 |
 |
 |
 |
0,000
105 10"
см-3
Рис. 2,2 Емкость рл-перехода.
2Л.2. Напряжение пробоя. Напряжение пробоя р/г-перехода, вообще говоря, является функцией концентраций примеси с обеих сторон перехода, В случае асимметричного перехода напряжение пробоя зависит главным образом от концентрации примеси на слаболегированной стороне перехода. Для напряжения пробоя плоского (т. е. не имеющего участков кривизны) асимметричного перехода справедливо приближенное выражение ~ 2,7X X 102 В/Л2/з где дг - концентрация примеси в 1 см". Это приближение хорошо выполняется вплоть до уровней легирования ~Ь10 см~*. В табл. 2,1 приводятся результаты расчета напряжения пробоя по данной формуле.
Напряжение пробоя планарных переходов оказывается несколько ниже приведенных в табл. 2.1 значений, особенно при более низких уровнях легирования, где различие очень значительно. Это обусловлено эффектом кривизны перехода на участках,
Таблица 2.1
Зависимость напряжения пробоя от уровня легирования
концентрация | удельное | сопротивление, ом- см | напряжение пробоя, в | |
примеси, см*"- | я-тнп | р-тип | расчет | эксперимент |
МО" | 1250 | 1250 | ||
3-10" | ||||
! 10 | 13,5 | |||
0,60 | ||||
3.1016 | 0,23 | 0,63 | ||
l-lQi | 0,09 | 0,28 | 12,5 | |
3- IQi | 0,05 | 0,14 | ||
Ы0« | 0,025 | 0,065 | ||
2-10" | 0,017 | 0,040 | ||
1000
:-гчл--П-п-1-г"ТТ м | т-т-1 1 м 111-; 1 1 м п |
Плоений - Т/линраичш/ий\ n/pes:i7ff CipepuvecHuu nepexuff | |
------- < | |
0,1 мни | |
ч | |
~ - | |
I 1 1 1 м м! 1 1 1 1 m il . . | 1 1 1 1 1 1 iii 1 1 М 1 1 II |
10"
10"
ПдСМЗ
10"
Рис. 2.3. Зависимость напряжения пробоя от концентрации примеси в под» ложке и кривизны перехода для ступенчатого асимметричного перехода в кремнии. (С разрешения 5. М. Sze, G. Gibbons, «Effect of junction curvature on breaic-down voltage in semiconductors*, Solid State Electronics, 9, 831, 1966. © 1966,
Pergamon Press, Ltd.)
находящихся под краями вытравленного в окисле диффузионного окна. Напряженность электрического поля в этих участках перехода оказывается повышенной. Графики, приведенные на рис. 2,3, иллюстрируют влияние кривизны перехода на напряжение пробоя. При самом низком уровне легирования, = ЫО" см", напряжение пробоя плоского перехода составляет 1250 В. При глу-
бине перехода Xj = 1 мкм влияние кривизны перехода приводит к тому, что напряжение пробоя снижается до ~ 50 В. Если увеличить Xj до 3 мкм, то напряжение пробоя возрастает до 100 В, а при Xj = 10 мкм оно достигнет 250 В. При более высоких уровнях легирования кривизна перехода слабее влияет на напряжение пробоя.
Из сказанного ясно, что для получения большого напряжения пробоя необходим материал с низким уровнем легирования. Глубина перехода не должна быть слишком малой, особенно в тех случаях, когда требуется очень большое (>100В) напряжение пробоя.
2.1.3. Последовательное сопротивление. Последовательное сопротивление р/г-перехода представляет собой сопротивление р- и л-областей перехода, расположенных за пределами обедненного слоя. В случае диффузионного р+п-перехода последовательное сопротивление, обусловленное диффузионным р+-слоем, пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением /г-области. Таким образом, для получения малых значений последовательного сопротивления следует использовать низкоомную (т. е. сильнолегированную) подложку.
2.2. Эпитаксиальная структура
Суммируя сказанное выше, можно сформулировать следующие требования к материалу подложки:
1. Для снижения емкости перехода Cj-низкий уровень легирования (слаболегированная подложка).
2. Для повышения напряжения пробоя - низкий уровень легирования (слаболегированная подложка).
3. Для снижения последовательного сопротивления Rs - высокий уровень легирования (низкоомная подложка).
Таким образом, требования к последовательному сопротивлению несовместимы с требованиями к емкости и напряжению пробоя.
Эпитаксиальная структура, показанная (в составе диодной структуры) на рис. 2.4, позволяет преодолеть эту несовместимость и одновременно удовлетворить требованиям к емкости, напряжению пробоя и последовательному сопротивлению. Если обедненная область не выходит за пределы слаболегированного эпитаксиального слоя и не достигает сильнолегированной /г+-подложки, то емкость и напряжение пробоя зависят от концентрации примеси в эпитаксиальном слое и не зависят от уровня легирования подложки. Однако последовательное сопротивление в значительной степени определяется концентрацией примеси в /г+-подложке, поскольку толщина эпитаксиального слоя 4м мкм) очень
Мала по сравнению с толщиной подложки (250-400 мкм).
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 [ 22 ] 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193