5.4. Методы получения транзисторов.

P-n-переходы транзисторов получают методами сплавления, диффузии, эпитаксии, выращивания.

Планарные переходы получили свое название потому, что p-n-переходы диодных или транзисторных структур и контакты по всем областям расположены на одной плоскости полупроводникового кристалла.

Последовательность основных технологических этапов получения диффузионных транзисторов n-p-n-типа планарного типа следующая:

1.

— исходная пластина n-типа, коллектор

2.

— диффузия бора, создающая участок p-типа, база

3.

— диффузия фосфором, создающая участок n-типа, эмиттер

3. — создание омических контактов

4. Резка пластины на кристаллы

5. Напайка (наклейка) кристалла на основание корпуса

6.

Разварка внутренних выводов, соединяющих участки кристалла с траверсами корпуса.

7. Герметизация корпуса

8. Контроль электрических параметров.

Проведение диффузионных процессов происходит с использованием процессов фотолитографии.

Контрольные вопросы:

1. Что называется транзистором?

2. Какие типы транзисторов Вы знаете?

3. Нарисуйте структуру биполярного плоскостного транзистора.

4. Чем отличаются транзисторы p-n-p и n-p-n типов?

5. Какие требования необходимо соблюдать в биполярных плоскостных транзисторах?

6. Нарисуйте структуру полевого транзистора с одним управляющим p-n-переходом.

7. Нарисуйте структуру полевого транзистора с двумя управляющими p-n-переходами.

8. Расскажите о принципе работы полевого транзистора.

9. Нарисуйте разрез структуры МДП-транзистора со встроенным каналом.

10. Нарисуйте разрез структуры МДП-транзистора с индуцированным каналом.

11. Расскажите о принципе работы МДП-транзистора.

12. Что такое планарные переходы?

13. Какова последовательность основных технологических этапов получения диффузионного планарного транзистора?

Глава 6. Интегральные схемы.

6.1. Общие понятия.

Блоки и узлы радиоэлектронной аппаратуры на втором этапе развития электронной техники (после электронных ламп) строились на полупроводниковых приборах. Но возникла мысль, а можно ли отдельные блоки и узлы создать в одном корпусе на одной подложке или в одном кристалле полупроводника. Эта идея начала реализовываться в мировой промышленности с конца шестидесятых годов.

Интегральная схема (ИС) — это конструктивно законченное изделие электронной техники, выполняющее определенную функцию, и содержащее совокупность транзисторов, полупроводниковых диодов, резисторов, конденсаторов и других элементов, электрически соединенных между собой.

Теория, методы расчета и технология изготовления ИС составляют основное содержание микроэлектроники.

По технологии изготовления различают полупроводниковые (т. е. монолитные), пленочные и гибридные ИС.

В полупроводниковой ИС все элементы и межэлементные соединения выполнены в объеме и на поверхности полупроводника, обычно кремния. Как правило, для полупроводниковых ИС характерно создание всех элементов одновременно в ходе единого технологического цикла.

В пленочных ИС все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде проводящих, диэлектрических и резистивных пленок (слоев) на подложке. Такие ИС содержат, как правило, только пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, межсоединения). Вариантами пленочных ИС являются тонкопленочные с толщиной пленок 1 .3 мкм и менее и толстопленочные с толщиной пленок свыше 3 .5 мкм. Деление пленочных ИС обусловлено не столько толщиной пленок, сколько методом их нанесения в процессе создания пассивных элементов.

Пассивные элементы тонкопленочных схем наносят на подложку преимущественно с использованием термовакуумного распыления и катодного осаждения, а пассивны элементы толстопленочных схем получают нанесением и вжиганием проводящих и резистивных паст.

Наряду с полупроводниковой и пленочной широко используется гибридная технология, в которой сочетаются тонкопленочные или пассивные толстопленочные элементы с полупроводниковыми активными, называемыми компонентами гибридной схемы. Частным случаем гибридной ИС является многокристальная ИС, содержащая в качестве компонентов несколько бескорпусных полупроводниковых схем на одной подложке. Наиболее распространены в настоящее время полупроводниковые и гибридные ИС.

