集成NPN的結(jié)構(gòu)與寄生效應(yīng)
發(fā)布時(shí)間:2008/6/3 0:00:00 訪問次數(shù):1402
為了在一個(gè)基片上制造出多個(gè)器件,必須采用隔離措施,pn結(jié)隔離是一種常用的工藝。在pn結(jié)隔離工藝中,典型npn集成晶體管的結(jié)構(gòu)是四層三結(jié)構(gòu),即npn管的高濃度n型擴(kuò)散發(fā)射區(qū)-npn管的p型擴(kuò)散基區(qū)-n型外延層(npn管的集電區(qū))-p型襯底四層,以及四層之間的三個(gè)pn結(jié)這樣的工藝結(jié)構(gòu)。
pn結(jié)隔離
pn結(jié)隔離是利用反向pn結(jié)的大電阻特性實(shí)現(xiàn)集成電路中各元器件間電性隔離方法。常規(guī)pn結(jié)隔離在工藝上是通過隔離擴(kuò)散擴(kuò)穿外延層而與p襯底連通上實(shí)現(xiàn)的,(或稱各隔離墻均有效);應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是,采用常規(guī)pn結(jié)隔離工藝制造的集成電路在使用時(shí)必須在電性能給予保證,即p襯底連接電路最低電位(保證隔離pn結(jié)二極管處于反向偏置)。
集成npn管的有源寄生效應(yīng)
四層三結(jié)結(jié)構(gòu) :典型集成晶體管的四層三結(jié)結(jié)構(gòu)--指npn管的高濃度n型擴(kuò)散發(fā)射區(qū)n+-npn管的p型擴(kuò)散基區(qū)-n型外延層(npn管的集電區(qū))nepi ( epitaxial 外延的)-p型襯底四層p-si ,以及四層之間的三個(gè)pn結(jié)這樣的工藝結(jié)構(gòu)eb( emitter—base )結(jié) 、bc( base-collector )結(jié)、 cs結(jié)( collector-substrate ) 。
寄生pnp管處于放大區(qū)的三個(gè)條件:
(1) eb結(jié)正偏(即npn管的bc 結(jié)正偏)
(2) bc結(jié)反偏(即npn管的cs 結(jié)反偏)
(3) 具有一定的電流放大能力(一般 pnp=1~3)
其中,條件(2)永遠(yuǎn)成立,因?yàn)閜n結(jié)隔離就是要求襯底p+隔離環(huán)接到最低電位。條件(3)一般也很容易達(dá)到。條件(1)能否滿足則取決于npn管的工作狀態(tài)。
(2)可采用外延層摻金工藝,引入深能級(jí)雜質(zhì),降低少子壽命,從而降低 。摻金工藝是在npn管集電區(qū)摻金(相當(dāng)于在pnp管基區(qū)摻金)。摻金的作用,使pnp管基區(qū)中高復(fù)合中心數(shù)增加,少數(shù)載流子在基區(qū)復(fù)合加劇,由于非平衡少數(shù)載流子不可能到達(dá)集電區(qū)從而使寄生pnp管電流放大系數(shù)大大降低。
(3)還應(yīng)注意,npn管基區(qū)側(cè)壁到p+隔離環(huán)之間也會(huì)形成橫向pnp管,必須使npn管基區(qū)外側(cè)和隔離框保持足夠距離。
集成電路中的無源寄生將影響集成電路的瞬態(tài)特性,而無源寄生元件主要是寄生結(jié)電容。pn結(jié)電容的大小與結(jié)的結(jié)構(gòu)和所處的狀態(tài)有關(guān),即與pn結(jié)上所加的偏壓有關(guān);與pn結(jié)的面積有關(guān),在pn結(jié)的面積計(jì)算時(shí),注意其側(cè)面積為四分之一圓柱面積,這是由于擴(kuò)散形成電性區(qū)時(shí)存在橫向擴(kuò)散所致;且與pn結(jié)面是側(cè)面還是底面有關(guān)。因此,在考慮計(jì)算寄生結(jié)電容時(shí),必須和pn 結(jié)的實(shí)際結(jié)構(gòu)結(jié)合起來,還必須和pn 結(jié)在某個(gè)瞬態(tài)過程中實(shí)際電性狀態(tài)變化結(jié)合起來。
介質(zhì)隔離-使用絕緣介質(zhì)取代反向pn結(jié),實(shí)現(xiàn)集成電路中各元器件間電性隔離方法。
等平面隔離工藝是一種混合隔離工藝,在實(shí)現(xiàn)集成電路中各元器件間電性隔離時(shí),既使用了反向pn結(jié)的大電阻特性,又使用了絕緣介質(zhì)電性絕緣性質(zhì)的方法。
