Різновиди біполярних транзисторів
Багатоемітерний транзистор.
Структура багатоемітерного транзистора (МЕТ) показано малюнку 4.10а, яке умовне позначення малюнку 4.10в. Такі транзистори
Малюнок 4.10
складають основу цифрових ТТЛ ІМС, розглянутих вище. Кількість емітерів може становити 2-8 і більше. У першому наближенні МЕТ можна як сукупність окремих транзисторів зі з'єднаними базами і колекторами. Особливості МЕТ як єдиної структури такі.
По-перше, кожна пара суміжних емітерів разом з тими, хто їх розділяє
р-шаром бази утворюєгоризонтальний (іноді говорять -подовжній) тран- зистор типу n + -р-n + .Якщо на одному з емітерів діє пряма напруга, а на іншому зворотне, то перший інжектуватиме електрони, а другий буде збирати ті з них, які інжектовані через бічну поверхню емітера і пройшли без рекомбінації відстань між емітерами. Такийтранзисторний ефект є для МЕТ паразитним. Щоб уникнути горизонтального транзисторного ефекту, відстань між емітерами має перевищувати дифузійну довжину носіїв у базовому шарі. Якщо транзистор легований золотом, то дифузійна довжина не перевищує 2-3 мкм і практично виявляється достатньою відстань між емітерами
По-друге, важливо, щоб МЕТ мав якнайменший інверсний коефіцієнт передачі струму. В іншому випадку в інверсному режимі, коли емітери знаходяться під зворотною напругою, а колектор під прямим, носії, що інжектуються колектором, будуть досягати емітерів, і в ланцюзі останніх, незважаючи на їх зворотне зміщення, протікатиме струм - паразитний ефект аналогічний зазначеному вище.
Як відомо, інверсний коефіцієнт передачі завжди менше нормального черезвідмінності в ступені легування та в площах емітера та колектора. Щоб додатково зменшити інверсний коефіцієнт передачі струму ai в МЕТ, штучно збільшують опір пасивної бази, видаляючи омічний базовий контакт від активної області транзистора (рисунок 4.10б, металізація не зображена). становити 200-300 Ом, а падіння напруги на ньому від базового струму 0,1-0,15 В. Значить, пряма напруга на колекторному переході (в інверсному режимі) буде в активній області на 0,1-0,15 В менше, ніж поблизу базового контакту. Відповідно інжекція електронів з колектора в активну область бази буде незначною і паразитні струми через емітери практично будуть відсутні.
Транзистор з бар'єром Шоттки.
На малюнку 4.11 показана структура інтегрального транзистора Шоттки (ТШ). Тут дуже витончено вирішена задача поєднання транзистора з діодом Шоттки: алюмінієва металізація, що забезпечує омічний контакт із шаром бази, продовжена у бік колекторного n-шару. На перший погляд, колекторний шар виявився закороченим із шаром бази. Насправді ж алюмінієва смужка утворює з р-шаром бази непрямий, омічний контакт, а з n-шаром колектора випрямляє контакт Шоттки.
Зрозуміло, структурне рішення, показане малюнку 4.11а, можна використовувати у найпростішому транзисторі, а й у МЕТ. В обох випадках відсутні накопичення та розсмоктування надлишкових зарядів, і виходить суттєвий (в 1,5-2 рази) виграш у часі перемикання транзисторів із відкритого у замкнений стан.
Умовне графічне позначення (ТШ) наведено малюнку 4.11б.
Транзистори р-n-р
Отримання р-n-р транзистори з такими ж високими параметрами, як і n-р-n транзистори, в єдиному технологічному циклі залишається досі невирішеним завданням. Тому всі існуючі варіанти інтегральних р-n-р транзисторів суттєво поступаються n-p-n транзисторам за коефіцієнтом посилення та граничною частотою.
Як відомо, за інших рівних умов кремнієві р-n-p транзистори поступаються n-p-n транзисторам по граничній частоті приблизно в 3 рази через меншу рухливість дірок порівняно з електронами. Тому в даному випадку, говорячи про меншу граничну частоту p-n-p транзисторів, ми маємо на увазі, що не вдається забезпечити ті «рівні умови», за яких різниця була б лише втричі.
В даний час основним структурним варіантом є горизонтальний p-n-p транзистор (рисунок 4.12). Емітерний та колекторний шари
виходять на етапі базової дифузії n-р-n транзистора, причому колекторний шар охоплює емітер з усіх боків. Це дозволяє збирати інжектовані дірки з усіх бокових частин емітерного шару. Поверхневі бічні ділянки р-шарів характерні підвищеною концентрацією домішки, що сприяє збільшенню коефіцієнта інжекції. Оскільки базова дифузія порівняно дрібна (2-3 мкм), ширину бази (тобто відстань між р-шарами) вдається зробити близько 3-4 мкм. В результаті гранична частота може становити до 20-40 МГц, а коефіцієнт посилення до 50.
З малюнка 4.12 видно, що горизонтальний p-n-p транзистор (як і паразитний) є бездрейфовим, так як його база однорідна - епітаксійний n-шар. Цей фактор разом із меншою рухливістю дірок визначає приблизно на порядок гірші частотні та перехідні властивості p-n-p транзистора навіть за тієї ж ширини бази, що й удрейфовий n-p-n транзистор. З малюнка також видно, що для збільшення коефіцієнта передачі струму емітерного бажано, щоб площа донної частини емітерного шару була мала в порівнянні з площею бічних частин. Значить, емітерний шар потрібно робити якомога вужчим (ширина вікна під дифузію цього шару становить 3-5 мкм).
Зауважимо, що горизонтальному p-n-p транзистору властива електрофізична симетрія, оскільки шари емітера та колектора однотипні. Зокрема, це означає, що пробивні напруги емітерного та колекторного переходів однакові (зазвичай 30-50).
Недоліки горизонтального p-n-p транзистора можна усунути у вертикальній структурі, але ціною додаткових технологічних операцій.
Інтегральні діоди
Окремо діодні структури в ППІМС не формуються, а як діод використовуються будь-який з двох p-n переходів транзистора: емітерний або колекторний. Також можна використовувати їх комбінації. Тому по сутіінтегральний діод є діодним включенням інтегрального транзистора.