Число элементов в данной ИС характеризует ее степень интеграции. В соответствии со степенью интеграции все ИС условно делят на малые (МИС — до 102 элементов на кристалл), средние (СИС — до 103), большие (БИС — до 104), сверхбольшие (СБИС — до 106), ультрабольшие (УБИС — до 109) и гигабольшие (ГБИС — более 109 элементов на кристалл). Иногда степень интеграции определяют величиной k=lgN, где N — число элементов, входящих в ИС, а значение k определяется до ближайшего целого числа в сторону увеличения. Например, ИС первой степени интеграции (k = l) содержит до 10 элементов, второй степени интеграции (k = 2) — свыше 10 до 100, третьей степени интеграции (k = 3) — свыше 100 до 1000 и т. д.

При всем своем многообразии ИС по функциональному назначению делятся на два основных класса — аналоговые (частный случай — линейные) и цифровые. Аналоговые ИС предназначены для усиления, ограничения, частотной фильтрации, сравнения и переключения сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции.

Цифровые ИС предназначены для преобразования (обработки) сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции (например, выраженных в двоичном или другом цифровом коде). Цифровые ИС представляют собой множество транзисторных ключей, обладающих двумя устойчивыми состояниями (разомкнутым и замкнутым).

Основным видом цифровых схем являются логические ИС, выполняющие одну или несколько логических функций, простейшими из которых реализуются такие функции, как «И», «ИЛИ», «НЕ» и др.

Полупроводниковые ИС по конструктивно-технологическому принципу бывают биполярные, т. е. использующие биполярные транзисторы, и МДП, т. е. построенные на МДП-транзисторах. Кристаллом ИС называется структура, содержащая элементы, межэлементные соединения и контактные площадки (металлизированные участки, служащие для присоединения внешних выводов). В большинстве полупроводниковых ИС элементы располагаются в тонком (толщина 0,5 . 10 мкм) приповерхностном слое полупроводника. Так как удельное сопротивление полупроводника невелико (1 .10 Ом), а элементы должны быть изолированы друг от друга, необходимы специальные изолирующие области.

Составной биполярный транзистор (транзистор Дарлингтона), что собой представляет, какими особенностями обладает | ЭлектроХобби

12. 08.2022

В начале кратко стоит рассказать о биполярном транзисторе. Данный электронный компонент представляет собой полупроводниковый триод, главной спецификой которого является способность усиливать электрический ток. Управление токами большой величины происходит по средствам протекание небольших токов через управляющий p-n переход биполярного транзистора. Изображение схематического обозначения показано ниже на рисунке.

Схематическое изображение биполярного транзистора и его подключения

На картинке мы видим, что если мы будем пропускать через управляющий переход транзистора (база-эмиттерный переход) ток величиной 1 миллиампер, то в силовой части биполярного транзистора (это переход коллектор-эмиттер) мы получим силу тока уже 0,1 ампер (100 мА). Это значит, что коэффициент усиления у такого транзистора равен 100. Это один из основных параметров биполярного транзистора. Этот коэффициент усиления по току обычно обозначается как hFE или h31. У транзисторов малой мощности этот коэффициент усиления может быть около 500 (в среднем). У биполярных транзисторов, рассчитанных на большую мощность, он меньше и равен примерно 40. В случае, когда нужно получить еще большее усиление по силе тока, то уже в это случае применяют составные транзисторы, которые также носят называние транзисторы Дарлингтона.

Внешний вид целостного и спаянного составного транзистора Дарлингтона

Смысл составного транзистора заключается в том, что происходит соединение нескольких транзисторов (одинарных) по следующей схеме.

Протекание базового и коллекторного тока в схеме с составным транзистором

В результате подобного схематического соединения транзисторов мы получаем возможность иметь более высокое усиление по току. Сами же коэффициенты усиления каждого транзистора, что входит в состав составного, перемножаются. Когда мы возьмем транзисторы с изначально малым h31, допустим пусть у первого будет равен 50, а у второго компонента 20, то при общей их работе в схеме Дарлингтона они способны выдать совместный коэффициент усиления уже аж 1000.

Составные транзисторы можно делать своими руками, собирая их из нескольких компонентов. А можно покупать в цельном корпусе, готовые сборки. Кроме этого стоит учитывать такой момент – большой коэффициент усиления имеют транзисторы малой мощности. Допустим, у таких биполярных транзисторов как КТ3102 коэффициент усиления может доходит до 1000. Их мощность при этом всего до 250 мВт. Если взять транзисторы по мощнее, такие как КТ815, у которых h31 не выше 20-40. То мощность рассеивания у них уже до 10 Вт. Другими словами говоря, чем транзистор будет мощнее, тем хуже он может усиливать.

