Транзистор с барьером Шоттки.

На рисунке 4.11а показана структура интегрального транзистора Шоттки (ТШ). Здесь очень изящно ре­шена задача сочетания транзистора с диодом Шоттки: алюминиевая металлизация, обеспечивающая омический контакт со слоем базы, продлена в сторону коллекторного n-слоя. На первый взгляд, коллекторный слой оказался закороченным со слоем базы. На самом же деле алюминиевая полоска образует с р-слоем базы невыпрямляющий, омический контакт, а с n-слоем коллектора выпрямляющий контакт Шоттки.

Рисунок 4.11

Разумеется, структурное решение, показанное на рисунке 4.11а, можно использовать не только в простейшем транзисторе, но и в МЭТ. В обоих случаях отсутствуют накопление и рассасывание из­быточных зарядов, и получается существенный (в 1,5-2 раза) вы­игрыш во времени переключения транзисторов из откры­того в запертое состояние.

Условное графическое обозначение (ТШ) приведено на рисунке 4.11б.

Транзисторы р-n-р

Получение р-n-р транзисторов с такими же высокими пара­метрами, как и n-р-n транзисторы, в едином технологическом цикле остается до сих пор нерешенной задачей. Поэтому все су­ществующие варианты интегральных р-n-р транзисторов су­щественно уступают n-p-n транзисторам по коэффициенту усиления и предельной частоте.

Как известно, при прочих равных условиях кремниевые р-n-p транзисторы уступают n-p-n транзисторам по пре­дельной частоте примерно в 3 раза из-за меньшей подвижности ды­рок по сравнению с электронами. Поэтому в данном случае, говоря о меньшей предельной частоте p-n-p транзисторов, мы имеем в виду, что не удается обеспечить те «равные условия», при которых различие было бы только в три раза.

В настоящее время основным структурным вариантом является горизо- нтальный p-n-p транзистор (рисунок 4.12). Эмиттерный и коллекторный слои

Рисунок 4.12

получаются на этапе базовой диффузии n-р-n транзистора, причем коллек- торный слой охватывает эмиттер со всех сторон. Это позволяет собирать инжектированные дырки со всех боковых частей эмиттерного слоя. Припо- верхностные боковые участки р-слоевхарактерны повышенной концентрацией примеси, что способствует увеличению коэффициента инжекции. Поскольку базовая диффузия сравнительно мелкая (2-3 мкм), ширину базы (т. е. рассто- яние между р-слоями) удается сделать порядка 3-4 мкм. В результате пре- дельная частота может составлять до 20-40 МГц, а коэффициент усиления до 50.

Из рисунка 4.12 видно, что горизонтальный p-n-p транзистор (как и паразитный) является бездрейфовым, так как его база однородная- эпитаксиальный n-слой. Этот фактор вместе с меньшей подвижностью дырок предопределяет примерно на порядок худшие частотные и переходные свойства p-n-p транзистора даже при той же ши­рине базы, что и у дрейфового n-p-n транзистора. Из рисунка также видно, что для увеличения коэффициента передачи эмиттер­ного тока желательно, чтобы пло­щадь донной части эмиттерного слоя была мала по сравнению с площадью боковых частей. Значит, эмиттерный слой нужно делать как можно более узким (ширина окна под диффузию этого слоя состав­ляет 3-5 мкм).

Заметим, что горизонтальному p-n-p транзистору свойственна электрофизическая сим­метрия, так как слои эмиттера и коллектора однотипные. В частности, это означает, что пробив­ные напряжения эмиттерного и коллекторного переходов одина­ковы (обычно 30-50 В).

Недо­статки горизонтального p-n-p транзистора можно устранить в верти- кальной структуре, но ценой дополнительных технологических операций.

Интегральные диоды

Отдельно диодные структуры в ППИМС не формируются, а в качестве диода используются любой из двух p-n переходов транзистора: эмиттерный или коллекторный. Можно также использовать их комбинации. Поэтому по существуинтегральный диод представляет собой диод­ное включение интегрального транзистора.

Таблица 4.1

Время восстановленияобратного тока t_В(т. е. время переключения диода из открытого в закрытое состояние) минимально у варианта БК-Э; у этого варианта заряд накапливается только в базовом слое (так как коллекторный переход закорочен). У других вариан­тов заряд накапливается не только в базе, но и в коллекторе, так что для рассасывания заряда требуется большее время.

Сравнивая отдельные варианты, приходим к выводу, что в целом оптимальными вариантами являютсяБК-Э и Б-Э.Малые пробивные напряжения этих вариантов не играют существенной роли в низковольтных ИМС. Чаще всего используется вариант БК-Э.

Помимо собственно диодов, в ИМС часто используются интеграль­ные стабилитроны. Они также осуществляются в нескольких ва­риантах, в зависимости от необходимого напряжения стабилизации и температурного коэффициента.

Если необходимы напряжения 5-10 В, то используют обрат­ное включение диода Б-Э в режиме электрического пробоя, при этом темпе­ратурная нестабильность составляет + (2-5) мВ/° С.

Широкое распространение имеют стабилитроны, рассчитанные на на-

пряжения, равные или кратные напряжению на открытом пе­реходе U^*»0,7 В. В таких случаях используют один или несколь­ко последовательно включенных диодов БК-Э, работающих в прямом направлении. Температурная нестабильность в этом случае составляет -(1,5-2) мВ/° С.

Если в базовом слое осуществить два p-n перехода,то при подаче напряжения между n+-слоями один из переходов работает в режиме лавинного пробоя, а второй - в режиме прямого смещения. Такой вариант привлекателен малой темпера­турной нестабильностью (±1 мВ/°С и менее), так как температур­ные нестабильности при лавинном пробое и при прямом смещении имеют разные знаки.