.
Импульсные и цифровые устройства. Логические элементы Дешифраторы и шифраторы Мультивибраторы Проектные параметры резисторов Элементы инжекционной логики Конструкции МДП-транзисторов Проектирование топологии ИС

Физика решение задач

Пример. Оценить значение горизонтального транзистора при следующих исходных данных: Wb = 6 мкм; Dp = 6 см2/сек; W1 = 3 мкм; W2 = 2,5 мкм; Soe/Sbe = 3.

Топология горизонтального транзистора, изображенная на рисунке 2.54, с раздельными коллекторными областями известна, как обращеный МКТ с управлением по базе или эмиттеру (см. рис. 2.54, а). Ее применение упрощает топологию схем, в которых требуются р-n-р-транзисторы с объединенными эмит-терными и базовыми контактами. Решение проблемы внешней инжекции носителей в базу МКТ позволило выйти на приборы с инжекционным питанием, рассмотренные в подразделе 2.16.2.

В ряде схемных решений го­ризонтальный p-n-p-транзистор должен иметь небольшой, но стабильный коэффициент усиления при разбросах технологических режимов его изготовления. Многоколлекторное исполнение БПТ, когда при общих эмиттере и базе отношение коэффициентов передачи тока по отдельным коллекторам транзистора определяется отношением потоков носителей заряда пропорциональных «активным» боковым поверхностям эмиттера, решение по стабилизации усиления реализовано соединением электродов представленным на рисунке 2.54, б [4].

Так, полагая суммарный коэффициент усиления двухколлекторного транзистора, при условии, что оба коллектора (К1 и К2) закорочены, равным Вс, а коэффициенты усиления транзисторов при использовании каждого коллектора в отдельности равны В1, В2 и удовлетворяют условию B2/B1 = Sbe2/Sbe1 = n, можно показать, что по оставшимся трем электродам (база, коллектор К2, эмиттер) транзистор характеризуется эквивалентным коэффициентом передачи тока базы Вэ, определяемым по формуле

Вэ = n/[1+(n+1)/Bc].

В представленном выражении при Вс >> (n+1) значение Вэ определяется стабильностью геометрических размеров и не зависит от нестабильности усиления Вс, что и требовалось.

Пример. Необходимо оценить среднее значение и изменение усиления тока Вэ при изменении Вс в диапазоне (10–30) при n = 5 для рассмотренной схемы стабилизации коэффициента передачи тока на двухколлекторном транзисторе.

Результат  оценки: значение Вэ= 3,13–4,17, т.е снижается с ±50% до ±14%.

 

Транзисторы со сверхтонкой базой

Сверхтонкой считается база шириной (0,2–0,3) мкм. При такой ширине базы коэффициент усиления базового тока составляет (3000–5000) и более. Поэтому такими транзисторами закрепилось название «супербета транзистор» [7]. Получение сверхтонкой базы представляет серьезную техноло­гическую проблему. Во-первых, ширина базы есть разность глу­бин базового и эмиттерного слоев

Wb = Xcb–Xeb.

При допуске на ширину базы ±10%, т.е. 0,02 мкм, то при толщине ба­зового слоя Xсb = 1,6 мкм толщина эмиттерного слоя должна состав­лять = 1,4±0,02 мкм. Значит, эмиттерная диффузия должна осуществляться с допуском ±1,4%, что лежит на пределе техно­логических возможностей. Во-вторых, когда в процессе диффузии эмиттерного слоя его металлургическая граница приближается к металлургической границе коллекторного слоя на расстояние 0,4 мкм, наступает так называемый эффект оттеснения коллектор­ного перехода: дальнейшая диффузия атомов фосфора в эмиттерном слое сопровождается диффузией (с той же скоростью) атомов бора в базовом слое. Можно сказать, что эмиттерный слой «продавливает» металлургическую границу ранее полученного базового слоя. При этом толщина базы сохраняет значение около 0,4 мкм.

Платой за большое усиление «супербета транзисторов» является их низкое пробивное напряжение (1,5–2) В определяемое эффектом смыкания переходов, свойственным транзисторам с тонкой базой. Поэтому «супербета транзисторы» являются не универсальными, а специализированными элементами ИМС. Основная область применения этих приборов — входные ка­скады интегральных усилительных устройств.

Уменьшение ширины базы до 0,2 мкм обуславливает качественные изменения, связанные не столько с технологическими ограничениями, сколько с принципиальными проблемами соответствия модели транзистора реальному объекту. Действительно, если принять среднюю концентрацию примеси в базе равной 8×1015 см–3, то на 1 см длины их приходится 2×105. При ширине базы 0,2 мкм (т.е. 2×10–5 см) в базе располагаются всего четыре слоя примесных атомов и утрачивается смысл понятия градиента концентрации примеси (и связанное с ним понятие внутреннего поля), качественно меняются процессы движения и рас­сеяния носителей в базе. Классическая теория транзисторов в значительной мере теряет силу.

 

Транзисторы приборов совмещенных технологий

В основу рассмотренных модификаций транзисторов положены инжектирующие и коллектирующие свойства p-n-пере-ходов. Принцип действия рассмотренных приборов основывается на диффузионном переносе заряженных частиц, и частично эксплуатируется дрейфовый перенос.

Широкое распространение в микроэлектронике получили приборы, функционирующие на управляемом дрейфе носителей заряда, так называемые полевые приборы. Обладая рядом позитивных свойств, полевые приборы по ряду показателей уступают БПТ. Комбинирование полевых приборов с БПТ в микроэлектронных конструкциях позволяет, часто без существенного усложнения технологии, создать новые композиции приборов, сочетающие позитивные свойства полевых приборов и БПТ. Примеры таких микроэлектронных приборов и композиций с БПТ отнесены и рассматриваются в материалах пособия, посвященных полевым приборам ИМС.


На главную