Конструкция биполярных транзисторов

В полупроводниковых ИМС биполярный n-р-nтранзистор яв­ляется основным схемным элементом. Уn-р-nтранзисторов быстро­действие при прочих равных условиях лучше, чем ур-п-ртранзисто­ров. Это объясняется тем, что подвижность электронов выше, чем ды­рок.

Начнем анализ с простейшей конструкции биполярного транзи­стора п⁺-р-п( рис. 4 ). Эмиттер транзистора сильно легируют до получения максимального коэффициента инжекции. Базу транзистора для повышения коэффициента переноса делают тонкой и низколеги­рованной, так, чтобы толщина базы (w_б ) была намного меньше диф­фузионной длины инжектированных в базу электронов. Под коллек­тором располагают низкоомный слойп⁺( скрытый слой ) для умень­шения сопротивления коллектора при работе последнего в режиме на­сыщения. В тех случаях, когда транзистор не переходит в режим на­сыщения, скрытый слой не делают. При контакте полупроводника п-типа с трехвалентным алюминием, который является акцептором, последний может диффундировать в коллектор с образованием областир-типа и паразитногор-п-перехода. Для предотвращения образования паразитного перехода область кол­лекторного контакта легируют доп⁺

Транзисторы средней и большой мощности работают в режимах высоких плотностей тока (230 мА / мм²). Конструкции мощных транзисторов разрабатывают с учетом эффекта оттеснения эмиттерного тока. Этот эффект заключается в том, что плотность тока в центре эмиттерной области существенно ниже плотности тока на ее перифе­рии, и падение напряжения на эмиттерном переходе будет расти при смещении от центра эмиттера. Поэтому для повышения мощности транзистора необходимо увеличивать не общую площадь эмиттера 5э. а отношение периметра Р эмиттера к его площади. На рис. 5 показаны различные конструкции эмиттеров мощных транзисторов с большим отношением Р/S_Э.

б)

г)

д)

Рис. 2. Конструкция МДП конденсатора.

Рис. 3. Диодное включение транзисторов: а) БК-Э; б) БЭ-К;

в) Б-КЭ; г) Б-Э; д) Б-К.

Рис. 4. Конструкция биполярного транзистора: 1-эмиттер; 2-база;

3-коллектор; 4-скрытый слой;

5-приконтактная область кол­лектора.

Рис. 5. Форма эмиттеров би­полярных транзисторов повышенной мощности: а) П-образная; б) гребен­чатая; в) древовидная.

В цифровых схемах транзисторно-транзисторной логики ( ТТЛ ) используются многоэмиттерные транзисторы, которые содержат несколько эмиттеров, работающих в одной базовой области. На рис. 6 показан четырехэмиттерный транзистор. Из рисунка видно, что эмит­теры находятся на разных расстояниях от базового контакта, что при­водит к существенному различию в сопротивлениях эмиттер-базовых цепей. Для выравнивания этих сопротивлений по области базы про­кладывают проводник, а форма базовой области имеет отросток, ко­торый является базовым резистором с коэффициентом формы 34. В аналоговых ПИМС находят применение ир-п-р транзисторы, со­вместимые с планарно-эпитаксиальной технологией. Конструкция та­кого транзистора приведена на рис. 7. Их изготавливают одновремен­но сп⁺-р-птранзисторами по обычной технологии. Эмиттерный и коллекторные слои получают на этапе базовой диффузии, причем кол­лекторный слой охватывает эмиттер со всех сторон. Базовая область формируется на основе эпитаксиального слоя с подлегированием кон­тактной области во время эмиттерной диффузии. Перенос носителей в такомр-п-ртранзисторе протекает в горизонтальном направлении. Инжектированные из боковых частей эмиттера в базу дырки диффун­дируют к коллекторной области в приповерхностном слое. Ширина базы равна расстоянию междур-слоями (34 мкм ). Из-за сравни­тельно большой ширины базы частотные свойствар-п-р транзисторов хуже, а усиление меньше. Такие транзисторы применяют в аналоговых схемах, где необходимо использовать транзисторы двух типов прово­димости.

а) б)

Рис. 6. Конструкция многоэмиттерного транзистора: БП - базовый про­водник, БК - базовый контакт.

Рис. 7. Конструкция горизонтального Рис. 9. Конструкция полевого р-п-р транзистора: w_б - ширина базы. транзистора.