Транзисторы типа n-p-n

В близкой к реальной полупроводниковой структуре с удельным сопротивлением подложки 10 Ом·см, сопротивлением слоя базы 200 Ом/ڤ и сопротивлением слоя эмиттера 2 Ом/ڤ при глубинах р-n-переходов эмиттер - база 2, 3 мкм, база - коллектор 2,7 мкм и коллектор - подложка 12,5 мкм р-n-переходы, используемые для формирования ДК, имеют такие характеристики:

·        удельную емкость дна р-n-перехода коллектор - подложка 100 пФ/мм2, а боковой стенки 250 пФ/мм2; пробивное напряжение перехода до 100 В;

·        удельную емкость р-n-перехода база - коллектор 350 пФ/мм2, a его пробивное напряжение 30 - 70 В;

·        удельную емкость дна р-n-перехода эмиттер - база 600 пФ/мм2, а боковой стенки 1000 пФ/мм2, пробивное напряжение перехода 7 В.

Самую большую удельную емкость (более 1000 пФ/мм2) имеет р-n-переход. область изолирующей р - диффузии - подколлекторный n+-слой, его пробивное напряжение 10 В. ТКС конденсаторов на этом переходе сравнительно большой (2·10-4 1/°С).

Поскольку ширина обедненного слоя обратно смещенного перехода зависит от напряжения, емкость ДК также изменяется с изменением напряжения. Удельную емкость любого полупроводникового перехода можно аппроксимировать формулой C0=К(1/U)m, где К —коэффициент пропорциональности, зависящий от уровня легирования полупроводниковых областей; m - показатель: mΠ[1/3; 1/2], причем m=1/2 соответствует ступенчатому, а m=1/3 - линейному переходу. Остальные значения т, входящие в указанное множество, соответствуют реальным распределениям примеси, в том числе гауссову и по функции ошибок.

В табл. 7 даны значения удельной емкости переходов интегрального транзистора со скрытым слоем и без него, с подложкой р - типа (ρs = 5 Ом·см), гауссовым распределением примеси в базе (ширина 0,7 мкм) и распределением примеси по функции ошибок в эмиттере.

Таблица 7

Значения удельной емкости переходов интегрального транзистора

U, В	Сэб, пФ/мм2	Сбк, пФ/мм2	Скп, (с n+-слоем), пФ/мм2	Скп (без n+слоя), пФ/мм2
0	1400	300	260	190
5	1000	120	90	60
10	-	90	55	40

 

 

Эмиттерный переход обладает наибольшей удельной емкостью, но малыми напряжением пробоя и добротностью. Базовый переход используется для формирования ДК наиболее часто. Параметры диффузионных конденсаторов на этих переходах приведены в табл.8. Значения максимальной емкости даны ориентировочно в предположении, что площадь всех конденсаторов ИМС не превьшает 20 - 25% площади кристалла. Недостатком ДК является необходимость обеспечения строго определенной полярности, так как условием их нормальной работы является обратное смещение р-n-перехода.

Таблица 8

Параметры интегральных конденсаторов

Тип конденсатора	Удельная емкость С0, пФ/мм	Максималь-ная емкость, Сmax, пФ	Допуск d , %	TKС× (αС)·10-3, 1/°C	Пробивное напряже- ние, Uпр, В	Добро-тность*
ДК на переходах: Б-К Э-Б К-П	150(350)** 600(1000)** 100(250)**	300 1200 -	± 15¸ 20 ± 20 ± 15¸ 20	-1,0 -1,0 -	30-70 7-8 35-70	50-100 1-20 -
МДП с диэлектриком: SiO2 Si3N4	400-600 800-1600	500 1200	± 20 ± 20	0,015 0,01	30-50 50	25-80 20-100
Тонкопленочные с диэлектриком: SiO2 Si3N4	500-800 3000-5500	650 4500	± 20 ± 20	± 3 2-5	20-40 20	10-100 10-100

* Для ДК на частоте 1 МГц, для  МДП и тонкопленочных конденсаторов  на частоте 10 МГц.

** В скобках указаны значения  Со для вертикальных (боковых) стенок р-n-перехода.

20. МДП - конденсаторы.

Нижней обкладкой служит эмиттерный n+-слой, верхней — пленка Аl, диэлектриком - тонкие слои SiO2 или Si3N4. Последний предпочтителен вследствие большей емкости С0 (диэлектрическая проницаемость ε нитрида выше, чем окисла кремния), но SiO2 более доступен. Толщина диэлектрика составляет 0,05 - 0,12 мкм. Параметры МДП - конденсаторов приведены в табл. 8. Недостатком МДП - конденсаторов в составе биполярных ИМС является необходимость введения дополнительной операции создания тонкого диэлектрика и еще одной фотолитографии. 

21. Соединения.

Элементы ИМС электрически соединены между собой с помощью алюминиевой разводки толщиной до 0,8 мкм. Когда в однослойной разводке не удается избежать пересечений, применяют диффузионные перемычки. Речь идет об изоляции двух взаимно перпендикулярных проводников, первый из которых размещен поверх защитного окисла, второй “подныривает” под него в виде участка n+-слоя. Этот участок имеет заметное сопротивление (3 — 5 Ом), вносит дополнительную паразитную емкость и занимает сравнительно большую площадь (для него требуется отдельная изолированная область), поэтому диффузионной перемычкой пользуются в исключительных случаях. Диффузионные перемычки не применяют в цепях питания, в которых протекают достаточно большие токи.

22. Контактные площадки.

Контактные площадки (КП), располагаемые обычно по периферии полупроводникового кристалла, служат для создания соединений полупроводниковой схемы с выводами корпуса с помощью золотых или алюминиевых проволочек методом термокомпрессии. Для КП используют тот же материал, что и для создания разводки (чаще всего алюминий). КП формируют одновременно с созданием разводки. Для предотвращения замыканий КП на подложку в случае нарушения целостности окисла при термокомпрессии под каждой КП формируют изолированную область (за исключением КП, соединенных с проводниками, имеющими контакт с подложкой).

23. Фигуры совмещения.

Фигуры совмещения являются вспомогательными элементами ИМС, необходимыми для точного выполнения операции совмещения рисунка фотошаблона при фотолитографии с рисунком ранее созданных слоев. Число фигур совмещения на единицу меньше числа операций фотолитографии, использованных при изготовлении ИМС. Фигуры совмещения могут иметь различную форму. Варианты фигур совмещения:

·        Типа "линия – линия". В этом случае линии фигуры совмещения (например, креста) на фотошаблоне совмещаются с линиями фигуры совмещения ни кристалле.

·        С контролируемым зазором между линиями фигур совмещения на фотошаблоне и на кристалле.

 

Заключение

В данной работе рассмотрено элементы полупроводниковых ИМС на биполярных транзисторах. Такие как: интегральные транзисторы разных типов и их модификации (горизонтальный, вертикальный). Также рассмотрено диоды и резисторы  на биполярных структурах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Ненашев А.П. Конструирование  радиоэлектронных средств: Учеб. для  радиотехнических спец. вузов. –  Мн.: Высшая школа, 2000.

2. Основы конструирования изделий  радиоэлектроники: Учеб. пособие / Ж.С. Воробьева, Н.С. Образцов, И.Н. Цырельчук  и др. – Мн.: БГУИР, 2001

3. http://edu.nstu.ru/courses/tech/ref_schematic/demo/par3-1.htm

4. http://www.mielt.ru/dir/cat32/subj1586/file1191/view9522.html

5. http://alnam.ru/book_pe.php?id=11

6. http://www.findpatent.ru/patent/210/2106037.html