Планарний транзистор - технічний словник те iv

Планарний транзистор складається з напівпровідникової пластинки, в яку проводиться дифузія домішок р - і n - типу з газової фази для того, щоб утворити в вихідному напівпровідниковому матеріалі два р - n переходу так, як це має місце в разі транзистора з дифузійними емітером і базою.
Планарний транзистор - стандартний компонент електронних пристроїв 70 - х років.
Планарні транзистори є найбільш високочастотними і швидкодіючими. Частотний межа випускаються промисловістю планарно-епітаксійних транзисторів складає сотні мегагерц при потужності розсіювання кілька ват.
Планарним транзистором (рис. 3.39, б) називають дифузний транзистор, у якого висновки емітера Е, бази Б і колектора К розташовані в одній площині.
У планарних транзисторах короткі замикання іноді виникають між металевими шарами на поверхні оксиду і напівпровідником. Причиною таких замикань можуть бути отвори в оксидному шарі, що з'явилися в результаті порушень шару в процесі фотолітографії. Наприклад, порошинка, що осіло на поверхню фоторезиста, призводить до того, що під нею фоторезист НЕ засвічується, а отже, не полімеризується. Після травлення оксиду на місці, де знаходилася порошинка, виходить отвір.
У планарних транзисторах короткі замикання іноді виникають між металевими шарами на поверхні оксиду і напівпровідником. Причиною таких замикань можуть бути отвори в Окісна шарі, що з'явилися в результаті порушень в процесі фотолітографії. Наприклад, порошинка, що осіло на поверхню фоторезиста, призводить до того, що під нею фоторезист НЕ засвічується, отже, не полімеризується. Після травлення окисла на місці, де знаходилася порошинка, виходить отвір.
У планарних транзисторах, для яких характерно сталість поверхневого заряду, при подачі зміщення на канал відбувається перекриття каналу збідненим шаром і концентрація рухливих носіїв заряду зменшується. При великій щільності поверхневого заряду канал поширюється до омічного переходу і виникає наскрізний канальний струм. Освіта каналів Б планарних транзисторах призводить до пробою переходу, що також сприяє збільшенню зворотного струму.
Конструктивне оформлення планарних транзисторів в металевому або пластмасовому корпусі (рис. 3.10 б в) передбачає зручність монтажу, високу механічну міцність приладу і ізоляцію кристала від зовнішніх впливів. Транзистори такого типу з високими електричними, термічними і частотними параметрами застосовуються практично у всіх пристроях промислової електроніки. Найважливішою перевагою планарной технології є універсальність - можливість виготовлення на основному обладнанні не тільки транзисторів (біполярних і польових) з різною геометрією структури, а й інтегральних схем мікроелектроніки.
Відмінність виготовлення планарного транзистора полягає в тому, що покриття пластинки напівпровідника шаром оксиду-нанесення фоторезиста, його засвічення, травлення і дифузія повторюються з тим, щоб отримати базову і еміттерную області. Найчастіше пла-Нарнії технологію використовують для виробництва кремнієвих транзисторів, так як в цьому випадку шар SiOg отримують найбільш простим, методом - окисленням вихідної пластинки напівпровідника.
Схема технологічного процесу виготовлення пла-Нарнії транзистора. Однак переваги планарного транзистора не обмежуються швидкодією. Наприклад, межі його електронно-доручених переходів виявляються під шаром оксиду.
Коефіцієнт посилення планарного транзистора в інверсному активному режимі надзвичайно малий в основному з двох причин: по-перше, / dK2 / dni, оскільки (Лк - АЕ) Аа, і, по-друге, / йк / dKi, оскільки NA NDK, де TV A - концентрація акцепторної домішки в базі, a NDK - концентрація донорної домішки в колекторі.
Пьезорезісташшй напівпровідниковий параметричний акселерометр. а - схематичне зображення, б - еквівалентна схема механічної частини / - транзистор, 2 - голка. | Залежність колекторного струму / к і струмового пьезорееістів-ної чутливості д / к / dFo від сили підгорнутим голки. Чутливим елементом є германієвий планарний транзистор.
Місця виходу р-і-переходів планарного транзистора на поверхню кристала напівпровідника виявляються під шаром діоксиду кремнію, який є хорошим діелектриком. Він служить захистом поверхні кремнію від зовнішніх впливів, підвищуючи стабільність параметрів і надійність транзисторів.

