1.Ізоляція елементів електронно-діркових переходом

Принцип такої ізоляції полягає в тому, що для кожного елемента в кристалі формується своя так звана кишеня, оточена р-n переходом, який при роботі мікросхеми зміщується в оберненому напрямі. Струм утічки такої ізоляції звичайно не перевищує 0,1 мкА.

Електронно-дірковий перехід, що ізолює окремі елементи напівпровідникової інтегральної мікросхеми один від одного, може бути створений різними способами. Найбільш поширений з них – планарно-епітаксійний з розділяючою дифузією. Спочатку на пластині кремнію вирощують епітаксій ний шар з електропровідністю, протилежною до електропровідності об’єму напівпровідника, тобто створюють епітаксійний р-n перехід по всій площі пластини кремнію. Відтак проводять звичайні етапи планарної технології: окислення поверхні епітаксійної плівки, нанесення на діоксид кремнію фоторезисту, засвітку його через фотошаблон, витравлювання вікон в діоксиді кремнію та локальну дифузію акцепторної домішки через весь епітаксій ний шар аж до підкладки з електропровідністю р-типу.

В отриманих кишенях з електропровідність n-типу формують структури біполярних транзисторів або інших напівпровідникових приладів. Для покращення характеристик транзисторів перед вирощуванням епітаксійного шару може бути проведена додаткова локальна дифузія донорної домішки з метою створення прихованих легованих шарів (n⁺-шарів).

2. Діелектрична ізоляція

Серед різних варіантів діелектричної ізоляції елементів інтегральних мікросхем досить поширеним є метод ізоляції діоксидом кремнію. Послідовність технологічних операцій при використанні цього методу наступна: окислення монокристалічної пластини кремнію (а); фотолітографія та витравлювання канавок в кремнієвій пластині через вікна в шарі діоксиду кремнію (б); повторне окислення монокристалічної пластини кремнію (в); вирощування на шарі діоксиду кремнію полікристалічного кремнію (г); зі шліфування або втравлювання з протилежного боку монокристалічного кремнію до розділення кишень (д).

Пробивна напруга для діелектричної ізоляції отримується значно більшою порівняно з пробивною напругою для ізоляції р-n переходом.

Активні елементи інтегральних мікросхем

В якості активних елементів інтегральних мікросхем використовують звичайно різні транзисторні структури, сформовані в кристалах кремнію методом планарної технології.

1. Біполярні транзистори

Інтегральні біполярні транзистори формуються в монокристалічних пластинах кремнію методом планарної технології. Специфічність технології обумовлюється неоднаковістю концентрації домішок в областях емітера, бази і колектора. Виводи від цих областей зроблені на поверхні кристалу, що сприяє збільшенню відповідних об’ємних опорів. Особливо це помітно на об’мному опорі колектора. Тому для зменшення цього опору звичайно проводять підлегування підкладки в тих місцях, де будуть фолрмуваьтися транзисторні структури, тобто створюють прихований шар.

Товщина бази інтегрального транзистора, як правило, дуже мала, а рівень інжекції носіїв заряду з емітера в базу високий. Градієнтом концентрації домішок у базі обумовлене власне електричне поле, яке сприяє дрейфу носіїв заряду через базу. Внаслідок цих причин носії через базу інтегрального транзистора переміщуються в результаті як дифузії, так і дрейфу.

В структурі n-p-n –транзистора з ізолюючим p-n-переходом можна виділити два транзистори: основний n-p-n –транзистор з виводами Е, Б і К та паразитний p-n-p- транзистор, виводи якого підключені до виводів Б, К основного і підкладки.

Підкладку звичайно під’єднують до від’ємного полюса джерела живлення колекторного кола. Це робиться для того, щоб запобігти впливу паразитного транзистора на роботу основного. Дійсно, якщо основний транзистор працює в активному режимі, то паразитний транзистор знаходиться у стані відсічки. В цьому випадку достатньо враховувати лише паразитну ємність між колекторною областю і підкладкою, яка додається до ємності навантаження. Якщо ж основний транзистор переходить у режим насичення, то паразитний транзистор відкривається і може впливати на вхідні та вихідні характеристики основного.

