Для чего многоэмиттерный транзистор

Разновидности n-p-n-интегральных транзисторов

В процессе развития микроэлектроники появились некоторые разновидности n-p-n- транзисторов, не свойственные дискретным электронным схемам и не выпускаемые в виде дискретных приборов. Рассмотрим некоторые из этих разновидностей.

Многоэмиттерный транзистор (МЭТ)

МЭТ представляет собой интегральный элемент, объединяющий свойства диодных элементов и транзисторного ключа.

Основное отличие МЭТ от обычных транзисторов заключается в том, что он имеет несколько эмиттеров, объединённых одним слоем базы. Эмиттерные переходы выполняют функцию, аналогичную функции диодов в схемах ДТЛ. Эмиттеры располагаются так, что прямое их взаимодействие через соединяющий участок пассивной базы практически исключается. Для этого расстояние между эмиттерами должно превышать диффузионную длину носителей в базовом слое. Если, например, транзистор легирован золотом, то диффузионная длина не превышает 2-3 мкм и практически оказывается достаточным расстояние между эмиттерами 10-15мкм.

МЭТ можно рассматривать как совокупность нескольких независимых транзисторов объединённых коллектором и базой. Такой транзистор занимает меньшую площадь, а следовательно имеет малую паразитную ёмкость, благодаря чему быстродействие таких схем выше, чем у схем ДТЛ.

Создаётся многоэмиттерный транзистор одновременно с другими элементами схемы, поэтому параметры областей коллектора, базы и эмиттера у него те же, что и у обычного npn-транзистора.

В схемах ТТЛ удалось избежать основного недостатка элементов ДТЛ: большого количества диодов. ИС при использовании МЭТ оказываются более простыми и имеют лучшую интегральную способность.

Рис.3.5. Многоэмиттерный транзистор: а-топология и структура;

б- схемные модели в) убрать.

Многоколлекторный транзистор (МКТ)

Структура многоколлекторного транзистора показана на рис.3.10. Она похожа на структуру МЭТ, отличие лишь в использовании структуры.

Рис.3.10. Многоколлекторный транзистор: а-структура; б-схемные модели;

в- траектория движения инжектированных носителей

Источник

Многоэмиттерные транзисторы

Многоэмиттерные транзисторы(МЭТ) составляют основу цифровых ИМС транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ).Имея общий коллектор и базу, МЭТ содержат до 8 эмиттеров. Структура МЭТ и его топология показаны на рис. 60.

Рис. 60. Структура МЭТ и его топология

Особенность работы МЭТ состоит в том, что в любом состоянии схемы коллекторный переход всегда открыт, а эмиттерные переходы могут быть либо открытыми, либо закрытыми. При этом возможны три комбинации состояний p—n—переходов: если все эмиттерные переходы открыты, то в транзисторе существует режим насыщения, и токи протекают так, как это показано на (рис. 61, а).При этом существенно меньше токов и так как последовательно с коллекторным пе­реходом включено сопротивление , которое больше сопротивления . Если на эмиттерные переходы поданы обратные напряжения от источника управляющих сигналов, то транзистор работает в инверсном режиме (рис. 61, б). В этом слу­чае возрастает ток , а суммарный ток всех эмиттеров в соответствии с уравнени­ями Эберса-Молла (2.4) будет равен:

. (2.4)

Рис. 61. Комбинации состояний p—n—пе­реходов

Поскольку на открытом коллекторном переходе напряжение , то в этом уравнении второе (отрицательное) слагаемое оказывается существенно больше первого (положительного), поэтому в эмиттерных цепях будут протекать сравнительно большие отрицательные токи, потребляемые от источников управляющих сигналов. Чтобы уменьшить эти токи, необходимо уменьшить инверсный коэффициент передачи транзистора , что достигается путем искусственного увеличения сопротивления пассивной базы. Для этого внешний вывод базы соединяют с активной областью транзистора через узкий перешеек (см. рис. 60, а), обладающий сопротивлением 200-300 Ом. Протекая через этот перешеек, ток базы создает на нем падение напряжения, вследствие чего прямое напряжение на коллекторном переходе будет больше в области пассивной базы и меньше в области активной базы. Поэтому инжекция электронов из коллектора в базу будет происходить преимущественно в области пассивной базы (см. рис. 60, б). При этом возрастает длина пути, проходимого электронами через базу, в результате чего инверсный коэффициент передачи уменьшается до 0,005-0,05.

