39.4 Интегральные диоды. Разновидности. Стабилитроны. Диоды Шоттки.

Необходимы для вывода транзисторов из насыщения (так называемая фиксация транзисторов) и для выполнения логических операций. Как правило, в схемах используют два перехода: Б–Э и Б–К. При этом получается 5 возможных вариантов диодов (рис. 1 а-д).

Рис. 1. Конструкции интегральных диодов:

а - на основе перехода база-эмиттер с коллектором, закороченным на базу (БК-Э); б- на основе перехода коллектор-база с эмиттером, закороченным на базу (БЭ-К); в- с использованием эмиттерного и коллекторного переходов, когда эмиттерные и коллекторные области соединены (Б-ЭК); г-на основе перехода база-эмиттер с разомкнутой цепью коллектора (Б-Э); д- на основе перехода база-коллектор с разомкнутой цепью эмиттера (Б-К)

Типичные параметры интегральных диодов приведены в таблице 1

Вариант диодной структуры выбирают в зависимости от требуемых электрических параметров. Напряжение пробоя больше у тех вариантов, где используется коллекторный переход. Обратные токи меньше у тех вариантов, где используется только эмиттерный переход, т.к. он имеет минимальную площадь. Емкость диода между анодом и катодом максимальна при использовании структуры Б-ЭК. Паразитная емкость на подложку минимальна у варианта Б-Э. Время перехода диода из открытого состояния в закрытое минимально у варианта БК-Э, т.к. заряд накапливается только в базе. Наиболее оптимальными для микросхем являются варианты БК-Э и Б-Э, причем первый вариант предпочтительнее т.к. пробивные напряжения составляют 7…8 В, что достаточно для нормальной работы низковольтных схем.

Интегральные стабилитроны. Имеют нормированное значение пробивного напряжения. Их обратный ток быстро нарастает при пробое p-n перехода.Осн назнач – стабилизация напряжения.

Интегральные стабилитроны м. б. сформиров на базе структуры интегральн тр-ра в различ вариантах в зависи от необход напряжения и его температурн коэф:

1. обратное включ диода Б-Э использ для получ напряж 5…10 В, с температурным коэфф плюс (2…5) mВ/˚С. При этом диод раб в режиме лавинн пробоя

2. обратное включение диода БЭ-К прим для получения напряж 3…5 В, температурная чувствительность - минус (2…3) mВ/˚С. Стабилизация напряжения происходит в результате явления прокола базы.

3.один или несколько последовательно включенных в прямом направлении диодов БК-Э могут использоваться как ист напряжения, равного напряжению на открытом переходе (0,7 В) или кратного ему. Их температурная чувствительность – минус 2 mВ/˚С.

4.температурно-компенсирован стабилитрон сформир на основе перехода Б-Э.При подаче напряж м/у 2 n⁺ слоями один переход раб в режиме пробоя, а второй–в режиме прям смещения. Температур чувствит напряжения на этих 2 переходах им противоп знак, суммарн температ чувствит такого стаб-а менее ± 2 mВ/˚С

Диоды Шотки Диод Шотки фор-ют на основе кон-та ме – полупр

Перед напылением ме проводят ионно-плазменную очистку пов-ти п/п. Ме наносят на п/п, легированный донорами (10¹⁷ см^-3). Степень легирования достаточно низкая, чтобы не было туннельного пробоя.

Высоту потенциального барьера можно изменять, применяя различные металлы или проводя под диод Шотки мелкую n⁺-ионную имплантацию, понижающую величину барьера.

Если используют Al–барьер 0,7 эВ, сплав Ni–Pt–барьер 0,64…0,84 эВ, Тi–0,53 эВ, W–0,59 эВ. На краях контакта металл-п/пмогут возникнуть сильные эл поля, приводящие к пробою диода. Для предотвращения пробоя прим:

1) формирование по периферии контакта сильнолегированной р⁺ области, так называемое «охранное кольцо»

2) диэл «прокладку» в виде тонкого слоя из SiO₂.

Транзистор с диодом Шотки

Структура изготовлена по изопланарной технологии.

Слой Al, расположенный на базовом слое p-типа, образует с ним омический контакт, как в изопланарном транзисторе. Слой Al с подслоем другого ме на границе 1 с относительно высокоомной коллекторной областью обеспеч выпрямляющий контакт – диод Шотки. Диод Шотки включается параллельно коллекторному переходу транзистора . Прямой ток через диод Шотки обусловлен движ-м основных носителей заряда, а инжекция и накопление неосновных носителей заряда, хар-е для p-n перехода, здесь практически отсутствуют. Сравним ВАХ диода Шотки и коллекторного перехода транзистора при Т=300 К (рис. 6).

При I_пр=2 mА прямое напряжение на диоде Шотки на 360 mВ ниже, чем для коллекторного перехода. Это используется для уменьшения времени переключения бипол транзистора, работающего в импульсном режиме.

В обычном транзисторе в режиме насыщения при достаточно большом токе базы прямое напряжение на коллекторном переходе почти равно прямому напряжению на эмиттерном переходе. Поэтому наряду с инжекцией эл из эмиттера в базу происходит инжекция электронов в базу из коллектора (n_б) и инжекция дырок из базы в коллектор (p_к), т.е. в относительно высокоомный эпитаксиальный слой n-типа. В коллекторной области накапливается избыточный заряд дырок, сост-й большую часть всего избыточного заряда. На границе со скрытым слоем n⁺-типа концентрация инжектированных дырок резко уменьшается из-за влияния тормозящего поля n-n⁺ перехода и меньшего времени жизни дырок в скрытом слое. Кроме заряда дырок накапливается избыточный заряд электронов в пассивной базе