книги из ГПНТБ / Маркова В.Н. Малютки ПТ

3. Коллектор и эмиттер получают диффуз­ ным методом. Быстро диффундирующая при­ месь создает коллекторный переход, медленно диффундирующая — эмиттерный.

Наибольшее распространение при изготов­ лении дрейфовых триодов получило односто­ роннее диффундирование (рис. 14). Толщина диффузионной базы дрейфового ПТ может быть 3— 1 мкм и меньше. Для получения тон­ кой базы в сплавном триоде надо уменьшать толщину кристалла. В дрейфовом же необхо­ димо только подбирать режим диффузии; тол­ щина кристалла обусловливается тепловыми потерями на нем в прямом включении. Дрей­ фовый триод по своей конструкции — высо­ кочастотный. Диффузионная, технология по­ зволяет получать и мощные триоды с больши­ ми площадями переходов. Равномерный пере­ ход большого сечения легче получить диффузией, чем сплавлением. В этом случае конструкция триода отличается от сплавного (см. рис. 12) только наличием диффузионного перехода внутри кристалла.

Улучшение высокочастотных свойств дрей­ фовых триодов велось в нескольких направ­ лениях.

1. Уменьшалась толщина базы. Наиболее тонкая база (известен триод с w — 0,75 мкм) была получена при двойной диффузии. Чем тоньше база, тем больше угроза прокола. В триоде с диффузионным эмиттером на встро­ енное поле, созданное базовой примесью, на­ кладывается тормозящее поле эмиттерной примеси. Формула (10а) выведена для слу­ чая двойной диффузии.

' Одновременная двойная диффузия практи­ чески возможна только на кремнии, так как обгоняющая акцепторная примесь плохо в нем растворяется. Ее концентрация NA меньше «забивающей» концентрации ND, что приводит к появлению п-р перехода эмиттера.

Иногда при изготовлении диффузионного эмиттера п-р-п триода в процессе диффузии донорной примеси получают не только эмит­

тер, НО И НИЗКООМНЫЙ П+-СЛОЙ со стороны

коллектора. В сильно легированном слое носи­ тели, инжектированные металлическим кон­ тактом, рекомбинируют, не вливаясь в общий ток коллектора. Когда коллектор сделан из материала с высоким удельным сопротивле­ нием, добавочная инжекция приводит к росту коэффициента а и эффекту триггерирования.

2. Уменьшалась площадь коллектора S K. Это давало возможность сократить его ем­ кость, не снижая значительно допустимую мощность рассеяния. В этом состоит отличие дрейфового триода от микросплавного с диф­ фузионной базой. У микросплавного ПТ элек­ тролитически вытравлен основной объем кри­ сталла, база узкая, Ск — мало, а теплоотдача сильно затруднена.

Стремление получить в одном триоде вы­ сокие значения Рмакс и fa привело к разра­ ботке новой конструкции триода — мезатранзистора (рис. 15). Свое название этот триод получил от геологического термина «меза» — столовая гора, т. е. гора с плоской вершиной.

Коллекторный переход мезатранзистора обтравливается в виде прямоугольного высту­ па с размерами сторон от нескольких милли­

5 2

метров до долей миллиметра. Размер мезаплощадки задается маской при травлении. Например, у германиевого мезатранзистора

стора:

2N1645 (США) Sk—0,225X0,65 мм, эмиттер-

ный и базовый контакты имеют размер 0,05Х Х0,6 мм. Расстояние между контактами обыч­ но составляет 50 мкм (в новейших моделях — микромеза — до 4 мкм), ширина контактов — 10 мкм. Мезаплощадки размером 1,6-10~5 мм2 бывают в основном у эпитаксиальных мезатриодов. Омический контакт к коллектору мо­ жет быть довольно массивным, обеспечивая хороший отвод тепла. Однако ничтожно малые площади базового и эмиттерного контактов у микромезаструктур ограничивают рабочий ток. Для германиевого мезатриода обычного типа

53

В зависимости от требований, предъявляе­ мых к триоду, конфигурация контактов на мезаплощадке может быть различной. Наибо­ лее простые— контакты микромезатриодов (рис. 16, б). Поле в базе здесь не симметрич­ но. В мезатриодах обычных размеров пред­ почтение отдается контактам такой конфигу-

Рис. 16, Различные конфигурации электродов ба­ зы и эмиттера.

рации, как показано на рис. 16, а и 16, б. Кон­ такты типа «подкой'а» (рис. 16, в) и «замочная скважина» (рис. 16, г) применяются тогда, когда нужно увеличить площадь эмиттера или базы для отвода тепла или, чаще всего, для припайки контакта.

