8. TEHNOLOGIA TRANZISTOARELOR DISCRETEvega.unitbv.ro/~olteanu/tehnologie_electronica/T.E.-Cap... · 2005. 9. 3. · Tehnologia tranzistoarelor discrete 95 8.1.2.1. Tranzistoare difuzate

8. TEHNOLOGIA TRANZISTOARELOR DISCRETE Tranzistoarele sunt dispozitive semiconductoare care în funcţie de tipul

purtătorilor de sarcină se împart în: bipolare şi cu efect de câmp sau unipolare. Tranzistoarele discrete sunt dispozitivele electronice, având caracteristicile şi parametrii specifici tipului de tranzistor, la care structurile semiconductoare sunt introduse în capsule prin care se pot conecta în circuite electronice ca elemente de sine stătătoare.

8.1. Tehnologia tranzistoarelor bipolare

8.1.1. Caracteristici şi clasificări

Tranzistoarele bipolare sunt dispozitive electronice cu două joncţiuni care

funcţionează pe baza injecţiei de purtători din emitor prin bază spre colector. Una dintre joncţiuni este puternic asimetrică, din punct de vedere al dopării cu impurităţi, adică n+p la tranzistorul npn, respectiv p+n la tranzistorul pnp. Această joncţiune corespunde zonei emitor - bază, iar cealaltă este joncţiunea bază - colector. Deoarece, la funcţionarea acestor tranzistoare îşi aduc contribuţia atât a purtători majoritari, cât şi cei minoritari, aceste dispozitive se întâlnesc sub denumirea de tranzistoare bipolare. Tehnologia tranzistoarelor bipolare necesită un număr mai mare de operaţii decât în cazul diodelor semiconductoare, deoarece se cer realizate trei zone: de emitor, de bază şi de colector, dar mai ales din necesitatea de a obţine parametrii electrici ceruţi la nivelul microstructurii. Secţiunea prin structura unui tranzistor bipolar de tip npn şi pnp aşa cum se obţine în tehnologia planară este prezentată în figura 8.1.

Tehnologiile actuale sunt variate şi complexe, având o serie de particularităţi în funcţie de caracteristicile funcţionale ale tranzistoarelor realizate. La producerea unui tranzistor bipolar trebuie ca în primul rând să se obţină eficienţa emitorului. Pentru aceasta este esenţial ca doparea emitorului să fie mai mare decât cea a bazei. Întru-cât factorul de transport al sarcinilor prin zona bazei trebuie să fie aproape unitar, rezultă următoarea condiţie care trebuie să fie îndeplinită:

pnpnpnB DLw ,,, τ⋅=<< (8.1) unde: wB= grosimea bazei; Ln, p= lungimea de difuzie a electronilor, respectiv a golurilor; Dn, p= constanta de difuzie a electronilor, respectiv a golurilor; τn, p= durata de viaţă a electronilor, respectiv a golurilor.

Pentru obţinerea unor caracteristici electrice bune mai sunt necesare şi alte condiţii: rezistenţele şi capacităţile bazei şi ale colectorului să aibă valori cât mai mici. Tranzistoarele bipolare se pot clasifica în funcţie de tehnologia de fabricaţie şi după

Tehnologie electronică 94

criterii funcţionale (domeniul de putere, frecvenţa maximă, etc.). În funcţie de tehnologia de fabricaţie tranzistoare bipolare discrete se pot clasifica în:

- tranzistoare aliate, realizate prin procese de aliere - tehnologie specifică tranzistoarelor cu germaniu;

- tranzistoare simplu difuzate realizate prin difuzarea simultană a impurităţilor pe ambele feţe ale unei plachete semiconductoare dopate iniţial;

- tranzistoare dublu difuzate realizate prin două difuzii succesive într-un substrat iniţial dopat (difuzia bazei şi apoi difuzia de emitor);

- tranzistoare planar epitaxiale se realizează ca şi cele dublu difuzate cu difuziile realizate într-un strat epitaxial slab dopat depus pe un substrat puternic dopat; acestea sunt foarte răspândite în construcţia tranzistoarelor de semnal mic precum şi a celor de putere;

- tranzistoare planare dublu şi triplu epitaxiale difuzate se caracterizează printr-o rezistivitate mare a regiunii de colector (rezistivitatea zonelor epitaxiale), dar cu rezistenţa de colector redusă (rezistivitatea substratului mică), fiind folosite ca tranzistoare de putere cu tensiuni de colector mari.

Fig. 8.1 Structura unui tranzistor planar dublu difuzat a) tip npn, b) tip pnp

p+

n

Substratul p

Emitor Baza

Colector

n+

p

Substratul n

Emitor Baza

Colector

8.1.2. Procedee de fabricaţie La realizarea tranzistorelor discrete se folosesc mai multe tipuri de materiale

semiconductoare: Ge, Si, GaAs şi în funcţie de acestea diferite procedee de fabricaţie. Deoarece în prezent cel mai utilizat material semiconductor este siliciu în cele ce urmează se vor face referiri în special la acest material şi la tehnologia planară. Această tehnologie este specifică siliciului constând în efectuarea impurificărilor controlate numai pe o singură faţă a plachetelor semiconductoare folosind tehnica litografică şi ecranarea cu ajutorul straturilor protectoare şi în special a SiO2. Tehnologia planară se caracterizează prin flexibilitate: posibilitatea de a realiza diferite forme ale emitorului şi de a modifica uşor concentraţia de impurităţi din joncţiuni, permite realizarea tranzistoarelor de semnal şi a celor de putere. Plachetele de siliciu utilizate sunt de tip n pentru tranzistoarele npn (fig. 8.1.a) sau de tip p pentru tranzistoarele pnp (fig. 8.1.b). Partea opusă celei pe care se realizează structura tranzistorului (baza şi emitorul) este cea la care se conectează colectorul respectivului tranzistor.

