2.1.3 Транзисторы с комбинированной изоляцией.

О сновным методом изоляции элементов современных биполярных микросхем является метод комбинированной изоляции, сочетающий изоляцию диэлектрическом (диоксидом кремния) и p-n-переходом, смещенным в обратном направлении. Существует большое число конструктивно-технологических разновидностей биполярных микросхем с комбинированной изоляцией. Широкое распространение получили схемы, создаваемые по изопланарной технологии. Структура изопланарного транзистора показана рис. 2.3.

Г

Рис. 2.3

лавное достоинство изопланарного транзистора по сравнению с эпитаксиально-планарным состоит в том, что при одинаковой площади эмиттерных переходов общая площадь изопланарного транзистора (с учетом площади изолирующих областей) меньше почти на порядок. Поэтому на основе изопланарных транзисторов можно создавать БИС и СБИС. Столь значительное снижение площади достигается в результате использования более тонкого эпитаксиального слоя, что приводит к уменьшению площади изолирующих областей. Кроме того, в конструкции изопланарного транзистора исключены пассивные области базы и коллектора, не используемые под контакты, так как все боковые стенки базовой и три боковые стенки эмиттерной области непосредственно граничат с изолирующим диоксидом кремния.

Изопланарный транзистор по сравнению с эпитаксиально-планарным имеет лучшие импульсные и частотные параметры. Поскольку при одинаковых площадях эмиттерных переходов сравниваемых транзисторов в изопланарном транзисторе значительно уменьшены площади коллекторного и изолирующего переходов то, следовательно пропорционально снижены и барьерные емкости этих переходов. Емкости переходов дополнительно уменьшаются еще и потому, что боковые стороны эмиттера, базы и коллектора граничат с диоксидом кремния, имеющим меньшую, чем кремний, диэлектрическую проницаемость. Кроме того, уменьшена площадь боковых стенок базы и коллектора из-за снижения периметра этих областей и толщины эпитаксиального слоя.

2.1.4 Многоэмиттерные транзисторы.

Многоэмиттерные n-p-n транзисторы (МЭТ) отличаются от рассмотренных ранее одноэмиттерных прежде всего тем, что в их базовой области p-типа создают несколько (обычно 4 … 8) эмиттерных областей n⁺-типа. Эти транзисторы используются в микросхемах вместе с одноэмиттреными. Поскольку МЭТ изготавливают с помощью тех же технологических процессов, что и одноэмиттерные, а структуры МЭТ содержат те же полупроводниковые слои изолирующие области.

О сновная область применения МЭТ – цифровые микросхемы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). В этих микросхемах они включаются на входе и выполняют функцию диодной сборки (рис. 2.4, а), состоящей из m+1 диодов, где m – число эмиттеров (входов схемы ТТЛ). Многоэмиттерный транзистор можно представить в виде совокупности отдельных n-p-n транзисторов, число которых равняется числу эмиттеров (рис. 2.4, б). Все базовые выводы этих транзисторов, как и коллекторные, соединены между собой.

Г

Рис. 2.4

лавная особенность использования МЭТ в схемах ТТЛ состоит в том, что в любом состоянии схемы коллекторный переход МЭТ включенного на его входе, смещен в прямом направлении. Следовательно, отдельные транзисторы схемной модели (рис. 2.4, б) находятся либо в инверсном режиме, либо в режиме насыщения в зависимости от напряжения на соответствующем эмиттере. При использовании МЭТ в схемах ТТЛ требуется снижать инверсный коэффициент передачи. В то же время для других (одноэмиттерных) транзисторов схем ТТЛ, особенно для выходных, инверсный коэффициент передачи необходимо увеличивать, чтобы обеспечить достаточно низкое напряжение насыщения. Поскольку в МЭТ используются такие же полупроводниковые слои, что и в одноэмиттерных транзисторах, уменьшать их инверсный коэффициент передачи можно только соответствующим выбором топологии.

Топология эпитаксиально-планарного МЭТ показана на (рис. 2.4, в). Здесь четыре эмиттера n⁺-типа расположены внутри общего базового слоя p-типа, ограниченного с боковых сторон коллекторным p-n переходом. Заштрихованные участки – контактные отверстия к эмиттерным, базовой и коллекторной областям. Расстояние между эмиттерными областями и базовым контактом увеличено, так что участок пассивной области базы 1, имеющий малую ширину, представляет собой резистор сопротивлением 200 … 300 Ом. Ток базы создает на этом участке такое падение напряжения, что потенциал области 2 пассивной базы, в которой расположен базовый контакт, оказывается на 0,1 … 0,2 В выше потенциала активной базы, расположенной под эмиттерными переходами. При этом прямое падение напряжения на коллекторном переходе в области 2 будет на то же значение больше, чем в областях, граничащих с активной базой.

Известной, что ток инжекции p-n перехода экспоненциально возрастает при повышении прямого напряжения, причем увеличение напряжения на 2,3 _Т, где _Т – тепловой потенциал (т.е. на 60 мВ при Т=300 К), приводит к десятикратному увеличению тока инжекции. Поэтому электроны будут инжектироваться из коллектора преимущественно в пассивную область базы 2, т.е. не будут достигать эмиттерных переходов, что приведет к необходимому уменьшению инверсного коэффициента передачи до 0,005 … 0,05.

Центральное контактное отверстие 3 в базовой области (рис. 2.4, в) предназначено для выравнивания потенциала активных базовых областей. В него напыляют слой алюминия, уменьшающий сопротивление этой части пассивной базы. Условное графическое обозначение МЭТ, используемое в принципиальных электрических схемах, приведено на рис. 2.4, г.