2.15.6 Транзисторы со сверхтонкой базой

Сверхтонкой считается база шириной (0,2–0,3) мкм. При такой ширине базы коэффициент усиления базового тока составляет (3000–5000) и более. Поэтому такими транзисторами закрепилось название «супербета транзистор» [7]. Получение сверхтонкой базы представляет серьезную техноло­гическую проблему. Во-первых, ширина базы есть разность глу­бин базового и эмиттерного слоев

Wb = Xcb–Xeb.

При допуске на ширину базы ±10%, т.е. 0,02 мкм, то при толщине ба­зового слоя Xсb = 1,6 мкм толщина эмиттерного слоя должна состав­лять = 1,4±0,02 мкм. Значит, эмиттерная диффузия должна осуществляться с допуском ±1,4%, что лежит на пределе техно­логических возможностей. Во-вторых, когда в процессе диффузии эмиттерного слоя его металлургическая граница приближается к металлургической границе коллекторного слоя на расстояние 0,4 мкм, наступает так называемый эффект оттеснения коллектор­ного перехода: дальнейшая диффузия атомов фосфора в эмиттерном слое сопровождается диффузией (с той же скоростью) атомов бора в базовом слое. Можно сказать, что эмиттерный слой «продавливает» металлургическую границу ранее полученного базового слоя. При этом толщина базы сохраняет значение около 0,4 мкм.

Платой за большое усиление «супербета транзисторов» является их низкое пробивное напряжение (1,5–2) В определяемое эффектом смыкания переходов, свойственным транзисторам с тонкой базой. Поэтому «супербета транзисторы» являются не универсальными, а специализированными элементами ИМС. Основная область применения этих приборов — входные ка­скады интегральных усилительных устройств.

Уменьшение ширины базы до 0,2 мкм обуславливает качественные изменения, связанные не столько с технологическими ограничениями, сколько с принципиальными проблемами соответствия модели транзистора реальному объекту. Действительно, если принять среднюю концентрацию примеси в базе равной 810¹⁵ см^–3, то на 1 см длины их приходится 210⁵. При ширине базы 0,2 мкм (т.е. 210^–5 см) в базе располагаются всего четыре слоя примесных атомов и утрачивается смысл понятия градиента концентрации примеси (и связанное с ним понятие внутреннего поля), качественно меняются процессы движения и рас­сеяния носителей в базе. Классическая теория транзисторов в значительной мере теряет силу.

2.15.7 Транзисторы приборов совмещенных технологий

В основу рассмотренных модификаций транзисторов положены инжектирующие и коллектирующие свойства p-n-пере-ходов. Принцип действия рассмотренных приборов основывается на диффузионном переносе заряженных частиц, и частично эксплуатируется дрейфовый перенос.

Широкое распространение в микроэлектронике получили приборы, функционирующие на управляемом дрейфе носителей заряда, так называемые полевые приборы. Обладая рядом позитивных свойств, полевые приборы по ряду показателей уступают БПТ. Комбинирование полевых приборов с БПТ в микроэлектронных конструкциях позволяет, часто без существенного усложнения технологии, создать новые композиции приборов, сочетающие позитивные свойства полевых приборов и БПТ. Примеры таких микроэлектронных приборов и композиций с БПТ отнесены и рассматриваются в материалах пособия, посвященных полевым приборам ИМС.