Транзисторы ИС типа р—п—р

Интегральные р—л—р транзисторы заметно уступают по своим параметрам л—р—л транзисторам, в частности по коэффициенту усиления и предельной частоте. При прочих равных условиях в р—л—р-транзисторах по сравнению с п—р—л транзисторами предельная частота примерно в три раза меньше, что связано с существенно меньшей подвижностью дырок по сравнению с электронами. Напомним, что в р—л—р транзисторах перенос тока осуществляется дырками. Основным структурным вариантом р—л—р транзистора является горизонтальная структура (рис. 7.10). По сравнению с ранее рассмотренным вертикальным паразитным транзистором горизонтальный имеет существенно лучшие параметры, и технология его изготовления согласуется с технологическим циклом на основе разделительной диффузии. Коллекторный слой, сформированный по этому циклу, охватывает эмиттер со всех сторон, что позволяет собирать инжектированные дырки с боковых частей эмиттерной области. Увеличению коэффициента инжекции способствует повы;

Рис. 7.10.

шенная концентрация примеси на приповерхностных боковых участках р-слоев.

В однородной (эпитаксиальный слой) базе р—п—/7-транзистора, в отличие от п—р—/1-транзистора, нет внутреннего ускоряющего электрического поля, поэтому он является бездрейфовым. Непосредственно в боковом направлении из эмиттера инжектируется лишь малая часть дырок. Основная доля дырок инжектируется вниз в сторону скрытого л⁺-слоя, что увеличивает расстояние, проходимое дырками, а это приводит к возрастанию рекомбинации. В результате коэффициент передачи тока такого транзистора обычно невелик, а время пролета базы велико, емкость между базой и подложкой — большая. При таких параметрах граничная частота мала (менее 50 МГц).

Для увеличения коэффициента передачи эмиттерного тока необходимо, чтобы площадь донной части эмиттерного слоя была меньше площади боковых частей, т. е. эмиттерный слой должен быть узким. Пробивные напряжения эмиттерного и коллекторного переходов одинаковы (С/_проб — 30…50 В) из-за однотипности эмиттерного и коллекторного слоев.

При кольцевом р коллекторе достаточно легко сформировать многоколлекторный р—п—р транзистор. Для этого достаточно разделить кольцевой р коллектор на необходимое количество частей и сделать от каждой из них отдельные выводы. В таком многоколлекторном транзисторе коэффициент усиления по каждому из коллекторов будет меньше по сравнению с единым коллектором примерно в число раз, равное числу коллекторов.

В вертикальных р—п—р транзисторах возможно устранение главных недостатков, присущих горизонтальным транзисторам, а именно большой ширины и однородности базы. На рис. 7.11 показана структура вертикального изолированного р—п—р-транзистора. На слаболегированной подложке р-типа.

1 2 3 4 5 6 7

Рис. 7.11.

создается скрытый слой 1 п-типа и скрытый слой 2 р⁺-типа. В эпитаксиальном п-слое формируются р—п—р-транзисторы, которые располагаются в карманах р-типа. На рис. 7.11 обозначено: эмиттер — 3, активная база — 4, пассивная база — 5, коллектор 6. На скрытый слой 1 через л*-область подается напряжение от источника +?" в результате р—п-переходы между слоями I и 2 и переход между подложкой и слоем 1 являются обратносмещенными.

Для создания ИС с вертикальными транзисторами требуется значительно больше технологических операций. Коэффициент передачи тока базы вертикального р—п—р транзистора превышает 100, а достижимая граничная частота — свыше 5 ГГц.

Как отмечалось ранее, для получения р—п—р транзисторов с улучшенными параметрами используется технология «кремний-на-сапфире — КНС*, при которой р—п—р транзисторы формируются, но существу, отдельно от п—р—^ транзисторов на диэлектрической подложке из сапфира. Ширина базы и уровень легирования в этом случае могут быть оптимизированы, но это достигается значительным усложнением технологии, а, следовательно, и удорожанием ИС.