- •Ведение
- •1. Элементы биполярных интегральных схем
- •1.1.Биполярный полупроводниковый транзистор
- •1.1.1. Теория p-n-перехода в условиях равновесия
- •1.1.3. Вольт-амперная характеристика р - n-перехода
- •1.1.4. Качественный анализ работы биполярного транзистора
- •1.1.5. Статические характеристики транзистора в схеме с об
- •1.1.6. Статические характеристики в схеме с оэ
- •1.1.7. Статические параметры транзисторов
- •1.1.8. Биполярный транзистор как четырехполюсник
- •1.1.9. Особенности дрейфовых транзисторов
- •1.2. Интегральные резисторы
- •2. Полевые транзисторы на основе структур металл — диэлектрик –полупроводник (мдп)
- •2.1. Устройство мдп транзистора
- •2.2. Качественный анализ работы мдп транзистора
- •2.3. Уравнение для вольт-амперных характеристик мдп транзистора
- •Модуляция длины канала
- •Эффект подложки
- •Пробой в мдп транзисторах
- •2.4. Характеристики мдп транзистора
- •2.5. Статические параметры мдп транзистора Крутизна вольт-амперной характеристики
- •Внутреннее, или динамическое, сопротивление
- •Сопротивление затвора
- •2.6. Частотные свойства мдп транзистора
- •3. Соединения и контактные площадки
- •4. Базовые схемы логических элементов на биполярных и полевых транзисторах
- •5. Разработка топологии ис
- •6. Разработка фотошаблонов для производства имс
- •7. Технологический процесс
- •7.1. Эпитаксия кремния
- •Эпитаксия из газовой фазы
- •Легирование при эпитаксии
- •7.2. Формирование диэлектрических слоев
- •Маскирующие свойства слоев диоксида кремния
- •Термическое окисление кремния
- •Плазмохимическое окисление кремния
- •Покрытия из нитрида кремния
- •7.3. Диффузионное легирование в планарной технологии
- •7.4. Ионное легирование
- •7.5. Литографические процессы
- •7.6. Металлические слои
- •Методы распыления в вакууме
- •7.7. Основные этапы технологического цикла (Пример)
- •6. Разработка профильной схемы технологического маршрута имс.
- •7. Заключение.
- •8. Список цитируемой литературы.
- •Календарный план
- •Реферат
- •Примерный перечень тем курсовых проектов
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
1.1.4. Качественный анализ работы биполярного транзистора
Транзисторы представляют собой полупроводниковые кристаллы, состоящие из двух областей одного типа проводимости, разделенных областью другого типа проводимости — n—р—п- или р—п—р-структуры. Каждая из областей имеет омический контакт с внешними электродами. Напряжения подводятся к трем контактам таким образом, что переход
Рис. 1.5. Схемы включения транзисторов: а—с общей базой (ОБ); б — с общим эмиттером (ОЭ)
эмиттер — база смещен в прямом направлении, в то время как другой переход коллектор — база — в обратном направлении. Область, разделяющую эмиттер и коллектор, называют базой.
Возможно несколько способов включения транзисторов. Если общим электродом для входной и выходной цепей транзистора является база, то такое включение называют включением по схеме с общей базой (ОБ) (рис. 1.5, а). Однако эта схема, как будет дальше показано, не обеспечивает усиления по току, и на практике чаще используется схема с общим эмиттером (ОЭ) (рис. 1.5,6), которая обеспечивает усиление по току.
Рассмотрим одномерную модель р—п—р-транзистора (рис. 1.6) в схеме с ОБ. Соответствующие энергетические диаграммы для равновесного состояния и для нормального усилительного режима включения приведены на этом же рисунке. В нормальном усилительном режиме потенциальный барьер эмиттера понижается, и происходит инжекция дырок в базу и электронов в эмиттер.
Рис. 1.6. Схема включения и зонные диаграммы транзистора: а—в равновесном состоянии; б — в нормальном усилительном режиме.
Обычно база транзистора легирована значительно меньше, чем слой эмиттера и коллектора, и pp >> nn. Поэтому электронной составляющей тока инжекции можно пренебречь, и весь ток через переход будет создаваться дырками. Носители, инжектированные эмиттером, проходят слой базы и, если толщина базы W достаточно мала (W<<Lp), доходят до коллекторного перехода и собираются им.
В случае тонкой базы рекомбинация дырок в ней будет мала и коллекторный ток практически равен инжектированному эмиттером. Небольшая разность между эмиттерным и коллекторным токами составляет ток базы, обусловленный электронами, пополняющими убыль электронов в базе при рекомбинации с дырками.
Эффективность эмиттера оценивают величиной коэффициента инжекции γ, равного отношению дырочного инжекционного тока к полному току эмиттера:
γ = Ipe/(Ine+ Ipe) = (1+ Ine/Ipe)-1 1- Ine/Ipe (1.13)
поскольку Ine/Ipe <<1. Используя выражения (1.10), (1.11) и соотношение Эйнштейна, получаем:
γ =1- , (1.14)
где σn =qμnnn и σp =qμpnp — удельные проводимости базы и эмиттера.
Во время прохождения базы часть дырок р будет рекомбинировать в ней. Поэтому ток дырок, приходящих на коллектор, равен Ipc = γβIpe = αIe, где α — коэффициент передачи эмиттерного тока в схеме с ОБ,
β = Ipc/Ipe 1- — коэффициент переноса эмиттерного тока, показывающий, какая часть инжектированных эмиттером носителей достигает коллектора.
Таким образом, чем меньше ширина базы W, тем большее количество неравновесных дырок будет достигать коллектора и увеличивать ток коллекторного перехода. В этом в общих чертах заключается механизм управления током коллекторного перехода при помощи тока эмиттерного перехода.
В р—п—р-транзисторе перенос тока осуществляется дырками. Для прибора n—р—n-типа результат аналогичен, но перенос осуществляется электронами и полярность напряжений Ve и Vc противоположная. И в том и в другом случаях ток переносится неравновесными неосновными носителями.