книги из ГПНТБ / Кремниевые планарные транзисторы

имеющий кристаллическую структуру, близкую к кремнию (на­ пример, сапфир), осаждают эпитаксиально пленку кремния тол­ щиной порядка нескольких микрон. Затем проводят диффузию соответствующей примеси на всю толщину эпитаксиального слоя и создают контакты. При этом, если область эмиттера имеет вытя­ нутую форму, а коллекторные области расположены с двух сторон (рис. 11.14), то большая часть инжектируемых носителей попадает на коллектор и коэффициент усиления ß C T будет достаточно высок (20—50) [2483. Остальные характеристики такие же, как и у тран­ зистора с эпитаксиальной базой.

Транзисторы с боковой инжекцией обычно не применяются в дискретном исполнении, однако они очень удобны в интеграль­ ных схемах. В ИС часто возникает необходимость в согласовании цепей с помощью р-п-р транзисторов, от которых не требуется вы­ соких усилительных характеристик, и в этом случае может быть с успехом применен транзистор с боковой инжекцией.

Технология на диэлектрической подложке удобна тем, что одно­ временно можно создавать как р-п-р, так и п-р-п транзисторы,

илегко обеспечивается межэлементная изоляция. Благодаря этому

внизковольтных схемах успешно применяются приборы этого типа.

11.5.Бескорпусные транзисторы и транзисторы

впластмассовых корпусах

Ранее мы рассматривали транзисторы, собранные в металлостеклянные или металлокерамические корпуса. В этих вариантах защита транзисторной структуры от внешней среды осуществляется герметизацией кристалла, которая выполняется чаще всего метода­ ми «холодной сварки». Однако существуют области применения, в которых необходимо изолировать структуры на уровне кристалла. Наиболее важной областью применения таких приборов являются гибридные ИС, представляющие собой систему определенного коли­ чества активных (транзисторы, диоды) и пассивных (резисторы, емкости, индуктивности) элементов, соединенных на общей под-, ложке с помощью специальной (иногда многослойной) разводки. Транзисторы, защищенные на уровне кристалла, получили название

314

бескорпусных транзисторов. Защита бескорпусных транзисторов обеспечивает возможность их монтажа в гибридную схему. Гер­ метизация же их проводится после изготовления всех элементов схемы. В этом случае окончательная защита от влияния внешней среды обеспечивается герметизацией на уровне схемы в целом.

Бескорпусный транзистор должен отвечать двум основным требованиям. Во-первых, транзистор должен иметь удобные выводы, для того чтобы можно было измерить параметры его перед монтажом в гибридную схему, во-вторых, эти параметры должны сохраняться в процессе монтажа в схему.

Создание бескорпусных транзисторов включает, таким образом, создание контактов и дополнительную защиту критичных к внешне­ му воздействию областей прибора.

Простейший вариант бескорпусного транзистора — обыкновен­ ный кристалл с планарной структурой, на поверхность которого нанесено защитное покрытие, а контактные площадки снабжены проволочками диаметром порядка нескольких десятков микрон, которые впоследствии привариваются к токоведущим дорожкам гибридной схемы. Однако применение таких транзисторов трудоем­ ко, а схемы на их основе имеют не очень высокую надежность.

Более приемлемым вариантом является транзистор с шариковы­ ми выводами, примером которого может служить описанный в [249] транзистор. Выводы такого прибора представляют собой конструк­ цию, изображенную на рис. 11.15. Контактная площадка из алю­ миния покрывается напыленным слоем ванадия, затем меди. После этого выращивается гальванический медный шарик диаметром по­ рядка 20 мкм, который покрывается сверху слоем серебра и облуживается. Кристалл монтируется выводами на металлизированную разводку — схему путем распайки.

Для защиты бескорпусных приборов могут быть использованы нитрид кремния, примесносиликатные стекла или специальные составы, которые защищают поверхность транзисторов от внешних воздействий в процессе измерений и монтажа.

Необходимость использования дополнительных покрытий в бес­ корпусных транзисторах объясняется следующими причинами. Пленка двуокиси кремния толщиной около 1 мкм непроницаема при температуре до 300° С почти для всех газов, кроме HF. Однако

315

бильностью параметров. При повышенных температурах и более высокой влажности требуется дополнительная защита пленки пу­ тем нанесения влагостойких стекол или эмалей.

