WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 8 |

5 КЭФ 0,60------------- 200 КЭС 0,Кремниевая эпитаксиальная структура диаметром 60 мм, с толщиной эпитакси- ального слоя 5 мкм; материал эпитаксиального слоя - кремний марки КЭФ с удельным сопротивлением 0,1 Ом см; толщина подложки 200 мкм, подложка из кремния марки КЭС с удельным сопротивлением 0,01Омсм.

Пример условного обозначения двухслойных кремниевых эпитаксиальных структур 60 5 КДБ 0,80 КМД 2Б 50 КЭФ Кремниевая эпитаксиальная структура диаметром 60 мм, с толщиной верх- него эпитаксиального слоя 5 мкм; верхний эпитаксиальный слой из кремния маки КДБ с удельным сопротивлением 0,03 Омсм. Подложка толщиной мкм из кремния марки КМД (моносилановый дырочный) группы 2Б. Нижний эпитаксиальный слой толщиной 50 мкм из кремния марки КЭФ с удельным со- противлением 5 Омсм.

Часто для улучшения параметров элементов полупроводниковых ИМС меж- ду эпитаксиальным слоем и подложкой вводится так называемый скрытый слой.

Кремниевые эпитаксиальные структуры со скрытыми слоями.

Пример условного обозначения 60 10 КЭФ 4,5/3,5 КЭС 320 КДБ 10 (111) Кремниевая эпитаксиальная структура диаметром 60 мм, с толщиной эпи- таксиального слоя 10 мкм; материал эпитаксиального слоя - кремний марки КЭФ с удельным сопротивлением 4,5 Ом-см; толщина скрытого слоя 3,5 мкм; скрытый слой представляет собой кремний, легированный сурьмой, марки КЭС с поверхностным сопротивлением 25 Ом/кв; толщина эпитак- сиальной структу ры 320 мкм; подложка из кремния марки КДБ с удельным сопротивлением 10 Ом-см и кристаллографической ориентацией в плоскости (111).

Кремниевые эпитаксиальные структуры с комбинированным диэлек- триком.

Кремниевые эпитаксиальные структуры данного типа имеют на поверхности диэлектрическое покрытие, образованное чередующимися пленками двуокиси (SiO2) и нитрида (Si3N4) кремния. Эпитаксиальный слой может иметь тол- щину от 0,5 до 3 мк3м, концентрация примесей в нем может составлять от 1,510 до 1,51016 см-. Диэлектрические пленки имеют толщину: нижняя (дву- окись кремния непосредственно на эпитаксиальном слое) - от 0,05 до 0,мкм, средняя (нитрид кремния) - от 0,05 до 0,35 мкм, верхняя (двуокись кремния) - от 0,5 до 1 мкм. Структу ры диаметром 40 мм имеют общую тол- щину 200 - 300 мкм.

Пример условного обозначения КСКД 0,5 SiO0,05 Si3N0,05 SiO2 КЭФ 1 250 КЭС 0,Кремниевая эпитаксиальная структура с комбинированным диэлектри- ком, подложка толщиной 250 мкм из кремния марки КЭС 0,01, эпитакси- альный слой толщиной 2 мкм из кремния КЭФ с концентрацией примеси 11016 см3, нижняя пленка двуокиси кремния и средняя пленка нитрида кремния толщиной 0,05 мкм, верхняя пленка двуокиси кремния толщиной 0,5 мкм.

Кремниевые гетероэпитаксиальные структуры.

Структуры данного типа представляют собой обычно сапфировую подложку толщиной -250 мкм, на которой выращен гетероэпитаксиальный слой крем- ния толщиной от 2 до 20 мкм (для кремния n -типа электропроводности) или 0,6; 0,8; 1,2 мкм (для кремния р -типа электропроводности). Кристаллографиче- ская ориентация гетероэпитаксиальных слоев - (100). Диаметр структу р со- ставляет 40 или 60 мм.