Если один из соседних переходов открыт, а другой закрыт (рис. 61, в), то сказывается влияние горизонтальной паразитной структуры типа n-p-n(см. рис. 61, в), образованной соседними эмиттерами и разделяющей их p-областью. Через эту структуру протекает ток, потребляемый от источника управляющих сигналов, подключенного к закрытому переходу. Для ослабления паразитного транзисторного эффекта приходится увеличивать расстояние между соседними эмиттерами до 10-15 мкм.

Источник

Многоэмиттерные и многоколлекторные транзисторы в ИС

Структура и действие многоэмиттерных транзисторов (МЭТ). Многоколлекторные транзисторы (МКТ) как функциональные полупроводниковые приборы, представляющие собой совокупность нескольких тринисторов. Применение в интегральных схемах. Изготовление МЭТ и МКТ.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

Многоэмиттерные и многоколлекторные транзисторы в ИС

Первый многоэмиттерный транзистор был выпущен фирмой RCA (Radio Corporation of America)

1. Многоэмиттерные транзисторы

транзистор многоэмиттерный многоколлекторный полупроводниковый

Многоэмиттерные транзисторы (МЭТ), эмиттерные области которых объединены одним внешним выводом, характеризуются большим значением отношения периметра эмиттера к его площади, что обеспечивает уменьшение сопротивления базы транзистора и увеличение плотности его эмиттерного тока. Такие транзисторы применяют главным образом в качестве мощных ВЧ и СВЧ транзисторов.

МЭТ, в которых каждая эмиттерная область имеет отдельный внешний вывод, используются в транзисторно-транзисторной логике в качестве логического элемента «И». Имея общие коллектор и базу, транзистор может содержать до 16 эмиттеров. Графическое обозначение МЭТ представлено на рис.1.1 Структура трехэмиттерного транзистора показана на рис. 1.2. Ее можно рассматривать как интегрированную совокупность транзисторов, обладающую двумя особенностями.

Рисунок 1.1 Графическое обозначение МЭТ

Рисунок 1.2 Многоэмиттерный транзистор.

Во-первых, соседние эмиттеры образуют паразитную горизонтальную n-р-n-структуру, коэффициент усиления которой должен быть уменьшен путем увеличения расстояния между эмиттерами. Это расстояние должно быть больше диффузионной длины электронов. Практически оно составляет 10. 15 мкм.

Во-вторых, при закрытом эмиттерном переходе и открытом коллекторном вертикальная n-р-n-структура переходит в инверсный режим, в результате чего в цепи закрытого эмиттерного перехода возникнет ток, обусловленный инжекцией из коллектора. Чтобы уменьшить этот ток, необходимо уменьшить инверсный коэффициент передачи тока, что достигается путем увеличения расстояния, проходимого электронами через базу. С этой целью внешний вывод базы соединяют с активной областью транзистора через узкий перешеек, обладающий сопротивлением 200. 300 Ом.

Они имеют один коллектор К и несколько эмиттеров Э1, Э2, ЭЗ, объединенных одним общим базовым слоем Б. Эмиттеры представляют собой высоколегированные n-слои малых размеров, под эмиттерными переходами расположен общий базовый р-слой. Коллектором является эпитаксиальный n-слой, нанесенный на подложку n+- типа (эпитаксиальным называют тонкий рабочий слой однородного полупроводника, наращиваемый на сравнительно толстую подложку).

Эмиттеры расположены таким образом, что прямое взаимодействие между ними исключается. Благодаря этому эмиттерные переходы можно рассматривать как параллельно-включенные диоды.

Наиболее распространёнными являются МЭТ с полосковой, ячеистой и сетчатой формами эмиттерной области. МЭТ с ячеистой формой эмиттерной области имеют наибольшую величину отношения периметра эмиттера к его площади, что обеспечивает максимальное усиление по мощности. МЭТ с сетчатой формой эмиттерной области имеют наибольшее значение отношения суммарной площади эмиттерных областей к площади коллекторной области, что обеспечивает работу такого транзистора при значительных рабочих токах.

