СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2010-5

лекторной областью, а носители, инжектированные донной поверх ностью эмиттерного перехода, диф фундируют вглубь базы, отражаются электрическим полем n+ скрытого слоя и либо собираются коллекто ром, либо рекомбинируют в базе. Эф фективность собирания коллекто ром носителей, отражённых n+ скрытым слоем, зависит от толщины высокоомной части базы p–n–p транзистора (от эмиттерного пере хода до скрытого слоя), но в любом случае для увеличения β необходимо уменьшать площадь донной части эмиттерного перехода. Отношение площади донной части эмиттера ( S EД ) к боковой ( S EБ ) состав ляет: , (4) где P E , D E – периметр и диаметр эмит тера, x JE – глубина залегания эмиттер ного перехода. Таким образом, для уве личения β следует увеличивать глубину залегания эмиттерного перехода и уменьшать диаметр эмиттера. Для применения в аналоговых схе мах важно обеспечение высокого ма лосигнального выходного сопротив ления r OUT , граничной частоты f T , ра ботоспособности транзисторов в области больших коллекторных токов, которые для p–n–p транзисторов ха рактеризуются следующими парамет рами [24]: , (5) , (6) , (7) , (8) .(9) где VAF – напряжение Эрли; I C – кол лекторный ток; TF – время пролёта не основных носителей заряда через базу; Q B0 – удельная плотность заряда ос новных носителей в базе (на единицу площади); C JC0 – удельная барьерная ёмкость коллекторного перехода (на единицу площади); N DB – концентра ция ионизированных доноров в базе; W BA – протяженность квазинейтраль ной области активной базы; d C –шири на области пространственного заряда коллекторного p–n перехода; D PB – ко эффициент диффузии дырок в базе; IKF – ток «излома», соответствующий коллекторному току, при котором β снижается на 50%от своегомаксималь ного значения; q – заряд электрона. На основе соотношений (4) – (9) спроектирована топология несколь ких горизонтальных p–n–p транзис торов (см. рис. 7) с базовой областью, покрытой затвором, а именно: ● транзистор сминимально возможны ми диаметромэмиттера D E = 2,64мкм и топологической шириной базы W B = 1,0 мкм (см. рис. 7б) для получе ния максимальных β и f T в соответ ствии с (4), (6) и (8); ● транзисторс D E =2,64мкми W B =2,0мкм для увеличения выходного малосиг нального сопротивления в соответ ствии с (5), (7) за счёт уменьшения β и f T ; ● транзистор с D E = 5,42 мкм и W B = = 1,0 мкм (см. рис. 7а) для увеличения максимально возможного рабочего тока в соответствии с (9) по сравне нию с конструкцией рис. 7б; ● транзистор с D E = 5,42 мкм и W B = 2,0 мкм. Транзисторы с толщиной базы W B = = 2,0 мкм целесообразно применять в цепях, работающих с постоянными или низкочастотными сигналами, осо бенно в «токовых зеркалах». Круглая форма эмиттера, в отличие от квадратной, обеспечивает равномер ную толщину активной базы без угло вых участков с повышеннойнапряжён ностью электрического поля, которые обычно являются причиной уменьше ния β и пробивного напряжения. В [22] приведены результаты экспе риментальных исследований влия ния гамма облучения на параметры горизонтального p–n–p транзистора с базовой областью, покрытой затво ром. Транзистор изготовлен с по мощью технологического маршрута 0,8 мкм Би КМОП фирмы Austria mikro system, который обеспечива ет основные параметры структуры, практически идентичные техпроцес су 0,8 мкм Би КМОП, а именно: тол щину подзатворного окисла 20 нм, концентрацию примеси в базе 2 × × 10 16 см –3 , в p+ эмиттере – 1 × 10 19 см –3 , минимальную толщину продольной базы n типа 0,65 мкм. Воздействие гамма излучения при вело к незначительному увеличению положительного заряда в подзатвор ном окисле, но к существенному рос ту скорости поверхностной рекомби нации, поэтому для предотвращения изменения β при радиационном воз действии на затвор следует подавать положительный потенциал, отталки вающий от поверхности неосновные носители, инжектированные эмит терным переходом. З АКЛЮЧЕНИЕ Наиболее перспективным видом реализации сложных микроэлек тронных устройств для работы в ус ловиях радиационного воздействия является «система в корпусе». Высо кокачественные аналого цифровые компоненты СвК рекомендуется соз давать с помощью технологического маршрута изготовления биполярных и КМОП транзисторов с минималь ной проектной нормой 0,8 мкм, позволяющего формировать мало чувствительные к радиационному облучению n–p–n транзисторы и по лупроводниковые резисторы на ос нове p базовой области. Конструкции n МОП и p–n–p транзисторов необходимо модерни зировать. Целесообразными топо логическими решениями, повышаю щими радиационную стойкость, являются n МОП транзисторы с p+ охранными кольцами (см. рис. 5б), с замкнутым затвором (см. рис. 5а), а также горизонтальный p–n–p тран зистор с базовой областью, покрытой затвором (см. рис. 7). Л ИТЕРАТУРА 1. Бумагин А. и др. Специализированные СБИС для космических применений: проблемы разработки и производства. Электроника: Наука. Технология. Бизнес. 2010. № 1. 2. Басаев А . и др. Космическое приборостро ение: главное – правильная концепция. Электроника: Наука. Технология. Бизнес. 2009. № 8. 3. Хартов В. Космические проблемы элек троники: перед употреблением – взбол тать. Электроника: Наука. Технология. Бизнес. 2007. № 7. 4. Данилин Н.С. и др. Системы в корпусе. Ма гистральный путь развития ЭКБ для ави ации, космоса и ВПК. Системотехника. 2010. № 8. 5. Горлов М. и др. Конструктивно технологи ческие особенности проектирования ра диационно стойких интегральных схем операционных усилителей. Электронные компоненты. 2007. № 3. НАДЁЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО 60 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2010 © СТА-ПРЕСС