20.1 Проектирование бип. Транзисторов полупроводниковых имс.

Транзистор является основным элементом ИМС, поэтому исходя

из предъявляемых к нему требований задаются определенными электрофизическими параметрами. Выбранная физическая структура транзистора используется для расчета остальных элементов ИМС.

Рассмотрим в качестве примера транзистор ИМС, элементы которой

изолированы обратно смещенными р-n-переходами. Транзистор такой схемы содержит следующие слои: эмиттерный, базовый, коллекторный (эпитаксиальный) а также скрытый высоколегированный. Все эти слои изготовляются на исходном высокоомном основании полупроводникового материала, обычно

кремния. Удельное объемное сопротивление подложки должно быть большим чтобы обеспечить получение высокого пробивного напряжения перехода коллектор - подложка и малую барьерную емкость. Толщину подложки выбирают достаточно большой (0,25—0,40 мм), чтобы она выдерживала механические нагрузки в процессе обработки. Уровень легирования эпитаксиального л-слоя выбирают исходя из противоречивых требований: для получения высокого пробивного напряжения и малой емкости перехода коллектор — база уровень легирования должен быть низким, а для получения низкого последовательного сопротивления коллекторной области — высоким.

Использование тонких эпитаксиальных слоев (до 3 мкм) позволяет существенно уменьшить паразитные емкости и тем самым

20.2 Проектирование бип. Транзисторов полупроводниковых имс.

увеличить плотность размещения элементов и повысить максимальную рабочую частоту ИМС. Последовательное сопротивление коллекторной области транзистора регулируется путем введения в его структуру скрытого n+ -слоя.

Уровни легирования эмиттерной и базовой областей также выбирают с учетом нескольких противоречивых требований. В частности, для увеличения коэффициента инжекции эмиттера и повышения пробивного напряжения перехода эмиттер - база уровень легирования базовой области необходимо понижать. Однако это привело бы к недопустимому возрастанию паразитного омического сопротивления между базовым контактом и активной областью

Базы.Увеличение уровня легирования эмиттера требуется для получения более высокого коэффициента инжекции. Но при очень высоких уровнях легирования, близких к пределу растворимости соответствующей примеси в кремнии ,возникают искажения структуры кристаллической решетки, что в свою очередь вызывает уменьшение времени жизни неосновных носителей заряда в эмиттере и, следовательно, уменьшение коэффициента инжекции.

В процессе проектирования топологии транзистора полупровод-

никовой ИМС целесообразно проанализировать несколько различных конфигураций, из которых затем можно выбрать вариант, в наибольшей степени удовлетворяющий тому или иному схемотехническому решению. Электрические характеристики транзистора зависят в основном от раз-меров его областей, поэтому необходимо учитывать следующие факторы:

20.3 Проектирование бип. Транзисторов полупроводниковых имс.

− площадь коллектора определяет емкость перехода коллектор -

подложка и последовательное сопротивление коллекторной области;

− площадь базы определяет емкость перехода база - коллектор и

распределенное сопротивление базовой области;

− площадь и периметр эмиттера оказывают влияние на частотные и

токовые характеристики транзистора.

В цифровых ИМС, являющихся обычно маломощными, размеры каж-

дой из областей транзистора стараются делать как можно меньшими. Однако площади р-n-переходов нельзя уменьшать беспредельно, поскольку минимальный размер этих областей ограничивается разрешающей способностью фотолитографии, т. е. возможностью получения минимального размера окна в маскирующем слое оксида. Современная технология изготовления ИМС по-

зволяет получать ширину окна, составляющую примерно 3—4 мкм. Необходимо также учитывать, что геометрическая конфигурация той или иной области транзисторной структуры зависит от расположения омических контактов и допустимых зазоров на совмещение.