Исследование биполярных структур. Методические указания по выполнению лабораторной работы

сигнала через диод. 6. Входные и выходные характеристики транзисторов. 7. Принцип работы биполярного транзистора. 8. Режимы работы транзистора. 9. Температурные зависимости характеристик и параметров транзисторной структуры. 10. Основные электрические параметры биполярных транзисторов. 11. Отличие характеристик кремниевых и германиевых транзисторов. 12. Основные требования к конструкции биполярного транзистора. 13. Операции технологического процесса изготовления транзисторных структур. 14. Отличие реальных полупроводниковых структур от идеальных. 15. Принцип усиления сигнала биполярным транзистором.

Министерство образования Российской Федерации

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра микроэлектроники

Лабораторная работа

Исследование биполярных структур Методические указания

Литература 1. Медведев С. П. Физика полупроводниковых и микроэлектронных приборов: Учеб. пособие. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. техн. ун-та, 1996. 2. Пасынков В. В., Чиркин П.К., Шинков А.Д. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. – М.: Высш. школа, 1981. 3. Степаненко И. П. Основы микроэлектроники: Учеб. пособие для вузов. – М.: Сов. радио, 1980.

Пенза 2005 24

УДК 621. 315.416 Медведев С.П., Печерская Р.М., Метальников А.М., Абрамов В.Б., Карпанин О. В. Исследование биполярных структур. Указания подготовлены на кафедре микроэлектроники и предназначены для студентов специальностей 200200, 200100, 220500, 230300, 190700 при изучении дисциплин “Материалы электронной техники и основы микроэлектроники”, “Материалы в приборостроении”, “Радиоматериалы и радиодетали”, при выполнении УИРС, курсового и дипломного проектирования.

© Кафедра микроэлектроники Пензенского государственного университета

4. Определите нулевой ток и коэффициент усиления транзистора. 5. Снять температурные зависимости характеристик для схем включения, указанных преподавателем. Примечание. Для повторения температурных измерений нужно ждать, пока остынет нагреватель. 6. Сформировать и отпечатать отчет. Примечание. Графики можно печатать непосредственно из программы и потом добавить необходимые примечания от руки; либо сформировать отчет в любом текстовом редакторе (например, WinWord), используя команду Правка – Копировать. Отчет должен содержать: - схемы измерения; - ВАХ диодных включений транзисторной структуры; - увеличенные области ВАХ, демонстрирующие определения напряжения пробоя и напряжения отпирания; - входные и выходные характеристики транзистора; - заданную преподавателем температурную зависимость. В отчете необходимо дать выводы по полученным результатам и сопоставить их с лекционным материалом и литературными данными. Контрольные вопросы 1. Особенности формирования биполярных приборов в интегральном исполнении. Методы изоляции структур. 2. Схемы диодного включения транзисторной структуры, их характеристики. 3. Явление пробоя p-n-перехода. Лавинный, туннельный и тепловой виды пробоя. 4. Энергетические диаграммы p-n-перехода, высота потенциального барьера. 5. Рабочая точка. Прохождение малого переменного 23

2. Снятие входных характеристик биполярных транзисторов В данной лабораторной работе реализована возможность регистрации входных характеристик биполярных транзисторов в схеме с общим эмиттером. При этом снимается зависимость напряжения база – эмиттер UБЭ от тока базы IБ при постоянном напряжении коллектор-эмиттер UКЭ. С помощью управляемого источника тока (УИТ) изменяется ток базы транзистора всегда в диапазоне от нуля до 1 мА, а UБЭ измеряется электронным вольтметром. Можно снять семейство входных характеристик при различных значениях напряжения UКЭ (от нуля до 5В), задаваемых при помощи УИН. 3. Снятие выходных характеристик биполярных транзисторов В данной лабораторной работе реализована возможность регистрации выходных характеристик биполярных транзисторов в схеме с общим эмиттером. При этом снимается зависимость тока коллектора IК от напряжения коллектор – эмиттер UКЭ при постоянном токе базы IБ. С помощью УИН изменяется UКЭ транзистора в диапазоне от нуля до заданного предельного значения, при этом измеряется IК. Можно снять семейство выходных характеристик при различных значениях IБ (от нуля до 1 мА), задаваемых УИТ. Выбор необходимых значений IБ осуществляется путем перемещения движка регулятора тока базы. Правильно выбирайте предел измерения по току коллектора. При смене значения IБ, как правило, необходимо нажать кнопку “Авто”. Примерный ход выполнения работы

