Интегральные диоды. 
Электроника

Для того чтобы сформировать диод с р—л переходом, необходимо только создать диффузионную область р типа в пластине л-типа и сделать контакты к верхней и нижней поверхностям пластины. Однако в ИС обычно формируется много диодов и транзисторов, которые должны быть изолированы друг от друга диэлектриками или обратносмещенными р—и-переходами, либо другими способами изоляции (см. п. 7.2). Кроме того, отдельное изготовление диодов в групповом методе производства ИС крайне нерационально. Проще и дешевле изготавливать транзисторы. В ИС в качестве диодов используются либо эмиттерный, либо коллекторный переходы, расположенные в изолирующем кармане. Возможно использование комбинации указанных переходов. В результате диод в ИС представляет собой выполненное тем или иным способом диодное включение интегрального транзистора.

Различные варианты этого включения представлены на рис. 7.12. Кроме показанных там вариантов, в качестве диода можно использовать структуру, не имеющую эмиттерной области, своего рода транзистор без эмиттера. На рис. 7.12 «плюс*.

Рис. 7.12.

источника подключен к аноду, а «минус» — к катоду. Аноду в буквенных обозначениях внизу рисунка соответствует буква или буквы до черточки, а катоду — после черточки. Типичные параметры интегральных диодов, изображенных на рис. 7.12, приведены в табл. 7.1, где ?/_проб«— напряжение пробоя соответствующего перехода, — обратный ток, С_д — емкость диода (емкость между анодом и катодом), С₀ — паразитная емкость между подложкой и катодом или анодом, она обычно совпадает с С_кп и шунтирует на «землю» анод или катод; ?_в — время восстановления обратного тока, равное времени переключения диода из открытого в закрытое состояние.

Пробивное напряжение С/_проб эмиттериого перехода в 5…7 раз меньше, чем коллекторного. Эта особенность присуща всем дрейфовым транзисторам и связана с тем, что эмиттерный переход образован более низкоомными слоями, чем коллекторный, по;

Таблица 7.1.

Типичные параметры интегральных диодов.

этому ширина (толщина) эмиттерного перехода много меньше, чем коллекторного. Обратные токи определяются токами термогенерации в кремниевых переходах, поэтому они зависят от объема обедненной области и, следовательно, меньше у тех вариантов включения, где используется только эмиттерный переход, у которого наименьшая площадь и наименьшая толщина.

Емкость диода С_д зависит от площади используемых переходов и максимальна при их параллельном включении (Б—ЭК).

Паразитная емкость С₀, совпадающая обычно с емкостью С_кп, минимальна в схеме Б—Э, где емкость коллекторного перехода С_кп и емкость С_д соединены последовательно.

Время восстановления (переключения) ?_в связано с накоплением и рассасыванием заряда подвижных носителей в базе и коллекторе и определяется эффективным временем жизни неосновных носителей в той области транзистора, где происходит их накопление при протекании прямого тока. В схеме БК—Э транзистор работает в активном режиме, накопление неосновных инжектированных из эмиттера носителей (электронов) происходит в базовой области. Эффективным временем жизни электронов в базе является среднее их время пролета через нее. Оно очень мало (< 0,1 нс) из-за малой толщины базы и ускоряющего внутреннего поля базы. Во всех других схемах коллекторный переход смещен в прямом направлении и через него инжектируются дырки из базы и электроны в базу.

Основное накопление носителей-дырок) будет происходить в коллекторе из-за низкой концентрации доноров и большой его толщины. В результате время жизни дырок в коллекторе, которое много больше времени пролета через базу, является большим (10…1000 нс).

Включение БК—Э используется в быстродействующих ИС, когда от диода требуется малое время восстановления обратного сопротивления. В других применениях часто наиболее удобна схема Б—Э и схема без эмиттера, не требующие создания трех выводов и имеющие минимальную площадь на кристалле.

Итак, схема БК—Э обладает минимальным временем восстановления и малым прямым напряжением, а также максимальным обратным сопротивлением, но низким напряжением пробоя. Высокое ?/_проб присуще схемам БЭ—К и Б—К, но у них велико ?_в.