Транзистора изготовленного

Для характеристики малосигнальных частотных свойств транзистора используют частотные параметры, также приведенные на 36:

Кроме граничной и предельных частот для характеристики частотных свойств транзистора используют постоянную времени цепи обратной связи на высокой частоте тк = г$ Ск.

МДП-транзисторы в интегральных схемах широко используют в ключевом режиме для построения цифровых схем. При этом в качестве нагрузки для транзистора используют не резисторы, а МДП-транзисторы, аналогичные тем, которые применяют в качестве активных элементов схемы. В этом случае в кристалле полупроводника размещаются однотипные элементы, аналогичные показанным на 11.7.

Основные параметры планарного транзистора. При расчетах параметров транзистора используют следующие допущения:

Для повышения температурной стабильности значений Um при заданном токе /К0тах, определяемом выбранным типом транзистора, используют малые значения R. Чтобы обеспечить выполнение условия @ = RC » tnK, одновременно увеличивают емкость конденсатора С. При этом возрастает время обратного хода пилообразного напряжения и снижается предельная рабочая частота генератора.

Главной особенностью ключевых режимов является неуправляемость коллекторного тока транзистора. Такие режимы работы транзистора используют в импульсных устройствах промышленной электроники (см. гл. 10).

Во избежание перечисленных трудностей чаще всего для описания свойств транзистора используют так называемую смешанную систему

Уточненная частотная характеристика. В некоторых случаях для аппроксимации частотной характеристики транзистора используют выражение, аналогичное (4.127):

Для повышения температурной стабильности значений V т при заданном токе /котах, определяемом выбранным типом транзистора, используют малые величины R. Чтобы обеспечить выполнение условия Q = RC^>tnx одновременно увеличивают емкость конденсатора С. При этом возрастает время обратного хода пилообразного напряжения и снижается предельная рабочая частота генератора.

Аналитической зависимости между этими величинами в широкой области их изменений предложить нельзя, и поэтому для описания свойств транзистора используют графические представления. Так как ток коллектора — функция двух переменных, его характеристики можно дать в зависимости от параметра, например, использовать графические представления i'K от ыкэ по параметру (V Такие характеристики получили название выходных или коллекторных. Аналогичные рассуждения можно привести и относительно тока базы, характеристики которого, получившие название входных, изображаются обычно в функции ыбэ по параметру мкэ. Так как зависимость тока базы от «кэ при «к, =? 0 очень слабая, ограничиваются двумя кривыми: при «кэ -= 0 и при икэ, близком к наиболее часто применяемому для данного транзистора значению.

Для оценки теплового режима транзистора используют понятие теплового сопротивления, под которым понимают сопротивление элементов транзистора распространению теплового потока от коллекторного перехода к корпусу или в окружающую среду. Тепловое сопротивление между переходом и корпусом определяют как отношение разности температур перехода Т„ и корпуса Тк к мощности Р„„, потребляемой транзистором. Таким образом, тепловое сопротивление определяется как перепад температуры на единицу греющей мощности:

Для увеличения фронта нарастания напряжения при выключении транзистора используют параллельную емкость с дополнительным диодом и резистором ( 5.21)

Внутри базовой области транзистора, изготовленного методом двойной диффузии, возникает сильное электрическое поле, обусловленное действием градиента примесной концентрации. Поэто-

