2.8.3. Многоколлекторные транзисторы
Структура многоколлекторного транзистора (МКТ), показана на рис. 2.34, а, не отличается от структуры МЭТ. Различие состоит лишь в ее использовании. МКТ – это МЭТ, используемый в инверсном режиме: общим эмиттером является эпитаксиальный n-слой, а коллекторами служат высоколегированные n+-слои малых размеров. Такое решение составляет основу одного из классов цифровых ИС – так называемых схем инжекционной логики И2Л (см. раздел 2.5).
Главная проблема при конструировании МКТ - обеспечение достаточно высокого коэффициента передачи тока от общего n-эмиттера к каждому из n+-коллекторов (проблема, обратная случаю МЭТ) поэтому необходимо скрытый n+-слой расположить как можно ближе к базовому слою и n+-слои расположить как можно ближе друг к другу, что ограничено конструктивно-технологическими факторами.
В последнее время структуру МКТ дополняют диодами с барьером Шоттки, что позволяет повысить их быстродействие.
Рис. 2.34. Многоколлекторный транзистор: а - структура;
б - траектория движения инжектированных носителей
2.8.4. Транзистор с барьером Шоттки
Скорость переключения транзисторов, работающих в режиме насыщения, в цифровых схемах ограничена временем рассасывания избыточного объемного заряда, накапливающегося в областях базы и коллектора. Принимаемые для повышения быстродействия транзисторов меры, связанные с ускорением процесса рассасывания (легирование структуры транзистора золотом, шунтирование диодом с p-n-переходом) приводит к усложнению технологии, конструкции, снижают другие параметры (например, легирование золотом снижает коэффициент усиления).
Наиболее перспективным методом снижения времени переключения является сочетание интегрального транзистора с диодом Шоттки, который шунтирует коллекторный переход транзистора (рис. 2.35, а). Диод Шоттки в интегральном исполнении представляет собой контакт металла с высокоомным полупроводником n-типа, в качестве которого используется коллекторная область транзистора. При соответствующей очистке поверхности полупроводника на границе полупроводник - металл возникает обедненный слой и образуется барьер Шоттки. Такой контакт обладает выпрямляющими свойствами и работает как диод. По сравнению с диодом на p-n-переходе диод Шоттки характеризуется низкими значениями падения напряжения в открытом состоянии (около 0,35—0,45 В) и временем выключения, которое обычно не превышает 0,1 нс.
При включении диода Шоттки параллельно коллекторному переходу транзистора ограничивается степень насыщения транзистора. При интегральном исполнении транзистор и диод составляют единую структуру, которую называют, транзистором с барьером Шоттки (ТШ) (рис. 2.35, б).
а б
Рис.2.35. Интегральный транзистор с барьером Шоттки:
а – принципиальная схема; б - структура
Структура представляет собой обычный планарно-эпитаксиальный транзистор n-p-n+-типа, в котором алюминиевая металлизация, обеспечивая контакт с p-слоем базы, продлена в сторону коллекторного n-слоя. На первый взгляд, коллекторный слой оказался закороченным на базу. На самом же деле алюминиевый пленочный проводник образует с p-слоем базы невыпрямляющий омический контакт, а с n-слоем коллектора выпрямляющий контакт Шоттки. Конструктивное решение показанное на рис. 2.35, можно использовать не только в простом транзисторе, но и в МЭТ. В обоих случаях отсутствуют накопление и рассасывание избыточных зарядов и получается существенный (в 1,5-2 раза) выигрыш во времени переключения транзисторов из полностью открытого в запертое состояние. Следует отметить, что основным требованием, предъявляемым к транзисторам с барьером Шоттки, является получение контакта металл - полупроводник, обладающего большим током через контакт при прямом смещении, чем ток через коллекторный переход. Кроме того, характеристики барьера Шоттки Al-Si-n очень чувствительны к технологическому процессу металлизации алюминием и на практике имеют определенный разброс. Поэтому для получения высококачественного барьера Шоттки в технологический планарно-эпитаксиальный процесс вводят дополнительные операции: специальную очистку поверхности кремния после вскрытия окон в окисле, напыление и вплавление платины или молибдена под контакт металл - полупроводник. Такое усложнение технологии позволяет получать быстродействующие транзисторы с барьером Шоттки с воспроизводимыми параметрами, которые успешно применяются в быстродействующих цифровых ИМС.