9.2.1. Геометрия биполчрного транзистора СВЧ

Рассмотрим на примере биполярного транзистора(рис. 9.1), какие конструктивно-технологические решения позволяют создать транзисторы, работающие в СВЧ-диапазоне.

Исходным материалом для изготовления планарного транзистора служит пленка 6 высокоомного кремния с проводимостью n-типа, создаваемая методом эпитаксиального наращивания на подложке 7, на которой формируют вывод коллектора прибора. Методом  ступенчатой фотолитографии в изолирующей пленке создают окна, через которые в несколько стадий вводят легирующие примеси и формируют область базы 4 с проводимостью p-типа, низкоомную приконтактную область базы  5  р⁺-типа, а в дальнейшем  эмиттерную область 3 с проводимостью n⁺-типа. Металлическая  пленка 1 и 2 обеспечивает подачу управляющих напряжений соответственно к базе и эмиттеру транзистора. Hа границе эмиттер — база создается обедненный подвижными носителями заряда эмиттерный p-n-переход 9, на границе база—коллектор коллекторный p-n-переход 8.

Рис.  9.1 Устройство биполярного СВЧ-транзистора.

СВЧ-БТ отличаются от низкочастотных прежде всего размерами активных областей, которые характеризуются шириной эмиттерной полоски l_э и толщиной базы l_б  (рис. 9.1). Существенное уменьшение этих размеров, необходимое для создания СВЧ-транзисторов, стало возможным благодаря совершенствованию технологии изготовления приборов. В частности, уменьшение вертикальных размеров обязано в основном развитию диффузионных процессов и ионной имплантации, а Уменьшение горизонтальных размеров связано с успехами литографии. Современная технология позволяет получить эмиттерные полоски шириной l_э меньше 0,1 мкм и толщину базы l_б несколько десятков нанометров. Наличие сверхтонкой базы является одной из особенностей транзисторов СВЧ.

Рис.  9.2. Структуры СВЧ-транзисторов: а — гребенчатая; б — многоэмиттерная; 1 — вывод эмиттера; 2 — вывод базы

 Конфигурация  эмиттера и базы важна для нахождения верхней частотной границы СВЧ-транзистора. Транзистор  должен иметь максимальный периметр эмиттера при минимальной площади. Первое требование определяется необходимостью обеспечить равномерное распределение тока эмиттера, второе — необходимостью уменьшения емкости эмиттера, шунтирующей эмиттерный p-n-переход и снижающей уровень инжекции.

В гребенчаmой структуре (рис. 9.2, а) маломощных малошумящих СВЧ-транзисторов в настоящее время создают эмиттерные полоски шириной до 0,1 мкм, что близко к предельным возможностям современной технологии  изготовления полупроводниковых структур.

Рис.    9.3.   СВЧ-транзисторы   с   ленточными   выводами   в   металлокерамических корпусах.

 Для более мощных СВЧ-транзисторов используется объединение в одном кристалле большого числа единичных структур (до 150) с сохранением большого отношения периметр/площадь. Так, в многоэмиттерной структуре (рис. 9.2,6) в теле кристалла могут быть созданы полоски из низкоомного p⁺-слоя. Внутри каждой ячейки расположен “прямоугольник” эмиттера. Вывод эмиттера   изолирован от базовой сетки слоем оксида SiO₂.

Особенности  СВЧ-транзисторов с точки зрения конструкции выводов эмиттера, коллектора и базы состоят в том, что выводы делают в виде коротких полосок, удобных для сочленения с микро полосковыми линиями передачи. Такая геометрия выводов наиболее полно отвечает требованиям уменьшения их «паразитных» емкостей и индуктивностей. По этой же причине СВЧ транзисторы, как правило, выполняют без внешнего металлического корпуса (рис. 9.3).