Биполярный транзистор с диодом Шотки

Биполярный транзистор, особенно в логических интегральных микросхемах, часто выполняет функцию переключающего элемента. При этом он работает не только в активном режиме, но и в режимах насыщения и отсечки. В режиме насыщения происходит накопление неосновных носителей заряда в базе транзистора, а также в коллек­торной области. Процессы накопления неосновных носителей и их последующего рассасывания при переводе транзи­стора в режим отсечки или в выключенное состояние связаны с отно­сительно медленным процессом диффузии неосновных носителей заряда. Инерционность этих процессов определяет скорость перевода транзистора из включенного в выключенное состояние и об­ратно, т. е. скорость срабатывания схемы.

Для ускорения процесса рассасывания неосновных носителей заряда целесообразно ограничить их накопление. Достичь этого можно путем шунтирования коллекторного перехода транзистора диодом Шотки, т. е. диодом с выпрямляющим электрическим пере­ходом в виде контакта металла с полупроводником. Структура этого транзистора и его эквивалентная схема показаны на рис. 3.35, а, б.

а б

Рис. 3.35

Контакт алюминиевого электрода с р-областью базы оказывается невыпрямляющим, а контакт алюминиевого электрода с относительно высокоомной n-областью коллектора получается выпрям­ляющим. Из-за неравенства работ выхода электронов из алюминия и из кремния с электропроводностью n-типа и в результате химической обработки поверхности кремния на контакте возникает потенциальный барьер для электронов высотой около 0,6 эВ, что несколько меньше высоты потенциального барьера p-n-перехода коллектора.

Поэтому при прямом смещении коллекторного перехода и соответственно при прямом смещении вы­прямляющего контакта алюминий – кремний с электропроводностью n-типа (диод Шотки) основная часть прямого тока кол­лектора будет проходить через диод Шотки. Этот ток связан с дви­жением электронов из n-области коллектора в металл и не сопровождается инжекцией дырок в область коллектора. Поэтому в высокоомной области коллектора не происходит накопления неосновных носителей заряда.

Высота потенциального барьера на контакте металл-полупроводник (на диоде Шотки) по сравнению с высотой потенциального барьера

на p-n-переходе коллек­тора при тех же прямых токах коллектора будет меньше и меньше будет на коллекторном переходе прямое напряжение, что соответствует мень­шему количеству накопленных неосновных носителей заряда в базе транзистора при режиме насыщения.

В результате время рассасывания в транзисторе с диодом Шотки оказывается значи­тельно меньше (несколько наносекунд), чем время рассасывания в транзисторе аналогичной структуры, но без шунтирующего диода Шотки. Отметим, что на контакте алюминиевых электродов с сильнолегированной n⁺-областью эмиттера и с сильнолегированной частью n⁺-области коллектора также возникают потенциальные барьеры, но их толщина оказывается настолько малой, что сквозь такие узкие потенциальные барьеры электроны могут проходить практически беспрепятственно путем туннелирования.

Таким образом, контакты алюминиевых электродов с эмиттерной областью и с сильнолегированной частью коллекторной области получаются невыпрямляющими, а их формирование и формирование выпрямляющего контакта диода Шотки осуществляется во время одного процесса металлизации. Изготовление интегрального транзистора с диодом Шотки не требует введения дополнительных технологических операций. Необходимо лишь изменить соответствующим образом фотошаблон, применяемый при проведении фотолитографии для снятия двуокиси кремния под контакты, и расширить слой напыляемого алюминия за металлургическую границу коллекторного перехода. Однако при снятии двуокиси кремния в месте выхода коллекторного перехода на поверхность монокристалла кремния и при обработке этой поверхности перед нанесением алюминиевой металлизации следует предотвратить возможность загрязнения p-n-перехода коллектора неконтролируемыми примесями.