На границе областей сплавной технологией получают два р-п перехода — эмиттерный и коллекторный. Чаще всего переходы изготавливаются несимметричными по своей конструкции, т. е. с неодинаковыми геометрическими размерами. Переход с меньшей площадью имеет приграничный слой полупроводника р-типа с большей концентрацией примесей (легирован сильнее), чем приграничный слой полупроводника р-типа со стороны перехода большей площади. Полупроводник с большей концентрацией примесей обычно обозначают р +. Средний слой называется базой, крайний сильно легированный — эмиттером, а слой с большей площадью — коллектором. Части поверхностей эмиттера, базы и коллектора покрываются металлическими пленками. К этим пленкам сваркой или пайкой прикрепляются внешние выводы. Сам кристалл крепится на кристаллодержателе и помещается в герметизированный металлический корпус, а выводы через изоляторы выводятся наружу. Реже изготавливается биполярный транзистор симметричной конструкции ( 5.2,6). Симметричный транзистор сохраняет свои электрические характеристики при взаимной замене в схеме включения выводов эмиттера и коллектора. Конструкция биполярного транзистора, изготовленного по диффузионной технологии с точечными р-п переходами, не отличается от рассмотренной конструкции сплавного транзистора, однако электрические параметры его существенно отличаются вследствие малых токов и емкости переходов. Кроме сплавной и диффузионной технологий при изготовлении биполярных транзисторов применяется планарно-эпитаксиальная технология, позволяющая получить транзисторы с малыми отклонениями значений электрических параметров.

Устройство биполярного транзистора, изготовленного методом сплавления, схематически представлено на 16.18. Е! пластинку германия /, легированного донор-ной примесью (с электронной электропроводностью), вплавлены две таблетки трехвалентного индия 3 (акцептор). В объеме германия возле пластинок индия образуются две области с дырочной электропроводностью 2, разделенные тонким слоем базовой пластины. У границ, разделяющих р-области и базу, образуются два электронно-дырочных перехода. Переход, изображенный на рисунке слева, называется э м и т-т е р н ы м, справа — коллектор-н ы м. Эмиттерный, коллекторный переходы и база имеют выводы для;

4.3. Распределение концентрации примесей и электрического поля в базе транзистора, изготовленного методом диффузии:

Интегральный транзистор отличается от аналогичного дискретного транзистора, изготовленного по той же планарной технологии, значительно меньшими размерами. Объясняется это тем, что в дискретном планарном транзисторе должны быть контактные площадки для подсоединения проволочных выводов эмиттера, базы и коллектора. Размер контактных площадок должен быть не менее 100x100 мкм. В интегральной микросхеме контактные площадки нужны только для подсоединения выводов от всей схемы. Отдельные же элементы интегральной микросхемы соединены между собой межэлементными соединениями в виде тонких и узких (несколько микрометров) металлических полос.

На 4.26, а изображена структура мощного МДП-транзистора, изготовленного методом двойной диффузии, —

Реже изготовляют биполярный транзистор симметричной конструкции ( 5.2, б). Электрические характеристики симметричного транзистора сохраняются при взаимной замене в схеме выводов эмиттера и коллектора. Конструкция биполярного транзистора, изготовленного по диффузионной технологии с точечными р—л-переходами, не отличается от рассмотренной конструкции сплавного транзистора, однако его электрические параметры существенно отличаются вследствие малых токов и емкости переходов.

TMOS «Motorola", а Структура МДП-транзистора, изготовленного методом также гексагональные двойной диффузии (ДМДП-транзистор)

ный транзистор с изолированным затвором — IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Название IGBT на сегодняшний день является общепринятым термином для транзистора, изготовленного по комбинированной монолитной технологии. Хотя на первом этапе, так же как и для МДП-транзисторов, употреблялись различные наименования: COMFET (RCA), GEMFET (Motorola) и др. Первое поколение IGBT по плотности тока в 20 раз превосходило МДП и в 5 раз биполярные транзисторы, хотя имело относительно высокое время выключения 1О...2Омкс. Совершенствование технологии управления временем жизни неосновных носителей повысило быстродействие IGBT до 200 . .300 не. К концу 80-х годов были разработаны приборы второго поколения как дискретного, так и модульного типов на токи от десятков до сотен ампер с напряжением блокировки до 1200 В. Их универсальные характеристики, сочетающие лучшие свойства полевых и биполярных ключей, наметили серьезную тенденцию к полному вытеснению биполярных транзисторов. Выпуск последних все более сокращается и ориентируется на специальное применение в конкретных электронных устройствах.

4.15. Ток утечки МОП-транзистора, изготовленного по КНС-тех-нологии (канал n-типа, W=50mkm, L=50 мкм, VD=5 В): 1—после эпитаксиального наращивания