Транзисторного генератора

7.З. Технологическая схема получения транзисторной структуры по планарно-эпйтаксиальной технологии:

принято считать полупроводниковые ИМС с компонентами, выполненными на основе БТ. Активными компонентами в биполярных ИМС являются транзисторы, в основном, типа п-р-п, а пассивными — элементы транзисторной структуры: диодами и конденсаторами — эмиттерный и коллекторный /7-п-переходы и переходы металл—полупроводник (диоды Шотки); резисторами — диффузионные или эпитаксиаль-ные коллекторные области. Как правило, компоненты биполярных ИМС электрически изолированы от полупроводниковой подложки и между собой с помощью дополнительных конструктивных элементов; они объединены в функциональную схему путем металлизации внутрисхемных соединений. Использование металлизации для соединения компонентов биполярной ИМС является принципиально необходимым, поскольку соединяемые области. имеют различный тип электропроводности (электронный и дырочный). Для изоляции компонентов используются обратносмещенные р-п-переходы, диэлектрические области или их комбинации.

Дальнейшее усовершенствование структуры ИМС шло по пути использования эпитаксиальных пленок. Одним из технологических методов, близких по технической сущности к методу тройной диффузии, является метод двойной диффузии. Метод базируется на диффузии из скрытого сильнолегированного слоя в процессе наращивания эпитаксиальной пленки. Диффузией из скрытого слоя формируется изолированная область, аналогичная полученной по методу тройной диффузии. На 3.4 показана транзисторная структура на различных этапах ТП. Данный метод изоляции позволяет устранить ряд недостатков транзисторной структуры, выполненной по методу тройной диффузии, обусловленных высоким сопротивлением коллекторной области.

З.4. Последовательность формирования транзисторной структуры в эпи-таксиальной пленке

конструктивное выполнение генератора тока является оптимальным. Генератор тока может быть реализован также в виде вертикальной транзисторной структуры (с инжектором-подложкой), в виде облучаемого р-п-пере-хода, в частности /7-л-перехода затвор — исток переключательного транзистора. При синтезе структуры ИПЛ-элемента осуществлено совмещение коллекторной

Статистический метод. В основу методики расчета надежности полупроводниковых ИМС на основе статистического метода положены те же допущения, что и при расчете гибридных ИМС. При этом учитывается, что резисторы и конденсаторы формируются на базе транзисторной структуры, т. е. с помощью прямых и обратно смещенных р-л-переходов. Поэтому интенсивность их отказов принимается такой же, что и у диодов. В качестве компонентов ненадежности полупроводниковых ИМС при данном расчете используют элементы структуры и конструкции ИМС ( 3.5): транзисторные / и диодные 2 р-л-переходы, внутрисхемные соединения 3 и выводы корпуса 4.

В основе наиболее распространенного способа изготовления диффузионных резисторов лежит использование базового или эмиттерного слоя транзисторной структуры. В первом случае получают высокоомные резисторы, во втором — низкоомные, так как базовый слой имеет значительно меньшую концентрацию основных носителей, чем эмиттерный.

Диффузионный резистор на основе базового р-слоя транзисторной структуры показан на 3.5, а. Резистор отделен от других элементов не менее чем двумя p-n-переходами, включенными встречно. При этом при любой полярности приложенного напряжения система встречно включенных р-и-переходов будет заперта.

Номенклатура показателей РЭС, их количественные и качественные значения изменялись с развитием элементной базы. Такие показатели, как сложность РЭС (число элементов), масса, габариты, надежность, стоимость, энергопотребление, были актуальны для всех поколений Однако количественные значения этих показателей непрерывно изменялись в сторону снижения массы, габаритов, стоимости и в сторону увеличения сложности и надежности. Для РЭС на дискретных элементах важнейшим показателем качества являлось число электровакуумных приборов, имевших низкую надежность, большие габариты, потребляемую мощность, стоимость. Поэтому число активных элементов старались уменьшить. При использовании элементов в интегральном исполнении (в составе ИС) в ряде случаев избыточность активных элементов полезна. Например, при использовании транзисторной структуры в качестве диодов или резисторов уменьшается площадь последних, а увеличение числа адресных формирователей в полупроводниковой памяти позволяет увеличить быстродействие (благодаря укорочению линий выборки) и повысить выход годных устройств памяти (в результате исключения неисправных регистров).