бавками окисла цинка, меди и алюминия. Пленка стекла наносилась центрифугированием из суспензии тонкого порошка стекла (диа­ метр зерна составлял 0,1—0,5 мкм) с последующим оплавлением при температуре 510—-520° С в течение 5 мин. Коэффициент линей­ ного расширения стекла достаточно близок к аналогичному коэф­ фициенту для кремния и равен 8 - Ю - 6 град"1 . Толщина пленки стекла достигала 1—1,5 мкм. Для того чтобы исключить взаимодей­ ствие свинцово-боросиликатного стекла с пленкой фосфорно-сили- катного стекла, образовавшегося на поверхности кристалла в про­ цессе диффузии эмиттерной примеси, применялся еще промежуточ­

кам эмиттера, коллектора и базы на всю поверхность кристалла на­ носилась капля компаунда, содержащего специальные смолы и на­ копители. Как видно из вышеизложенного, защита бескорпусных транзисторов требует достаточно большого количества различных технологических операций, а окончательная защита оказывается

Герметизация полупроводникового прибора может быть осу­ ществлена также с помощью монолитного пластмассового корпуса. Транзисторы, герметизированные с помощью пластмассы, получили название транзисторов в пластмассовых корпусах. Основным преимуществом пластмассового корпуса перед металлостеклянным

должен препятствовать попаданию влаги на кристалл и монтажную пластинку. Необходимо также, чтобы пластмасса сообщала гидро-

316

г

с =

Рис. 11.16. Этапы изготовления маломощного транзистора в пластмассовом кор­ пусе.

цессе специальных испытаний на ускоренное старение прибор мо­ жет быть нагрет до еще более высоких температур. Естественно, что в таких условиях пластмассовый корпус не должен разрушаться прежде, чем транзисторная структура потеряет работоспособность.

3. Отсутствие влияния на параметры и структуру прибора.

Пластмасса не должна ухудшать нормальной работы прибора. Таким ухудшением может быть загрязнение структуры мигрирую­ щими из пластмассы ионами, например щелочных металлов, либо деформация структуры, приводящая к разрыву контактов s струк­ туре.

4. Химическая стойкость. После герметизации приборы могут быть подвергнуты очистке или другой химической обработке с целью нанесения покрытия. Пластмассовый корпус должен обладать необ­ ходимой стойкостью к воздействию применяемых при этом химреактивов (чаще всего органическим растворителям).

5.Электрические свойства. Пластмасса должна иметь высокое объемное и поверхностное сопротивление, высокую электрическую прочность и низкую диэлектрическую проницаемость, и не изме­ нять этих свойств во влажной среде.

6.Механическая прочность и простота нанесения покрытия.

Пластмассовый корпус должен отвечать требованиям устойчивости

кударным, вибрационным и другим механическим нагрузкам. В то

же время он должен быть в известной степени пластичным, чтобы не допустить появления трещин за счет различия коэффициентов

Рис. 11.17. Мощный транзистор пластмассовом корпусе.

317

Приложение

КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ В Ы С О К О Ч А С Т О Т Н Ы Х

ПЛ А Н А Р Н Ы Х ТРАНЗИСТОРОВ СРЕДНЕЙ

МО Щ Н О С Т И

причине. В гл. 8 показано, что для планарных транзисторов различные ме­

примесей в высокоомном слое, находим удельное сопротивление этого слоя

319

и разгонки с одновременным окислением так, чтобы поверхностное сопротив­

экспериментально таким образом, чтобы ширина технологической базы была

ляться главным образом граничной частотой эмиттерной цепи соѵ [(см. формулу

5. Выбираем топологию коллекторного р-п перехода. Обычно исполь­ зуется простейшая геометрия для коллектора •— квадрат со стороной h и зак­

исходя из данного значения емкости коллектора при заданном обратном сме­

тор еще не вошел в режим насыщения, что привело бы к резкому уменьшению

320

транзисторах средней мощности с Рк м а к с < 1 Вт, поскольку для нее ха­ рактерен очень сильно выраженный эффект вытеснения эмиттерного тока,

КТ312, при радиусе эмиттера Rg = 75 мкм можно получить рабочие токи

использовать более удачную полосковую геометрию (гребенчатую или многоэмиттерную).

321

с.303—386.

6.Local oxidation of silicon and its application in semiconductor device

18.J о s h i M . L . , D a s h S. Dislocation induced deviation of phospho­ rus—diffusion profiles in silicon. — «IBM J. Research and Development», 1966, v. 10, № 6, p. 446—454.

323