Транзисторные структуры

Отражено современное состояние техники электропитания. Рассмотрены неуправляемые и управляемые выпрямители LC, RC и транзисторные сглаживающие фильтры, ламповые и транзисторные стабилизаторы напряжения и тока, электромагнитные стабилизаторы напряжения переменного тока, преобразователи напряжения, химические источники тока.

VIII.6. ТРАНЗИСТОРНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

VIII.14. Транзисторные стабилизаторы напряжения:

Если выходная мощность транзисторных стабилизаторов обычно не превышает 100—200 Вт, то мощность магнитно-транзисторных стабилизаторов с глубокими пределами регулирования достигает 1000—2000 Вт. Хотя магнитно-транзисторные стабилизаторы дороже транзисторных и состоят из большого количества элементов, но тем не менее они более надежны, так как их оконечная ступень работает в облегченном режиме.

VIII.6. Транзисторные стабилизаторы напряжения ...... 230

Для питания различной полупроводниковой аппаратуры в настоящее время широко применяются транзисторные стабилизаторы компенсационного типа, которые принципиально не отличаются от электронных стабилизаторов. Основное различие между ними заключается в том, что в полупроводниковых стабилизаторах вместо электронных ламп используются транзисторы.

Транзисторные стабилизаторы по сравнению с электронными обладают более высоким к. п. д. благодаря меньшему падению напряжения на регулирующем элементе и отсутствию накаль-ных цепей, а также имеют более высокую надежность из-за большего срока службы полупроводниковых приборов по сравнению с электронными.

31. Назаров С. В. Транзисторные стабилизаторы напряжения.— М. : Энергия, 1980.— 96 с.

5.2.3. ТРАНЗИСТОРНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Здесь рассматриваются транзисторные стабилизаторы и стабилизированные преобразователи постоянного напряжения, используемые в блоках питания электронной и радиоаппаратуры, когда первичным источником энергии является сеть переменного тока с напряжением 220 или 380 В, аккумуляторная батарея или бортовая сеть постоянного тока (на подвижных объектах) с напряжением 24, 48, 60, НО или 220 В [5.8, 5.9, 5.33, 5.38, 5.39].

5.2.3. Транзисторные стабилизаторы напряжения . . . 290

Транзисторные структуры аналоговых ИМС можно условно разделить на две группы: малосигнальные, предназначенные для построения входных каскадов, и выходные, работающие при большой плотности тока. Сравнительные типовые параметры их приведены в табл. 2 [491.

Трудоемкость изготовления ИМС, содержащих диодные или транзисторные структуры, практически одинакова. Поэтому коллекторный или эмиттерный р — л-переходы транзисторных структур часто используются как диоды. Могут использоваться и одиночные р — п-переходы, но и в этом случае они образуются одновременно с диффузией в область базы транзисторов (коллекторный переход) или в область эмиттера (эмиттерный переход). На 1.8 одновременно со структурой интегрального транзистора приведена схема эквивалентных «диодов» вместе с паразитными сопротивлениями.

рования низкоомных, так называемых, скрытых слоев, уменьшающих сопротивление коллектора транзистора. Планарно - эпитаксиаль-ная структура является универсальной и позволяет реализовать различные компоненты (все транзисторные структуры, описанные ранее). Кроме того, структура дает возможность создать многоэмиттерный транзистор, диоды Шот-ки, n-p-n-транзистор с коллекторным р-п-пере-ходом, шунтированным ДШ, и другие элементы ИМС.

Номинальные значения емкостей диффузионных конденсаторов лежат в пределах от 3—5 до 4000—5000 пФ. Конденсаторы с номинальными значениями емкостей до нескольких тысяч пикофарад, реализуемые на основе p-n-переходов, изготовляют с помощью специальных режимов диффузии, в результате чего получаются короткозамкнутые транзисторные структуры, занимающие большую площадь подложки. Важнейший недостаток конденсаторов полупроводниковых ИМС, выполняемых на обратно смещенных р-п-переходах, — зависимость их емкости от изменений напряжений на переходе. Эта зависимость может привести к значительной модуляции емкости, уменьшить которую можно только путем такого обратного смещения перехода, которое намного превышало бы амплитуду напряжения сигнала, поступающего на конденсатор. Однако увеличение обратного напряжения уменьшает номинальное значение емкости конденса-

