Studopediya

КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

Строителство биполярни транзистори




Тема 2: Проектиране на полупроводникови интегрални схеми с помощта на биполярни транзистори

Основният елемент на схема биполярно IC е биполярен NPN транзистор. Той има по-добри резултати, отколкото на PNP транзистор, и технологично е по-лесно да се направи, така че всички други елементи на биполярни интегрални схеми са подбрани и разработени на базата на технологията и дизайна на NPN транзистор. Почти всички елементи са произведени на базата на преходи NPN транзистор. Съвременните ИС широко разпространени п + -pn транзистор скрита podkollektornym п + слой, образувани върху равнинна-епитаксиалното технология. Преглед на транзистора в участъка е показано на фигурата.

За да скриете п + слой, поради следните причини: а тялото колектор е с високо съпротивление (като леко легирани колектор), и терминала на колектора се намира на повърхността. Резултатът е чудесен начин за ток на колектора и загубите в резервоара. Уголеми допинг на региона на колектора и да се намали съпротивлението не е възможно, защото В този случай, драстично намаляване на разпределението на напрежението на кръстовището на колектора. Решението е да се създаде една скрита podkollektornogo п + слой. Той играе ролята на мост на проводима скок с малко съпротивление, чрез които цялата близо дъно ток на транзистора. В структурно отношение, този слой се намира директно под цялата база региона и се простира до зоната на контакта на колектора. Дебелината на този слой е 2.5-10 микрона, повърхностно съпротивление С = 10-30 ома / ٱ. Работа транзистор област започва директно под контакта на източника на звук и да се осигури желаната колектор ток с минимален спад на напрежението през контакта на колектора се опитват разположен възможно най-близо до източника на звук. Минимални хоризонтални размери транзистор се определят от две основни технологични фактори:

1. Минималната постига с размери фотолитография прозорец в силиция на оксид и разликата между тях.

2. Размерът на страничната дифузията под оксид.

Поради това, дизайнът на транзисторите трябва да се има предвид, че разстоянието между базовата региона и контакта на колектора трябва да бъде значително по-голям от общия размер на страничната разпространението на двете области. Разстоянието между региона на изолиране и елементи на р-транзистор, определени от размерите страничен дифузия. Тези разстояния са приблизително равни на дебелината на епитаксиален слой и да 3,5-12 микрона.

Има два основни дизайн на биполярния транзистор. Те са показани на фигурите.

не Symmetrical дизайн

Асиметричният дизайн на ток от колектора към емитера възниква само от едната страна и в симетричен - от три страни. В резултат на съпротивлението на колектора се получава по-малко от три пъти, което означава подобрение на честотните характеристики и характеристиките на превключване, както и за улесняване на кабелните връзки между транзистори.



Смятан дизайн транзистори работят добре само при ниски токове (I K <1 mA), защото в средни и високи токове значителна роля се играе от ефекта на изместването на излъчвателя (текущото съотношение прехвърляне пада рязко б) текущата, така мощни транзистори да се увеличи б опит да се постигне максимално съотношение на периметъра на излъчвател на неговата територия. За тази цел, е препоръчително да се използва тесен емитер с голям периметър. Това се постига благодарение на "гребен" структурата на емитер, и по-мощен от транзистора, толкова по-големи "питите".

Една от характеристиките на транзистора са стойностите на разпадните напрежения на неговите два PN-кръстовища. Обикновено, концентрацията на примесите от двете страни на PN-кръстовище <10 18 въглеродни атома / см 3. След това пробата се определя от началото на размножаването на лавина. Пробивно напрежение U eb0 5-7 пъти по-малко, отколкото на разбивката напрежение U kb0 защото база-колектор възел се формира по-малко, легирани слоеве. Напрежението на разбивка U U ke0 малко kb0 и оценени в съответствие със следната формула: Когато m = 3 или 4. Разпределението може да възникне в резултат на спукване база. Такава пункция характеристика на транзистори с много тънка основа. Например, в основата на W = 0.7 m ширина на повреда настъпва при напрежение U = 3.5 V. ke0

характеристики транзисторни също са зависими от честотата на сигнала. Тази зависимост се дължи на физическата структура на транзистора и наличието в него на паразитни елементи. честота е Т, при което текущата скорост на предаване в общ емитер капки на 1, наречен пределна честота на текущата печалба. Друга характерна черта е честота максимална честота на трептене на е макс, при които печалбата на енергия пада до 1. Тези две характеристики са свързани, както следва: където - Време постоянно на транзистор база, S - ширина на излъчвателя.

