Обзор биполярных транзисторов

Министерство  образования республики Беларусь

Учреждение  образования

«БЕЛОРУССКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ  И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Специальность___ПиПРЭС____

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

По курсу___   КиТИИЭ      ___

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент-заочник				3	курса
Группы №			100201
ФИО		Басан Илья
		Сергеевич

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск, 2014 

Содержание

 

	Введение…………………………………………………….	3
1.	Обзор биполярных транзисторов…………………………	4
2.	Структура и топология БТ по изопланарной технологии ..……...	5
3.	Технология изготовления………………………………….	6
4.	Заключение…………………………………………………	7
	Литература………………………………………………….	8

 

 

    Введение

С внедрением изопланарной технологии с уменьшенными размерами элементов (сокращенно названной «Изопланар-S») быстродействие и плотность упаковки биполярных ЗУПВ, программируемых ПЗУ и логических БИС будут в предстоящие три года повышены в такое же число раз, в какое их удалось поднять за прошедшее десятилетие.

 Технология  «Изопланар-S» — это не какой-то  единственный набор проектных  норм, определяющий конкретный технологический  процесс; скорее, она представляет  собой непрерывно совершенствуемый  технологический процесс, развитие  которого будет происходить в  1980-е годы. Помимо уменьшения геометрических  размеров элементов с нынешних 4 мкм до менее 1 мкм, эта технология  предусматривает ряд других усовершенствований  производственных процессов с  помощью как новых методов  диффузии и формирования металлизации, так и изменений в структуре  приборов.

 Уменьшение  геометрических размеров приборов (отдельных элементов) не следует  путать с уменьшением размеров  схем (которое также имело место  при изготовлении БИС по технологии  «Изопланар»). Уменьшение размеров  схем предусматривает оптическое  уменьшение всех размеров на  фотошаблонах с целью уменьшения  размеров схемного кристалла.  Уменьшение же размеров элементов  (пропорциональная миниатюризация) предусматривает сокращение горизонтальных  и вертикальных размеров их  структуры путем изменения всех  проектных норм.

 

1. Обзор биполярных транзисторов

 

Промышленность  выпускает большое число разновидностей БТ, отличающихся своими эксплуатационными  свойствами и параметрами. Поскольку  реальные свойства БТ зависят от множества  эксплуатационных и конструктивных факторов, дать их полную и строгую  классификацию затруднительно. Поэтому  сделаем лишь общий обзор основных разновидностей БТ, при выделении  которых учитывались только основные структурные, технологические и  эксплуатационные показатели.

По типу рабочего материала выделяют группы германиевых, кремниевых и арсенидгаллиевых БТ. Основное различие между приборами  указанных групп - в допустимой рабочей  температуре, что связано с различиями исходных материалов в ширине запрещенной  зоны. При этом если германиевые  транзисторы могут работать при  Тр<70...90 °С, то для кремниевых и  арсенидгаллиевых транзисторов этот показатель достигает соответственно 120... 150 и 200...250 °С. При эксплуатации в области  нормальных пабоч1х температур кремниевые и арсенидгалиевые транзисторы  имеют при прочих равных условиях большие значения Тр.

По механизму  передачи тока в структуре различают  бездрейфовые и дрейфовые транзисторы. Свойства бездрейфовых БТ подробно рассмотрены  ранее.

Дрейфовое транзисторы - это такие БТ, в базовых областях которых создано электрическое  поле, ускоряющее движение носителей  от ЭП к КП. Действие ускоряющего  поля в базе приводит к уменьшению времени пролета носителей через  базу tпр и к соответствующему увеличению предельных частот fa и fb. Одновременно о этим существенно улучшаются и усилительные свойства БТ, поскольку при меньшем времени пролета большая часть инжектированных носителей успевает дойти до коллектора без рекомбинации. По остальным показателям дрейфовые БТ аналогичны ранее рассмотренным бездрейфовым приборам.