Tehnologia tranzistoarelor discrete 95

8.1.2.1. Tranzistoare difuzate şi epitaxiale Tranzistoarele bipolare cu siliciu de mică şi medie putere se fabrică în varianta

planară (dublu difuzate) şi planar-epiaxial. Rezistivitatea electrică a materialului semiconductor este ρ=102 ÷103 Ω m pentru tranzistoarele planare şi ρ=0,5 ÷5 Ω m pentru tranzistoarele planar-epitaxiale. Tranzistoarele planar-epitaxiale au performanţe mai bune decât cele planare cum ar fi tensiunea de saturaţie UCEsat cu valori mai mici, respectiv UCEsat ≈0,3 V faţă de UCEsat ≈1 V la cele planare.

Grosimea plachetelor este de în jur de 0,3 mm pentru tranzistoarele difuzate şi de 0,2 mm (120÷160 µm) pentru tranzistoarele planar-epitaxiale.

Principalele etape ale tehnologiei unui tranzistor planar dublu difuzat sunt prezentate în figura 8.2. În prima fază se realizează joncţiunea bază - colector (difuzia bazei), iar apoi joncţiunea emitor-bază (difuzia emitorului) în interiorul difuziei de bază. Contactul de colector se realizează pe partea inferioară a cipului (substrat).

Operaţiile tehnologiei tranzistorului dublu difuzat de tip npn, reprezentat în figura 8.2, pot fi rezumate la următoarele:

Fig. 8.2 Principalele etape ale tehnologiei unui tranzistor dublu difuzat planar

f) e) d)

c) b) a)

- curăţirea substratului - placheta de Si (wafer) monocristalin dopat n; - oxidarea termică a unui strat de oxid cu grosimea ≈2µm (fig. 8.2.a);


- fotolitografie 1 (masca1) - deschiderea ferestrei pentru difuzia bazei, uscare, expunere, corodare şi iniţial oxidare cu SiO2; -predifuzia atomilor de bor; difuzia atomilor de bor în atmosferă oxidantă (fig. 8.2.b);

- fotolitografie 2 (masca2)- deschiderea ferestrei pentru difuzia emitorului; difuzia emitorului prin impurificare cu fosfor schimbându-se tipul dopării (din p în n+) (fig. 8.2.c);

- reoxidare şi fotolitografie 3 (masca3)- deschiderea ferestrelor pentru contactele ohmice (fig. 8.2.d);

- metalizare neselectivă (Al pur (1µm) pe faţa superioară (fig. 8.2.e)); metalizarea zonei de colector, a părţii inferioare cu Au-Sb sau Au-Ni şi corodarea (gravarea) stratului metalic (cu excepţia zonelor de contact); (fig. 8.2.f).

În această enumerare nu au fost detaliate toate etapele fluxului de fabricaţie. Enumerarea lor exhaustivă, chiar pentru acest procedeu considerat ca învechit, ar cere enunţarea a aproape 200 de etape elementare. Procedeele tehnologice mai recente ating uşor între 400 şi 500 de etape elementare. Procesarea simultană, în cursul tehnologiei de fabricaţie, a unui număr mare de plachete de siliciu cu structuri identice determină costuri specifice relativ reduse.

Cerinţele impuse proceselor de fabricaţie pentru realizarea de tranzistoare bipolare cu caracteristici electrice ridicate sunt următoarele:

- realizarea unor rezistenţe de colector de valoare cât mai mică; este necesar a se realiza o zonă de colector puternic dopată şi o cale de acces la colector de rezistenţă cât mai mică;

- se cere realizarea unei zone de bază cu dopaj slab, de grosime suficient de mare pentru obţinerea unei capabilităţi în tensiune a joncţiunii colector-bază suficient de mare;

- rezistenţa de bază să fie cât mai mică pentru a nu limita răspunsul în frecvenţă; - emitorul trebuie sa fie foarte puternic dopat; - gradul de dopare a bazei intrinseci să fie perfect controlat; gradul de dopare al

bazei împreună cu dopajul emitorului, determină câştigul tranzistorului. Prin procesele tehnologice de realizare a tranzistoarelor bipolare se urmăreşte

îndeplinirea acestor cerinţe într-o cât mai mare măsură. În procesele tehnologice folosite la realizarea tranzistoarelor bipolare grosimea w a bazei nu este un parametru de proces. În tehnologia planară grosimea bazei rezultă ca diferenţă dintre adâncimea difuziei de bază şi cea a difuziei emitorului, aşa cum se poate observa din repartiţia în adâncime a concentraţiei de impurităţi la un tranzistor dublu difuzat (fig. 8.3). În tabelul 8. 1 se prezintă principalele etape ale tehnologiei de obţinere a tranzistoarelor planar - epitaxiale de tip npn. Operaţiile a căror succesiune se indică în acest tabel se desfăşoară în paralel pentru totalitatea structurilor de pe suprafaţa plachetei de siliciu.


Tabelul 8.1 Principalele etape ale tehnologiei unui tranzistor npn planar epitaxial

)

9.

8.

7.

6.

5.

4.

3.

2.

1.

n+

Reoxidare

n+

Difuzia emitorului prin impurificare cufosfor schimbându-se tipul dopării (din n în p

n+ Fotolitografie (masca 2) – deschiderea ferestrei pentru difuzia emitorului

n+ Difuzia atomilor de bor în atmosferă oxidantă

n+ Predifuzia atomilor de bor

Creşterea epitaxială unui strat n slab dopat xepi≈10µm

10µm

n+

SiO2 2µm

n+

Oxidarea termică umedă a unui strat de oxidcu grosimea ≈2µm

n+

Fotolitografie (masca 1) – deschiderea ferestrei pentru difuzia bazei

Plachetă de Si (wafer) monocristalin puternic dopat (NI≈1016 atomi/cm2) cu D=50÷75mm şi grosime g≅0,3 mm

n+


Tabelul 8.1 (continuare) Principalele etape ale tehnologiei unui tranzistor npn planar epitaxial

16.

15.

14.

13.

12.

11.

10.