Увеличение скорости переключения таких транзисторов достигается уменьшением площади эмиттерных областей.

2. Многоколлекторные транзисторы

Структура многоколлекторного транзистора (МКТ) (рис. 2.1) такая же, как и структура МЭТ, но используется она иначе. Здесь роль эмиттера выполняет эпитаксиальный n-слой, а коллекторами являются высоколегированные n-слои малых размеров. Поэтому МКТ можно рассматривать как МЭТ в инверсном режиме.

Рисунок 2.1 Структура многоколлекторного транзистора

3.Применение МЭТ и МКТ в ИС

Основная особенность схем ТТЛ заключается в том, что во входной цепи используется многоэмиттерный транзистор, осуществляющий операцию И. Число эмиттеров определяет число входов элемента.

При подаче на оба входа сигнала высокого уровня (1,1) транзистор VT1 оказывается включенным в инверсном режиме по схеме эмиттерного повторителя с высоким уровнем на базе, транзистор открывается и подключает базу транзистора VT2 к высокому уровню, ток идёт через первый транзистор в базу второго транзистора и открывает его. VT2 «открыт», его сопротивление мало и на его коллекторе напряжение соответствует низкому уровню (0). Если хотя бы на одном из входов сигнал низкого уровня (0), то транзистор оказывается включенным по схеме с общим эмиттером, через базу первого транзистора на этот вход идёт ток, что открывает его и он закорачивает базу второго транзистора на землю, напряжение на базе второго транзистора мало и он «закрыт», выходное напряжение соответствует высокому уровню.

Рисунок 3.1 Упрощённая схема двухвходового элемента И-НЕ (ТТЛ).

Рисунок 3.2.1 Эквивалентная схема (а), условное обозначение (б) элемента И 2 Л.

Рисунок 3.2.2 Реализация операции « Монтажное И».

Таким образом, если в схемах ТТЛ или ДТЛ операции И выполняются с помощью МЭТ или диодной сборки, то в схемах И 2 Л эта операция выполняется монтажным соединением. Используя элементы И 2 Л с монтажным соединением выходов, можно реализовать любую логическую функцию.

Изготовление многоэмиттерного транзистора ненамного сложнее изготовления обычного транзистора. Области базы и коллектора образуются для многоэмиттерного транзистора ( НО) аналогично обычному биполярному транзистору, и только на этапе последней (эмиттерной) диффузии создается не одна, а несколько областей эмиттера. Такой прибор компактнее, чем диодная сборка и два диода смещения, площадка кристалла уменьшается, что приводит к удешевлению схемы.

Рисунок 4.1 Многоэмиттерный транзистор

МЭТ и МКТ могут изготавливаться в металлических, керамических или пластиковых корпусах. Их также изготавливают по методу диффузии донорных и акцепторных примесей в исходный полупроводник (планарная технология) (толщина транзистора менее 0.1 мкм, а линейные размеры эмиттера и коллектора 10-15 мкм).

МЭТ и МКТ очень широко используются в интегральных схемах. Очень широкое применение МЭТ получили как входные элементы ТТЛ-логики, т. к. эмиттеры расположены таким образом, что прямое взаимодействие между ними исключается, благодаря чему эмиттерные переходы можно рассматривать как параллельно включенные диоды. Хоть ТТЛ-логика достаточно распространена и имеет неплохие показатели по дешевизне, помехоустойчивости и быстродействию, но она уже устарела. Многоэмиттерные транзисторы используются только в интегральных схемах. МКТ используют для создания логических схем с инжекционным питанием (интегральная инжекционная логика).

1. Шило В. Л. «Популярные цифровые микросхемы.» 2009.

2. Мэндл. М. «200 избранных схем электроники»

3. Ефимов И. Е., Козырь И. Я., Горбунов Ю. И. Микроэлектроника

4. Нахалов.В.А. «Электронные твердотельные приборы» 2014

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Конструкции полевых транзисторов с управляющим р-п переходом. Стоко-затворная и стоковая (выходная) характеристики, параметры и принцип действия транзисторов. Структура транзисторов с изолированным затвором. Полупроводниковые приборы с зарядовой связью.

