Тема 4: Проектирование п/п биполярно- полевых ИМС

В линейных и аналоговых ИС часто применяются полевые транзисторы с управляющим p-n переходом. Необходимость применения транзистора данного типа объясняется более высокими свойствами полученных микросхем по сравнению со схемами, содержащими только биполярные транзисторы. Биполярные транзисторы обладают высокой крутизной характеристики, но низким входным сопротивлением. Схема (рис1), содержащая полевой транзистор, устраняют этот недостаток.

Известно также, что при больших токах базы, биполярный транзистор входит в режим насыщения, и ток становится неуправляемым. Применение полевого транзистора позволяет устранить этот недостаток (рис.2).

Другим преимуществом полевого транзистора с управляемым p-n переходом является возможность их изготовления в едином технологическом процессе с биполярным транзистором. Конструкции транзисторов, совместимые с биполярными транзисторами, следующие:

Конструктивные варианты исполнения биполярного и полевого транзисторов в одном кристалле.

Одним из вариантов такого рода структур с малым напряжением отсечки полевого транзистора будет следующая конструкция:

Здесь небольшое напряжение отсечки полевого транзистора достигается за счет применения V – образного затвора. Эта конструкция позволяет полностью совместить технологические операции формирования областей обоих транзисторов, но требует введение дополнительных операций фотолитографии и травления V – образного затвора.

Обеспечить более точную регулировку концентрации легированных примесей в канале, а следовательно напряжение отсечки, можно с помощью ионного легирования. Применение ионного легирования позволяет получить на одном кристалле высококачественный полевой транзистор с точно согласованными параметрами.

Особенностью конструкции является заглубленный под поверхность полупроводникового материала в промежутке между областями, ионо – легированный канал (1). Над ионо- легированным каналом находится ионо -легированный затвор (2). Напряжение отсечки полевого транзистора пропорционально суммарному количеству легирующей примеси в канале.

При диффузионной технологии напряжение отсечки полевых транзисторов контролируется очень плохо и получить два транзистора с согласованными напряжениями отсечки невозможно. При данной конструкции и ионном легировании это сделать очень просто. Кроме этого формирование ионно -легированных каналов с малыми концентрациями примесей позволяет получить не только небольшое напряжение отсечки, но и высокое пробивное напряжение.

При ионном легировании и низкой концентрации примесей необходимо использовать особую конструкцию биполярных транзисторов с низкой концентрацией примесей в области базы, иначе биполярные транзисторы будут иметь малый .

Хорошие параметры имеют транзисторные структуры, сформированные в изолированных карманах диэлектрической подложки. Такие транзисторы имеют высокий .

В выходных каскадах усилителей мощности применяются каскодные схемы соединения биполярных n–p–n транзисторов и n– канального полевого. В таких структурах полевой транзистор имеет кольцевую геометрию, т.е. исток и затвор выполняются в виде кольцевых каналов.

Малошумящие высокочастотные n– канальные транзисторы получаются при вертикальной конструкции:

Особенностью полевого транзисторов вертикальной конструкции является формирования очень короткого канала и тем самым достижения высокого быстродействия. Вертикальный полевой транзистор при площади истока , имеет предельную частоту усиления 7ГГц, напряжение отсечки 2В, напряжение пробоя . Область истока с целью осуществления контакта выполняется шире канала n, и поэтому перекрывает диффузионную область затвора.

Недостатки: повышается емкость затвор – исток и малое напряжение пробоя. Перекрытие может быть исключено с помощью технологии самосовмещения, требуются дополнительные операции.

Трудность изготовления на одном кристалле биполярного и полевого транзистора с вертикальным каналом заключается в выборе оптимального сопротивления эпитаксиального слоя, определяющего сопротивление канала и коллектора.

Дата добавления: 2014-01-11