Диоды и биполярные транзисторы в ИМС

Содержание главы:

Вольтамперная характеристика идеального диода описывается формулой:

(1)

Диод может быть реализован на основе контакта металл-полупроводник (диод Шоттки) или p-n перехода. Соотетственно, предэкспоненциальный множитель js зависит от характера протекающих в нем процессов.

Диоды Шоттки в ИМС

Конструктивно диод Шоттки представляет собой выпрямляющий контакт металл-полупроводник.

P-области на рисунке - это охранное кольцо, которое служит для увеличения области обеднения и уменьшения напряженности поля в полупроводнике, т.е. соответственно, увеличения напряжения пробоя по переферии прибора.

Величина тока насыщения js может быть рассчитана по диодной теории

(2)
или в соответствии с диффузионной теорией:

(3)

Здесь fk - контактная разность потенциалов, равная разности работ выхода из металла и полупроводника. К преимущствам диодов Шоттки можно отнести

Последнее обстоятельство позволяет использовать его в ИМС семейства ТТЛШ, вклчив его параллельно коллекторному переходу (см. ниже). Тем самым предотвращается переход транзистора в режим насыщения и увеличивается быстродействие ИМС.

Содержание.

Диоды на p-n переходах в ИМС

ВАХ таких диодов также описывется формулой (1), причем предэкспоненциальный множитель js равен

(4), где

- коэффициент диффузиии

- диффузионная длина

Диоды обычно изготавливают в одном цикле вместе с транзистором

или

В таблице приведены способы реализации диодов и их характеристики.

 
U пробоя (I=10 мА)
0.960 В
0.95 В
0.85 В
0.94 В
0.92 В
время накопления
70 нс
130 нс
6 нс
90 нс
150 нс

Расчет плотности тока для диода Шоттки и p-n перехода по формулам (3) и (4) для структур nSi - Au и nSi-pSi с уровнем легирования Nd=1.1015 см-3 показывает, что предэкспоненциальный множитель js в первом случае существенно больше jshottky = 4.3.10-4 >> Jpn= 4.5.10-12 А/см-2. Это подтверждает выше высказанное утверждение о том, что диод Шоттки имеет более крутую ВАХ и может применятся в ТТЛШ ИМС.

Содержание.

 

Биполярные транзисторы в ИМС

С принципом действия биполярного транзистора вы уже знакомы по курсу лекций "Микроэлектроника" и лабораторной работе к нему. Так как подвижность электронов вдвое больше чем у дырок, то и быстродействие n-p-n транзисторов будет больше, чем у p-n-p. Поэтому в ИМС обычно применятся n-p-n транзисторы, с конструкцией показанной на рисунке ниже.

Так как эпитаксиальный n-слой обычно имеет большое (103-104 Ом/ð ) поверхностное сопротивление, то для уменьшения последовательного сопротивления коллектора создается скрытый сильнолегированный n-слой. Но при этом выходная емкость транзистора ( емкость перехода коллектор-база) остается небольшой (известно, что она зависит от уровня легирования).

Часто бывает необходимо создать комплементарную пару транзисторов: n-p-n и p-n-p. Тогда транзистор типа p-n-p может быть создан также на p-подложке двумя способами: как горизон-тальный транзистор и как вертикальный транзистор. Первый из них сформирован в «кармане» n типа, как показано на рисунке ниже. У вертикального транзистора коллектор совмещен с подложкой ИС.

Ниже показан биполярный транзистор с диодом Шотттки.

и его обозначение

Как было указано выше, диод Шоттки открывается раньше p-n перехода коллектор-база и предотвращает выход транзистора в насыщение. С другой стороны, рассасывание инжектированных неосновных носителей заряда в базе происходит быстрее т.к. время восстановления в диоде Шоттки очень мало. С другой стороны, рассасывание инжектированных неосновных носителей заряда в базе происходит быстрее т.к. время восстановления в диоде Шоттки очень мало. Таким образом, быстродействие ИС (особенно цифровых, работающих в ключе-вом режиме) удается существенно увеличить.

Советуем решить задачи по темам:

Содержание.

test