За конвенционалната неразделна NPN транзистор T F = 400 MHz, е макс = 500 MHz. защото мобилността на електрони е много по-висока от мобилността отвор, честотни свойства на транзистор NPN е много по-висока от тази на PNP. Въпреки ниската разпределението на напрежението на етап въвеждане на аналогови интегрални схеми са широко използвани NPN транзистори с тънка основа. Тези транзистори са B = 2000-5000 в база ширина w = 0.2-0.3 микрона, колектора ток I K <20mkA и колектор-емитер напрежение U ке = 0,5 V. Напрежението на разбивка на транзистори U ke0 = 1, 5-2 W.

Mnogoemitterny транзистор

Този тип транзистор се използва широко в цифрови интегрални схеми. Броят на излъчватели обикновено варира от 2 до 8. Mnogoemitterny транзистор може да се разглежда като съвкупност от транзистори с общите основи и колектори. При проектирането на транзистора mnogoemitternogo трябва да разгледа няколко неща. За да потисне действието на паразитни п + -pn + транзистори разстоянието между краищата на съседните излъчватели трябва да е по-голяма от дължината на дифузия на таксата превозвачи в основния слой. Ако конструкцията е легиран със злато, дължината дифузия на 2-3 мм, и разстоянията правят приблизително равни на 10-15 микрона. За да се намали паразитни токове чрез излъчвателите, когато обратната включване е необходимо да се изкуствено увеличаване на резистентността на пасивна региона на основата, отстраняване на базовия извод на активната област на транзистора. Освен основния контакт е свързан към активната област чрез тесен провлак с устойчивостта 200-300 ома.

multicollector транзистор

Този транзистор е в основата на логиката и 2 L. multicollector транзистор е почти в обратна mnogoemitterny транзистор е включен. В този случай, на общ емитер епитаксиалното слой е н и колектора - н + малък размер. Основният проблем при проектирането на такъв транзистор е да се осигури достатъчно висок коефициент на усилване на един колектор. За тази скрита N + слой възможно най-близо до основния слой и п + -kollektory са разположени възможно най-близо един до друг.

PNP тип транзистори

Integral тип PNP транзистор значително по-ниско NPN транзистор печалба и ограничение на честотата. В допълнение, методът за производство на набор NPN транзистор и PNP транзистор поради това е необходимо да се произведе тази технология. Следната дизайн PNP транзистор използва в IP:

1. хоризонтална транзистора. Понастоящем тези транзистори са често използвани в IC. Това се дължи на NPN транзистора съвместимост технология и хоризонталната PNP транзистор. Слоевете емитер и колектор са получени в етап на дифузия на основата, и колектор слой обхваща емитер от всички страни. база регион се формира от епитаксиалното района контакт слой podlegirovaniem време на дифузията емитер. Прехвърлянето на носители на заряд се извършва в хоризонтална посока.

Прехвърляне на повечето от таксата превозвачи в региона на повърхността е ефективна, защото w тук разстоянието е минимално и в допълнение тук най-високата концентрация на носители на заряд. w база ширина не може да изпълнява с минимален размер на 3-4 микрона, ограничено количество латерална дифузия под оксид. b≈50 В резултат на това е T ≈20-40 MHz. В конвенционалната технология лесно възможно да се получи W = 6-12 микрона. Това b≈1,5-20, е T ≈2-5 MHz. За подтискане на действието на паразитни PNP транзистори са склонни да се намали площта на част от излъчвателя. За да направите това, е възможно да се направи повече използват скрит и тесен п + слой. Въз основа на хоризонталната транзистор е лесно да се образуват multicollector тип транзистор PNP. Това е достатъчно, за да намали колектор пръстен на няколко части. Основният недостатък на хоризонтална PNP транзистор е сравнително голяма ширина и хетерогенност база примес в него.

2. Отклонение транзистор.

Два електрода бази на противоположните краища на базовия слой за създаване на електрическо поле, което намалява времето за прехвърляне на инжектирани дупки и създава пристрастия в емитер, намаляване на инжекция от дъното на транзистора. Поради това, текущата печалба се увеличава до 10 б, и максималната честота е Т - до 10-30 MHz.

3. вертикална транзистора.

