Транзисторы с барьером Шоттки

Важным параметром переключающих транзисторов, работающих в цифровых и ключевых схемах, является время рассасывания t_р, ко­торое характеризует длительность фронта выключения импульса коллекторного тока при переходе транзистора из режима насыщения в режим отсечки. Когда планарно-эпитаксиальный транзистор находится в режиме насыщения, в базовой и высокоомной коллекторной областях накапли­вается заряд неосновных носителей. При подаче запираю­щего импульса базового тока неосновные носители рассасы­ваются в течение некоторого времени за счет вытекания в базовый и коллекторный контакты и рекомбинации. Это время, необходимое для рассасывания неосновных носите­лей заряда, составляет 10—100 нc и является серьезным ограничением при разработке быстродействующих ИМС.

Наиболее перспективным методом снижения t_p является использование диодов с барье­ром Шоттки, шунтирующих коллекторный переход. Диод Шоттки в интегральном ис­полнении представляет собой контакт металла с высокоомным полупроводником n-типа, в качестве которого ис­пользуется коллекторная область транзистора. При соот­ветствующей очистке поверхности полупроводника на гра­нице полупроводник — металл возникает обедненный слой и образуется барьер Шоттки. Такой контакт обладает вы­прямляющими свойствами и работает как диод. По срав­нению с диодом на р-n-переходе диод Шоттки характеризует­ся низкими значениями падения напряжения в открытом состоянии (около 0,35—0,45 В) и временем выключения, которое обычно не превышает 0,1 нc.

При включении диода Шоттки параллельно коллектор­ному переходу транзистора ограничивается степень насыще­ния транзистора. При интегральном исполнении транзистор и диод составляют единую структуру, которую называют транзистором с барьером Шоттки.

На рис. 3.9 показаны структура (а) и схема (б) транзи­стора с барьером Шоттки, изготовленного по планарно-эпитаксиальной технологии с изоляцией р-n-переходом. Структура представляет собой обычный планарно-эпитаксиальный транзистор n-p-n⁺-типа, в котором металлический контакт базы расширен в коллекторную область. Диод Шоттки образуется в месте контакта металла с высокоомным полупроводником коллекторной n-области. Таким образом, технологически изготовление транзистора с барьером Шот­тки не требует дополнительных операций. Площадь, зани­маемая этим транзистором, практически незначительно превышает площадь обычного транзистора. Аналогично можно создавать транзисторы с барьером Шоттки для раз­личных типов ИМС, используя технологию с изоляцией слоем окисла или изопланарную технологию.

По принципу действия транзистор с барьером Шоттки отличается от обычного планарно-эпитаксиального тран­зистора тем, что при переходе к режиму насыщения в нем отсутствует инжекция неосновных носителей из коллектора в базу, а также нет накопления заряда в области кол­лектора.

Транзисторы с барьером Шоттки характеризуются боль­шим коэффициентом усиления, малым инверсным коэффициентом усиления и высоким быстродействием (t_p ≈ 0). Однако для них хара­ктерны повышенное падение напряжения в режиме насыще­ния (U_кнш ≤ 0,4В) и увеличенная емкость коллекторного перехода (С_кш = С_к + С_дш). Это несколько ухудшает параметры ИМС, однако выигрыш по быстродействию при ис­пользовании транзисторов с барьером Шоттки является оп­ределяющим. Следует отметить, что основным требованием, предъявляемым к транзисторам с барьером Шоттки, являет­ся получение контакта металл — полупроводник, обладаю­щего большим током через контакт при прямом смещении, чем ток через коллекторный переход. Кроме того, характе­ристики барьера Шоттки Аl — Si — n очень чувствитель­ны к технологическому процессу металлизации алюминием и на практике имеют определенный разброс по I_дш и, сле­довательно, по t_p. Поэтому для получения высококачест­венного барьера Шоттки в технологический планарно-эпитаксиальный процесс вводят дополнительные операции: специальную очистку поверхности кремния после вскрытия окон в окисле, напыление и вплавление платины или молибдена под контакт металл — полупроводник. Такое усложнение технологии позволяет получать быстродействующие транзисторы с барьером Шоттки с воспроизводимы­ми параметрами, которые успешно применяются в быстро­действующих цифровых ИМС.

Поиск по сайту: