Элементы биполярных ис

Основным элементом в биполярных ИМС является биполярный n-p-n транзистор. Он обладает лучшими характеристиками, чем транзистор p-n-p типа, а техника изготовления более проста. Поэтому технологический процесс изготовления биполярных интегральных схем отрабатывается так, чтобы параметры n-p-n транзистора были оптимальными, а остальные элементы изготовлены по техническому оптимуму для данного транзистора.

Структура интегрального биполярного транзистора в вертикальном разрезе

1. n+ эмиттер

2. n- коллектор

3. p- база

4. разделительный p+ слой

5. скрытый n+ слой

6. контактное окно в окисле n+ эмиттера

7. контактное окно окисла p базы

8. n+ слой коллектора

9. контактное окно в окисле n+ коллектора

10. металлизированные проводники

Типичная конфигурация биполярных транзисторов в плане.

В начале формируется коллекторная область n типа, затем акцепторной примесью базовая p область, после чего донорная примесь n, образует эмиттерную и подконтактный коллекторный n+ слой.

Широкое распространение получила транзисторная структура со скрытым n+ слоем. Скрытый слой нужен, так как вывод коллектора расположен на поверхности. Это ведет к увеличению сопротивления тела коллектора и ухудшает характеристики транзистора, как в усилительном, так и в переключающем режимах. Уменьшение удельного сопротивления коллекторного слоя снижает напряжения пробоя коллекторного p-n перехода и увеличивает емкость этого перехода, что ухудшает частотные свойства. Формирование скрытого n+ слоя обеспечивает создание низкоомного слоя от активной коллекторной области к контакту.

Назначение подконтактной n+ области – это создание низкоомного омического контакта к коллектору при вплавлении алюминия, растворимость которого в кремнии составляет 10¹⁶ см^-3, поэтому при вплавлении алюминия в коллекторный слой с уровнем внедрения примесей (легирования) 10¹⁵-10¹⁶ см^-3 образует p-n переход.

При ассиметричной конструкции характерно, что эмиттерный ток протекает к коллектору только в одном направлении. При симметричном расположении коллектора, ток эмиттера протекает к коллектору в 3 направлениях, что снижает сопротивление коллектора в 3 раза. Данная конструкция используется в мощных и высокочастотных транзисторах.

Основными параметрами интегрального транзистора являются :

- коэффициент усиления β, 100-200

- предельная частота fr, мГц 200-500

- коллекторная емкость C_k, 0,3-0,5

- пробивное напряжение коллекторного перехода v_кб, 40-50 В

- пробивное напряжение эмиттерного перехода, 7-8 В

Супер β-транзисторы

Это транзисторы с высоким коэффициентом усиления β 3000-5000, который получается засчет уменьшения ширины базы до уровня 0,2-0,3 микрон (стандарт 1,5-2,5). Напряжение коллекторного пробоя у них составляет 1,5-2 В из-за эффекта "смыкания" эмиттерного и коллекторного переходов. Это не универсальный, а специализированный элемент, главная область применения – входные каскады операционных усилителей.

Интегральные диоды – их функцию в интегральных элементах выполняют транзисторы с определенной коммутацией электродов.

	БК-Э, Э-Б	Б-ЭК	БЭ-К, БК
Uпр (В)	7-8	7-8	40-60
Iобр (мА)	0,5-1	20-40	15-30

Напряжение пробоя больше у тех вариантов коммутации, в которых используется p-n переход. Но у них выше и больше обратные токи. Меньшее сопротивление пробоя и меньшие токи имеют варианты, в которых используется эмиттерный переход. Емкость максимальна у структуры Э,Б-К, емкость на подложке минимальна у структуры БЭ. По совокупным параметрам оптимальны схемы коммутации Э,Б-К и Э-Б.

Для исключения воздействия смежных эмиттеров, которые образуют паразитные горизонтальные n-p-n транзисторы, расстояние между ними выбирают не меньше диффузионной длины носителей в базовом слое (10-15 микрон).