1. Снять вольт-амперные характеристики всех диодных схем включения транзисторной структуры. 2. По вольт-амперным характеристикам определить напряжения пробоя и напряжения отпирания (используйте масштабирование для более точного определения этих параметров). 3. Снять входные и выходные характеристики собственно транзисторной структуры. 22

Цель работы: изучение принципа работы, характеристик и параметров биполярных полупроводниковых структур в интегральном исполнении. Теоретическое введение P-n-переходы

P-n-переходы получают в результате образования контакта между полупроводниками, изготовленными на основе одних и тех же химических элементов с разным типом электропроводности. Эти переходы являются основой абсолютного большинства приборов. На рис. 1 представлена типичная энергетическая диаграмма p-n-перехода в равновесном состоянии (без внешнего электрического поля). На этом же рисунке показано распределение носителей заряда. Как видно, для основных носителей заряда (дырок для p-области и электронов для n-области) существует потенциальный барьер высотой q ϕ 0 , для неосновных же носителей потенциального барьера не существует, и они проходят через p-n-переход беспрепятственно.

Рис. 1. Энергетическая диаграмма и концентрация носителей заряда в равновесном p-n-переходе

Поскольку в равновесном состоянии электрического тока нет, то количество носителей заряда, которые могут переходить через p-n-переход, должно быть одинаковым. Отсюда следует, что количество основных носителей одной области p-n-перехода, способных преодолеть потенциальный барьер, должно равняться количеству неосновных носителей другой области перехода. Тогда высота потенциального барьера: 3

q ϕ 0 = kT ln

nn p p

= kT ln

ni2

NDN A ni2

.

Энергетические диаграммы для разных полярностей внешнего напряжения показаны на рис. 2. Явно видно, что внешнее напряжение изменяет высоту потенциального барьера. При одной полярности напряжения барьер становится меньше (прямое напряжение), а при другой — больше (обратное напряжение). Условились считать прямое напряжение положительным, а обратное — отрицательным. Тогда высота потенциального барьера будет определяться одной формулой: q( ϕ 0 − U ) .

Рис. 2. Энергетические диаграммы и концентрации носителей заряда в p-n-переходе при внешнем напряжении: а — прямом, б — обратном

4

Методика проведения измерений 1. Снятие ВАХ биполярных структур в диодном включении. Для регистрации ВАХ биполярных структур в диодном включении используются управляемый источник напряжения (УИН) и измеритель тока. При этом независимо задаются максимальные значения обратного и прямого напряжений для УИН и предельные значения измеряемого обратного и прямого токов. При необходимости снятия только прямой ветви ВАХ нужно задать обратное напряжение, равное нулю. Для снятия только обратной ветви ВАХ следует установить нулевое прямое напряжение. Максимальный предел измерения прямого тока – 50 мА. Такое значение тока достигается, как правило, при прямом смещении 0,7...1 В для кремниевых переходов и 0,4..0,7 В для германиевых. Обратный ток кремниевых структур составляет десятые – сотые доли микроампер, и его практически можно наблюдать с помощью данного стенда только при высокой температуре (около 100 °С) на пределе 0,02 мА. У германиевых переходов ток насыщения существенно больше (единицы – сотни микроампер), его можно измерить, выбрав соответствующий предел по току. Используйте возможность увеличения фрагмента характеристики. При высоком обратном напряжении на переходе можно наблюдать явление электрического пробоя. Переход базаэмиттер транзистора из-за высокой концентрации примеси пробивается при существенно меньшем напряжении, чем переход коллектор-база. Для транзисторов, выполненных по планарной технологии, электрический пробой эмиттерного перехода наступает обычно уже при обратном напряжении 6..12 В. Напряжение пробоя коллекторного перехода может составить десятки – сотни вольт. В случае возникновения перегрузки по току следует либо уменьшить максимальное значение напряжения, либо увеличить предел измерения по току.