Вмощных триодах, работающих на токах

вдесятки ампер, электроды базы и эмиттера имеют форму вставленных один в другой гре­ бешков. Большой периметр контакта в сочета­ нии с малой его площадью позволяет увели­ чить ток, ненамного повышая емкость, и уменьшить сопротивление база — эмиттер. По­ следнее снижает сопротивление насыщения в

ключевом режиме. Если при 2-зубчатом эмит­ тере у кремниевого мезатриода гвао=0,5ч- 4-0,7 ом, то при 6-зубчатом ^ 0 = 0 ,2 4 -0 ,3 ом,

54

а при 12-зубчатом гнас=0,1 ч-0,2 ом. В герма­ ниевых и кремниевых транзисторах сплавным эмиттером обычно бывает полоска алюминия.

заряда гкСк ограничивает применение мезатриодов в ключевых схемах.

Т р и о д с п о с л е в п л а в н о й д и ф ф у ­

р-германия путем диффузии вводят донорную примесь. Затем с одной стороны кристалла вплавляют два шарика сплава, один из кото­ рых содержит доноры и акцепторы, другой — только доноры. Если кристалл и сплав нагреть до температуры эвтектики, на границе их раз­ дела появится узкий слой расплава, содержа­ щий полупроводник и компоненты сплава, согласно диаграмме состояний элементов. При

5 5

остывании соотношение элементов в жидкости и в твердой фазе изменится опять-таки соглас­ но диаграмме. Окончательно остывшая, рекристаллизационная область под сплавом ока­ жется неоднородно легированной примесями. Время вплавления принимается таким, чтобы быстро диффундирующие доноры могли про­ никнуть в германий и образовать перед фрон­ том вплавления тонкий (1—3 мкм) слой я-ти- па. Если исходные концентрации примеси выбраны правильно, рекристаллизационная область под первым сплавом окажется дыроч­ ной (эмиттер).

После этого место вплавления обтравливается по типу «меза». Таким способом полу­ чают ПТ с хорошо воспроизводимыми пара­ метрами.

Несмотря на низкое удельное сопротивле­ ние диффузионной базы, в новейших конструк­ циях ПТ удалось получить пробивные напря­ жения эмиттер — база 3,5 в. В импульсных схемах это позволяет для рассасывания заря­ да в базе подавать большой отрицательный импульс.

Дрейфовые транзисторы используются в схемах линейных усилителей и в ключевых схемах. В поле радиации они наиболее ста­ бильны, поэтому их применяют в электронной аппаратуре ядерной энергетики.

Данные об одном из наиболее высокочас­ тотных транзисторов П411 приведены в табл. 4. Улучшенный германиевый транзистор П411 позволяет получить fMaKc = 3 Ггц и fa= = 700 Мгц. В импульсных схемах применяется высокочастотный триод П416 (рис. 18).

5 6

Частотные и усилительные характеристики кремниевых триодов с диффузионной базой хуже германиевых (табл. 4). Это свидегель-

Рис. 18. Транзистор Рис. 19. Мощный высокочасерии П416. стогный транзистор в раз­

личном оформлении.

ствует о том, что кремний как материал для триодов недостаточно освоен. В Советском Союзе на основе германия выпускаются мощ­ ные дрейфовые высокочастотные транзисторы серий П60ІЧ-П601F, П602-4-П602А и импульс­ ные триоды П605-І-П605А, П606-^П606А, ко­ торые получили название конверсионных *. Ча-1

1 Кристалл п-типа легируют медью до получения р- типа. Затем путем диффузии сурьмы получают базо-

57

и в мощных, и в высокочастотных схемах, его

с т о р. Недостатки мезатранзистора как трио-

Рис. 20. Разрез эпитаксиального мезатранзистора:

/ и 2 — диффузионные области соответ­ ственно эмиттера и базы в эпитакси­ альном слое;- 3 — узкий участок соб­ ственно эпитаксиального слоя, коллек­ торная область; 4 — основной кристалл; 5 — припой; 6 — кристаллодержатель.

да для переключающих схем устранены в мезатранзисторе с эпитаксиальным слоем 6 в коллекторной области (рис. 20). В этом при­ боре на кристалл кремния с низким значением р (ІО-3 ом-см) нарощен из паровой фазы тон­ кий слой (2,5—5 мкм) кремния с проводи­ мостью, близкой к собственной. Для получе­ ния диффузионной базы толщиной 0,5-4 4-0,25 мкм в слой б путем диффузии вводят алюминий или бор (примесь р-типа). Эмиттер получают при диффузии сурьмы или фосфора

60