.
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

Коэффициент передачи тока от инжектора в МКТ зависит от расположения баз и коллекторов относительно инжектора. Для баз и коллекторов, удаленных от инжектора, коэффициент передачи тока снижается. Поэтому следует группировать коллекторы вблизи инжектора, который, в свою очередь, следует размещать на минимально-допустимом расстоянии от баз МКТ. Наряду со структурами МКТ, показанными на рисунках 2.39, 2.41, 2.42, предложены и другие варианты, отличающиеся расположением инжектора относительно коллекторов. Используются инжекторы полосковой и сетчатой форм. При полосковом инжекторе базовые области располагают либо узкими сторонами по отношению к инжектору (см. рис. 2.43), либо широкими (база — поз. 2, инжектор — поз. 1), как на рисунке 2.44, а. В структуре, показанной на рисунке 2.44, б, сетчатый инжектор 1 окружает со всех сторон эмиттеры 2, со вложенными базовыми областями 3 и коллекторами 4. Разделительные n+-области в этой структуре исключаются, однако площадь элемента на кристалле увеличивается. Сетчатый инжектор позволяет повысить коэффициент передачи тока от инжектора в базу МКТ, уменьшить емкость эмиттерного перехода, снизить омическое сопротивление инжекторной области. Контактная металлизация на рисунке 2.44, б не показана.


В структурах, изображенных на рисунках 2.45, а, б, инжектор расположен под эмиттером. В варианте, изображенном на рисунке 2.45, а, используется р+-подложка, на которой создается тонкий эпитаксиальный n-слой. Плотность компоновки элементов повышается, так как на верхней поверхности нет инжекторных областей и их шин питания (вывод от эмиттера не показан).


Структура, изображенная на рисунке 2.45, б, исполняется на высокоомной n-подложке со скрытыми n+- и р+-слоями, причем n+-слой является инжекторной областью. Эта структура применяется при необходимости изоляции части элементов, исполняемых на МКТ электронных устройств.

На рисунках 2.46, а, б для сравнения изображены структуры МКТ, изготовленные по типовой эпитаксиально-планарной технологии (см. рис. 2.46, а) и с применением (см. рис. 2.46, б) окисной изоляции («изопланар»). Применение окисной изоляции обеспечивает снижение занимаемой прибором площади за счет сокращения размера коллектора 1 и ширины пассивной области базы 2 до величины контактного окна (Lcc=Δ=Bb), длины Lb на величину Δ за счет уменьшения расстояния между базами Lbb. Так, при Δ = Lbb площадь транзистора уменьшается более чем в 3 раза. Уменьшаются также емкости эмиттерного и коллекторного переходов и работа переключения ячеек.


Применение технологии ионного легирования позволяет формировать структуру МКТ с распределением примесей, устраняющим тормозящее поле в базовой области, благодаря чему существенно повышаются коэффициент усиления и быстродействие транзистора.

Основными направлениями совершенствования структур с инжекционным питанием являются:

применение диодов Шоттки для реализации логических функций и снижения логического перепада;

создание структур с низкоомным эмиттером и ограничение размеров активной (инжектирующей) части эмиттерного перехода до размеров коллектора;

применение металлического коллектора.