21

зависимости нажав на переключатель «Все». Существует возможность просмотреть зависимости также в табличной форме, для чего нужно нажать правую кнопку мыши на графике и выбрать пункт контекстного меню «Таблица». Табличные значения можно либо сохранить в файл, либо скопировать в буфер обмена, воспользовавшись контекстным меню.

Из рис. 2 также видно, что количество основных носителей заряда, способных преодолеть барьер, будет изменяться, причем разница будет очень велика при смене полярности внешнего напряжения. Электрический ток, появляющийся при этом, будет пропорционален этой разности носителей заряда, и вольт-амперная характеристика (ВАХ) будет выглядеть следующим образом: ⎡ ⎛ qU ⎞ ⎤ j = j0 s ⎢exp⎜ ⎟ − 1⎥ . ⎣ ⎝ kT ⎠ ⎦

Здесь j 0 s – плотность тока насыщения; j 0 s определяется концентрацией н е о с н о в н ы х носителей заряда. Конкретное значение зависит от областей, окружающих p-n-переход. График идеальной ВАХ представлен на рис. 3.

Рис. 14. Просмотр одного измерения

Рис. 3. Идеальная ВАХ p-n-перехода

Излом характеристики в начале координат обусловлен разным масштабом по оси токов для прямой и обратной ветви ВАХ (обычно в таком именно виде приводятся характеристики в справочниках). Если бы масштаб был одинаковым, то обратная ветвь слилась бы с осью. Диоды и транзисторы

Рис. 15. Просмотр серии измерений

20

Диод — электронный прибор, который пропускает ток в одном направлении и совершенно не пропускает его в другом. Конечно, это определение чисто теоретическое. Реальные приборы в большей или меньшей степени приближаются к этому идеалу. Очевидно, что похожую вольт-амперную характеристику имеет p-n-переход, поэтому на основе этих пе5

реходов и изготавливаются полупроводниковые диоды. Если через диод протекает одновременно постоянный и переменный ток, то переменная составляющая приводит к колебаниям тока около значения I0 — значения постоянной составляющей, соответствующей напряжению U0 (рис. 4). Точка на вольт-амперной характеристике с этими координатами (I0, U0) называется рабочей точкой. Изменяя положение последней можно влиять на величину переменной составляющей сигнала. При расположении рабочей точки на обратной ветви ВАХ амплитуда переменного сигнала практически равна нулю. Таким образом, диод может быть использован в качестве переключающего элемента схемы. Транзистор представляет собой двухпереходный прибор. Переходы образуются на границах тех трех слоев, из которых состоит транзистор. В зависимости от типа проводимости крайних слоев различают транзисторы p-n-p и n-p-n со взаимно противоположными рабочими полярностями. Контакты с внешними электродами — омические. Переход, работающий в прямом направлении, называется эмиттерным, а соответствующий крайний слой — эмиттером. Средний слой называется базой. Второй переход, нормально смещенный в обратном направлении, называется коллекторным, а соответствующий крайний слой — коллектором. Это название отражает функцию "собирания" инжектированных носителей, прошедших через слой базы. Для того чтобы такое "собирание" было возможно, база должна иметь достаточно малую толщину w. В противном случае инжектированные носители успеют рекомбинировать в процессе перемещения через базу.

6

1..5В, предел измерений по току 50 мА. 4. Выходные характеристики – напряжение генератора 1..30В, предел измерений по току 10, 50 мА. ВНИМАНИЕ! Некорректные установки могут привести к тому, что характеристики на экране осциллографа могут не отображаться или иметь искаженный вид. Окно "База данных" (рис. 13) содержит информацию о сохранённых измерениях в виде дерева, вершинами которого являются даты измерений и номер образца.

