3.2.6 Совмещенные биполярнополевые структуры

Совместное применение технологии формирования полевых и биполярных транзисторов (БИМОП-структуры) позволяет рационально сочетать позитивные черты одних и других приборов. К таким позитивным свойствам полевых транзисторов следует отнести исчезающие: малый входной ток управления, огромное усиление по мощности и малое число слоев в МДП-транзисторе. Позитивным свойством биполярного транзистора является в несколько порядков более низкое сопротивление выходной цепи в открытом состоянии и во столько же раз более высокий выходной ток, чем у полевого транзистора, при равных плоскостных размерах. Спектр разнообразных решений по совмещенным структурам обширен. Типичное совмещение на кристалле полевых структур с разным типом канала и структуры БПТ приведено на рисунке 3.15, где слой n соответствует коллекторному эпитаксиальному слою БПТ структуры ЭПСК. Другим примером является составной МДП-БПТ-транзистор, изображенный на рисунке 3.23, исполненный в общем коллекторном кармане БПТ-транзистора.

Размещением стока n-типа на коллекторном кармане БПТ и истока n-типа за пределами коллекторного кармана на р-под-ложке реализуется пара БПТ n-p-n-типа и n-ка-нального МДП-транзисто-ра, изображенная на рисунке 3.24. Диод VDи соответствует изоляции коллектора от подложки p-n-пере-ходом. Символ П соответствует выводу подложки. В общем коллекторном кармане структуры ЭПСК могут исполняться и БПТ вертикальной структуры, и дополняющийБПТ продольной структуры, и согласно рисунку 3.15, р-канальный МДП-транзистор, и n-канальный МДП- транзистор на базовом слое. Если с исполнением БПТ- и МДП-приборов в общей или раздельных изолированных областях (карманах) связано усложнение технологии, то на выбор размещения приборов в общих областях, как видно по рисункам 3.23, 3.24, оказывает влияние связанность электродов формируемых приборов. Вследствие недопустимости образующихся связей, может быть востребовано размещение БПТ и МДП в раздельных изолированных областях. Технология совмещенных БПТ- и МДП-транзисторов в первую очередь содействовала совершенствованию конструкций и параметров микросхем преобразования аналоговых сигналов.

В логических элементах совмещенная технология получила распространение в элементах инжекционно-полевой логики (ИПЛ). В отличие от биполярных элементов И²Л вертикальный n-p-n⁺-транзистор заменяется на полевую структуру с каналом, управляемым р-n-переходом. На рисунке 3.25 изображена совмещенная транзис-торная структура ИПЛ, состоящая из вертикального n-канального полевого транзистора между электродами И-С и горизонтального биполярного р-n-р-транзистора с электро-дами Ин-И-З. Коллектор р-типа и база n-типа горизонтального р-n-р-транзистора структуры совмещены соответственно с областями затвора и истока n-канального полевого транзистора. Стоком n-канального полевого транзистора является легированная n⁺-область (коллекторы многоколлекторных структур «классических» И²Л). Состояния полевого транзистора определяются потенциалом затвора относительно n-области.

Удельное сопротивление n-слоя и размеры поперечного сечения канала выбираются так, чтобы при нулевом потенциале затвора (рис. 3.26, а) область объемного заряда р-n-перехода «затвор — канал» полностью перекрывала поперечное сечение канала. Это состояние реализуется при внешнем замыкании ключом Кл цепи затвора с подложкой (в цепи ключа протекает ток Iз = α_N × Iи). При разомкнутом ключе Кл (рис. 3.26, б) область затвора (коллектор биполярного транзистора) заряжается положительно за счет экстракции дырок из n-базы (структура биполярного р-n-p-транзистора). В этом случае область объемного заряда р-n-перехода затвор — канал сужается так, что образуется проводящий канал n-типа между истоком и стоком. Ток канала определяется потенциалом затвора. В ИПЛ-структуре ослабляются взаимные связи между стоками в сравнении с коллекторами классических И²Л, снижаются время выключения и влияние пространственной удаленности каналов от инжектора на ток выходной цепи элемента. При повышенных токах инжектора возможна переинжекция дырок из р-области затвора в n-область, ток стока канала будет дополнительно модулироваться изменением проводимости канала и будет возрастать влияние накопления неосновных носителей на время переключения.

Совмещенные транзисторные структуры нормально работают при изменении токов инжекторов в широком диапазоне от долей микроампер до единиц миллиампер.