Încapsulare, marcare

Montarea în capsulă (lipire colector) Sudarea bazei şi a emitorului C

B E

Metalizarea subtratului

100µm Reducerea grosimii subtratului

n+

Corodarea stratului metalic (cu excepţiazonelor de contact)

n+

Metalizare neselectivă (Al pur pentru zone p şi Au-Sb sau Au-Ni pentru zone n)

n+

Fotolitografie (masca 3) – Deschiderea ferestrelor pentru contactele ohmice (B şi E)


Tranzistoarele bipolare de putere se caracterizează prin joncţiuni cu suprafeţe mari pentru a permite conducţia curenţilor de colector pentru care au fost destinate (zeci de A) şi o încapsulare care să permită evacuarea energiei disipate. Dezvoltarea actuală a acestui domeniu se face în două direcţii: tranzistoare de putere de frecvenţe mari şi tranzistoare de putere de tensiuni ridicate. Pentru tranzistoarele de înaltă tensiune este necesar ca joncţiunea bază - colector să aibă tensiunea inversă suficient de mare (o capabilitate mare în tensiune). Acest lucru se asigură prin existenţa unei baze groase şi printr-o dopare slabă a zonei de colector (colectorul activ). În acest caz, datorită bazei groase frecvenţa de lucru este redusă, iar rezistenţa serie de colector are valoare mare datorită impurificării slabe a zonei de colector. În scopul reduceri rezistenţei dintre colectorul activ şi contactul metalic (terminal) la tranzistoarele de putere se folosesc unul sau mai multe straturi epitaxiale cu grad de dopare crescător de la zona de colector activ înspre substrat (fig. 8.4.c).

Principalele tipuri de tranzistoare de putere realizate în tehnologia planară sunt: a) Tranzistorul dublu difuzat planar (fig. 8.2) se obţine prin difuzia bazei urmată de

difuzia emitorului. Rezistivitatea colectorului depinde de doparea iniţială a plachetei în care s-a efectuat difuzia (fig. 8.3).

Fig. 8.3 Profilul de dopare al tranzistorului dublu difuzat

Doparea iniţială

1021 1020

1019

1018

1017

1016

1015 2 4 6 Adâncimea [µm]

Difuzia de emitor (n)

Difuzia de bază (p)

Ni [atomi/cm3] b) Tranzistorul epitaxial planar (fig. 8.4.a) are regiunea de colector de rezistivitate

mare (stratul epitaxial), iar substratul este puternic dopat (cu rezistivitate mică). c) Tranzistorul dublu epitaxial planar (fig. 8.4.b) are regiunea de colector de

rezistivitate mare n- (stratul epitaxial 1- slab impurificat) urmat de un strat de rezistivitate medie n (stratul epitaxial 2- mediu impurificat), straturi crescute pe un substrat puternic impurificat n+ cu rezistivitate mică. Această variantă se foloseşte la realizarea tranzistoarelor de putere de tensiuni ridicate (de exemplu: BUX 97 cu UCEmax=400V şi IC=6A sau BUW 46 cu UCEmax=450V şi IC=15A). Secţiunea prin structura n+pn-nn+ astfel obţinută este prezentată în figura 8.4.c.


d) Tranzistorul triplu epitaxial planar are regiunea de colector realizată din trei straturi epitaxiale crescute unul peste celălalt. Caracteristicile straturilor epitaxiale sunt următoarele:

- primul strat este puternic dopat (grosime de 10 µm şi o rezistivitate mică ρ≈2 Ω cm) are rolul de a reduce tensiunea UCesat;

- al doilea strat epitaxial este mediu dopat (grosimea de 22 µm şi rezistivitate ρ≈7 Ω cm);

- al treilea strat epitaxial slab dopat (grosimea de 30 µm şi rezistivitate ρ≈50 Ω cm) are rolul obţinerii unei tensiuni de colector de valoare mare.

Această variantă se foloseşte la realizarea tranzistoarelor de tensiuni ridicate UCEmax=750…1500V (tranzistoare folosite la baleajul orizontal din televizoare şi monitoare, surse în regim de comutaţie, etc.).

p

C

a)

n+

pStrat epitaxial de tip n

Substratul n+

E

B

c)

n+

B

C

E

n- n n+

C

b) Strat epitaxial 2 de tip n

n+

p

Strat epitaxial 1 de tip n-

Substratul n+

E B

Fig. 8.4. Secţiuni prin tranzistoare epitaxiale tip npn a) Tranzistor epitaxial dublu difuzat, b) Tranzistor npn dublu epitaxial şi dublu difuzat, c) Secţiune prin

zona marcată a tranzistorului de la pct. b

e) Tranzistoare overlay sunt tranzistoare dublu difuzate epitaxiale cu o structură

unică de bază în care se găsesc un număr mare de emitoare separate conectate între ele prin regiuni difuzate şi metalizate aşa cum se indică în figura 8.5.b. Acestea sunt structuri tipice pentru tranzistoare de frecvenţă mare şi de putere. Construcţia verticală a structurii tranzistorului bipolar, realizat în tehnologia

planară, face ca circulaţia curentului de colector să fie perpendiculară pe curentul de bază. La aplicarea unei tensiuni UBE , curentul de bază IB străbate zona cu rezistenţa


internă rB până la contactul electric al bazei, aşa cum se indică în figura 8.5. La curenţi mari o parte a curentului de emitor IE se repartizează la periferia emitorului (fig. 8.5).

Din această cauză se impune, în special la tranzistoarele de curent mare, ca prin construcţie să se asigure un bun raport dintre perimetrul şi aria emitorului, aşa cum se indică în figura 8.6.a. Fenomenul de concentrare a liniilor de curent la periferia emitorului şi necesitatea obţinerii de capacităţi parazite mici, determină geometria emitorului (structură multi emitor) pentru tranzistoarele de înaltă frecvenţă – structura de pieptăn cu

mai multe emitoare conectate în paralel aşa cum se arată în figura 8.6.b.