Рис. 13. Окно «База данных»

При выборе измерения отображается дополнительно название измерения, дата измерения и мнемоническое обозначение схемы включения. Правой кнопкой мыши вызывается контекстное меню с командами: обновить, развернуть все, свернуть все, переименовать, удалить. В строке статуса окна базы данных отображается тип текущего измерения. Тип Серия означает, что в одной системе координат сохранено несколько зависимостей. Выбрав нужное измерение, можно его просмотреть, нажав на кнопку «Просмотр» или сделав двойной щелчок левой кнопки мыши. Вид окна просмотра в разных режимах работы представлены на рис. 14 и 15. Слева находится движок, который предназначен для изменения текущей зависимости, также можно просмотреть все 19

измерения, нажав на кнопку «схема» и выбрав её, выбрать образец (1..4), установить напряжение генератора (прямое и обратное), и выбрать необходимый предел измерений напряжения и тока (прямое и обратное). Чтобы установить напряжение генератора введите с клавиатуры напряжение и нажмите Enter. Справа от окон выбора пределов располагаются индикаторы перегрузки измерительной схемы. При перегрузке загорается соответствующий индикатор и пропадает график в окне измерений. Обратите внимание на то, что напряжение генератора и пределы измерений различны для прямой и обратной ветви.

Для сохранения измерения служит кнопка «Сохранить». В этом случае сохраняется одиночное измерение. Для сохранения нескольких зависимостей в одной системе координат существует режим сохранения результатов в виде серии зависимостей. Чтобы перейти в этот режим, нажмите кнопку . При этом станут доступными кнопки и . Нажатие на первую кнопку добавляет текущую зависимость в серию измерений, нажатие на вторую завершает запись серии и обновляет окно базы данных. Существует возможность просмотреть зависимость напряжения и тока от времени, для чего нужно щелкнуть правой кнопкой мышки в окне осциллографа и выбрать соответствующий пункт контекстного меню. Кнопка «Авто» и «Уменьшить» позволяют изменять масштаб выводимого графика. Для увеличения масштаба следует нажать левую кнопку мыши и, не отпуская её, выделить часть графика, при отпускании кнопки масштаб увеличится. ВНИМАНИЕ ! Прибор должен быть включен до запуска программы. На точность измерений сильно влияет правильный выбор предела измерений. Примерные установки для различных исследований: 1. Прямая ветвь ВАХ – напряжение генератора 0,5..1В, предел измерений по току 1..50 мА. 2. Обратная ветвь ВАХ – напряжение генератора до 100В, предел измерений по току 0,2..5 мА (до пробоя). 3. Входные характеристики – напряжение генератора 18

Рис. 4. Влияние положения рабочей точки на переменную составляющую тока

Характер движения инжектированных носителей в базе в общем случае заключается в сочетании диффузии и дрейфа. Электрическое поле, в котором происходит дрейф, может быть результатом высокого уровня инжекции, а также результатом неоднородности базового слоя. Последний случай имеет особенно большое значение, так как собственное поле неоднородного полупроводника обусловливает дрейфовый механизм движения носителей независимо от уровня инжекции. Транзисторы без собственного поля базы называются бездрейфовыми, а с собственным полем — дрейфовыми. На рис. 5, а показана энергетическая диаграмма транзистора в равновесном состоянии. Легко видеть, что основные носители заряда в каждом слое (дырки в базе, электроны в эмиттере и коллекторе) находятся в потенциальных ямах, из которых они могут перейти в смежный слой только благодаря достаточно большой тепловой энергии. Наоборот, неосновные носители (электроны в базе, дырки в эмиттере и коллекторе) находятся на потенциальных гребнях, с которых они могут свободно переходить в смежный слой. В равновесном состоянии на обоих переходах имеется динамическое равновесие между потоками этих частиц. Пусть к эмиттерному переходу приложено прямое смещение, а коллекторный переход по-прежнему замкнут (рис. 5, б). Тогда потенциальный барьер эмиттера понизится и начнется инжекция электронов в базу и дырок в эмиттер. Инжек7