Когда мы возьмем один биполярный транзистор малой мощности, но с большим коэффициентом усиления, и один транзистор большей мощности (но при этом с небольшим h31), то после их соединения в один транзистор Дарлингтона можно получить и большую мощность и высокий коэффициент усиления. И это большой плюс данных схем. Во многих случаях схемы составных транзисторов имеют не больше двух элементов. И это является наиболее оптимальным вариантом для использования на практике. Хотя, когда нам нужно получить очень высокий коэффициент усиления по току могут соединяться и 3 и 4 транзистора. Больше 5 уже не ставят в схему, так как из-за сверх чувствительности выходной транзистор сразу при включении входит в режим полного насыщения.

Как и у любых других схем составной транзистор обладает и своими определенными недостатками. В статическом режиме схема Дарлингтона работает нормально, имея один явный недостаток – происходит суммирование падений напряжения база-эмиттерных переходов биполярных транзисторов, входящих в состав схемы Дарлингтона.

Суммирование падений напряжения база-эмиттер на составном транзисторе

Кремниевые биполярные транзисторы на своем управляющем p-n переходе имеют типичное падение напряжения, равное 0,6 вольт. Так как все база-эмиттерные переходы всех транзисторов в этой схеме включены друг за другом (последовательно), то и их падения напряжения просто сложатся. Если составной транзистор содержит 2 транзистора, то падение напряжения будет составлять от 1,2 вольта. Стоит учитывать, что с увеличением рабочего тока это падение на управляющем переходе транзистора может увеличиваться. Если же мы в составной транзистор поставим 3 транзистора, то и это падение напряжения уже будет от 1,8V.

Что касается динамического режима работы схемы Дарлингтона, то тут недостатков будет побольше. Дело в том, что составные транзисторы не способны нормально функционировать на высоких частотах. Если в этой схеме мы имеем перемножение коэффициентов усиления, то вот быстродействие будет, наоборот, уменьшаться. Это связано с тем, что после снятия питания с управляющего перехода транзистора начинает происходить постепенное рассасывание неосновных носителей электрического заряда. В свою очередь это увеличивает время перехода биполярного транзистора в полностью закрытое состояние.

Также у транзисторов Дарлингтона имеется ощутимое падение напряжения между коллектором и эмиттером, когда компонент полностью открыт (состояние насыщения). У составных транзисторов малой мощности оно равно около 1 вольта, а у более мощных компонентов может достигать и 2 вольта. Так что эту схему составного транзистора стоит применять с умом, там, где ее использование целесообразно и уместно.

Составной транзистор спаянный из двух биполярных КТ315 и КТ815

дарлингтонасхемасоставнойтранзисторбиполярный

Поделиться в социальных сетях

Вам может понравиться

1. Процесс производства полупроводников: Hitachi High-Tech Corporation

Полупроводниковая микросхема представляет собой электрическую цепь с множеством компонентов, таких как транзисторы и проводка, сформированная на полупроводниковой пластине. Электронное устройство, содержащее множество этих компонентов, называется «интегральной схемой (ИС)». Компоновка компонентов наносится на фотошаблон (сетку) с помощью компьютера и проецируется на полупроводниковую пластину в производственных процессах, описанных ниже.

1) обработка пластин

В процессе производства ИС электронные схемы с такими компонентами, как транзисторы, формируются на поверхности кремниевой кристаллической пластины.
Основы формирования ИС

1. На пластину наносится слой тонкой пленки, из которого будут формироваться проводка, транзисторы и другие компоненты (осаждение).
2. Тонкая пленка покрыта фоторезистом. Рисунок схемы фотошаблона (сетки) затем проецируется на фоторезист с использованием технологии фотолитографии.
3. Проявленный фоторезист используется в качестве маски для травления для обработки тонкой пленки в форме проводки и других компонентов.
   См. рис. 2) Внешний и внутренний процессы.

Монокристалл кремния и кремниевые пластины

При этом формируется один слой схемы. Транзисторы формируются на самом нижнем слое. Затем аналогичный процесс повторяется, и множество слоев цепей формируются друг над другом.