UBE

IB

IC

Fig. 8.5 Procesul de conducţie la tranzistoarele de putere

rB

C

b) a)

Fig. 8.6 Geometria emitorului pentru tranzistoarele: a) de putere, b) de înaltă

frecvenţă

În secţiunea structurii semiconductoare a acestor tranzistori (fig. 8.6) se observă întrepătrunderea dintre zonele de emitor cu cele de bază, zone prin care vor tranzita purtătorii de sarcină.

La realizarea tranzistoarelor de frecvenţă şi de putere este utilizată şi varianta de divizare a suprafeţei emitorului într-un număr mare de suprafeţe individuale. Prin această divizare se reduc capacităţile parazite ale joncţiunilor şi influenţa căderilor de tensiune în regiunea laterală a bazei. În figura 8.7 se prezintă principiul de divizare a suprafeţei emitorului la un astfel de tranzistor.


Suprafaţa cipului corespunzător acestui tranzistor cu excepţia ferestrelor (pătratele albe) se supune unei difuzii de tip p+ (fig. 8.7.a). Urmează o difuzie de tip p în zona ferestrelor rămase neimpurificate şi apoi difuzia emitoarelor n+ (fig. 8.7.b). Conectarea în paralel a structurilor astfel realizate se obţine după metalizare şi corodare (fig. 8.7.c). Varianta (fig. 8.6) aceasta este cunoscută şi sub numele de structură "multiemitor".

8.1.2.2. Tranzistoare bipolare implantate ionic

b)a)

c)

Fig. 8.7 Structura unui tranzistor de putere în tehnologia "Overlay"

Implantarea ionică, în combinaţie cu metoda difuziei, prezintă avantaje substanţiale

la fabricarea tranzistoarelor bipolare cum ar fi: îmbunătăţirea unor parametri electrici, reproductibilitatea structurilor realizate şi creşterea productivităţii operaţiilor tehnologice. Prin implantare ionică se pot realiza straturi impurificate cu grosimi foarte mici, ceea ce


permite realizarea de joncţiunilor subţiri (w≈0,1 µm) necesare pentru realizarea bazelor tranzistoarelor de înaltă frecvenţă. În acest scop, se realizează mai întâi emitorul, prin difuzie sau implantare de arseniu şi apoi baza, prin implantarea ionilor de bor.

În figura 8.8 se prezintă o secţiune transversală într-un tranzistor npn obţinut prin dublă implantare ionică (implantarea bazei şi implantarea emitorului). După cum se observă, structura este realizată pe o plachetă n+ (substrat n+) pe care se depune prin epitaxie un strat de tip n (pentru zona colectorului activ).

P+

Fig. 8.8 Structura unui tranzisor npn obţinut prin dublă implantare

Colector

Bază difuzată inactivă

SiO2

Bază activă implantată Emitor implantat n+

Strat epitaxial n

Strat n+

Emitorul se obţine prin implantarea ionilor de arseniu (ioni As - n+ cu energia

WE=100 keV), după care se aplică un tratament termic (la T=1000οC timp de 15÷30 minute). Adâncimea de pătrundere a emitorului, realizată în aceste condiţii este aproximativ egală cu 0,3 µm. Regiunea activă a bazei se obţine prin implantarea de bor (ioni B cu energia WE=200 keV), după care se aplică un tratament termic (la T=850οC timp de 20 minute) [3]. Parcursul nominal (fig. 4.8) la această energie este 55,0≈nR µm, astfel că aproape tot borul implantat se află sub emitor şi contribuie la doparea bazei. În stratul epitaxial se efectuează o difuzie de tip p+ (difuzant B) în scopul obţinerii stratului cu conductivitate ridicată pentru contactul bazei (baza inactivă).

La implantarea bazei cu As se pot obţine tranzistoare bipolare cu grosimi foarte mici ale bazei (w≈0,05 µm), ceea ce le permite funcţionarea la frecvenţe de ordinul GHz. În scopul obţinerii unei grosimi foarte mici a bazei se formează întâi emitorul prin difuzie sau prin implantarea As şi apoi se realizează baza prin implantarea ionilor de B. Ionii implantaţi, având energi bine stabilite, penetrează zona emitorului şi se localizează pe o grosime w necesară bazei active a tranzistorului. În figura 8.8 se prezintă secţiunea transversală într-un tranzistor npn cu emitorul difuzat şi baza subţire, structură obţinută prin implantare ionică. În scopul reducerii rezistenţei intrinseci a bazei între contactul electric şi zona activă a bazei se realizează în lateral dopări suplimentare de tip p+ şi p++ (fig. 8.9).


Parametrii tranzistoarelor obţinute prin implantare ionică sunt superiori faţă de parametrii tranzistoarelor similare, obţinute prin difuzie, dar costurile sunt mai ridicate.

Baza activă

Zone P++ Colector

SiO2 Contact Bază

Contact Emitor Zone P+

Strat epitaxial n

Substrat n+

Fig. 8.9 Structura unui tranzisor npn cu emitor difuzat şi baza implantată

8.2. Tehnologia tranzistoarelor cu efect de câmp Tranzistoarele cu efect de câmp (cu abrevieri FET sau TEC, MOS=Metal Oxid

Semiconductor sau MOSFET) sunt dispozitive electronice care funcţionează pe principiul modificări conductivităţii electrice a unui canal situat între doi electrozi (sursă şi drenă) sub influenţa unui câmp electric (creat de către cel de-al treilea electrod=poartă sau grilă) ce acţionează asupra acestui canal. Conducţia electrică în canal are loc numai prin purtători majoritari. De aici, derivă şi denumirea acestor dispozitive electronice de tranzistoare unipolare.

8.2.1. Caracteristici tehnologice

Primul tranzistor cu efect de câmp obţinut prin oxidarea termică a siliciului a fost realizat în 1960 [14]. De atunci tehnologia de fabricaţie a evoluat rapid, ceea ce a dat posibilitatea realizării de tranzistoare cu performanţe tot mai bune.