Пример условного обозначения КНС 0,8 КЭФ 60 С Структура типа кремний-на-сапфире (КНС) с гетероэпитаксиальным слоем кремния толщиной 0,8 мкм, электронного типа электропроводно- сти, легированного фосфором с удельным сопротивлением 40 Омсм. Под- ложка из сапфира диаметром 60 мм и толщиной 250 мкм.

Кремниевые структуры с диэлектрической изоляцией элементов (КСДИ) Кремниевые структуры с диэлектрической изоляцией элементов микросхем представляют собой подложку из поликристаллического кремния, в которой по заданной топологии размещены области монокристаллического кремния n- типа проводимости, изолированные диэлектриком. Монокристаллические об- ласти +могут иметь ориентацию в плоскости (111) или (100) и содержать скры- тый n - слой, имеющий выход на поверхность структуры или расположенный только на дне изолированной области.

Условное обозначение КСДИ выражается дробью, в числителе которой первая двузначная цифра означает диаметр структуры в миллиме трах, а после- дующая двузначнаяцифра указывает на толщину монокристаллической области в микрометрах, включая толщину n+- слоя, если он содержится в структуре. По- следующие буквенные обозначения в числителе указывают на марку монокри- сталлического кремния и кристаллографическую ориентацию (в круглых скоб- ках). В квадратных скобках указывается наличие скрытого n+-слоя, выходящего на поверхность, и буквой Ф или М обозначается легирующая примесь (фосфор или мышьяк). Если скрытый n+-слой не имеет выхода на поверхность, эти данные располагаются в круглых скобках. В знаменателе дроби первая трех- значная цифра указывает на значение толщины структуры в микрометрах, за- тем общепринятыми химическими символами обозначается вид диэлектрика и допустимые пределы его толщины в микрометрах.

Пример условного обозначения КСДИ 60 25 КЭФ 4.5(111) [n+- M] 300 SiO2 l,5-3,Кремниевая стру ктура с диэлектрической изоляцией элементов диамет- ром 60 мм, толщиной монокристаллических областей 25 мкм из кремния марки КЭФ 4,5 с ориентацией в плоскости (111), содержащая выходящий на поверхность n+-слой, легированный мышьяком. Толщина структуры 300 мкм, монокристаллические области изолированы дву окисью кремния толщиной 1,5 - 3,5 мкм.

В технологии производства полевых транзисторов с управляющим пере- ходом металл - полупроводник используется арсенид галлия. Высокое удельное сопротивление нелегированного арсенида галлия позволяет созда- вать полуизолирующие подложки микросхем.



Монокристаллический арсенид галлия.

Условное обозначение монокристаллического арсенида галлия включает в себя следу ющую информацию: сокращенное наименование материала (бу- квы АГ), тип электропроводности (индексы: Э - электронный, Д - дырочный, П - полуизолирующий), обозначение легиру ющего элемента (Т -теллу р, О-олово, С - сера, Ц -цинк), а также гру ппы цифр, указывающих концен- трацию основных носителей заряда. При этом первая цифра или группа цифр является множителем, а вторая гру ппа цифр (через дефис) - показа- телем степени десятичного порядка. Арсенид галлия, выпускаемый для эпи- таксиальных структу р, имеет перед условным обозначением индекс Э.

1.3. Интегральный биполярный транзистор Для нормальной работы ИМС необходимо, чтобы элементы или группы элементов были размешены в электрически изолированных дру г от друга об- ластях. Эти области должны иметь следующие электрические и физические свойства: напряжение пробоя изоляции более высокое, чем напряжение пи- тания ИМС, малую паразитную емкость, небольшие токи утечки, высокую теп- лопроводность, близость температурных коэффициентов резисторов (ТКР) изолирующей области и кремниевой подложки, высокую радиационную стойкость, малую площадь. Изоляция элементов ИМС в пределах кристалла может быть решена при выполнении курсового проектирования в двух вариан- тах с помощью обратного смешения р-n перехода или с помощью изолирующе- го слоя SiO2. Диодная изоляция технически достигается усложнением трех- слойной транзисторной структуры (n-p-n или p-n-р) до четырехслойной n-р-n- р или р-n-p-n. Изоляция обеспечивается р-n переходом между подложкой и коллекторными областями элементов ИМС. При подаче отрицательного по- тенциала на подложку изолирующей р-n смещается в обратном направлении и карманы n-типа в которых размещены элементы ИМС оказываются окру- женными со всех сторон областью р-типа и изолированными дру г от дру га обратно смещенными р-n переходами, сопротивление которых по постоянно- му току велико. Характеристики изоляции могут ухудшаться за счет паразит- ных емкостей и токов утечки, особенно при работе на высоких частотах и в тяжелых эксплуатационных условиях. Метод диодной изоляции полу чил ши- рокое распространение.