Інтегральні p-n-p-транзистори поширені значно менше, ніж n-p-n –транзистори, і застосовуються, як правило, лише в поєднанні з n-p-n –транзисторами як взаємо доповняльні пари. Такі пари називають комплементарними. Комплементарні транзистори збагачують схемотехнічні можливості транзисторної електроніки.

В комплементарних парах p-n-p-транзистори виготовляють по горизонтальній (а) та вертикальній (б) структурах. Емітер, база і колектор в горизонтальній структурі розміщені в одній горизонтальній площині, а носії заряду переміщуються паралельно до поверхні кристалу. До недоліків горизонтального p-n-p-транзистора відносять ся менший коефіцієнт підсилення струму бази та низька напруга пробою колекторного переходу, обумовлена в основному поверхневими ефектами. У вертикальній структурі p-n-p-транзистора його емітер, базу і колектор розміщують, як і в структурі n-p-n –транзистора, вертикально.

Перед цим на поверхні кишень з кремнію із р-провідністю методом дифузії формується шар з n-провідністю. Всередині кишені з n-провідністю, обмеженої цим шаром, формується вертикальний p-n-p-транзистор. Складність технології його виготовлення полягає в необхідності проведення додаткової дифузії.

В сучасних інтегральних мікросхемах використовують декілька специфічних різновидностей n-p-n –транзисторів, які не застосовуються в дискретних схемах. Такими різновидностями є багатоемітерний і багатоколекторний транзистори, транзистор з діодом Шоткі та супербета-транзитор.

Багатоемітерний інтегральний транзистор широко застосовують у цифрових мікросхемах, які працюють із сигналами двох рівнів: високого і низького. База і колектор багатоемітерного транзистора є спільними для всіх емітерів. Тому при заданих напругах на базі та колекторі залежно від напруг на емітерах деякі емітерні переходи можуть бути відкритими, а інші – закритими. Транзистор повністю закритий лише тоді, коли закриті всі емітерні переходи.

В багнатоемітерному транзисторі можуть виникати паразитні зв’язки між емітерами. Це відбувається тоді, коли на одному з емітерів наявна пряма наруга, а на другому – обернена. Електрони, інжектовані першим, будуть збиратися другим емітером. Так утворюється горизонтальний паразитний транзистор. Вплив такого транзистора можна ослабити, зробивши віддаль між емітерами більшою від дифузійної довжини носіїв у шарі бази.

Багатоколекторний інтегральний транзистор реалізується за структурою, подібною до структури багатоемітерного транзистора. Відмінність полягає в тому, що багатоколекторний транзистор – це багатоемітерний транзистор, працюючий в інверсному режимі. Цю особливість враховують при виготовленні транзисторів: якщо в багатоемітерному транзисторі спеціально зменшують інверсний коефіцієнт передачі бази, то в багатоколекторному транзисторі цей коефіцієнт намагаються зробити якомога більшим.

Транзистор з діодом Шоткі має алюмінієвий контакт виводу бази, продовжений у бік колектора. Ця алюмінієва смужка утворює з n-шаром колектора діод Шоткі, наявність якого запобігає насиченню транзистора.

Коли напруга на базі почне перевищувати напругу на колекторі, діод Шоткі відкривається і накоротко замкне базу з колектором . Наявність такого діода значно підвищує швидкодію транзистора. Транзистори з діодом Шоткі використовують у цифрових мікросхемах.

Супербета-транзистор – це інтегральний транзистор, що має коефіцієнт передачі струму бази порядку 30006000. Такий великий коефіцієнт передачі отримується завдяки надтонкому шару бази, внаслідок чого знижуються допустимі напруги на електродах (супербета-транзистори застосовують у вхідних каскадах операційних підсилювачів, а також в цифрових мікросхемах).