Structura unui tranzistor cu efect de câmp (fig. 8.10) constă din două joncţiuni laterale situate la distanţa L între ele. Structura fiind simetrică sursa corespunde electrodului cu polarizare mai slabă, iar celălalt electrod este drena. Poartă sau grilă, izolată faţă de canal printr-un strat foarte subţire de SiO2 (zecimi de microni), modifică conductivitatea canalului în funcţie de potenţialul aplicat. Caracteristicile electrice ale acestor tranzistoare depind atât de geometria structurii cât şi de tehnologia de realizare. La dispozitivul din figura 8.10 substratul fiind de tip p la suprafaţa siliciului de sub poartă se formează un strat de inversie constituit din electroni. Acest tranzistor la care purtătorii de sarcină sunt electronii este cu canal n. În cazul complementar, dacă substratul este de tip n, purtătorii de sarcină vor fi golurile şi tranzistorul este cu canal p. Tranzistoarele cu efect de câmp cu canal n se întâlnesc cu abrevierea nMOS, iar cele cu canal p - pMOS. Acestea la rândul lor pot fi cu îmbogăţire sau cu sărăcire. Tranzistoarele cu efect de câmp (nMOS sau pMOS) cu îmbogăţire sunt normal-


blocate, iar cele cu sărăcire sunt normal deschise (normally-off, respectiv normally-on).

Pentru ca prin structura tranzistorului MOS să treacă curent de la sursă la drenă trebuie să fie îndeplinite două condiţii: - să existe un câmp longitudinal în zona canalului; condiţie satisfăcută dacă VD>VS; - să existe purtători de sarcină liberi.

Fig. 8.10 Structura unui tranzistor cu efect de

În tabelul 8.2 se prezintă caracteristicile de transfer ID=f(VG) şi simbolurile tranzistoarelor nMOS şi pMOS cu îmbogăţire (normal-blocat) şi cu sărăcire (normal-deschis).

Valoarea potenţialului VT, după care canalul tranzistoarelor MOS normal blocate se deschide, reprezintă tensiunea de prag. Această valoare este dependentă de geometria tranzistorului şi de tehnologia de fabricaţie. La tranzistorul nMOS cu îmbogăţire tensiunea de prag VT este pozitivă (Tab. 8.2.a), iar la pMOS tensiunea de prag VT este negativă (tab. 8.2.c).

Valoarea potenţialului VT, după care canalul tranzistoarelor MOS normal blocate se deschide, reprezintă tensiunea de prag. Această valoare este dependentă de geometria tranzistorului şi de tehnologia de fabricaţie. La tranzistorul nMOS cu îmbogăţire tensiunea de prag VT este pozitivă (Tab. 8.2.a), iar la pMOS tensiunea de prag VT este negativă (Tab. 8.2.c).

Structura MOS cu două joncţiuni laterale (fig. 8.10) poate fi considerată ca fiind formată din două diode cu poartă comună. Substratul fiind de tip p, la suprafaţa siliciului sub grilă se formează un strat de inversie (canal) în care purtătorii de sarcină vor fi electronii. Lărgimea canalului creşte şi odată cu aceasta creşte conductivitatea sa la creşterea potenţialului grilei faţă de substrat sau faţă de sursă.

În figura 8.11 se indică structura internă a unui tranzistor MOS cu canal p (fig. 8.11.a) în care purtătorii de sarcină vor fi golurile. Creşterea conductivităţii canalului se obţine prin creşterea negativării grilei aşa cum se observă din caracteristica de transfer (fig. 8.11.c) şi din caracteristicile de ieşire ID=VDS /VG=const. (fig. 8.11.d).


Tabelul 8.2 Caracteristicile şi simbolurile tranzistoarelor MOS

Simbol Caracteristica

ID=f(VGS) Tipul

tranzistorului

d) Canal p iniţial (normal deschis)

c) Canal p indus (normal blocat)

b) Canal n iniţial (normal deschis)

a) Canal n indus (normal blocat)

Electrodul notat cu B reprezintă substratul care la majoritatea tranzistoarelor MOSFET discrete se conectează la sursă în interiorul tranzistorului.

d)

c)

b)

a)

Fig. 8.11 a) Structura unui tranzistor MOS cu canal p, b) simbolul, c) caracteristica de transfer, d) caracteristicile de ieşire

DRENĂ GRILĂ SURSĂ


8.2.2. Procedee de fabricaţie ale tranzistoarelor MOS

a) Tehnologia clasică Procedeul clasic de realizare a tranzistorilor MOS cu canal n sau p cu îmbogăţire

presupune realizarea într-un substrat de tip opus faţă de cel al canalului: tip p pentru canal n şi n pentru canal p, a celor două zone puternic dopate (n+, sau p+) reprezentând sursa şi drena. Grila se izolează faţă de canal prin intermediul stratului de oxid de siliciu, care trebuie sa aibă calităţi electrice bune. In finalul procedeului de fabricaţie se realizează zonele de contact pentru grila, sursă şi drenă.

Succesiunea principalelor etape tehnologice, [7] este următoarea : - curăţarea substratului; - oxidare groasă de mascare, pentru doparea sursei şi drenei; - fotolitogrfie 1 pentru realizarea deschiderilor sursei şi drenei; - dopare n+cu fosfor sau p+ cu bor (prin difuzie sau implantare ionică); - fotolitografie 2 pentru realizarea deschiderii zonei de canal; - oxidare fină (realizarea oxidului de grilă); - ajustarea tensiunii de prag VT, prin implantare ionică de bor (pentru

canal p) sau cu fosfor sau arseniu (pentru canal n); - fotolitografie 3 pentru deschiderile contactelor de sursă şi drenă; - depunere de aluminiu; - fotolitogravarea aluminiului şi obţinerea contactelor; - recoacere finală, în forming-gaz (amestec de azot şi hidrogen 10%),

pentru îmbunătăţirea calităţii contactelor. Acest procedeu simplu care permite realizarea de tranzistoare MOS cu canal

longitudinal corespunde primelor procedee MOS aplicate în practica industrială. În cadrul acestei tehnologii se remarcă existenţa diferitelor etape de fotolitografie în care elementele geometrice cum ar fi lungimea canalului rezultă corect numai printr-o bună aliniere a măştilor. În cadrul acestei tehnologi de fabricaţie este frecvent fenomenul de acoperire de către contactul grilei a unei părţi din sursă sau din drenă. Această acoperire dă naştere unor capacităţi parazite care afectează în sens negativ caracteristicile acestor tranzistori. Tranzistoarele realizate în cadrul tehnologiei prezentate sunt, în general, tranzistoare de semnal (de curenţi şi de tensiuni reduse).