реферат [822,3 K], добавлен 21.08.2015

Биполярные и полевые СВЧ-транзисторы. Баллистические и аналоговые транзисторы. Сравнительная таблица основных свойств полупроводникового материала 4H-SiC с Si и GaAs. Алмаз как материал для СВЧ-приборов. Приборы на основе квантово-размерных эффектов.

курсовая работа [2,9 M], добавлен 22.08.2015

Технические характеристики и структура модуляционно-легированных полевых транзисторов и биполярных транзисторов на гетеропереходах. Технологии создания приборов, их преимущества и применение. Понятие явления резонансного туннелирования электронов.

реферат [522,2 K], добавлен 28.12.2013

Сокращение времени переноса носителей через базу. Баллистические и аналоговые транзисторы. Горбообразные барьеры эмиттера и коллектора. Транзисторы с металлической базой. Приборы на квантово-размерных эффектах. Инерционность процесса туннелирования.

реферат [865,2 K], добавлен 21.08.2015

Физические основы полупроводниковых приборов. Принцип действия биполярных транзисторов, их статические характеристики, малосигнальные параметры, схемы включения. Полевые транзисторы с управляющим электронно-дырочным переходом и изолированным затвором.

контрольная работа [637,3 K], добавлен 13.02.2015

Устройство и принцип действия полевого транзистора. Статические характеристики. Полевые транзисторы с изолированным затвором. Схемы включения полевых транзисторов. Простейший усилительный каскад. Расчет электрических цепей с полевыми транзисторами.

лекция [682,2 K], добавлен 19.11.2008

Типы биполярных транзисторов и их диодные схемы замещения. Кремниевые и германиевые транзисторы. Физические явления в транзисторах. Схемы включения и статические параметры. Влияние температуры на статистические характеристики, динамические параметры.

реферат [116,3 K], добавлен 05.08.2009

Источник

Многоэмиттерные и многоколлекторные транзисторы в ИС

Структура и действие многоэмиттерных транзисторов (МЭТ). Многоколлекторные транзисторы (МКТ) как функциональные полупроводниковые приборы, представляющие собой совокупность нескольких тринисторов. Применение в интегральных схемах. Изготовление МЭТ и МКТ.

Размещено на https://stud.wiki

Многоэмиттерные и многоколлекторные транзисторы в ИС

Первый многоэмиттерный транзистор был выпущен фирмой RCA (Radio Corporation of America)

1. Многоэмиттерные транзисторы

транзистор многоэмиттерный многоколлекторный полупроводниковый

Многоэмиттерные транзисторы (МЭТ), эмиттерные области которых объединены одним внешним выводом, характеризуются большим значением отношения периметра эмиттера к его площади, что обеспечивает уменьшение сопротивления базы транзистора и увеличение плотности его эмиттерного тока. Такие транзисторы применяют главным образом в качестве мощных ВЧ и СВЧ транзисторов.

МЭТ, в которых каждая эмиттерная область имеет отдельный внешний вывод, используются в транзисторно-транзисторной логике в качестве логического элемента «И». Имея общие коллектор и базу, транзистор может содержать до 16 эмиттеров. Графическое обозначение МЭТ представлено на рис.1.1 Структура трехэмиттерного транзистора показана на рис. 1.2. Ее можно рассматривать как интегрированную совокупность транзисторов, обладающую двумя особенностями.

Рисунок 1.1 Графическое обозначение МЭТ

Рисунок 1.2 Многоэмиттерный транзистор.

Во-первых, соседние эмиттеры образуют паразитную горизонтальную n-р-n-структуру, коэффициент усиления которой должен быть уменьшен путем увеличения расстояния между эмиттерами. Это расстояние должно быть больше диффузионной длины электронов. Практически оно составляет 10. 15 мкм.