тированные электроны, пройдя базу, доходят до коллекторного перехода и свободно проходят в коллектор (для них потенциального барьера в коллекторе нет). Значит, в выходной цепи будет протекать ток, близкий к току эмиттера, поскольку рекомбинация в тонкой базе невелика. Небольшая разность между эмиттерным и коллекторным токами составляет ток базы. Так как напряжение на выводах коллектор—база равно нулю, полезная мощность не выделяется и усиление отсутствует.

• • • • • • •

База данных Параметры Содержание Подключиться Отключится Разговор Выход Рис. 11. Панель инструментов

Окно осциллографа (рис. 12) состоит из индикатора текущей температуры, окна измерений, кнопок управления. Для обновления данных нужно нажать F5, или кнопку "обновлять", которая позволяет автоматически обновлять через одну секунду.

Рис. 5. Энергетические диаграммы транзистора при различных режимах работы

Включим теперь в выходную цепь резистор для выделения мощности (рис. 5, в). Коллекторный ток, проходящий через этот резистор, создаст на нем падение напряжения, полярность которого такова, что коллекторный p-n-переход будет смещен в прямом направлении. Тогда наряду с собиранием электронов, дошедших от эмиттера, будет происходить ин8

Рис. 12. Окно цифрового осциллографа

При проведении измерений нужно сначала выбрать схему 17

Рис. 10. Серия температурных измерений

Подключиться – подключиться к серверу; Отключиться – отключиться от сервера; Оператор – разговор с оператором на сервере (например, для проверки связи или передачи каких либо указаний); Печать – печать результатов; Выход – выход из программы; Правка

Копировать – копировать в буфер; Настройки

Параметры – установка IP адреса и порта сервера; Образцы – список типов транзисторов, установленных в стенде; Окно

Закрыть все – закрыть все окна Помощь

Содержание – справка об использовании программы; О Программе – сведения о программе. Панель инструментов (рис. 11) содержит кнопки, дублирующие некоторые пункты главного меню: • Осциллограф 16

жекция электронов самим коллектором. В результате коллекторный ток станет заметно меньше тока эмиттера. Так как оба перехода смещены в прямом направлении, то транзистор оказывается в режиме насыщения. Резистор оказывается зашунтированным коллекторным переходом, мощность в нагрузке практически не выделяется и усиления опять не будет. Как легко догадаться, ток базы при этом будет почти равен току эмиттера. В нормальном усилительном режиме на коллекторный p-n-переход подается достаточно большое о б р а т н о е смещение, которое приводит к существенному повышению потенциального барьера у коллектора (рис. 5, г). Теперь можно включить в выходную цепь резистор, обладающий значительным сопротивлением, без опасения вызвать инжекцию носителей через коллекторный переход. Для этого сопротивление должно удовлетворять условию U к >I к R. В таком режиме работы можно получить значительную выходную мощность, а главное — у с и л е н и е мощности, так как токи I к и I э почти одинаковы, а сопротивление нагрузки явно превышает сопротивление прямосмещенного эмиттерного перехода. При любом варианте включения транзистора имеется две входные величины (ток и напряжение) и две выходные. Взаимозависимость этих четырех величин можно выразить двадцатью четырьмя семействами характеристик, но наиболее широкое распространение получила система: U вх = f ( I вх› ,U вых ); I вых = f ( I вх ,U вых ).

Первое уравнение — это семейство входных характеристик, второе — выходных. На рис. 6 представлены идеальные семейства входных и выходных характеристик транзистора. На входных характеристиках (рис. 6, а) кривая при U кб = 0 является обычной прямой ветвью диодной ВАХ. При значениях U бк > 0 кривые сдвигаются влево и вверх в связи с нарастанием собираемого компонента эмиттерного тока.

