Биполярный транзистор

Активные элементы интегральных микросхем

Структура биполярного транзистора в интегральных микросхемах отличается от структуры дискретного транзистора изоляцией от подложки. Другая особенность связана с тем, что вывод от коллекторной области интегрального транзистора осуществляется на верхней поверхности кристалла. Поэтому для уменьшения объемного сопротивления области коллектора перед эпитаксиальным наращиванием производится подлегирование подложки в тех местах, где будут сформированы транзисторные структуры, т.е. создается скрытый n ⁺-слой, как показано на рис.11. 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 перехода высокоомным слоем коллекторной области. Это приводит к некоторому ухудшению частотных свойств интегрального транзистора в связи с увеличением постоянной времени перезаряда барьерной емкости коллектора. При этом необходимо учесть, что выходная емкость интегрального транзистора включает в себя барьерную емкость изолирующего перехода между областью коллектора интегрального транзистора и остальной частью кристалла.

Повышенное сопротивление коллекторной области приводит к увеличению напряжения насыщения интегрального транзистора U _кэнас по сравнению с дискретным транзистором.

Размеры интегрального транзистора существенно меньше размеров аналогичного дискретного транзистора.

Основу биполярных интегральных микросхем составляют транзисторы n-p-n -типа, которые имеют лучшие характеристики и проще в изготовлении по сравнению с транзисторами 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 необходимо провести еще одну дополнительную диффузию акцептора с предельной растворимостью, превышающей предельную растворимость фосфора, а такие акцепторы практически отсутствуют.

Поэтому основным вариантом интегрального транзистора p-n-p -типа является горизонтальный транзистор, представленный на рис.12. Для его формирования не надо вводить дополнительных технологических операций, т.к. p -области его эмиттера и коллектора получаются одновременно при создании p -области транзистора n-p-n -типа. Однако горизонтальный транзистор оказывается бездрейфовым из-за однородного легирования его базовой области. Толщина активной части базы горизонтального транзистора получается относительно большой. Все это приводит к посредственным частотным характеристикам горизонтального транзистора и его граничная частота обычно не превышает нескольких десятков мегагерц.

У горизонтального транзистора оказываются одинаковыми напряжения пробоя эмиттерного и коллекторного переходов и близки коэффициенты передачи тока эмиттера при нормальном и инверсном включении транзистора, так как области эмиттера и коллектора одинаковы по своим свойствам.

Горизонтальная структура позволяет легко получить могоколлекторный транзистор. Для этого достаточно кольцевую область коллектора разделить на несколько частей и сделать отдельные выводы от каждой части коллектора. Коэффициент передачи тока для каждого коллектора будет меньше, чем для единого коллектора, но все коллекторы будут работать синхронно, а нагрузки во всех коллекторных цепях будут электрически разделены.