Во-вторых, при закрытом эмиттерном переходе и открытом коллекторном вертикальная n-р-n-структура переходит в инверсный режим, в результате чего в цепи закрытого эмиттерного перехода возникнет ток, обусловленный инжекцией из коллектора. Чтобы уменьшить этот ток, необходимо уменьшить инверсный коэффициент передачи тока, что достигается путем увеличения расстояния, проходимого электронами через базу. С этой целью внешний вывод базы соединяют с активной областью транзистора через узкий перешеек, обладающий сопротивлением 200. 300 Ом.

Они имеют один коллектор К и несколько эмиттеров Э1, Э2, ЭЗ, объединенных одним общим базовым слоем Б. Эмиттеры представляют собой высоколегированные n-слои малых размеров, под эмиттерными переходами расположен общий базовый р-слой. Коллектором является эпитаксиальный n-слой, нанесенный на подложку n+- типа (эпитаксиальным называют тонкий рабочий слой однородного полупроводника, наращиваемый на сравнительно толстую подложку).

Эмиттеры расположены таким образом, что прямое взаимодействие между ними исключается. Благодаря этому эмиттерные переходы можно рассматривать как параллельно-включенные диоды.

Наиболее распространёнными являются МЭТ с полосковой, ячеистой и сетчатой формами эмиттерной области. МЭТ с ячеистой формой эмиттерной области имеют наибольшую величину отношения периметра эмиттера к его площади, что обеспечивает максимальное усиление по мощности. МЭТ с сетчатой формой эмиттерной области имеют наибольшее значение отношения суммарной площади эмиттерных областей к площади коллекторной области, что обеспечивает работу такого транзистора при значительных рабочих токах.

Увеличение скорости переключения таких транзисторов достигается уменьшением площади эмиттерных областей.

2. Многоколлекторные транзисторы

Структура многоколлекторного транзистора (МКТ) (рис. 2.1) такая же, как и структура МЭТ, но используется она иначе. Здесь роль эмиттера выполняет эпитаксиальный n-слой, а коллекторами являются высоколегированные n-слои малых размеров. Поэтому МКТ можно рассматривать как МЭТ в инверсном режиме.

Рисунок 2.1 Структура многоколлекторного транзистора

3.Применение МЭТ и МКТ в ИС

Основная особенность схем ТТЛ заключается в том, что во входной цепи используется многоэмиттерный транзистор, осуществляющий операцию И. Число эмиттеров определяет число входов элемента.

При подаче на оба входа сигнала высокого уровня (1,1) транзистор VT1 оказывается включенным в инверсном режиме по схеме эмиттерного повторителя с высоким уровнем на базе, транзистор открывается и подключает базу транзистора VT2 к высокому уровню, ток идёт через первый транзистор в базу второго транзистора и открывает его. VT2 «открыт», его сопротивление мало и на его коллекторе напряжение соответствует низкому уровню (0). Если хотя бы на одном из входов сигнал низкого уровня (0), то транзистор оказывается включенным по схеме с общим эмиттером, через базу первого транзистора на этот вход идёт ток, что открывает его и он закорачивает базу второго транзистора на землю, напряжение на базе второго транзистора мало и он «закрыт», выходное напряжение соответствует высокому уровню.

Рисунок 3.1 Упрощённая схема двухвходового элемента И-НЕ (ТТЛ).

Рисунок 3.2.1 Эквивалентная схема (а), условное обозначение (б) элемента И 2 Л.

Рисунок 3.2.2 Реализация операции « Монтажное И».

Таким образом, если в схемах ТТЛ или ДТЛ операции И выполняются с помощью МЭТ или диодной сборки, то в схемах И 2 Л эта операция выполняется монтажным соединением. Используя элементы И 2 Л с монтажным соединением выходов, можно реализовать любую логическую функцию.

Изготовление многоэмиттерного транзистора ненамного сложнее изготовления обычного транзистора. Области базы и коллектора образуются для многоэмиттерного транзистора ( НО) аналогично обычному биполярному транзистору, и только на этапе последней (эмиттерной) диффузии создается не одна, а несколько областей эмиттера. Такой прибор компактнее, чем диодная сборка и два диода смещения, площадка кристалла уменьшается, что приводит к удешевлению схемы.