b) Procedee de reducere a dimensiunilor Pentru a reduce dimensiunile tranzistorilor a fost necesar să se găsească metode

de poziţionare a grilei în raport cu sursa şi drena. Tehnicile prin care se realizează dispunerea unor elemente structurale în poziţiile dorite, în raport cu configuraţiile existente pe plachetă, fără a apela la alinierea convenţională a unei măşti litografice se numesc de autoaliniere [14].

Procesul de fabricaţie a unui tranzistor MOS cu autoaliniere constă în utilizarea unui strat de polisiliciu cu rol de ecran (între drenă şi sursă) în procesele de impurificare controlată (difuzie sau implantare), aşa cum se indică în figura 8.12.


Pentru a-şi îndeplini rolul de ecran stratul de polisiliciu (POLY) folosit trebuie să fie suficient de gros. Astfel, la implantarea borului cu o energie WE=100 keV şi la temperatura ţintei T=475οC stratul de polisiliciu este de aproximativ 4 µm . Stratul de polisiliciu puternic impurificat are în acelaşi timp şi conductivitate electrică bună, acesta putându-se utiliza pentru realizarea contactului grilei.

SiO2

Substrat n

Polisiliciu

Al Regiune difuzată

Regiune implantată

Fig. 8.12 Poziţionarea automată la obţinerea tranzistorului pMOS prin

implantare P+

P+

Fascicol de ioni (B)

Procesul tehnologic de realizare a unui tranzistor MOS cu canal p porneşte de la un substrat de tip n. În prima fază are loc depunerea unui strat de oxid SiO2 subţire (0,1÷0,2 µm) care constituie izolaţia de grilă. Se depune apoi un strat de polisiliciu pe întreaga structură. Printr-un proces fotolitografic se definesc ferestrele pentru sursă şi drenă. Se corodează straturile de polisiliciu şi de oxid din zona ferestrelor şi apoi se realizează o difuzie (implantare) p+.

În scopul îmbunătăţirii unor performanţe funcţionale au fost realizate diferite structuri modificate de tranzistoare MOS. Multe dintre aceste structuri reprezintă variante ale configuraţiei de bază (fig. 8.9), diferind, în general doar tehnologia de realizare. Dintre cerinţele tehnologice necesare realizării unor tranzistoare MOS cu caracteristici funcţionale bune se pot desprinde următoarele:

- lungimea canalului să fie cât mai mică pentru a avea o frecvenţă de lucru ridicată; reducerea lungimii canalului determină însă reducerea tensiunii maxime drenă-sursă;

- conductivitate mare a zonelor sursei şi drenei (impurificare puternică de tip n+ sau p+) pentru reducerea căderilor de tensiune la saturaţie respectiv, pentru obţinerea unei rezistenţe drenă-sursă în conducţie rDSon de valoare mică .

Evoluţia tehnologiilor ce folosesc autoalinierea pentru realizarea emitorului şi a bazei extrinseci prin folosirea straturilor de siliciu policristalin, a permis atingerea dimensiunii de emitor de 0,5 microni. Pentru realizarea tranzistoarelor cu dimensiuni submicronice (lungime de canal de 0,1µm) este necesară execuţia unor joncţiuni de drenă şi de sursă de foarte mică grosime (maxim câteva zecimi de micron). Realizarea contactelor pe aceste zone foarte mici este extrem de delicată, întrucât se formează uşor defecte de tip "pipa", care creează scurtcircuite între electrozi şi zona de canal. Soluţia tehnologică folosită constă în a înalţa sursa şi drena printr-o epitaxie selectivă. Se realizează apoi un strat de siliciură deasupra, pentru reducerea rezistenţelor de contact. Secţiunea printr-un


Fig. 8. 13 Tranzistor NMOS în tehnologie submicronică

tranzistor NMOS realizat în cadrul tehnologiei submicronice este prezentată în figura 8.13.

c) Tehnologii pentru tranzistoare MOS neconvenţionale Pentru a suporta tensiuni mari, trebuie ca distanţa dintre zona de canal şi drenă

să fie suficient de mare pentru a permite zonei de sarcină spaţială să se întindă, pentru a evita fenomenul de avalanşă (prin multiplicarea purtătorilor de sarcină prin ionizare prin impact). Zona de sarcină spaţială poate fi extinsă fie lateral, ca în cazul tranzistorilor DMOS având contactul de drenă mult decalat, fie vertical (fig. 8.14).

Lungimea canalului este determinată de adâncimea mai mare a difuziei de tip p faţă de adâncimea difuziei n+ de sursă, în mod similar formării grosimii bazei unui tranzistor bipolar.

Fig. 8.14 Structura unui tranzistor MOS de putere cu canal vertical (DMOS)

Modificările tehnologice aduse de firma Motorola [15] în scopul creşterii puterii tranzistoarelor MOSFET - varianta DMOS sunt: - difuzie dublă pentru obţinerea unui canal de lungime foarte mică prin care rezistenţa canalului la saturaţie rDSon se reduce mult;

- introducerea unei zone uşor dopate n+ între canal şi drena n+, crescând prin aceasta valoarea tensiunii inverse.

Dezavantajul acestei structuri este utilizarea ineficientă a suprafeţei plachetei de siliciu datorită contactelor electrice care se realizează numai pe partea superioară. Următorul pas al evoluţiei proceselor de fabricaţie a fost cel al structurii verticale în care contactul de drenă este situat pe partea inferioară a structurii. Conceptul iniţial de tranzistor MOSFET cu canal V este prezentat în figura 8.15. Canalul, la acest dispozitiv, este realizat printr-o corodare selectivă prin două regiuni dublu difuzate n+ şi p-. În cazul tranzistorului VMOS în zona grilei se realizează un şanţ în formă de V, folosind tehnicile de gravare anizotropă a siliciului. Dacă substratul are orientarea cristalină <100>, feţele structurii de formă V vor avea orientarea cristalină <111>.