9

случаях вы работаете только с результатами измерений. Все управление лабораторной работой осуществляется с помощью ЭВМ. Управляют работой при помощи команд, которые можно вводить либо из меню, либо кнопками панели управления. На рис. 9 показано главное окно приложения.

Рис. 6. Идеальные статические характеристики транзистора: а — входные; б — выходные

Выходные характеристики — это обратные ветви ВАХ диода, ток насыщения которого зависит от тока базы. Входной ток Iб в принципе может иметь не только положительную, но и небольшую отрицательную величину. Зависимость выходного тока коллектора от Iб обычно описывается следующим образом: I к = βI б + I к* 0

Коэффициент при токе Iб называется коэффициентом передачи базового тока. Довольно часто его называют также просто коэффициентом усиления транзистора. Обычно β >>1. Ток I к* 0 — нулевой ток коллектора в схеме, т. е. ток при оборванной базе. Следует отметить, что режим работы транзистора с оборванной базой очень опасен из-за возможности пробоя, поэтому непосредственно ток I к* 0 не измеряют. Минимально возможный ток коллектора будет получаться при о т р и ц а т е л ь н о м токе базы.

Рис. 9. Главное окно приложения

Команды меню Измерения

Основные отличия микроэлектронных приборов от их дискретных аналогов можно свести к двум моментам. Вопервых, формирование слоев структур приборов производится с одной стороны кристалла, поэтому подавляющее большинство транзисторов микросхем д р е й ф о в ы е . Во-вторых, на одном кристалле располагаются множество приборов, которые должны быть изолированы друг от друга, поэтому возникают паразитные структуры за счет элементов изоляции.

База данных – активизировать или спрятать окно базы данных; Осциллограф – активизировать или спрятать окно осциллографа – основного инструмента лабораторной работы; Температурная зависимость – исследование температурных зависимостей различных характеристик, для этого сначала выставляется необходимый режим измерения в осциллографе, далее включается термостат; в базе данных измерения можно сохранять в виде серии, т.е. появится возможность просмотреть как отдельные измерения, так и все в одной системе координат (рис. 10).

10

15

Структура интегральных транзисторов и диодов

При этом характеристики диода-транзистора можно изменять, используя тот или иной p-n-переход путем применения одного из шести возможных вариантов включения (рис. 8).

Рис. 8. Транзистор в диодном включении

Первые два варианта анализируются наиболее просто. Так как один из переходов замкнут, то напряжение на нем равно нулю, т. е. закороченные p-n-переходы не оказывают никакого влияния на вольт-амперные характеристики рабочих p-n-переходов. В вариантах (в) и (г) второй p-n-переход никуда не подключается и влияет на рабочий переход, снижая ток насыщения получающегося диода [1]. Последний вариант (е) получается, если в технологическом процессе формирования транзисторной структуры исключить эмиттерную диффузию. Поскольку остается только один p-n-переход, никакого влияния на него не оказывается, и вольт-амперная характеристика точно такая же, как и при закороченных выводах эмиттер—база. Отмечая особенности рассмотренных вариантов, можно сказать, что наибольший ток пропускает диод варианта (д), наибольшим быстродействием обладает диод варианта (а), а наибольшие пробивные напряжения имеют диоды вариантов (б, г, е). Управление лабораторной работой Возможности

• • • •

Лабораторная работа позволяет: производить измерения; сохранять результаты в базе данных; представлять результаты в графическом и текстовом виде; формировать отчет и получать твердую копию.

