Пробивное напряжение - переход
Cтраница 4
Среди дефектов, располагающихся в объеме транзисторной структуры и снижающих предельное напряжение, следует отметить неровности или нарушения непрерывности франта вплавления и механические напряжения в полупроводниковом кристалле. Все эти дефекты могут снижать пробивное напряжение переходов, а наличие хотя бы ничтожных по площади несмоченных участков или посторонних включений на внутренней границе перехода вообще не позволит получить более или менее высокие пробивные напряжения. Так как механические напряжения могут сильно снижать пробивное напряжение р-п перехода, в конструкциях мощных сплавных высоковольтных транзисторов важно предусматривать те меры, направленные на снижение механических напряжений, о которых говорилось в гл. [46]
Если ты превысишь этот предел, то потенциальный барьер будет прорван и электроны устремятся вперед лавиной: ток мгновенно станет большим. Это явление аналогично электрическому пр обою изоляции, и напряжение, при котором оно происходит, называют пробивным напряжением р-п перехода. [48]
Для решения этой задачи необходимо получить равномерное распределение плотности тока по всей площади электронно-дырочного перехода, что снизит вероятность возникновения теплового пробоя. Поэтому особое значение приобретает требование к однородности исходного полупроводникового материала, так как микронеоднородности и другие дефекты значительно снижают пробивное напряжение перехода. Дислокации в кремнии являются центрами осаждения примесей. Вдоль дислокаций могут быть повышены коэффициенты диффузии примесей. Скопления дислокаций влияют особенно сильно на диффузию примесей. Поэтому локальному понижению пробивного напряжения способствуют скорее даже не единичные дислокации, а их скопления в исходном полупроводнике. Естественно, что наряду с повышением качества исходных материалов необходимо совершенствовать методы контроля их параметров и свойств. [49]
Для решения этой задачи необходимо получить равномерное распределение плотности тока по всей площади электронно-дырочного перехода, что снизит вероятность теплового пробоя. Поэтому особое значение приобретает требование к качеству исходного полупроводникового материала, так как микронеоднородности и другие дефекты значительно снижают пробивное напряжение перехода. [50]
Очень большое значение для достижения высоких рабочих напряжений в мощных сплавных транзисторах имеет создание необходимых условий на поверхности транзистора. В этих приборах нельзя использовать те средства защиты поверхности, которые применяются в диффузионных транзисторах, так как все эти средства ( защитные пленки окислов или стекол) требуют термообработки при высоких температурах. В то же время от состояния поверхности транзисторной структуры зависит не только ее стабильность, но - и величина пробивного напряжения перехода. [51]
Следует сказать, что на практике пробивные напряжения переходов, как правило, ниже теоретических. Это может быть связано как с наличием дефектов в исходном полупроводнике ( точек с более низким удельным сопротивлением, каких-либо структурных нарушений или выделений в решетке другой фазы, например скоплений атомов кислорода), так и с явлениями поверхностного пробоя. Наличие на поверхности полупроводника вблизи перехода каких-либо загрязнений или участков, где электрическое поле превосходит поле в остальных местах перехода ( например, вследствие резких неровностей поверхности), может значительно снизить пробивное напряжение перехода. Исследования многих авторов показали, что если речь идет не об очень нт-пко-омном материале и не об очень малых по своим размерам переходах, то пробой перехода происходит не по всей площади перехода, а сосредоточивается или по крайней мере начинается в каких-либо отдельных точках. Когда принимаются меры для того, чтобы у выхода границы перехода на поверхность электрическое поле было значительно меньше, чем у р-п перехода внутри полупроводника, то такие точки будут находиться в объеме где-либо вблизи области максимального электрического поля. [52]
К эмиттерному и базовому электроду припаяны то-коотводы из тонкой золотой или серебряной проволоки. За счет высокого качества переходов, образованных диффузией, транзисторы обладают хорошими параметрами, стабильными во времени. Особенности конструкции транзисторов этого типа и малые размеры рабочих областей делают их очень чувствительными к электрическим перегрузкам. Кроме того, пробивные напряжения переходов ( особенно эмиттерного) получаются малыми. [53]