Рисунок 4.1 Многоэмиттерный транзистор

МЭТ и МКТ могут изготавливаться в металлических, керамических или пластиковых корпусах. Их также изготавливают по методу диффузии донорных и акцепторных примесей в исходный полупроводник (планарная технология) (толщина транзистора менее 0.1 мкм, а линейные размеры эмиттера и коллектора 10-15 мкм).

МЭТ и МКТ очень широко используются в интегральных схемах. Очень широкое применение МЭТ получили как входные элементы ТТЛ-логики, т. к. эмиттеры расположены таким образом, что прямое взаимодействие между ними исключается, благодаря чему эмиттерные переходы можно рассматривать как параллельно включенные диоды. Хоть ТТЛ-логика достаточно распространена и имеет неплохие показатели по дешевизне, помехоустойчивости и быстродействию, но она уже устарела. Многоэмиттерные транзисторы используются только в интегральных схемах. МКТ используют для создания логических схем с инжекционным питанием (интегральная инжекционная логика).

1. Шило В. Л. «Популярные цифровые микросхемы.» 2009.

2. Мэндл. М. «200 избранных схем электроники»

3. Ефимов И. Е., Козырь И. Я., Горбунов Ю. И. Микроэлектроника

4. Нахалов.В.А. «Электронные твердотельные приборы» 2014

Подобные документы

Конструкции полевых транзисторов с управляющим р-п переходом. Стоко-затворная и стоковая (выходная) характеристики, параметры и принцип действия транзисторов. Структура транзисторов с изолированным затвором. Полупроводниковые приборы с зарядовой связью.

реферат [822,3 K], добавлен 21.08.2015

Биполярные и полевые СВЧ-транзисторы. Баллистические и аналоговые транзисторы. Сравнительная таблица основных свойств полупроводникового материала 4H-SiC с Si и GaAs. Алмаз как материал для СВЧ-приборов. Приборы на основе квантово-размерных эффектов.

курсовая работа [2,9 M], добавлен 22.08.2015

Технические характеристики и структура модуляционно-легированных полевых транзисторов и биполярных транзисторов на гетеропереходах. Технологии создания приборов, их преимущества и применение. Понятие явления резонансного туннелирования электронов.

реферат [522,2 K], добавлен 28.12.2013

Сокращение времени переноса носителей через базу. Баллистические и аналоговые транзисторы. Горбообразные барьеры эмиттера и коллектора. Транзисторы с металлической базой. Приборы на квантово-размерных эффектах. Инерционность процесса туннелирования.

реферат [865,2 K], добавлен 21.08.2015

Физические основы полупроводниковых приборов. Принцип действия биполярных транзисторов, их статические характеристики, малосигнальные параметры, схемы включения. Полевые транзисторы с управляющим электронно-дырочным переходом и изолированным затвором.

контрольная работа [637,3 K], добавлен 13.02.2015

Устройство и принцип действия полевого транзистора. Статические характеристики. Полевые транзисторы с изолированным затвором. Схемы включения полевых транзисторов. Простейший усилительный каскад. Расчет электрических цепей с полевыми транзисторами.

лекция [682,2 K], добавлен 19.11.2008

Типы биполярных транзисторов и их диодные схемы замещения. Кремниевые и германиевые транзисторы. Физические явления в транзисторах. Схемы включения и статические параметры. Влияние температуры на статистические характеристики, динамические параметры.

реферат [116,3 K], добавлен 05.08.2009

Транзисторы– полупроводниковый прибор, пригодный для усиления мощности. Принцип действия n–p–n транзистора в режиме без нагрузки. Усиление каскада с помощью транзистора. Схемы включения транзисторов и работы с общим эмиттером и с общим коллектором.

реферат [63,2 K], добавлен 05.02.2009

Создание полупроводниковых приборов для силовой электроники. Транзисторы с изолированным затвором. Схемы включения полевых транзисторов. Силовые запираемые тиристоры. Устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом. Назначение защитной цепи.

реферат [280,5 K], добавлен 03.02.2011

История создания полевых транзисторов. Устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом. Принцип действия МДП-структур специального назначения. Схемы включения полевых транзисторов, их применение в радиоэлектронике, перспективы развития.

Источник