11.2 Интегральный n-p-n-транзистор

Особенность интегрального транзистора состоит в том, что его

структура (с учетом подложки) –

четырехслойная: наряду с рабочими

эмиттерным и коллекторным перехо-

дами имеется третий (паразитный

переход между коллекторным n-слоем и подложкой p-типа (рис. 11.1).

П одложку ИС (если она имеет проводимость p-типа) присоединяют к самому отрицательному потенциалу. Поэтому напряжение на переходе"коллектор-подложка" всегда обратное или близко к нулю. Следовательно, этот переход можно заменить барьерной емкостью С_кn.

Тогда эквивалентная схема интегрального n-p-n транзистора имеет вид, показанный на рис. 11.2.

Ц

n

епочка r_кк – с_кn, шунтирующая коллектор - главная особенность интегрального n-p-n-транзистора. Эта цепочка ухудшает его быстродействие и ограничивает предельную частоту и время переключения.

Эквивалентная постоянная времени равна постоянной времени подложки:

.

11.3 Интегральные многоэмиттерные транзисторы

Являются разновидностью n-p-n-транзистора (рис.11.3).

Представляют совокупность отдельных транзисторов с соединенными базами и коллекторами. На рис. 11.4 показаны схемные модели многоэмиттерного транзистора.

Особенности МЭТ:

1

К

) Каждая пара смежных эмиттеров вместе с разделяющим их p-слоем базы образует горизонтальный транзистор типа n⁺-p-n⁺. Если на одном из эмиттеров действует прямое напряжение, а на другом обратное, то первый будет инжектировать электроны, а второй будет собирать тех у них, которые инжектированы через боковую поверхность эмиттера и прошли без рекомбинации расстояние между эмиттерами. Такой транзисторный эффект является для МЭТ паразитным: в обратносмещенном переходе, который должен быть запертым, будет протекать ток. Чтобы избежать горизонтального транзисторного эффекта, расстояние между эмиттерами должно превышать диффузионную длину носителей в базовом слое.

2. Важно, чтобы МЭТ имел как можно меньший инверсный коэффициент передачи тока. В противном случае в инверсном режиме, когда эмиттеры находятся под обратным напряжением, а коллектор под прямым, носители, инжектируемые коллектором, будут в значительной мере достигать эмиттеров, и в цепи последних будет протекать ток – паразитный эффект, аналогичный отмеченному выше.

11.4 Комплектарные интегральные пары транзисторов

Представляют собой взаимодополняющие пары p-n-p и n-p-n-транзисторов или МДП-транзисторов с n- и p-каналами, позволяют значительно улучшить характеристики ИМС, способствуя повышению плотности размещения элементов, уменьшению токов утечки и рассеиваемой мощности. Более экономичному решению вопросов соединения и согласования отдельных элементов.

Комплектарные структуры изготавливают на одной подложке в карманах, изолированных от подложки либо p-n-переходом, либо диэлектрической пленкой. Комплектарные биполярные транзисторы изготавливают в виде горизонтальной и вертикальной структур.

Горизонтальная структура транзистора предоставлена на рис.11.5.

В транзисторах горизонтальной структуры эмиттер, база и коллектор расположены на одной горизонтальной плоскости, поэтому инжектированные в базу неосновные носители перемещаются не перпендикулярно поверхности кристалла, а параллельно ей.

Такие транзисторы называются торцевыми. При изготовлении торцевых транзисторов p-n-p-типа формирование эмиттеров осуществляется во время базовой диффузии n-p-n-транзисторов. Затем путем второй базовой диффузии эмиттер p-n-p-транзистора окружается коллектором. Базой транзистора служит исходный слой полупроводника n-типа между указанными областями.

В горизонтальной структуре ширина базы, а следовательно, значение коэффициента передачи тока базы определяются расстоянием между окнами, протравливаемыми в фоторезисторе для эмиттера и коллектора.

В вертикальных структурах (рис. 11.6) база располагается под эмиттером. Для изготовления комплектарных биполярных транзисторов наиболее часто применяется эпитаксиально – диффузионная технология. При этом n-p-n-транзисторы формируются обычными методами. Для изготовления p-n-p-транзисторов на общей подложке p-типа путем селективной диффузии формируют карманы с проводимостью n-типа. В этих карманах формируют диффузионный слой p-типа, на который с помощью эпитаксии осаждается n-слой. Затем путем диффузии в эпитаксальном слое создают эмиттеры p-типа. Нижний слой p-типа служит коллектором, а эпитаксальный n-слой между коллектором и эмиттером – базой. Основным недостатком таких транзисторов также является разброс значений коэффициента , определяемый допусками на ширину базы. Ширина базы в значительной мере зависит от толщины эпитаксального слоя. Этот недостаток исключается в вертикальных структурах, у которых все три области транзистора (К, Б, Э) формируются путем диффузии. Такая комплектарная структура наиболее сложна в изготовлении, однако позволяет получить транзисторы с большим коэффициентом передачи тока базы ( ) и высоким напряжением пробоя коллекторного перехода.