогательную роль. Их изготовляют одновременно с n–р–n-транзисторами и они, как правило, имеют горизонтальную структуру. В такой структуре эмиттерная и коллекторная области изготовляются одновременно с созданием базовых областейn–р–n-транзисторов. Перенос носителей заряда в таком транзисторе происходит в горизонтальном направлении.

Многоэмиттерные транзисторы составляют основу цифровых ИС транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Имея общие коллектор и базу, транзистор содержит до 16 эмиттеров. Структура трехэмиттерного транзистора показана на рис. 1.8. Ее можно рассматривать как интегрированную совокупность транзисторов, обладающую двумя особенностями.

Рис. 1.8

Во-первых, соседние эмиттеры образуют паразитную горизонтальную n–р–n-структуру, коэффициент усиления которой должен быть уменьшен путем увеличения расстояния между эмиттерами. Это расстояние должно быть больше диффузионной длины электронов. Практически оно составляет 10...15 мкм.

Во-вторых, при закрытом эмиттерном переходе и открытом коллекторном вертикальная n–р–n-структура переходит в инверсный режим, в результате чего в цепи закрытого эмиттерного перехода возникнет ток, обусловленный инжекцией из коллектора. Чтобы уменьшить этот ток, необходимо уменьшить инверсный коэффициент передачи тока, что достигается путем увеличения расстояния, проходимого электронами через базу. С этой целью внешний вывод базы соединяют с активной областью транзистора через узкий перешеек, обладающий сопротивлением 200...300 Ом.

Интегра́льная (микро) схе́ма (ИС, ИМС, м/сх, англ. integrated circuit, IC, microcircuit), чип, микрочи́п (англ. microchip, silicon chip, chip — тонкая пластинка — первоначально термин относился к пластинке кристалла микросхемы) — микроэлектронное устройство —электронная схема произвольной сложности (кристалл), изготовленная на полупроводниковой подложке (пластине или плёнке) ипомещённая в неразборный корпус, или без такового, в случае вхождения в состав микросборки ^[1].