Bipoláris technológia Mizsei János Hodossy Sándor BME-EET 2006-2013 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: különlegességek 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