Примечание: Только при проведении измерений ваш компьютер связывается с измерительным стендом, а в остальных 14

Кроме этого, в интегральном исполнении могут быть реализованы принципиально новые приборы, которые невозможны в дискретном исполнении, например, транзисторы с инжекционным питанием. Одной из основных технологических задач производства интегральных приборов является проблема электрической изоляции отдельных элементов, расположенных на одном кристалле. В настоящее время в основном применяется изоляция p-n-переходом или диэлектрической пленкой. Первый вид изоляции является наиболее освоенным и широко распространенным, так как обеспечивает более высокий процент выхода годных микросхем при сравнительно низкой стоимости. При этом, кроме основной структуры прибора, формируют специальные изолирующие p-n-переходы. В рабочем режиме потенциал подложки выбирается так, чтобы эти специальные p-n-переходы были смещены в обратном направлении и тем самым изолировали друг от друга отдельные элементы микросхем, т. е. подложка должна быть подключена к с а м о м у н и з к о м у потенциалу схемы. На рис. 7 приведена упрощенная схема основных операций технологического процесса изготовления транзисторных структур с изолирующим p-n-переходом. Справа на рисунке показаны графики распределения примесей в кристалле на различных этапах технологического процесса. Обычно микроэлектронные транзисторы формируются на полупроводниковой подложке из монокристаллического кремния p-типа. После первой операции окисления с помощью фотолитографии вытравливаются окна под диффузию, формирующие скрытые коллекторные слои. Эти слои, представляющие собой сильно легированные участки с n+проводимостью, образуют низкоомную область коллекторов, предназначенную для уменьшения сопротивления в поперечном направлении, так как основное тело коллектора создается на основе высокоомного n-слоя. В коллекторном слое микроэлектронного транзистора должны быть последовательно сформированы базовый, а затем эмиттерный слои. Для того, чтобы произошла перекомпенсация примесей (чтобы получить противоположную про11

водимость слоя), необходимо различие в концентрациях примерно на два порядка. В результате получается, что если в эмиттерном слое концентрация примесей должна быть примерно 1020 см-3 (а это предельное значение для кремния), то базовый слой должен иметь концентрацию примесей 1018 см3 , а коллекторный — 1016 см-3. Поэтому после формирования скрытого n+-слоя со всей поверхности пластины удаляется SiO2 и проводится эпитаксиальное выращивание высокоомного кремния n-типа. Этот эпитаксиальный слой и дает возможность сформировать базу с большим перепадом концентрации примесей.

Рис. 7. Основные этапы формирования интегрального биполярного транзистора

Затем пластина вновь окисляется и проводится селективная диффузия акцепторных примесей для формирования изо12

лирующих p-n-переходов. Для получения качественной изоляции, необходимо обеспечить такую глубину диффузии, чтобы изолирующий p+-слой проник через эпитаксиальную пленку до самого тела подложки. При этом ширина p+-слоя должна быть не меньше толщины эпитаксиального слоя. Последующая диффузия через окна проводится для формирования базовой области. Базовая диффузия выполняется из ограниченного источника, что позволяет осуществить точный контроль поверхностной концентрации примесей и режима диффузии. Благодаря этому удается получить заданную толщину и сопротивление слоя. Затем проводится эмиттерная диффузия через соответствующие окна, расположенные на участках эмиттеров и коллекторных контактов. В качестве примеси обычно используют фосфор, позволяющий получить низкоомный слой n+-типа. Таким образом, структура интегрального транзистора содержит больше слоев и p-n-переходов, чем структура дискретного. Наличие дополнительных p-n-переходов приводит к появлению п а р а з и т н о г о p-n-p-транзистора. Эмиттером этого транзистора является пассивный участок базы основного, базой является коллектор основного, а коллектором — подложка и изолирующий p+-слой. Явно видно, что паразитный транзистор — бездрейфовый, потому что его базой является эпитаксиальный слой с однородным легированием. Да и сама база получается намного толще, чем у основного. Поэтому коэффициент передачи базового тока паразитного транзистора получается очень небольшим. Поскольку паразитный транзистор получается p-np-типа, то при рабочих полярностях питания основного n-p-n-транзистора, паразитный находится преимущественно в режиме отсечки. Поэтому наиболее существенно паразитный транзистор сказывается на токах закрытого состояния транзисторного ключа. Для создания интегрального диода достаточно сформировать только один p-n-переход. Однако при изготовлении микросхем желательно все элементы формировать в едином технологическом процессе. Поэтому наиболее экономично использовать биполярный транзистор в диодном включении. 13