Ускоряющее  поле в базе дрейфовых транзисторов имеет диффузионную природу и  создается в результате неравномерного распределения примесей в их базовых  областях. Структуры и методы формирования дрейфовых БТ описаны далее. По электропроводности рабочих областей различают транзисторы  р - п -р и /2 -р - п -чипов. Различие в  свойствах этих транзисторов предопределяется тем, что рабочими носителями в п -р - п. -структурах являются электроны, которые имеют более высокую  подвижность по сравнению с дырками. Поэтому транзисторы п - р- п. -типов  всегда имеют лучшие усилительные и  частотные свойства.

 

2. Структура и топология БТ  по изопланарной технологии

 

 

Рисунок 1 – структура БТ по изопланарной технологии

 

 

 

2. Технология изготовления

 

Последовательность  операций при изготовлении транзисторов по изопланарной технологии:

 

1. На подложке p-типа (поз.1) формируют скрытый слой (поз.2).

 

2. Наращивают эпитаксиальный слой n-типа (поз.3) толщиной 1-3 мкм.

 

3. Наносят слой нитрида кремния (поз.4). В результате получается структура, показанная на рис. 1, а. Нитрид кремния Si₃N₄ имеет более высокую плотность и термостойкость по сравнению с SiO₂ , поэтому он обладает лучшими маскирующими и защитными свойствами. Это обстоятельство препятствует превращению кремния в SiO₂ в местах, где Si₃N₄ служит в качестве защитного слоя при проведении высокотемпературных операций окисления.

 

4. Путем фотолитографии в пленке Si₃N₄ создают окна, через которые проводят травление эпитаксиального слоя на глубину 0,5 мкм.

 

5. Ионным легированием бора создают противоканальные области         р⁺-типа (поз.6), исключающие возникновение паразитных каналов, соединяющих n-области соседних транзисторных структур.

 

6. Через отверстия в пленке Si₃N₄ проводят селективное окисление вытравленных канавок, в результате чего образуются карманы             n-n⁺-типа, изолированные с боковых сторон толстым слоем               SiO₂ (поз.5), а снизу – p-n-переходом (рис. 1, б).

 

7. Удаляют пленку, создают вместо нее пленку SiO₂ и через окна в этой пленке вводят примесь бора, в результате формируется базовый слой p-типа.

 

8. Формируют эмиттерную и контактную области n⁺-типа (поз.8, 9).

 

9. Создают эмиттерный, базовый и коллекторный электроды (поз.7), в результате получается структура, показанная на рис. 1, в.

 

 

4. Заключение

 

Изопланарная  технология позволяет существенно  уменьшить площадь транзистора (S = 800 мкм) и соответственно уменьшить  емкости переходов коллектор-база и коллектор-подложка, благодаря  чему граничная частота таких  структур достигает 7-8 ГГц. Достоинством изопланарной технологии является также  то, что ширина разделительных областей составляет около 7 мкм. Путем жидкостного  анизотропного травления и создания V-образных канавок ее можно уменьшить  до 5 мкм. Дальнейшее уменьшение ширины изолирующих областей до 3 мкм достигается  при создании посредством сухого анизотропного травления U-образных канавок.

 

Литература

 

1. Березин А. С., Мочалкина  О. Р. Технология и конструирование  интегральных микросхем. – М. Радио и связь, 1983. – 232 с.
2. Достанко А. П. Технология интегральных схем. – Минск, Высшая школа, 1982. – 206 с.
3. Курносов А. И., Юдин В. В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. – М.: Высшая школа, 1986. – 386 с.
4. Матсон Э. А. Конструирование и технология микросхем. – Минск, Вышэйшая школа, 1989. 207 с.
5. Схемотехника БИС постоянных запоминающих устройств / О. В. Петросян, И. Я. Козырь, Л. А. Коледов и др. – М.: Радио и связь, 1987. – 304 с.
6. Черняев В. Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров. –М.: Радио и связь, 1987. – 464 с.