Биполярные транзисторы и диоды

Биполярные n–р–n-транзисторы являются основным схемным элементом полупроводниковых ИС. Наибольшее распространение получили транзисторы, имеющие вертикальную структуру, в которой выводы от областей транзистора расположены в одной плоскости на поверхности подложки (рис. 1.5).

Рис. 1.5

Такие структуры формируются в карманах n-типа, глубина которых составляет несколько микрометров, а ширина несколько десятков микрометров. Рабочей областью транзистора является область, расположенная под донной частью эмиттера. Остальные области структуры являются пассивными, они выполняют функции соединения рабочих областей с внешними выводами и обладают значительными сопротивлениями. Изоляция транзистора от подложки обеспечивается путем подачи на коллектор положительного напряжения относительно подложки.

Изопланарные n–р–n-транзисторытакже имеют вертикальную структуру и выводы, расположенные на поверхности подложки (рис. 1.6); они отличаются от планарно-эпитаксиальных меньшими размерами и лучшей изоляцией от подложки. При одинаковой площади эмиттерныхпереходов общая площадь изопланарного транзистора (с учетомплощади изолирующих областей) меньше почти на порядок. Поэтому изопланарные транзисторы находят применение в БИС иСБИС. Глубина залегания эмиттера составляет 0,2...0,4 мкм, толщина базы 0,1…0,2 мкм. В структуре имеются противоканальные области р⁺-типа, расположенные под вертикальными изолирующими областями. Их назначение – устранить паразитные проводящие каналы между соседними структурами. Для предотвращения появления инверсных каналов создают р⁺-области, охватывающие электронные карманы в виде кольца.

Рис. 1.6

Транзисторы р–n–р-структуры в ИС играют вспомогательную роль. Их изготовляют одновременно с n–р–n-транзисторами и они, как правило, имеют горизонтальную структуру. В такой структуре эмиттерная и коллекторная области изготовляются одновременно с созданием базовых областей n–р–n-транзисторов. Перенос носителей заряда в таком транзисторе происходит в горизонтальном направлении.

В полупроводниковых ИС в качестве диода можно использовать один из n–р-переходов вертикального n–р–n-транзистора или их комбинацию. Получение диодов таким путем значительно проще, чем формирование специальных диодных структур. Возможны пять вариантов диодного включения n–р–n-транзистора (рис. 1.7). Первый вариант, когда коллектор соединен с базой (И_кб = О), обеспечивает наиболее высокое быстродействие диода (t_восст » 1…10 нс), так как избыточный заряд, определяющий быстродействие, накапливается в базе за счет инжекции электронов только со стороны эмиттера. Во всех остальных вариантах накопление избыточного заряда имеет место не только в базе, но и в коллекторе, поэтому быстродействие таких вариантов значительно ниже (t_восст » 10…100 нс).

Рис. 1.7

Для получения высокого пробивного напряжения используют диоды на основе коллекторного перехода.