Місця виходу р-л-переходів планарного транзистора на поверхню кристала напівпровідника виявляються під шаром діоксиду кремнію, який є хорошим діелектриком. Він служить захистом поверхні кремнію від зовнішніх впливів, підвищуючи стабільність параметрів і надійність транзисторів.
Підсилювач виконаний на планарном транзисторі за схемою ОЕ. Останній виконує, таким чином, функцію елемента фільтра - розв'язки по ланцюгу харчування.
У епітаксійних - планарном транзисторі бічні поверхні / / ізолюючого р-п переходу є кордоном колекторної області 2 n - типу і ізолюючої області 4 р - типу, а нижня поверхня 12 - - кордоном області 2 і прихованого шару 3 з підкладкою. При використанні мікросхеми на цей контакт подають напругу, при якому ізолюючий перехід завжди зміщений у зворотному напрямку. Оскільки зворотний струм ізолюючого переходу малий, забезпечується задовільна ізоляція транзистора від підкладки і інших елементів кристала мікросхеми. Області, оточені з усіх боків ізолюючим переходом, називають кишенями. У них розміщують не тільки біполярні транзистори, а й інші елементи мікросхеми. Зазвичай в кожній кишені формують один елемент, але в деяких випадках розміщують кілька наприклад, біполярні транзистори, у яких згідно принциповій електричній схемі з'єднані колектори.
Від зазначеного недоліку вільні планарниє транзистори, які поєднують в собі кращі властивості і параметри кремнієвих і германієвих транзисторів. Високі напруги на переходах і порівняно низькі RH і бпк) поєднання великих потужностей (до 1 кет) і високих частот, високі температури і малі струми 1КО і / 30, по-перше, наближають кремнієві транзистори за параметрами до германієвих при кращій їх стійкості в часі і в діапазоні температур і, по-друге, роблять планарниє транзистори приладами універсального застосування. До недоліків слід віднести поки порівняно високу вартість.
В даний час є планарні транзистори (наприклад, вітчизняні КТ104, КТ201, КТ203, КТ208, КТ209, КТ501), які дозволяють замінювати в схемах сплавні транзистори як германієві, так і кремнієві.
Інтегральні перемикачі ІП-1 (здвоєні планарниє транзистори з загальним колектором) в інверсному включенні характеризуються такими значеннями параметрів: М0 1 1 - - 3 5 мв; i0 sg; 10 - 9 a; R3 - 6 - н 30 ом; Яр 109 ом.
При бажанні підвищити потужність планарного транзистора в принципі слід збільшувати площу переходу емітер - база; для цього можна також збільшити площу контакту між цими двома зонами, зробивши емітер не у вигляді маленькою кола, а в формі зірки або замкнутої ламаної лінії.
Для підвищення допустимого напруги колектора планарного транзистора іноді застосовують травлення краю колекторного переходу; при цьому створюється структура Меза, а транзистор називають мезапланарних. При травленні видаляються частини бази і колектора, що мають найбільшу концентрацію домішок і дефектів; на краю переходу виходить скіс, який призводить до підвищення напруги поверхневого пробою.
Профілі легування (а і розподіл надлишкової концентрації домішок (б в пленарному транзисторі. На рис. 4.12 наведено ескіз планарного транзистора, там же показані напрямки переміщення носіїв при прямому зміщенні Еміт-терного і зворотному зсуві колекторного переходу. Позначимо через Ida дифузний струм в базі від емітера до колектора при прямому зсуві емітерного переходу, обумовлений інжекцією електронів з емітера в базу, а через / га - дифузний струм в емітер, обумовлений дірками, інжектованих з бази в емітте р.
Наявність електричного поля в базі планарного транзистора призводить до того, що крутизна вольт-амперної характеристики 1К (УЕ) зменшується в міру зростання струму колектора при роботі в режимах високих рівнів інжекції. Отже, - в моделі транзистора має бути відображено і це явище.
У пленарному транзисторі можна пропускати відносно великі струми, подовжуючи контактну лінію між зонами емітера і бази. Верхня межа по частоті у високочастотних планарних транзисторів вдається розширити шляхом створення емітера, що складається з декількох з'єднаних паралельно маленьких зон і розміщення в цій конструкції висновків емітера і бази щодо далеко від цих зон.
