Monolit technika

Monolit technika Bipoláris technológia Mizsei János Hodossy Sándor BME-EET 2006-2013

Bipoláris technológia • ~1960- tól alkalmazzák (TTL) • Bevezetésének érdekessége: logikai tervezés • Manapság analóg áramkörök technológiája • A következő képek nem méretarányosak! • laterális méret: 100 m • vertikális méret: 1-10 m

npn tranzisztor előállítása I. • Eltemetett réteg (n+) kialakítása p tip. hordozóban • Ez a dinamikus ellenállást (rd) csökkenti • 1. maszk

npn tranzisztor előállítása II. • Epitaxiális réteg (n) kialakítása • Ez lesz majd a kollektor

npn tranzisztor előállítása III. • Szigetelő diffúzió (p+) • Elkülöníti a különböző tranzisztorokat egy szeleten elektromosan • 2. maszk

npn tranzisztor előállítása IV. • Ablaknyitás, és p diffúzió • Ez fogja szolgáltatni a bázist • 3. maszk

npn tranzisztor előállítása V. • Ablaknyitás, és n+ diffúzió • Ez fogja adni az emittert, és a kollektor kivezetést • A kollektornál az n+ réteg a Schottky átmenet kiürített rétege kicsi legyen (a réteg egy potenciálgát, de ha elég kicsi, akkor alagúthatás révén az elektronok átlépik) • 4. maszk

npn tranzisztor előállítása VI. • Kontaktusablak nyitás • E, C, B részére • 5. maszk

npn tranzisztor előállítása VII. • Fémezés és megmunkálása • 6. maszk • A kapott struktúra jellemzése: • E erősen adalékolt • B keskeny • B-ben van beépített tér (diffúzió révén) • n+ réteg a rd csökkentéséért

A koncentráció eloszlásfüggvénye I. • A bázis bépített tere: • U=26mV*ln100=120mV • x=1m • E=U/x=120 kV/m

A koncentráció eloszlásfüggvénye II. • Itt van egy pnn+p parazita tranzisztor • Az n+ a lyukak terjedését gátolja, ezzel a parazita tranzisztor ellen is védi a struktúrát

A koncentráció eloszlásfüggvénye III. Az np+ átmenet letörhet!

Laterális pnp tranzisztor • n+ réteg a pnp parazita tranzisztort gátolja • Hátrányok: • emitter nem erősen adalékolt • bázis homogén • oxid közelében folyik az áram  oxid közelében kristályhibák vannak nagy rekombinációs centrum • B áramerősítési tényező kicsi

Javítások az pnp laterális tranzisztor hibáira • Emitter - kollektor közötti hasznos felület növelése (áthaladó elektronok száma nő) • B növelése: kompozit fokozat alkalmazása Kollektor Bázis Emitter

A pnp tranzisztor előnye • Az npn tranzisztorral szemben az emitter-bázis letörési feszültsége nagy, akkora mint a bázis-kollektor letörési feszültsége.

Vertikális pnp tranzisztor • Szubsztrát tranzisztornak is nevezik, mivel a szubsztrát egyben a kollektor is • E-B letörési feszültsége nagyobb • Kisebb a transzport hatásfok (bázis homogén) • Kisebb az emitter hatásfok (emitter gyengén adalékolt) • 1 szeleten csak ez az egy tranzisztor lehet (kollektor a szubszrát)

Bázis ellenállás • Csonka bipoláris tranzisztor (nincs C, E) • n+ réteg a parazita pnp tranzisztor ellen véd • R=100Ω...1kΩ (Az adalékolás határozza meg.)

Adalékolás-ellenállás viszony • A bázis (p)  Gaussi görbe szerinti az adalékolása (a skála logaritmikus  parabola) • Egy W szélességű, L hosszúságú ellenállásszakasz vezetése: • Vezetés 1 térrészre: (ahol xj a pn átmenet határa) • Ellenállás egy térrészre: (ahol Rs 1 négyzetnyi ellenállásrész ellenállása) • Rs értéke csak a □ alatti adalékatomok számától függ pontos eloszlásuknak nincs jelentős hatása az Rs-re • RsSi=100Ω...150Ω (20% a tűrés)

Megnyomott ellenállás • a felső n+ réteg hatása: • adalékolás „elrontása” • rekombinációs centrum • A kapott ellenállás négyzetes ellenállása: • Rs=10kΩ...50kΩ (100% a tűrése, mivel 2 diffúzió különbsége állítja be) • Egy parazita JFET is van itt! • Az áram feszültséget kelt az n+ alatt • Kiürített réteg alakul ki n+ alatt • Az áram növelése ezt a hatást csak fokozza • Áramgenerátort valósít meg a JFET • Mivel az ellenállások abszolút értéke nagy szórással bír, az ellenállások arányára kell hagyatkozni

Emitter ellenállás • Kis ellenállású • Átvezetésként szokás használni • Jó nagyteljesítményű tranzisztorok párhuzamos kötésénél nyitófeszültség eltolására • Rs~1Ω

Epitaxiális réteg ellenállás • n+ eltemetett réteg nincs, mivel az ellenállás értékét nagyon lecsökkentené

Ellenállások fajtái Epitaxiális réteg ellenállás Bázis ellenállás Megnyomott ellenállás Meander bázis ellenállás Emitter ellenállás

E-B dióda • Bázis és a kollektor összekötésével a bázis és az emitter közötti dióda használható

Bipoláris tranzisztorok fajtái Az E-B élhossz azért ekkora, mert ha IE nagy, akkor IB is nagy, és ekkor az IB az emitter alatt nagy feszültséget kelt  csak az E-B él a hasznos a működés szempontjából, az emitter „közepe” nem (áramkiszorulás) Teljesítmény tranzisztor Laterális pnp tranzisztor Multiemitteres tranzisztor

Monolit technika