Следующим, более совершенным видом изоляции, является изоляция с по- мощью слоя SiO2. Для ее реализации требуется большое число технологических операций. С помощью операции диффузии мышьяка на всей поверхности ис- ходной гру пповой пластины n-типа кремния создается тонкий низкоомный слой n+ - типа. С помощью фотолитографии и последующего травления обра- зу ются каналы глу биной 20 мкм (рис. 1.1, а), на поверхности пластины выра- щивается тонкий слой SiO2 (около 2 мкм). На слой SiO2 осаждают слой поли- кристаллического кремния (около 200 мкм), предназначенный в качестве ме- ханической основы. После удаления значительной части монокристалличе- ского кремния с помощью шлифовки и полировки получают структуру изоли- рованных карманов n-типа монокристаллического SiO2, вкрапленных через слой SiO2 в поликристаллический кремний (рис. 1.1, б). Последующая струк- тура интегрального транзистора образуется по планарной технологии с помо- щью избирательной диффу зии бора для образования базовых областей (рис. 1.1, в) и операции избирательной диффу зии фосфора для образования эмитерных областей и омических контактов к коллекторам (рис. 1.1, г). После избирательного травления поверхностного слоя SiO2 для окон под контакты, операции осаждения металла алюминия (А1) и последующего избирательного травления слоя (А1) образуется схема соединения элементов ИМС (рис. 1.1, д).

Рис. 1.1. Изоляция ИМС с помощью слоя SiO2 ИМС изготавливается по технологическим процессам, которые определяют типовые структуры в глубь кристалла для всех интегральных элементов Типо- вые распределения примесей в структуре интегральных биполярных транзисто- ров (ИБТ) с изоляцией с помощью р-n перехода и с помощью слоя представле- ны на рис. 1.2 и 1.3. Размеры ИБТ на плоскости кристалла определяются электрическими пара метрами транзистора и должны быть по возможности минимальными, т.к. при этом увеличивается процент выхода годных элемен- тов и степень интеграции проектируемой ИМС. Преобладающее влияние на размеры ИБТ оказывает рабочий ток (эмиттерный) транзистора. Оптимальная площадь эмиттерного перехода SЭопт определяется по формуле 5Wб Iэ SОПТ ( 1. 1 ) q Dnб nб где Wg - ширина базы ИБТ;

Iэ - рабочий ток эмиттера;

q- 1,6* 10-19 Кл - заряд электрона;

Dn6 - коэффициент диффузии неосновных носителей (электронов) через базу, который для типовых структур (рис. 1.2 и 1.3) равен 12 см2/с;

n6 - равновесная концентрация электронов в области базы.

Коэффициент диффузии для неосновных носителей определяется по формуле КТ (1.2) Dnб = µn q где К=1,38*10-23 Дж/Кл - постоянная Больцмана;

Т - температура в градусах Кельвина;

µn- подвижность электронов в базе определяемая в зависимости от концентра- ции примесей в области базы по графику на рис 1.4.