За да се получи такава структура трябва да се промени технология: по-задълбочено дифузия за образуване на р-слой, и се въвежда допълнителна операция дифузия за създаване на стр ++ област, и за получаване изисква р ++ акцептор примес, който ограничава разтворимост по-голяма от тази на онечистването от донор N +. Всъщност, преди разпространението на акцепторен примес трябва да играе на разстояние най-повърхностна част на легирани N + слой, и това е една допълнителна стъпка процес.

Композитните транзистори

Съединение транзистори могат да бъдат приложени, използвайки един или два транзистора от различни видове, подредени в една изолирана площ. В зависимост от връзката на заключенията могат да бъдат получени различни конфигурации на съставните транзистори:

Съставният транзистор има печалба б Ed ≈ б 1 · б 2. Въпреки това, скоростта му се определя от най-ниската скорост на съставните транзистори.

крайните транзистори

крайните транзистори са използвани във високоскоростни интегрални схеми с ниска мощност. Високата ефективност на тези транзистори поради малкия капацитет на PN-кръстовища. Има две изпълнения на тези транзистори:

Малък капацитет на PN-кръстовище се получава поради малката си площ. Възможно да се постигне зона емитер на крайната част 6 m 2, и крайната част на колектора 30 микрона 2. Резултатът е капацитет от около 0,001 ПФ. Това е 1-2 порядъка по-малък, отколкото в други видове транзистори. Въпреки това, като един транзистор има малък текущата печалба (b≈2). Това е така, защото в полупроводниковата на граничната повърхност между полупроводникови изолатор има висока плътност на изкълчвания, произтичащи от разликата на диелектричната и силициев кристал решетка. А полупроводници с висока плътност на изкълчване има кратък живот на малцинствените носители и на базата на транзистор има нисък коефициент на пренос на носители в долната област.

От двете конструкции горен край има електрически параметри транзистор оформена в дебелината на кристала и се изолира като се използва като диелектрик изолатор е образуван чрез окисляване на силиций кристалната решетка и има почти същата като тази на легиран силиций (б = 20-30, но понякога до 100).

Транзистори с висока разбивка напрежение

С цел да се подобри разпределението на напрежението характеристики се опитват да намалят кривината на колектор PN-кръстовище с охрана пръстен. В този случай, в периферията на кръстовището на колектора създава допълнителна дифузия р-област с по-голяма дълбочина, отколкото очакваната дълбочина на кръстовището на колектора. Тази извита област има по-голям радиус на кривината се нарича охрана пръстен. Ширината на пръстена е избран минимум по отношение на технологиите (5-10 микрона), а не да се увеличи капацитета на PN-кръстовище. Използването на охрана пръстен увеличава разпределението на напрежението на 50-70 V и 100-200 V.

За да се подобри разпределението на напрежението може да се използва за продължителен контакт база. В тази структура, висока устойчивост на колектора на повърхността на PN-кръстовище под действието на обратно напрежение е изчерпан. Отрицателно напрежение на база контакта, се компенсира чрез действието на положителния заряд в повърхностната част на кръстовището на колектора на. Резултатът е усъвършенствана област пространство-такса.

PNP тип транзистор за увеличаване на разпределението на напрежението може да се използва метод protivokanalnyh пръстени. Този метод избягва появата на обратните канали в повърхността на колектора. На NPN транзистора обърнати канали на повърхността са редки, и това е типично за PNP транзистори. За да се премахне този феномен висока устойчивост колектор област на р-тип р + -domain разчленени, в който настъпва инверсия. Protivokanalnye пръстени се образуват едновременно с P + -emitterom.

Транзистори за бързи и свръхбързи цифрови интегрални схеми

Има няколко начина за подобряване на работата на транзистори:

1. Transistor с Шотки диоди. Скоростта на превключване на транзистори, работещи в режим на насищане, времето е много ограничено разпространение на излишък пространство такса, която се натрупва в база и колектор региона. Този проблем се решава лесно с комбинация от интегрираната транзистор с Шотки диод, че шънтове колектор възел транзистор.

