«Твердотельная электроника» Макаров Е.А.

Ответы на вопросы 26-30.

26) Обратная связь и выходная проводимость транзистора на вч

27) Физическая структура и топология бт интегральных схем

2.3. Физическая структура биполярного транзистора

Активная область транзисторной структуры формируется базовой и эмиттерной диффузиями в эпитаксиальный слой с концентрацией . Распределение акцепторов при двухэтапной диффузии можно описать гауссовым законом:

,

а распределение доноров может описываться как гауссовой функцией

,

так и дополнительной функцией ошибок

,

где .

Эти распределения включают в себя следующие параметры:

• , – концентрации акцепторов и доноров на поверхности базы и эмиттера (при = 0);

• , – характеристические длины диффузии акцепторов и доноров соответственно.

При одноэтапной диффузии характеристическая длина определяется коэффициентом диффузии , зависящим от температуры , и временем ее проведения :

.

На рис. 15, а приведены распределения доноров и акцепторов, формирующих n-эмиттер, p-базу и n-коллектор. На рис. 15, б представлено распределение эффективной концентрации . По оси концентраций используется логарифмический масштаб.

В точках и происходит изменение типа электро­проводности. Они являются металлургическими границами эмиттерного и коллекторного p–n-переходов. Около каждой из них располагается ОПЗ соответствующего перехода: ширина ее показана на рис. 15, б как и . Расстояние между границами ОПЗ в базе составляет эффективную толщину базы .

На рис. 16, а в линейном масштабе показано распределение эффективной концентрации в области базы. Ее изменение порождает электрическое поле в базе напряженностью

.

Распределение напряженности поля показано на рис. 16, б. Значение поля при движении от эмиттерного перехода к коллекторному сначала положительно, затем проходит через ноль в точке, где имеет экстремум, и на большей части «электронейтральной» базы отрицательно. Положительное электрическое поле тормозит электроны, двигающиеся от эмиттера к коллектору, а отрицательное – ускоряет.

а

б

Рис. 15. Распределения доноров и акцепторов (а) и эффективной концентрации (б) в активной области биполярного транзистора

а

б

Рис.16. Распределение эффективной концентрации (а) и напряженности электрического поля (б) в базе биполярного транзистора

2.4. Биполярные транзисторы интегральных схем

На рис. 17 показаны физическая структура, разрез биполярного транзистора интегральных схем и его топологический чертеж, план. Именно эту структуру можно считать началом развития промышленной биполярной кремниевой интегральной технологии, получившей широкое распространение уже в начале 70-х годов. Существенная особенность представленной структуры – применение разделительной p⁺ диффузии для создания бокового изолирующего p–n-перехода. Размеры щели под разделительную диффузию и допустимые расстояния до n⁺ коллекторного контакта увеличивали площадь транзистора на кристалле и тормозили увеличение степени интеграции.

В середине 80-х годов был реализован гораздо более высокий уровень интеграции путем применения изолирующей разделительной канавки (рис. 18). Эта конструкция [6] позволяет расположить базовые выводы вплотную к разделительной канавке и не запрещает разделительной канавке попадать в скрытый n+-слой. В такой новой структуре размер транзистора определяется только шириной контактных окон к базе и эмиттеру и допустимыми расстояниями между контактными полосками выводов базы и эмиттера.

Рис. 17. Физическая структура и топология диффузионных областей в транзисторе с боковой изоляцией методом разделительной диффузии:

ЭД – эмиттерная диффузия; ЭО – эмиттерное окно;

БД – базовая диффузия; БО – базовое окно;

РД – разделительная диффузия; КО – коллекторное окно;

СС – скрытый слой; ПО – подложечное окно