Пожалуйста, включите JavaScript в настройках вашего браузера при использовании этого веб-сайта.

Для чтения флэш-файла
на вашем компьютере должен быть установлен Adobe® Flash® Player.

Кремниевая подложка (пластина)

В процессе создания интегральной схемы есть этапы проверки и измерения, чтобы проверить, изготовлены ли шаблоны в соответствии с проектом. При обнаружении дефектов производство будет остановлено для устранения дефектов из процесса и внесения небольших изменений в условия изготовления в целях исправления. На одной пластине изготавливается более сотни полупроводниковых кристаллов. В настоящее время самая большая кремниевая пластина имеет диаметр 300 мм. Производители полупроводников рассматривают кремниевые пластины диаметром 450 мм для использования в будущем.

2) Внешний процесс и внутренний процесс

Полупроводниковые устройства завершаются посредством начального процесса (операция обработки пластины) и конечного процесса (процесс сборки), описанных ниже.
(В последующем описании процесса изготовления элемента очень небольшая площадь поверхности пластины увеличена и показана схематически.)

Готовые полупроводниковые устройства использовались в различных продуктах, таких как персональные компьютеры, смартфоны и автомобили, в повседневной жизни. жизни (см. также «Полупроводники в быту»).

Интерфейсный процесс и внутренний процесс

Страница 1 из 7

• Следующая страница
• Последняя страница

1. Свойства полупроводников
2. Полупроводники в повседневной жизни
3. Кремний полупроводниковый материал
4. История полупроводников
5. Интегральная схема (ИС)
6. Полупроводник
   Силовые устройства и МЭМС

1. Процесс производства полупроводников
2. Полупроводник
   — Метрология и контроль
3. Полупроводник
   — Точность и прецизионность
4. CD-SEM — Что такое критический размер SEM?
5. Система контроля дефектов пластин
6. Обзор SEM
   — Что такое Обзор SEM?
7. Система травления
   — Что такое система травления?

1. Глоссарий

Ссылки по теме

Оборудование для производства полупроводников

Индекс по устройствам: Hitachi High-Tech

Полевое решение

Полупроводниковая комната

Связанная информация

Свяжитесь с нами: Оборудование для производства полупроводников

Свяжитесь с нами

Предыдущая страница

Наверх

Полупроводники, транзисторы и интегральные схемы — интегральные схемы

Открытие полупроводников, изобретение транзисторов и создание интегральной схемы — вот что делает закон Мура — и, соответственно, современную электронику — возможными. До изобретения транзистора наиболее широко используемым элементом в электронике был элемент 9.0116 вакуумная трубка . Инженеры-электрики использовали электронные лампы для усиления электрических сигналов. Но вакуумные лампы имели тенденцию ломаться и выделяли много тепла.

Лаборатории Белла начали искать альтернативу электронным лампам для стабилизации и укрепления растущей национальной телефонной сети в 1930-х годах. В 1945 году лаборатория сконцентрировалась на поиске способа использования полупроводников . Полупроводник — это материал, который может действовать как проводник и изолятор . Проводники — это материалы, которые пропускают электроны — они проводят электричество. Изоляторы имеют атомарную структуру, которая препятствует потоку электронов. Полупроводники могут делать и то, и другое.

Реклама

Электроника работает благодаря управлению потоком электронов. Поиск способа использования уникальной природы полупроводников стал первоочередной задачей для Bell Labs. В 1947 году Джон Бардин и Уолтер Браттейн построили первый работающий транзистор 9.0117 . Транзистор — это устройство, предназначенное для управления потоками электронов — у него есть затвор, который в закрытом состоянии предотвращает прохождение электронов через транзистор. Эта основная идея лежит в основе работы практически всей электроники.

Ранние транзисторы были огромными по сравнению с транзисторами, которые производители производят сегодня. Самый первый был высотой полдюйма (1,3 сантиметра). Но как только инженеры узнали, как построить рабочий транзистор, началась гонка, чтобы сделать их лучше и меньше. Первые несколько лет транзисторы существовали только в научных лабораториях, поскольку инженеры совершенствовали конструкцию.

В 1958 году Джек Килби сделал следующий огромный вклад в мир электроники: интегральную схему . Ранее электрические цепи состояли из ряда отдельных компонентов. Инженеры-электрики собирали каждую деталь, а затем прикрепляли ее к основанию, называемому подложкой .