Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
конспект лекций Колосницын БС 2012.doc
Скачиваний:
231
Добавлен:
15.06.2014
Размер:
5.39 Mб
Скачать

2.2.4. Резистивная полевая обкладка

Искажение электрического поля, возникающее из края полевой обкладки и эквипотенциального кольца, можно снизить путем применения поликристаллической резистивной пленки, шунтирующей область между металлической обкладкой и кольцом. Присутствие такой пленки делает электрическое поле более однородным, уменьшает напряжение пробоя и предотвращает искрение по поверхности. В качестве резистивной пленки можно использовать нелегированный поликристаллический кремний с листовым сопротивлением 5 .1010 Ом на квадрат. Существенное улучшение характеристик прибора можно получить, если обычную поликристаллическую пленку заменить пленкой поликристаллического полуизолирующего кремния (сипос). Если пленка сипос имеет очень высокое сопротивление благодаря легированию кислородом, то напряжение пробоя достигает такого же значения, как и в термическом оксиде. Сипос для планарного p+-n перехода при концентрации примеси в n- области 1014см-3. Видно, что когда атомная концентрация кислорода достигает 66,7%, напряжение пробоя становится таким же, как и в планарном переходе пассивированном термическим окислом.

Сипос в настоящее время широко используется в качестве резистивных полевых обкладок. Известно, что в планарных приборах положительный заряд поверхностных состояний в SiO2 на границе с кремнием QSS вызывает инверсию электропроводности поверхности в подложке (базе) кремния, что приводит к понижению величины напряжения пробоя. Кроме того, подвижные положительные заряды SiO2 (ионы легких щелочных металлов натрия, калия и т.д.) способствуют появлению нестабильности электрических параметров приборов. В лавинных (переключающих) плоскостных транзисторах, пассивированных оксидом кремния, интенсивно проходит процесс рекомбинации и носителей на поверхности кремния в окрестностях металлургической границы эмиттер – база, что приводит к увеличению тока базы, а, следовательно, к уменьшению величины коэффициента усиления по току. И еще, во время лавинного пробоя горячие носители, инжектированные в SiO2 , модулируют поверхностную проводимость и вызывают так называемый блуждающий пробой. Применение сипоса в качестве резистивной полевой обкладки, обладающего слабо проводящими свойствами а, следовательно, проводящего небольшой ток, выравнивает электрическое поле на поверхности кремния, и намного уменьшает ток утечки через пленку. Обратное напряжение, приложенное к коллектору транзистора, оказывается приложенным также и к пленке сипоса, которая благодаря наличию проводимости передает его, словно полевой экран, на поверхность базовой области. В p-n-p транзисторе поверхность у n- базы обедняется электронами, как на коллектор транзистора подается отрицательное напряжение. Следовательно, поверхностный слой базовой области обедняется электронами, ОПЗ расширяется и напряжение пробоя растет.

2.2.5. Диффузионное охранное и полевое ограничительное кольца

Малая глубина перехода Xj , получаемая при изготовлении биполярной структуры с мелким эмиттером, является причиной низкого напряжения пробоя. Если окружить планарный переход по периметру диффузионным охранным кольцом (рисунок 2.10) того же типа электропроводности, но значительно большей глубины, а значит увеличить радиус кривизны Xj , то можно значительно улучшить условия пробоя.

Рисунок 2.10 - Диффузионное охранное кольцо

Полевое ограничительное кольцо представляет собой диффузионную область, аналогичную сильнолегированной части основного p-n перехода (рисунок 2.11), которая при обратном смещении основного p-n перехода находится под плавающим потенциалом. Расстояние между кольцом и основным p-n переходом выбирается достаточно малым, чтобы обедненные области обоих p-n переходов объединялись при величине напряжения, близком к лавинному пробою, в результате чего напряженность электрического поля не достигнет критического значения. При дальнейшем увеличении напряжения на p-n переходе общая область пространственного заряда сложным образом огибает как основной p-n переход, так и ограничительное кольцо.

Дальнейшее улучшение условий пробоя достигается изготовлением нескольких колец (рисунок 2.12). Каждое последующее от основного p-n перехода берет на себя всего меньшую часть полного напряжения, основная часть которого приходится на основной p-n переход.

Применение полевых ограничительных колец позволяет значительно увеличить напряжение лавинного пробоя p+-n перехода. Но в n +- p переходах результаты их применения менее впечатлительны, так как появляются каналы инверсной проводимости и увеличиваются токи утечки. Недостаток использо-

Рисунок 2.11- Полевое ограничительное кольцо

Рис.2.12.Планарный p-nпереход с несколькими ограничительными кольцами

(штриховая линия – граница обедненной области)

вания полевых ограничительных колец – большая площадь для расщепления колец, что увеличивает размеры прибора.