В некоторых случаях можно использовать упрощенные физические эквивалентные схемы. В частности, они пригодны для решения широкого круга линейных задач, связанных с расчетом малых переменных сигналов. Одна из упрощенных эквивалентных схем представлена на 2.6. Она построена на основе анализа физических процессов, протекающих в рабочих областях транзисторной структуры, и содержит следующие параметры:

параметров рассмотрим важнейшие физические процессы, протекающие в транзисторной структуре при смещении р-я-переходов. В нормальном режиме работы транзистора на один из его р-я-пе-реходов со стороны эмиттера подается прямое напряжение смещения, а на другой со стороны коллектора — обратное, как показано на 2.7, на котором изображена идеализированная структура транзистора типа я-р-я, не содержащая пассивных областей. При рассмотрении принципа работы транзистора и выводе основных соотношений будем предполагать, что неосновные носители заряда распространяются в активных областях транзисторной структуры только под действием градиента их концентрации.

Частота колебаний транзисторного генератора, например с емкостной связью ( 5-23, г), может быть найдена на основе схемы замещения генератора, показанной на 5-24. Для этой схемы записывается система уравнений (в комплексной форме). Условием возникновения незатухающих колебаний является равенство нулю определителя системы. Отделив действительную и мнимую части, найдем частоту колебаний и зависимость между параметрами автоколебательной системы (задача 5-6).

9.6. Определить, насколько частота колебаний транзисторного генератора отклоняется от резонансной частоты контура ( 9.1, а), если аргумент комплексной крутизны cps = 25°. Параметры контура: 1 = 80 мкГ, С=320 пФ, (2 = 50. Влиянием выходного сопротивления транзистора пренебречь.

Интегрирующая пассивная цепь (см. 2.3, «)—• составная часть активных генераторов линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), обеспечивающих приемлемую линейность выходного напряжения при ?/м>?"йх. Схема простейшего транзисторного генератора линейно возрастающего напряжения (а) и временные диаграммы ее входного и выходного напряжений (о) приведены па 6.24.

На 7.14, а приведена трехточечная схема транзисторного генератора с общим эмиттером (в схеме не указан разделительный конденсатор Cpi между базой транзистора и колебательным контуром), а" на 7.14, б — с общей ба'зТэиТ)

7.14. Трехточечная схема транзисторного генератора с общим эмиттером (а) и с общей базой (б)

Недостатком схемы транзисторного генератора является большое время паузы, равное обычно времени т.р, однако в некоторых случаях этот недостаток не существен.

Требования к стабильности частоты генератора в приборах, работающих с датчиками прямого преобразования, как правило, не являются жесткими, и в специальных мерах стабилизации частоты генераторы таких приборов не нуждаются. Исключение составляют приборы с частотными, временными и фазовыми датчиками. В этих случаях приходится стабилизировать частоту опорного генератора. В качестве стабилизирующего элемента чаще всего применяются камертонные или кварцевые резонаторы. На 18-6 приведена схема стабилизированного кнарцем простого транзисторного генератора. Нестабильность частоты такого генератора обусловливается нестабильностью кварцевого резонатора, которая для частот 1 —10 кгц составляет 10—4, а для диапазона частот 20 кгц—1 Мгц равна 10~5.

Частота колебаний транзисторного генератора, например с емкостной связью ( 5-23,г), может быть найдена на основе схемы замещения генератора, показанной на 5-24. Для этой схемы записывается система уравнений (в комплексной форме). Условием возникновения незатухающих колебаний является равенство нулю определителя системы. Отделив действительную и мнимую части, найдем частоту колебаний и зависимость между параметрами автоколебательной системы (задача 5-6).

Схема транзисторного генератора с параллельным питанием и секционированной емкостью контура (так называемая «емкостная трехточка») приведена на 7.4. Начальный режим транзистора в этой схеме задается делителем в цепи базы Ri,
Схема транзисторного генератора с варикапом изображена на 8.7. Параллельно контуру LC через большую разделительную емкость Ср подключена емкость закрытого р-п перехода диода Д (варикап). Запирающее варикап напряжение равно разности на-

8.12. Схема транзисторного генератора развертки.