5. Элементы полупроводниковых ис: структура и свойства биполярных и униполярных (полевых) транзисторов.

В ИС используются биполярные n-р-n и р-n-р транзисторы и униполярные МОП и МДП транзисторы. Биполярные транзисторы изготавливаются в обычном планарном и планарно-эпитаксиальном исполнениях. Вторые имеют более высокие частотные и другие характеристики, но ТП сложнее.

Униполярные транзисторы бывают индуцированным и встроенным каналом проводимости. В общем случае такой транзистор явл. конденсатором. Верхняя обкладка –металлический затвор, нижняя –п/п (n-типа), а диэлектрический – слой SiO₂ (МОП), SiN₄(МДП).

Если к затвору приложить определенный потенциал в приповерхностный слой PSi подложки между областями стока С и истока И, имеющими проводимость n-типа, подтягиваются из объема п/п электроны. При некотором И_порог может произойти инверсия проводимости, т.е. между И и С возникнет канал проводимости n-типа и между ними будет протекать электрический ток. Такие транзисторы имеют очень большой коэффициент усиления. Важным свойством МДП и МОП транзисторов является высокое входное сопротивление, у них простая структура и технология, размеры приблизительно в 10 раз меньше, чем у биполярных транзисторов. Т.к. в любых ИС самым сложным по конструкции и технологии элементом явл. транзистор, диодные, конденсаторные и резисторные структуры стараются формировать на основе его областей, хотя в некоторых случаях целесообразно их изготовить по собственной технологии.

6. Эл-ты п/п ИС: диодные, резисторные и конденс-е стр-ры.

Диод образуется между диффуз-ми слоями различной проводимости (рис.5). Технология Д идентична формированию транз-ра. На практике в качестве Д используют транз-ные структуры, включенные по диодным схемам.

Резисторы в ИС могут быть диффуз-ми на основе любой из структурных областей транз-ра с контактами к ним и тонкоплен-ми. 1-е имеют малые размеры и R=25Ом – 25кОм.Точность номинала диффузионных рез-ров ±(10-20)% и достаточно высокие рассеиваемая мощность и темп-ный коэф-ент сопротивления αρ.

Конденсаторы м.б. диффузионными, МОП и тонкопленочными. 1-е образуются обратно смещенным p-n-переходом. Их C явл-ся функцией f(Sпер,Nприм). С практически линейно изменяется с U; ΔС ≈ 20%; Смакс до 1000 пФ; Uпр = 7-10 В.

МОП-конд-ры форм-ся как затвор МОП-транз-ра, т.е. n+ПП-SiO2-Al пленка. У них хорошая линейность, Uпр ≤ 50 В, низкий αС, Суд = 104 пФ/см2. Осн-ой недостаток – большая паразитная С относит-но подложки. Тонкопл-ные конд-ры образ-ся осаждением пленки диэл-ка (SiO2 или Ta2O5) между пленками алюминия (пластины). Uпр сотни В (из-за хорошей изоляции от подложки), Суд = 900 пФ/см2 ( SiO2) или 3500 пФ/см2 (Ta2O5), ΔС - ±(5-10)%. Недостаток – дополнительные операции ТП.

Тонкопленочная токопроводящая система (ТТС) – металлическая пленка определенной конфигурации, которая играет роль контактов к активным областям ИС, внутрисхемных соединений и контактных площадок. Наиболее сложными являются ТТС ПП ИС: отдельные ее участки образуют невыпрямляющие контакты металл–ПП, токоведущие дорожки или контактные площадки, лежащие на изолирующем основании. Материал ТТС должен отвечать ряду специфических требований по электрофизическим, механическим, химическим свойствам: - обеспечивать невыпрямляющий контакт к кремнию n- и p-типа одновременно, иметь мин-ные величины собственного и переходного сопр-ния, быть стойким к электродиф-зии в нижележащие слои и др.; - обладать высокой адгезией к ПП, диэл-м и резист-м слоям, устойчивостью к мех-им нагрузкам, ударам и вибрации; - иметь равномерный хим-кий состав по толщине, стойкость к коррозии, контролируемую скорость травления, не образовывать вредных интерметаллических соединений, не растворяться в контактируемых мат-лах и др. В качестве мат-ла ТТС кремниевых ИС широко исп-ся алюминий. Он удовлетворяет многим из перечисленных требований, хотя и обладает рядом сущ-ных недостатков (низкая прочность и твердость, большой αl, наличие пленки Al2O3, сложность пайки и сварки и др.).