Viteza de gravare mai mare după planul cristalografic <100> decât după planul <111> face posibilă realizarea şanţului în formă de V (a se vedea gravarea anizotropă - pct. 6.1.4). Se obţine astfel un tranzistor de putere VMOS.

Zona n slab dopată situată între drenă şi canal permite extinderea pe o lungime mare a sarcinii spaţiale, mărind astfel capabilitatea în tensiune a dispozitivului.

La aplicarea pe grila de polisiliciu a dispozitivului TMOS a unei tensiuni, pe suprafaţa

canalului se produce un strat de inversie la suprafaţa difuzată (la zona p). Această regiune este reprezentată printr-o rezistenţă echivalentă rCH (fig.8.16). Valoarea rezistenţei rCH scade odată cu creşterea diferenţei de potenţial VGS dintre grilă şi sursă şi permite trecerea unui curent ID între drenă şi sursă.

DRENĂ

SURSA GRILA (polisiliciu) SURSA

Fig. 8.15 Structura unui tranzistor VMOS

Pentru valori mici ale tensiunii VDS drenă-sursă curentul de drenă ID are o variaţie liniară [15], variaţie care se poate reprezenta prin ecuaţia :

DSTGSD VVVCLwI ⋅−⋅= )(0µ (8.2)

unde: C0 - capacitatea specifică a grilei (pe unitatea de suprafaţă); µ - mobilitatea purtătorilor de sarcină; w - lăţimea canalului; L - lungimea canalului. La creşterea tensiunii de drenă, în apropierea saturaţiei, curentul de drenă devine

proporţional cu pătratul tensiunii aplicate între grilă şi sursă:

20 )(

2 TGSD VVCL

wI −⋅= µ (8.3)

Transconductanţa sau amplificarea gFS a tranzistorului MOSFET este definită ca

raportul dintre modificarea curentului de drenă şi variaţia corespunzătoare a tensiunii grilă-sursă. La tranzistorul TMOS pornind de la ecuaţia (8.2) se obţine:


)(0 TGSGS

DFS VVC

Lw

VI

−⋅=∆∆

= µg (8.4)

Valoarea amplificării care se obţine cu un tranzistor MOSFET cu o structură (µ,

C0) şi geometrie (w, L) dată este o funcţie liniară de potenţialul dintre grilă-sursă, aşa cum se observă din relaţia (8.4). La utilizările tranzistoarelor MOSFET, în special la regimul de comutaţie, este necesară cunoaşterea rezistenţei echivalente rDS(on) a canalului la saturaţie. Rezistenţa în conducţie rDS(on) este definită ca fiind rezistenţa echivalentă a structurii semiconductoare la

trecerea curentului dintre terminalele sursei şi drenei. La trecerea curentului rezistenţa dintre terminalele sursă şi drenă (fig. 8.16) este constituită din următoarele: rezistenţa de inversie a canalului rCH, rezistenţa regiunii de acumulare grilă-drenă rACC, rezistenţa joncţiunii FET rJFET şi rezistenţa regiunii de drenă rD a stratului slab dopat:

Fig. 8.16 Conducţia electrică în structura unui tranzistor TMOS

(8.5) DJFETACCCHonDS rrrrr +++=)(

Rezistenţa rDS(on) este direct proporţională cu lungimea L a canalului şi invers

proporţională cu lăţimea w a acestuia şi cu mobilitatea µ a purtătorilor de sarcină. De aici, rezultă că la aceeşi geometrie a tranzistorului, rezistenţa rDS(on) a tranzistorului pMOS este de 2,5…3 ori mai mare decât la tranzistorul nMOS.

Capabilitatea mare în tensiune a dispozitivului VMOS se obţine ca urmare a zonei n- a substratului, zonă slab dopată cu grosime mare în comparaţie cu dimensiunea canalului.

Există mai mulţi producători de tranzistoare de tipul MOSFET şi aproape fiecare dintre aceştia are propriul proces de fabricaţie şi propriul nume.

Printre primele tipuri de tranzisoare cu efect de câmp de putere se numără HEXFET. Firma MOTOROLA construieşte varianta de TMOS-uri, Ixis-fabrică HiperFETs şi MegaMOS, Siemens - are familia de tranzistoare de putere SIPMOS şi tehnologia de tranzistoare de putere avansate Power MOS IV. Chiar dacă procesul se numeşte VMOS, TMOS, DMOS el are o structură de poartă orizontală şi un flux de curent vertical peste poartă. Firmele producătoare de tranzistoare cu efect de câmp de putere încearcă să îmbunătăţească tehnologiile de fabricare ale MOSFET-ului, dar aceste noi tehnologii nu sunt singurele care se pot îmbunătăţi. Schimbările la nivel conceptual pot duce la o creştere a performanţei. Printre acestea amintim procesul


dezvoltat de Philips numit TrenchMOS. Tranzistoarele Philips au dimensiuni mai reduse faţă de aceleaşi tranzistoare produse de RDS menţinând aceeaşi parametri funcţionali [7].

8.3. Încapsularea tranzistoarelor

8.3.1. Montajul cipului

Plachetele semiconductoare prezintă adesea grosimi necorespunzătoare pentru prelucrarea ulterioară. Reducerea grosimii plachetelor semiconductoare (tabelul 8.2 poz. 13) este necesară din următoarele considerente:

- reducerea rezistenţei electrice; - creşterea conducţiei termice; - uşurarea separării cipurilor individuale;

Reducerea grosimii plachetelor se realizează prin procedee de lepuire sau prin şlefuire în combinare cu procedee de corodare chimică.