На рисунке 2.47, а показана структура и с n+-эмиттером, n–-коллектором и диодами Шоттки. Инжекторная р+-область снизу граничит с n+-эмиттером. В связи с этим инжекция дырок идет только в боковом направлении в слабо легированную n–-область между инжектором и базой, что повышает коэффициент передачи тока от инжектора в базу МКТ. Дырки коллектируются р+-об-ластью 3, служащей для создания контакта с высокоомной базовой р-областью 2. Инжекция из эмиттера в базу происходит только на участке эмиттерного перехода, граничащего с высокоомной базовой областью 2 и ограниченного с одной стороны р+-об-ластью 3, а с другой — слоем окисла. Площадь этого участка равна площади коллекторного перехода и значительно меньше, чем в структуре, показанной на рисунке 2.41, что обеспечивает высокое значение коэффициента передачи тока МКТ. На поверхности высокоомной коллекторной области 4 сформированы алюминиевые контакты 6 со свойствами выпрямляющих переходов Шоттки. Выходы от коллектора электрически изолированы между собой переходами Шоттки. Электрическая схема замещения структуры изображена на рисунке 2.47 и функционально аналогична схеме элемента, изображенного на рисунке 2.40. Напряжение на выходах рассматриваемой структуры в открытом состоянии повышается на величину падения напряжения на диодах Шоттки и на такую же величину уменьшается логический перепад (от 0,6–0,7 В до 0,15–0,30 В). Благодаря этому в (3–5) раз сокращается задержка переключения, пропорциональная емкостям транзисторов и величине логического перепада, что ощутимо при малых токах инжектора. При повышенных токах инжектора задержка определяется временем рассасывания вследствие накопления заряда неосновных носителей в высокоомной коллектор

ной области По этому свойству структуры, изображенные на рисунках 2.41 и 2.47, аналогичны и не позволяют достичь высокого быстродействия.

Время рассасывания может быть пренебрежимо малым в структуре с металлическим коллектором (см. рисунок. 2.48, а). Она создается на n+-подложке, являющейся инжектором (И). Эмиттером (Э) и базой (Б) являются соответственно р- и n–-об-ласти. Контакт к базовой области, образующий с ней переход Шоттки, служит коллектором (К). В транзисторе с металлическим коллектором, вследствие отсутствия инжекции из перехода Шоттки, инверсный коэффициент передачи тока структуры Ме-n–-р равен нулю, и потому нормальный коэффициент передачи тока по одному из коллекторов сильно зависит от токов, протекающих через остальные коллекторы, если они имеются. В этой структуре нецелесообразно создавать более одного коллектора, чем исключается возможность логических преобразований по коллекторной цепи транзистора. Логичесие функции в структуре с металлическим коллектором реализуются с помощью переходов Шоттки, общим катодом которых является n–-область 1 (см. рис. 2.48, а), а анодами — металлические области 3. Аноды диодов не должны коллектировать. В противном случае диоды будут иметь большие обратные токи. Для ограничения обратных токов переходов Шоттки следует исключить каналы коллектирования их анодами дырок, инжектируемых в n–-область эмиттерным переходом. С этой целью n–-об-ласть с боковой стороны отделена от базовой области слоем окисла, а от эмиттера снизу — скрытым n+-слоем 2, ограничивающим инжекцию дырок. В структуре предпочтительны р-n-р-транзисторы и n+-инжектор вследствие технологичности переходов Шоттки на n–-областях. Для образования коллектора и анодов диодов Шоттки следует применять металлы с разными работами выхода (работа выхода из металла, применяемого для анодов, должна быть меньше работы выхода из металлического коллектора), чтобы удовлетворялось условие запирания схемы

(Uoвых + Ud) <Ube,

где Ud есть напряжение на открытом диоде.

 Структура, изображенная на рисунке 2.49, отличается от структуры, изображенной на рисунке 2.47, расположением инжектора на поверхности кристалла.

 Наиболее совершенной из известных представляется структура, изображенная на рисунке 2.50. В этой структуре на подложке р1-типа, выполняющей функцию инжектора, сформированы эпитаксиальные слои n- и р-типа, выполняющие функции эмиттера и базы МКТ соответственно. Коллекторные и контактно-разделительные n+-области исполняются диффузией в двух уровнях. На поверхности высокоомного базового р-слоя методом ионного легирования формируется тонкий р+-слой, который в местах размещения переходов Шоттки (Ш) погружен в высокоомный р-слой. Переходы Шоттки образуются между металлом и p-слоем. Каждый МКТ-транзистор может иметь несколько диодов Шоттки на базовой области.


На главную