Транзисторы с барьером Шоттки

Биполярный транзистор в цифровых ИС обычно выполняет функцию ключа и всё время работает либо в режиме насыщения, либо в режиме 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 переключения транзистора из включённого состояния в выключенное и обратно, т.е. скорость срабатывания схемы.

Для ускорения процесса накопления и рассасывания неосновных носителей заряда целесообразно ограничить их накопление. Достичь этого можно путём шунтирования коллекторного перехода транзистора диодом Шоттки, т.е. диодом с выпрямляющим переходом между металлом и полупроводником. Структура такого интегрального транзистора и его эквивалентная схема показаны на рис.3.11.

Рис.3.11. Структура транзистора с диодом Шоттки (а) и его эквивалентная схема(б)

Алюминиевый электрод образует с p-областью базы омический контакт, а переход между алюминиевым электродом и относительно высокоомной n-областью получается выпрямляющим. Из-за неравенства работ выхода электронов из алюминия и из кремния с электропроводностью n-типа на контакте для электронов возникает потенциальный барьер высотой около 0,6эВ, что несколько меньше высоты потенциального барьера на коллекторном переходе. Поэтому при прямом смещении коллекторного перехода и, соответственно, при прямом смещении диода Шоттки основная часть прямого тока коллектора будет проходить через диод Шоттки. Этот ток связан с движением электронов из n-области коллектора в металлический электрод и не сопровождается инжекцией дырок в n- область коллектора. Таким образом, в высокоомной области коллектора практически не происходит накопления неосновных носителей заряда. В результате время рассасывания в транзисторе с диодом Шоттки оказывается значительно меньшим (несколько наносекунд), чем время рассасывания в транзисторе аналогичной структуры, но без шунтирующего диода Шоттки.

Изготовление интегрального транзистора с диодом Шоттки не требует введения дополнительных технологических операций. Необходимо лишь изменить соответствующим образом фотошаблон, применяемый при проведении фотолитографии для снятия диоксида кремния под контакты, и расширить слой напыляемого алюминия за металлургическую границу коллекторного перехода.

Структурное решение, показанное на рис.3.11, можно использовать не только в простейшем транзисторе, но и в МЭТ. В обоих случаях отсутствуют накопление и рассасывание избыточных зарядов и получается существенный (в 1,5-2раза) выигрыш во времени переключения транзисторов из полностью открытого в запертое состояние.