Если на все входы многоэмиттерного транзистора поданы напряжения, соответствующие уровню логической «1» (t/вх), то эмиттеры входного транзистора не получат открывающего тока смещения (нет достаточной разности потенциалов). При этом ток, задаваемый в базу многоэмиттерного транзистора через резистор /?, проходит от источника ии.„ в цепь коллектора /к, смещенного в прямом направлении, и далее в базу транзистора 7Y Транзистор Т-2 при этом находится в режиме насыщения и напряжение на выходе схемы соответствует уровню логического «О» (t/вых). Все транзисторные структуры многоэмиттерного транзистора находятся в этом случае в инверсном активном режиме, так как их коллекторные переходы смещены в прямом направлении, а эмиттерные — в обратном. Когда на один из входов многоэмиттерного транзистора будет подан сигнал «О» (i/вых), соответствующий переход база — эмиттер многоэмиттерного транзистора сместится в прямом направлении. Ток, задаваемый в его базу через резистор R\, проходит в цепь этого эмиттера. При этом коллекторный ток многоэмиттерного транзи-

Конструктивные методы улучшения параметров транзисторов. Супер-бета транзисторы. Для получения транзисторов с повышенным значением коэффициента усиления Р создаются специальные транзисторные структуры, которые называются <супер-бета транзисторами. Обычно значение р = 150 -f- 250 для вертикальных п — р — п транзисторов достигается при ширине базы

56. Перечислите основные транзисторные структуры полупроводниковых микросхем, для создания которых применяются: а) эпитак-сия, б) окисление через маску, в) ионное легирование.

Каждый элемент ИС выполнен нераздельно от общей схемы и не может быть выделен как самостоятельное изделие с точки зрения требований к нему по испытаниям, приемке и эксплуатации как к дискретному элементу. В отличие от дискретных элементов, которые включают три группы (пассивные, преобразующие и активные), элементы ИС принято делить на две группы — пассивные и активные. К активным элементам ИС относят полупроводниковые диоды и транзисторы. Все остальные элементы (резисторы, конденсаторы и т. д.) относят к пассивным элементам ИС. В микросхемах роль преобразующих элементов (диодов) часто выполняют транзисторные структуры, в связи с этим становится понятным деление элементов ИС на две группы, а не на три (см. § 1.1).

В ИМС используют планарные и мезапланарные транзисторные структуры. Так как технологические циклы изготовления элементов с изоляцией p-n-переходом и диэлектрической пленкой несколько отличаются, рассмотрим эти циклы в отдельности. 10

Интегральные микросхемы с диэлектрической изоляцией по многим параметрам превосходят микросхемы с изоляцией р-п-переходом. При изоляции поликристаллическим кремнием не образуются паразитные транзисторные структуры, влияние которых в ряде случаев оказывается существенным. При изопланарной и анизотропной изоляциях рабочие транзисторы изолируются от подложки р-п-переходом, который возникает между скрытым коллекторным слоем и подложкой. При этом из-за взаимодействия базовых областей транзисторов и скрытых слоев с подложкой образуются паразитные транзисторы. Однако эти транзисторы обладают сравнительно малым коэффициентом передачи тока, так как сильно легированный скрытый слой, являющийся базой паразитного транзистора, обладает низкими инжек-ционными свойствами, малым временем жизни носителей и большим временем пролета. При диэлектрической изоляции заметно уменьшаются токи утечки на подложку и паразитные емкости. Так, например, ток утечки для окисла толщиной 3 мкм составляет 60 нА/см2

Основные элементы современных ИМС — это транзисторные структуры, которые широко применяются в монолитных и гибридных ИМС в качестве не только активных, но и пассивных (диоды, резисторы, конденсаторы) элементов. Поэтому разработка ИМС неизбежно связана с анализом и расчетом транзисторных структур. Для этой цели обычно используют физические модели транзисторных структур, описываемых приближенными уравнениями, так как решение инженерных задач на основе известных дифференциальных уравнений, характеризующих процессы в полупроводниковых кристаллах, приводит к громоздким результатам.