Другим механизмом, увеличивающим эффективность коллектора и коэффициент передачи тока, является лавинный эффект. При большом обратном смещении коллектора поле в области объемного заряда становится достаточно сильным и может сообщать подвижным носителям заряда кинетическую энергию, достаточную для разрыва валентных связей между атомами кристаллической решетки полупроводника. Возникающие в результате такого процесса электроны и дырки также ускоряются электрическим полем до приобретения необходимой кинетической энергии, что приводит к возникновению лавины. Механизм лавинного умножения играет очень важную роль в определении пробивного напряжения переходов. [54]
Рассмотрим в качестве примера транзистор ИМС, элементы которой изолированы обратно смещенными р-п-переходами. Транзистор такой схемы содержит следующие слои: эмиттерный, базовый, коллекторный, эпитаксиальный, а также скрытый высоколегированный. Все эти слои изготовляются на исходном высо-коомном основании полупроводникового материала, обычно кремния. Удельное объемное сопротивление подложки должно быть большим ( 1 - 10 Ом-см), чтобы обеспечить получение высокого пробивного напряжения перехода коллектор - подложка и малую барьерную емкость. Толщину подложки выбирают достаточно большой ( 0 25 - 0 40мм), чтобы она выдерживала механические нагрузки в процессе обработки. [55]
Кроме того, в этой схеме легко осуществить защиту от перегрузки, включив параллельно входу диоды. Диоды имеют нелинейную зависимость сопротивления от напряжения. При малом напряжении их сопротивление велико; с увеличением напряжения сопротивление диодов резко падает, а затем диоды пробиваются и закорачивают вход усилителя. Напряжение пробоя в прямом включении у кремниевых диодов составляет 0 5 - 1 В, поэтому в схеме можно использовать диффузионные транзисторы или интегральные схемы, у которых пробивное напряжение перехода база - эмиттер 1 5 - 3 В. Схема сравнения по напряжению ( рис. 41, а) не имеет защиты от перегрузок, поэтому в ней можно применять транзисторы, предельно допустимое напряжение эмиттер - база которых значительно выше и составляет 10 - 30 В. Для защиты от пробоя в случае применения диффузионных транзисторов в эмиттерные цепи транзисторов 7 и Т2 включают диоды. [56]
Надо отметить, что в настоящее время еще не имеется исчерпывающих данных относительно изменения свойств поверхности полупроводников под воздействием температуры и электрического поля в реальных условиях. Установлено, что в значительной мере эти изменения связаны с загрязнениями поверхности, а также с влиянием на недостаточно защищенную поверхность полупроводниковых структур окружающей среды ( например, атмосферы внутри корпуса прибора. Изучение наносимых на поверхность полупроводника защитных стабилизирующих покрытий, таких как SiOa или Si3N4, показало, что и в этом случае свойства поверхности не остаются стабильными. Среди основных причин, ухудшающих стабильность поверхности полупроводника, защищенной окисной пленкой, следует указать накопление и миграцию положительных зарядов у границы раздела окисел-полупроводник вследствие диффузии ионоз щелочных металлов ( например, натрия), а также образование зарядов вследствие диффузии атомов кислорода в пленке окисла кремния по направлению к наружной поверхности. В литературе рассматриваются различные методы снижения нестабильности на границе раздела окисел - полупроводник. В то же время очевидно, что с увеличением рабочего напряжения все явления типа поверхностного дрейфа ионов или других заряженных состояний усиливаются, причем направление изменений параметров переходов при подобном дрейфе такое, что пробивное напряжение переходов снижается, а обратные токи ( утечки) возрастают. [57]
В результате напряжение смещения, приложенное между эмиттерным и базовым выводами транзистора, в центральной части эмиттерного перехода меньше, чем по кромкам эмиттера, расположенным близко к правому и левому выводам базы. Коэффициент инжекции эмиттера быстро спадает в направлении от края к центру эмиттера. Поэтому практически почти весь эмиттерный ток оттесняется к кромкам эмиттерного перехода. Как следствие эффекта оттеснения максимальное значение эмиттерного тока оказывается пропорциональным не площади эмиттера, а его периметру. Сопротивление коллектора гк определяется удельным сопротивлением материала коллекторной области и зависит от конструкции транзистора. В транзисторах со скрытым п - слоем сопротивление в цепи вывода коллектора может быть существенно уменьшено, однако в таких транзисторах для формирования коллекторной области используется значительно более высокоомный кремний, что необходимо для уменьшения паразитных емкостей коллектора относительно базы и подложки и увеличения пробивного напряжения перехода коллектор - база. Удельное сопротивление скрытого слоя лежит в пределах 5 - 20 Ом / квадрат. [58]
Страницы: 1 2 3 4