Влияние технологических примесей на температурную зависимость коэффициента усиления биполярного n-p-n-транзистора

Исследованы температурные зависимости статического коэффициента усиления по току (β) биполярных n-p-n-транзисторов, сформированных по аналогичным технологическим маршрутам (серии А и В), в интервале температур 20–125 °С. Содержание неконтролируемых технологических примесей в приборах серии А было ни- же предела обнаружения методом полного внешнего отражения рентгеновского излучения (по Fe < 4,0 · 10⁹ ат/см²). В приборах серии В вся поверхность пластин была покрыта слоем Fe со средней концентрацией 3,4 · 10¹¹ ат/см², наблюдались также пятна Cl, K, Ca, Ti, Cr, Cu, Zn. Установлено, что в приборах серии В при среднем уровне тока коллектора (1,0 ∙ 10^–6 < I_c < 1,0 ∙ 10^–3 A) статический коэффициент усиления по току больше соответствующего значения в приборах серии А. Это обусловлено большей эффективностью эмиттера вследствие высокой концентрации основной легирующей примеси. Данное обстоятельство определяло и более сильную температурную зависимость β в приборах серии В вследствие значительного вклада в его величину температурного изменения ширины запрещен- ной зоны кремния. При I_c < 1,0 ∙ 10^–6 A β для приборов серии В становится существенно меньше соответствующих значений для приборов серии А и практически перестает зависеть от температуры. В приборах серии В рекомбинационно-генерационный ток преобладает над полезным диффузионным током неосновных носителей заряда в базе вследствие наличия высокой концентрации неконтролируемых технологических примесей. Для приборов серии А при I_c < 10–6 A температурная зависимость β практически не отличается от аналогичной зависимости для среднего уровня инжекции.

1. Исследование влияния технологических примесей на вольт-амперные характеристики биполярного n-p-n- транзистора / В. Б. Оджаев [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларуси. Сер. фiз.-тэхн. навук. – 2018. – Т. 63, № 2. – C. 244–249. https://doi. org/10.29235/1561-8358-2018-63-2-244-249

2. Челядинский, А. Р. Дефектно-примесная инженерия в имплантированном кремнии / А. Р. Челядинский, Ф. Ф. Комаров // Успехи физ. наук. − 2003. − Т. 173, № 8. − С. 813–846.

3. Белоус, А. И. Проектирование интегральных микросхем с пониженным энергопотреблением / А. И. Белоус, В. А. Емельянов, В. С. Сякерский. – Минск: Интегралполиграф, 2009. – 320 с.

4. Зависимость коэффициента усиления биполярного n-p-n-транзистора от параметров легированных областей и содержания технологических примесей / В. Б. Оджаев [и др.] // Материалы и структуры современной электроники: Материалы VIII Междунар. науч. конф. – Минск, 2018. – С. 195–199.

5. SEMI M33–0988.

6. Surface analysis for Si–Wafers using total reflection X-ray fluorescence analysis / W. Berneike [et al.] // Fresenius’ Zeitschrift für analytische Chemie. − 1989. − Vol. 333, № 4/5. − Р. 524−526. https://doi.org/10.1007/bf00572369

7. Sze, S. M. Semiconductor Devices: Physics and Technology / S. M. Sze, M. K. Lee. – 3nd ed. – John Wiley & Sons Singapore Pte. Limited, 2012. – 582 p.

8. Блихер, А. Физика силовых биполярных и полевых транзисторов: пер. с англ. / А. Блихер. – Л.: Энергоатомиздат: Ленингр. отд-ние, 1986. – 248 с.

9. Buhanan, D. Investigation of current-gain temperature dependence in silicon transistors / D. Buhanan // IEEE Trans. Electron Devices. – 1969. – Vol. 16, № 1. – P. 117–124. https://doi.org/10.1109/t-ed.1969.16573

10. Фистуль, В. И. Сильнолегированные полупроводники / В. И. Фистуль. – М.: Наука, – 1967. – 416 с.