В тези конструкции, алуминиева обшивка, осигуряващи контакт с основата на р-слой, разширена в посока на колектор п-слой. Алуминиев проводник филм образува долен слой на р-омично омично контакт, а на п-колектор слой - за контакт Шотки. Фигура а) показва един транзистор с Шотки диод, една игла удължава до охрана пръстен. Фигура б) показва конвенционална транзистор с напреднал база електрод. Шотки диоди могат да се използват в mnogoemitternyh транзистори. Така диоди с PN-кръстовище се заменят с Шотки диод. Използването на Шотки диоди може да се увеличи степента на интеграция на MS, като едновременно с увеличаване на скоростта на 1,5-2 пъти.

2. Намаляване на размера на елементите. Пропорционалното намаление в геометричните размери на всички области на MS е традиционната посока на увеличаване на скоростта му. Това се дължи на намаляване на паразитните капацитети на PN-кръстовища. Минималните размери се определят от топологията на литография способности. Най-малкия размер (<1 микрон) ви позволява да получите elektronolitografiya и рентгенова литография. В допълнение, размерите на транзисторите са силно зависими от дълбочината на PN-кръстовище, така че един от начините за намаляване на размера на транзистор на транзистора е да се създаде структура с малка дълбочина на PN-кръстовища.

Значително намаляване на дълбочината на PN-кръстовища, свързани с развитието на йонно имплантиране технология. Недостатъците на тази технология е на много високо ниво на дефекти в силициевите райони, подложени на йонна бомбардировка. Този недостатък свойства се запазват прилагане към субстрат на поликристален силиций, който се подлага на местно йон бомбардиране. След хибридизация на дифузия през който онечистванията са разпространени от полисилициеви в субстрата на малка дълбочина. Резултатът е структура транзистор, както следва:

Този транзистор има U KB = 8-12 V, U EB = 3.5-6 В, U ке = 5-12, β = 40-100.

Има и дизайн с изложени полисилициеви електроди. Такъв дизайн значително намаляване на размера на транзисторите и увеличаване на граничната честота е Т да 7GGts.

Използването на техника самостоятелно привеждане в съответствие с имплантация на йони, ви дава възможност да получите още по-малък trazistorov.

Този транзистор има супер малък размер. Въпреки това, съществува допълнителна база съпротива от допинг полисилициеви с бор. Ето защо, без специални мерки, този проект не е подходящ за свръхбързи IC. За да се премахне това явление в дизайна на полисилициеви използва специална легирана с платина.

Недостатъкът на структури с малък размер на регионите е ниско преходи разбивка напрежение и в резултат на това ниско напрежение и понижен имунитет шум.

3. heterojunction транзистор емитер. Heterojunction - преход между два материала с различни bandgaps. В конвенционалните homojunction транзистори се използва с забранена зона на излъчвателя от двете страни на 1.1 ЕГ. Повечето от забранената зона по посока на източника на звук осигурява по-висока скорост на инжектиране. Това означава, че общият ток в текущото съотношение прехвърляне емитер на ток на електрони, за да отвори ще бъде значително по-висока. От директна печалба ефективност инжектиране на транзистора зависи. В конвенционален увеличение транзистор този параметър може да се постигне само чрез увеличаване на концентрацията на примеси в излъчвателя и намаляване - в базата данни. транзистор heterojunction, че може да се постигне с тежко легирани база. По-малко пасивна съпротива базова площ дава възможност за значително подобряване на работата транзистор без да се намалява или дори увеличаване на текущата печалба β.

Heterojunction транзистор е произведен с полу-мембрана, легирани с фосфор ниско съпротивление полисилициеви като емитер материал. Този материал е смес от поликристален силиций и силициев диоксид и има лента празнина на 1.3-1.4 ЕГ. Полу-мембрана полисилициеви филм около 0.2 микрона в контакт с долната област директно. Върху него се нанася обикновен филм легирани поликристален силиций дебелина 0,3-0,5 микрона, който се прилага към металната окабеляване. Технологично то не е свързано с въвеждането на нови или промяна на съществуващи производствени операции. Такая конструкция позволяет без уменьшения геометрических размеров транзистора добиться быстродействия в 1,5-2 ГГц.





; Дата: 01.11.2014; ; Прегледи: 932; Нарушаването на авторските права? ;


Ние ценим Вашето мнение! Беше ли полезна публикуван материал? Да | не



ТЪРСЕНЕ:


Вижте също:



zdes-stroika.ru - Studopediya (2013 - 2017) на година. Тя не е автор на материали, и дава на студентите с безплатно образование и използва! Най-новото допълнение , Al IP: 66.102.9.24
Page генерирана за: 0.051 сек.