Зазвичай рівень легування базової області високочастотних планарних транзисторів такий, що прокол не повинен спостерігатися при будь-яких напругах, що не перевищують напруга пробою переходу колектор - база. Однак в тих випадках, коли на поверхню планарних структур при їх виготовленні потрапляють сторонні частинки, особливо містять домішки фосфору, товщина базової області під емітером може в окремих точках виявитися дуже тонкою і в цих місцях при досить малих напругах буде відбуватися прокол. Тому, для того щоб в потужних планарних транзисторах повністю виключити прокол, необхідно забезпечити досить низький рівень забруднень при проведенні всіх процесів дифузії і окислення.
Модифікація моделі Еберса і Мовляв /. а.
Для того щоб модель відповідала планарному транзистору, вона крім властивостей, характерних для площинного транзистора, повинна відображати також роботу транзитора при високих рівнях інжекції, враховувати не тільки дифузію, а й дрейф носіїв. При роботі в режимі насичення і в інверсної активної області модель повинна враховувати вплив струмів, поточних між висновками бази і колектора в пасивній зоні транзистора. Крім того, в моделі повинно бути відображено накопичення заряду не тільки в області бази, але і в області колектора при прямому зміщенні колекторного переходу.
Пленарна п-р-а-транзистор. З рис. 4.10 ясно, що планарний транзистор має різко асиметричну структуру: площа емітерного переходу в кілька разів менше площі колекторного переходу.
Окісна ізоляція компонентів. | Ізоляція компонентів типу ізопланар. У напівпровідникових мікросхемах найбільш широко застосовують дифузійні і епітаксійних-дифузійні планарниє транзистори.
На рис. 9 - 25 зображена структура планарного транзистора типу ni-p 2 - n2 з інжекційних харчуванням, що представляє собою одну клітинку ІС. Кристал типу п виконує роль емітера в цьому транзисторі. На відміну від звичайних планарних транзисторів в даному випадку застосовується інверсне включення.
Зважаючи на відсутність у вітчизняній літературі систематизованого викладу теорії планарних транзисторів ми змушені висвітлити це питання, оскільки моделювання роботи планарного транзистора не може бути виконано без урахування процесів, що обумовлюють його роботу. Тому в цьому розділі насамперед коротко розглядається принцип роботи і характеристики планарного транзистора як при низьких, так і при високих рівнях інжекції з урахуванням його структури і фізичних параметрів.
Проте підвищення допустимого напруги в структурах потужних планарних транзисторів навіть в цих межах є важливим завданням. Потужні пленарні транзистори - це зазвичай високочастотні прилади, які використовуються для генерування або підсилення радіочастотних сигналів в вихідних каскадах передавальних пристроїв.
На рис. 2 - 6 показаний кристал з переходами сучасного кремнієвого планарного транзистора.
Модель Гуммеля - Пуна відображає процеси в активній зоні бази планарного транзистора. Вона дозволяє врахувати умови роботи транзистора при високих рівнях інжекції.
Моделі з зосередженими параметрами, запропоновані пізніше з урахуванням структури планарного транзистора і режимів його роботи в інтегральних схемах, або відображають процеси тільки в активній зоні планарного транзистора (модель Гуммеля - - Пуна), або є двовимірними моделями, але не відображають роботи при високих рівнях інжекції (модель Голубєва - Кремлева), або прагнуть відобразити всі властивість планарного транзистора, але в них об'єднані дифузний струм з рекомбінаційним струмом бази, що не дозволяє врахувати відмінність залежностей последни від величини напружень переходів.
Схема технологічного процесу виготовлення планарного транзистора. На рис. 6 - 55 зображена схема технологічного процесу виготовлення планарного транзистора з пластинки кремнію з епітаксіальним шаром. Після нанесення оксидного шару пластинка кремнію має вигляд, зображений на рис. 6 - 55, а.
Розглянемо на конкретному прикладі, як приблизно можна розрахувати параметри планарного транзистора.
На отриманих острівцях (в даному випадку їх два) формуються планарниє транзистори. Для цього виготовляють другу оксидну маску, через яку в глиб острівця, що є областю колектора п-типу, здійснюється дифузія домішки р-типу і виходить шар бази р-типу. Потім виготовляють третю оксидну маску, через яку в острівці йде дифузія домішки n - типу, і виходить емітер n - типу.