Размеры Sэопт часто оказываются трудно реализуемыми из-за ограничений в возможностях технологических процессов. При получении линейных разме- ров элементов (b) по планарной технологии bтехн оказывается равной 5мкм. По этой причине минимальный размер окна в оксиде для контакта сост авляет 12,5 х 12,5 мкм2 минимальное расстояние от контактного окна до края диффу- зионной области - 6,25 мкм. Минимальный размер эмиттерной области состав- ляет 25 х 25 мкм2. При таком размере точность воспроизведения площади эмиттерных областей будет определяться величиной Sэ 2 b (1.3) = = 2 = 0,4 = 40% Sэ b что может явиться причиной значительного разброса в параметрах ИБТ. По- этому следует считать максимальный рабочий размер эмиттера 25 х 35 мкм.





Этот размер является типовым для ИБТ с рабочим током эмиттера до 10-20 мА.

Характеристики ИБТ в значительной степени зависят от размеров различных областей транзистора. Необходимо учитывать, что периметр эмиттера опре- деляет токовые характеристики транзистора, площадь эмиттера - частотные ха- рактеристики, площадь базы - емкость перехода база-коллектор и Рис. 1.2. Типовое распределение примесей в структуре ИБТ с изоляцией с помощью р-n перехода Рис. 1.3. Типовое распределение примесей в структуре ИБТ с изоляцией с помощью слоя двуокиси кремния Рис. 1.4. Зависимость подвижности носителей заряда от концентрации примесей в области базы р асп р ед елен и е со пр о тивление б аз ы, пло щад ь ко лл екто р а - емко сть пер ехо д а ко ллекто р - по д ло жка и по след о вательн о е сопро тивление ко лле кто р а. В ми кр о- мо щн ых ( до 0,3 мВт) и мало мо щн ых ( до 3 мВт) ИМС р аз мер ы всех об ластей тр ан зи сто р а стр емятс я выпо лнить минимал ьными, х о тя это и мо жет пр и вести к снижению в ых од а год н ых изд елий. Для ми кр о мо щн ых сх ем наиб о лее пр и- го д н а по ло ско вая ко нстру кция тр ан з и сто р а ( р и с. 1.5, а). Для по лу ч ени я мало го сопро тивления ко лле кто р а пр именяют тр анзи стор ы с у вели ч ен но й кон тактн о й об ластью к ко ллекто р у ( ри с. 1.5, б), мало го со про тивления б аз ы и высо ко го ко- эффициента у силения испо льз у ют ко нстр у кции с д ву мя ко н тактами к б азо во й об ласти ( ри с. 1.5, в). Мн о го эми ттер н ые тр анз и стор ы (р и с. 1.5, г) пр и мен яю т во вхо д н ых цепях сх ем тр ан з и стор н о- тр анз и стор н о й ло ги ки ( ТТ Л). Ко нстр у кция на р и с. 1.5. д испо льз у ется пр и фор ми р о ван и и д вух и бо лее тр ан з и стор о в, имеющих од инако вый по тенциал на ко ллекто р е. То по ло ги ю мо щно го тр ан з и- стор а ( бо лее 3 мВт) р аз р аб аты ваю т так, ч то б ы о б есп ечи ть макси ма льн о е о тн о- шение пер иметр а эми ттер а и его пло щад и. Раз меры б аз о во й об ласти и об ласти ко л ле кто р а ИБТ о пр ед ел яю тся ч ер ез р аз мер эми тт ер н о й об ла сти с у ч ето м чи сла б аз о в ых ко н такто в и ко нфигур ации о ми ч еско го ко н такта к ко лле кто р у.

Осн о вн ыми эле ктр и ч ески ми пар аметр а ми ИБТ я вл яютс я:

1) IЭ(U ) - з ави си мо сть то ка эми ттер а о т напр яжения эми ттер -б аз а ( U ) ;

Э Э б б 2) ко эффициент ы у силения по то ку в р ежи ме о б щая б аз а ( ОБ) -, об щ и й эми ттер ( ОЭ) - 0 и его з ави си мо сть в д и ап аз о н е ч асто т - (f ) ;

3) U - пад ение напр яжения на ко ллекто р е в р ежи ме насыщения;

к е н 4) Uк - напр яжение п роб о я ко ллекто р а в р ежи ме ОЭ.

