 |
Технология изготовления биполярных транзисторов
|
|
|
|
При изготовлении биполярных транзисторов используют различные технологии выполнения p-n -переходов. Вот как, например, может быть изготовлен транзистор методом вплавления (рис.1.14, а). Базой транзистора служит пластинка германия (или кремния) n -типа, на которую с двух сторон наплавляют капли акцепторной примеси, например индия. В приграничных слоях между германием и индием образуются p -области, представляющие эмиттер и коллектор, расстояние между которыми (толщина базы) должно быть очень маленьким (не больше нескольких микрометров). Кроме того, концентрация атомов примеси в области базы должна быть во много раз ниже, чем в области эмиттера. Это условие очень важно для работы транзистора.
Рис. 1.14. Устройство биполярного транзистора:
а — сплавного; б — планарно-диффузионного
Более совершенным является диффузионный метод изготовления транзисторов, при котором в пластинке кремния n -типа (рис.1.14, б) с помощью фотолитографии вытравливают окна и подвергают ее воздействию борной кислоты. Бор диффундирует в кремний на глубину нескольких микрометров, создавая в окне слой p -типа — базу будущей транзисторной структуры. Затем подобным же образом с помощью пятиокиси фосфора производят диффузию донорной примеси, образуя во внутренней части окна эмиттерную область проводимости n +-типа с повышенной концентрацией примеси.
Коллектором в такой n-p-n -структуре служит исходная пластинка кремния n -типа, а ее нижний слой с повышенной концентрацией доноров (n +) обеспечивает пониженное электрическое сопротивление коллектора, что важно для снижения нагрева транзистора протекающим через него током, особенно у мощных транзисторов.
|
|
|
Транзистор является основным элементом в интегральных микросхемах. Даже диоды, если они нужны в соответствии с электрической схемой, выполняют на основе транзисторов (используют либо база—эмиттерный переход, либо база—коллекторный, либо оба перехода вместе). Особенности технологии выполнения транзисторов в интегральной схемотехнике будут рассмотрены в разделе «Основы микроэлектроники».
ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Полевой транзистор — это полупроводниковый прибор, имеющий три электрода: исток, сток и затвор. Между истоком и стоком в кристалле полупроводника, из которого выполнен полевой транзистор, расположен канал, через который течет ток транзистора. Канал выполняется из полупроводника одного типа — n или p. Управление током, текущим через канал, осуществляется путем изменения проводимости канала, которая зависит от напряжения между затвором и истоком. В отличие от биполярных транзисторов, в которых ток транзистора от эмиттера к коллектору течет последовательно через два p-n -перехода, в полевых транзисторах ток течет через канал, который образуется в полупроводнике одного типа проводимости, и через p-n -переходы не течет. Так как направление тока в полевом транзисторе — от истока — через канал — к стоку, а управление током осуществляется напряжением между затвором и истоком, то исток соответствует эмиттеру биполярного транзистора: сток — коллектору, а затвор — базе.
Изменение проводимости канала может осуществляться двумя способами. В зависимости от этого полевые транзисторы делятся на два основных вида: транзисторы с управляющим p-n-переходом и транзисторы с изолированным затвором.
1.4.1. Полевые транзисторы с управляющим p-n -переходом
В полевых транзисторах с управляющим p-n -переходом управление током транзистора достигается путем изменения сечения канала за счет изменения области, занимаемой этим переходом. Управляющий p-n -переход образуется между каналом и затвором, которые выполняются из полупроводников противоположных типов проводимости. Так, если канал образован полупроводником n -типа (на рис. 1.15), то затвор — полупроводником p -типа. Напряжение между затвором и истоком всегда подается обратной полярности, т. е. запирающей p-n -переход. Напомним, что при подаче напряжения обратной полярности область, занимаемая p-n -переходом, расширяется. При этом расширяется и область, обедненная носителями заряда, а значит, сужается область канала, через которую может течь ток. Причем, чем больше значение запирающего напряжения, тем шире область, занимаемая p-n -переходом, и тем меньше сечение и проводимость канала. Условные обозначения транзисторов с разными каналами показаны на рис. 1.15, б, в.
|
|
|
Рис. 1.15. Полевые транзисторы с управляющим p-n -переходом (а); условное обозначение транзисторов с n -каналом (б) и р -каналом (в); выходные характеристики (г); стоко-затворные (передаточные) характеристики (д)
Так же как и для биполярных транзисторов, для описания работы полевых транзисторов используют выходные характеристики. Выходная характеристика полевого транзистора — это зависимость тока стока I С от напряжения между стоком и истоком при фиксированном напряжении между затвором и истоком. Выходные характеристики полевого транзистора с управляющим p-n -переходом показаны на рис. 1.15, г. Как видно, они очень похожи на выходные характеристики биполярного транзистора.
В отличие от биполярного, работа полевого транзистора может также описываться непосредственной зависимостью выходного параметра — тока стока от входного — управляющего напряжения между затвором и истоком. Эти характеристики называются передаточными, или стокозатворными (рис. 1.15, д). В зависимости от температуры эти характеристики несколько изменяются. Напряжение U ЗИ, при котором канал полностью перекрывается (I С ≈ 0), называется напряжением отсечки U отс. Управляющее действие затвора характеризуют крутизной, которая может быть определена по выходным характеристикам (рис. 1.15, г):
S = Δ I C/Δ U ЗИ при U СИ = const.
Так как управляющий p-n- переход всегда заперт, у полевых транзисторов практически отсутствует входной ток. Благодаря этому они имеют очень высокое входное сопротивление и практически не потребляют мощности от источника управляющего сигнала. Это свойство относится не только к транзисторам с управляющим p-n -переходом, но и ко всем полевым транзисторам, что выгодно отличает их от биполярных.
|
|
|
|
|
|
