Транзсторы

 

Транзисторы. В интегральных микросхемах используют биполярные и униполярные (полевые) транзисторы.

Биполярные транзисторы разделяются на планарные и планарно-эпитаксиальные (рис. 17.1).

Планарный транзистор (рис. 17.1, а) отличается тем, что все слои, соответствующие эмиттеру (Э), базе (Б) и коллектору (К), выходят на одну поверхность. Коллекторные токи при этом проходят протяженный горизонтальный участок под базой, прежде чем достигнут контакта. Повышенное сопротивление коллектора снижает быстродействие транзистора.

Планарно-эпитаксиальный транзистор имеет высоколегированный захороненный слой N+-типa с малым омическим сопротивлением (рис. 17.1,6), который уменьшает сопротивление коллектора. Транзисторы имеют форму прямоугольника шириной 50... 200 мкм и длиной 75 ...300 мкм. Глубина эмиттерной области составляет несколько микрометров. Большинство биполярных транзисторов изготовляют со структурой N-P-N, что обеспечивает более высокое быстродействие по сравнению со структурой P-N-P, так как подвижность электронов в 2...3 раза превышает подвижность дырок.

На рис. 17.1,6 показана структура планарно-эпитаксиального транзистора с барьером Шотки. Она представляет собой транзистор N-P-N+-типa, в котором металлический контакт базы расширен на коллекторную область. Такой контакт обладает выпрямляющими свойствами и работает как диод. Транзисторы с барьером Шотки характеризуются высоким быстродействием и большим коэффициентом усиления. Изготовление таких транзисторов не требует дополнительных операций, а площадь незначительно превышает площадь обычного транзистора.

Униполярный (полевой) транзистор имеет структуру «металл — оксид — полупроводник» (МОП) и может быть выполнен с индуцированным или встроенным каналом (рис. 17.2), который создается технологическим путем.

МОП-транзистор с индуцированным каналом (рис. 17.2, а) представляет собой конденсатор, верхней, обкладкой которого является металлический затвор (3), нижней — полупроводник (кремний Р-типа), а диэлектриком — слой Si02. Когда к затвору приложено положительное напряжение, на поверхности кремния между диффузионными областями N-типа индуцируется (наводится) канал проводимости N-типа от истока (И) к стоку (С).

С помощью напряжения на затворе можно менять в широких пределах ток от истока к стоку (от 10-9до 10-2А).

Максимальное напряжение на затворе (10 В) ограничивается электрической прочностью изолятора. Малое расстояние между диффузионными областями (10 мкм) и тонкий оксидный слой (0,2 мкм) обеспечивают максимальное изменение проводимости от истока к стоку.

Важнейшим свойством МОП-транзисторов является высокое входное сопротивление, что объясняется хорошей изоляцией затвора слоем диоксида кремния. МОП-транзисторы имеют простую структуру и малую по сравнению с обычными транзисторами паразитную емкость. Площадь МОП-транзистора примерно в 10 раз меньше, чем планарного.