эпр З ави си мо сть I ( U ) о пр ед еляется по фор му ле ( 1.4) и по каз ана на р и с.1.6.

Э Э б 2q Sэ Dnб n6 e qUЭU/ КТ Iэ = (1.4) Wгд е S - акти вн ая пло щад ь пер ехо д а эми ттер-б аз а, Э n - ко нцентр ация электр он о в в б аз е, оп р ед еляемая по выр а жению ( 1.5) ni( 1.5 ) n6 = pгд е р - ко нцентр ация д ыро к в б аз е, о пр ед еляемая из гр афи ка на р и с. 1.2 и 1.3 ;

б n - ко нц ен тр аци я соб ствен н ых но си телей зар яд а в по- л0у пр о во д ни ке при зад ан - но й темп ер ату р е. Пр и Т = 300 К д ля кр емния ni = 1,5 *10 см3. Для кр емния niоп р ед еляется по фо р му ле 3 ni2=2,3 3х 1 0 х Т х е1, 3 1 / к т ( 1.6 ) Х ар актер и сти ка I ( UЭ) и меет явн о выр а женно е напр яжение о тсеч ки U, ко- Э б тор о е о пр ед еля ет о щу ти му ю по то ку инже кцию эле ктр о но в в б аз у. Нап р яже- ни е о тсеч ки U0 ор и ен тир о во ч но о пр ед еляет пад ение напр яжения пр и пр ямо м вклю ч ен ии на пер ехо д е эми ттер-б аз а ( UЭ), ко торо е д ля ИБТ со ставляет вели ч и- б ну в п р ед елах 0,6-0,7 В.

Рис. 1.5. Примеры топологии интегральных биполярных транзисторов Рис. 1.6. Зависимость тока эмиттера ИБТ от напряжения эмиттер-база Рис. 1.7. Частотная зависимость коэффициентов усиления по току для планарных ИБТ в режиме ОЭ и ОБ Напр яжение о тсеч ки о п р ед еляет ся ( д ля сту п ен ч ат ых пер ехо д о в) по фо р му ле КТ ND N A U0 ln ( 1. 7 ) q nгд е N и N со о тветствен7н о ко нцентр ация пр и меси на пер ехо д е.

D A Для ИБ Т N =N =1,81 0 см3 пр и Т = 2 9 3 К.

D А Ко эффициент у си ления по то ку в р е жи ме п лан ар н ых ИБТ о п р ед е ляет ся как 1 RслЭ + (Wб )2 ( 1. 8 ) 0 Rслб 4 nб гд е Rслэ и Rс лб фи кси ро ван ы типо вым р асп р ед елен и ем пр и меси ( ри с. 1.2 и 1.3 ) и р авн ы 2,5 Ом и 2 00 Ом ; Nоб - д и ффу з и о н н ая д лина нео сно вн ых но сителей (электр о но в) в б аз е и д ля ти по вых ИБТ пб =4 мк м.

Ко эффициент у силения по то ку в р ежи ме ОБ р авен 0 0 = /( l + ) ( 1. 9 ) С у велич ением р аб оч ей ч асто ты 0 и у мен ьшаю тся со гласн о ри с. 1.7. Хар ак- тер этих зави си мо стей в ло гар и фми ч еско м масш таб е хо р о шо ап п ро кси ми р у - ется пр ямыми с уч ето м фиксиро ванных ч асто т fЭ и f, межд у ко тор ыми су щест- T ву ет соо тн о шени е f =f /( l + m ), ( 1.1 0) T Э гд е fТ - ч асто та, пр и ко тор о й мо д у ль ко эффициента у силения в сх еме с О Э р а- вен 1 (| Р| = 1 ) ;.fЭ - ч асто та, пр и ко то ро й мо ду ль ко эффициента у силения по то - ку в сх еме с ОБ р авен 0,7 о т у ро вн я (| | = 0,7 ) ; вели ч ин а m = 0,4.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 8 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.