為了在一個(gè)基片上制造出多個(gè)器件,必須采用隔離措施,pn結(jié)隔離是一種常用的工藝。在pn結(jié)隔離工藝中,典型npn集成晶體管的結(jié)構(gòu)是四層三結(jié)構(gòu),即npn管的高濃度n型擴(kuò)散發(fā)射區(qū)-npn管的p型擴(kuò)散基區(qū)-n型外延層(npn管的集電區(qū))-p型襯底四層,以及四層之間的三個(gè)pn結(jié)這樣的工藝結(jié)構(gòu)。
pn結(jié)隔離
pn結(jié)隔離是利用反向pn結(jié)的大電阻特性實(shí)現(xiàn)集成電路中各元器件間電性隔離方法。常規(guī)pn結(jié)隔離在工藝上是通過隔離擴(kuò)散擴(kuò)穿外延層而與p襯底連通上實(shí)現(xiàn)的,(或稱各隔離墻均有效);應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是,采用常規(guī)pn結(jié)隔離工藝制造的集成電路在使用時(shí)必須在電性能給予保證,即p襯底連接電路最低電位(保證隔離pn結(jié)二極管處于反向偏置)。
集成npn管的有源寄生效應(yīng)
四層三結(jié)結(jié)構(gòu) :典型集成晶體管的四層三結(jié)結(jié)構(gòu)--指npn管的高濃度n型擴(kuò)散發(fā)射區(qū)n+-npn管的p型擴(kuò)散基區(qū)-n型外延層(npn管的集電區(qū))nepi ( epitaxial 外延的)-p型襯底四層p-si ,以及四層之間的三個(gè)pn結(jié)這樣的工藝結(jié)構(gòu)eb( emitter—base )結(jié) 、bc( base-collector )結(jié)、 cs結(jié)( collector-substrate ) 。
寄生pnp管處于放大區(qū)的三個(gè)條件:
(1) eb結(jié)正偏(即npn管的bc 結(jié)正偏)
(2) bc結(jié)反偏(即npn管的cs 結(jié)反偏)
(3) 具有一定的電流放大能力(一般 pnp=1~3)
其中,條件(2)永遠(yuǎn)成立,因?yàn)閜n結(jié)隔離就是要求襯底p+隔離環(huán)接到最低電位。條件(3)一般也很容易達(dá)到。條件(1)能否滿足則取決于npn管的工作狀態(tài)。
(2)可采用外延層摻金工藝,引入深能級(jí)雜質(zhì),降低少子壽命,從而降低 。摻金工藝是在npn管集電區(qū)摻金(相當(dāng)于在pnp管基區(qū)摻金)。摻金的作用,使pnp管基區(qū)中高復(fù)合中心數(shù)增加,少數(shù)載流子在基區(qū)復(fù)合加劇,由于非平衡少數(shù)載流子不可能到達(dá)集電區(qū)從而使寄生pnp管電流放大系數(shù)大大降低。
(3)還應(yīng)注意,npn管基區(qū)側(cè)壁到p+隔離環(huán)之間也會(huì)形成橫向pnp管,必須使npn管基區(qū)外側(cè)和隔離框保持足夠距離。
集成電路中的無源寄生將影響集成電路的瞬態(tài)特性,而無源寄生元件主要是寄生結(jié)電容。pn結(jié)電容的大小與結(jié)的結(jié)構(gòu)和所處的狀態(tài)有關(guān),即與pn結(jié)上所加的偏壓有關(guān);與pn結(jié)的面積有關(guān),在pn結(jié)的面積計(jì)算時(shí),注意其側(cè)面積為四分之一圓柱面積,這是由于擴(kuò)散形成電性區(qū)時(shí)存在橫向擴(kuò)散所致;且與pn結(jié)面是側(cè)面還是底面有關(guān)。因此,在考慮計(jì)算寄生結(jié)電容時(shí),必須和pn 結(jié)的實(shí)際結(jié)構(gòu)結(jié)合起來,還必須和pn 結(jié)在某個(gè)瞬態(tài)過程中實(shí)際電性狀態(tài)變化結(jié)合起來。
介質(zhì)隔離-使用絕緣介質(zhì)取代反向pn結(jié),實(shí)現(xiàn)集成電路中各元器件間電性隔離方法。
等平面隔離工藝是一種混合隔離工藝,在實(shí)現(xiàn)集成電路中各元器件間電性隔離時(shí),既使用了反向pn結(jié)的大電阻特性,又使用了絕緣介質(zhì)電性絕緣性質(zhì)的方法。
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