Separarea cipurilor Plachetele conţin un număr de cipuri care pentru montaj în capsule trebuiesc

separate. Pentru a permite aceasta cipurile individuale sunt separate unele de altele prin "zonele de zgâriere" sau "intercip" cu lăţimi cuprinse între 50 până la 100µm. Pentru separarea cipurilor se folosesc următoarele procedee:

- zgârierea şi ruperea; - prelucrarea cu fascicol laser şi rupere; - tăierea.

La procedeul de zgâriere se foloseşte un vârf de diamant acţionat cu presiune redusă prin partea de mijloc, care separă o structură de alta, a zonei "intercip" (fig. 8.17). Pe părţile laterale ale zonei trasate cu vârful de diamant se produce, pe o lăţime de câţiva microni, o zonă de defect. După ce zonele de separare ale cipurilor (zone intercip) de pe plachetele semiconductoare au fost trasate prin zgâriere, plachetele se trec prin valţuri de cauciuc obţinându-se separarea prin rupere a cipurilor individuale.

loc debitarea cipurilor Fig. 8.17 Zonele "Intercip"după care are

Cipuri Zone "Intercip"

La procedul de prelucrare cu laser se foloseşte un fascicol de laser focalizat, care topeşte materialul semiconductor în zonele de separare a structurilor. Pe părţile laterale ale


traseului în care a acţionat fascicolul radiaţiei laser se produce o zonă de defect pe lăţime de câţiva microni. Zona de defect este hotărâtoare pentru stabilirea traseelor de ruptură a plachetei semiconductoare.

La plachetele semiconductoare la care cipurile au zone "intercip" suficient de mari separarea se obţine prin debitarea acestora cu pânze diamantate.

Fixarea cipurilor După separarea cipurilor acestea urmează se fie fixate pe grilele metalice ale

capsulelor. Operaţia de deplasare şi de aşezare a cipului pe ambază se realizează cu ajutorul unui manipulator (fig. 8. 18.a) care asigură reţinerea cipului prin crearea unei depresiuni (aspiraţie) la contactul manipulatorului cu suprafaţa sa. Pentru a evita oxidarea siliciului în procesul fixării cipului se suflă un gaz inert (azot) în jurul zonei de sudare. Fixarea cipurilor pe grilele de fixare (fig. 8.18.b) se realizează prin aliere (sudură eutectică) sau prin sudare.

Procesul de aliere constă în formarea unei legături eutectice între două materiale cu temperaturi de topire suficient de scăzute. Astfel, amestecul eutectic Au-Si se obţine la temperatura T=370οC pentru o compoziţie de 6% Si şi 94% Au. Fixarea cipului prin procesul de aliere are loc prin formarea amestecului eutectic dintre suprafaţa inferioară a cipului şi suprafaţa de fixare (ambaza sau grila capsulei). La atingerea temperaturii eutectice se produce o fază fluidă între aur şi siliciu, iar după răcire se obţine o legătură stabilă între cip şi ambaza capsulei (sudura eutectică).

În procedeul de montare a cipurilor prin sudare se folosesc aliaje moi cu punctul de topire în domeniul 180…300οC. Masa de lipire se aşează între cip şi ambază, iar apoi se presează uşor şi se încălzeşte la o temperatură cu până la 20% mai mare decât temperatura de topire. În scopul protecţiei materialului semiconductor este necesară o metalizare a cipului (de exemplu cu titan, crom, nichel sau aur). În cazul unei lipituri cu grosimi în jur de 50 µm pot să apară diferenţe între dilatarea cipului şi cea a ambazei. Dezechilibrul dimensional se compensează prin ductilitatea lipiturii. La procedeele de montare prin aliere şi sudare se realizează îmbinări bune conducătoare electric şi termic.

Capacul

Ambaza

Aspiraţie

c) b) a)

Cip

Fig. 8.18 Faze în încapsularea unui tranzistor de putere a) ambaza înainte de montarea cipului b) ambaza după sudarea cipului c) capsula asamblată


Realizarea contactelor La realizarea contactelor se foloseşte aluminiul care se aliază în mici procente cu

cupru şi titan pentru a reduce transportul de material care apare la trecerea curentului. În cazul unor pretenţii ridicate, la metalizări, se folosesc sisteme de metalizare cu mai multe componente. La conectarea straturilor de tip p se foloseşte aluminiu sau aur-bor. Zonele de tip n se contactează cu ajutorul combinaţiei aur - antimoniu.

Între contactele cipului şi terminalele capsulei se realizează conexiunile electrice, iar apoi fixarea şi sudarea capacului (fig. 8.18.c). Capsulele metalice (8.18.c) conţin partea de fixare a cipului (ambaza) realizată din cupru (aluminiu) acoperit cu un strat de nichel şi partea de etanşare (capacul). La terminale capsulei metalice se conectează, de obicei, baza şi emitorul în cazul tranzistoarelor bipolare şi sursa şi grila la tranzistoarele unipolare. Colectorul şi respectiv drena sunt conectate la partea metalică a capsulei în urma sudării cipului pe ambază.

În ANEXA 8.1 se prezintă forme şi dimensiuni pentru câteva variante de capsule metalice (seria TO) folosite la tranzistoare de semnal şi de putere .

8.3.2. Transferul energiei disipate

La funcţionarea tranzistorului, trecerea curentului prin joncţiuni produce

disiparea în interiorul structurii semiconductoare a unei puteri, care se transformă în căldură. Căldura disipată în joncţiuni se transmite prin siliciu determinând gradienţi de temperatură la suprafaţa cipului. Transferul căldurii degajate de cipul tranzistorului are loc spre capsulă (ambaza capsulei) şi apoi de la capsulă la mediul ambiant. Pentru tranzistoarele de germaniu din considerente de fiabilitate se impune ca temperatura joncţiunii (cipului) TJ = 75ο - 85οC, iar la tranzistoarele de siliciu TJ = 150ο - 180οC. Temperatura joncţiunii unui tranzistor nu se poate măsura direct. Se măsoară temperatura capsulei Tcase pe care este montat cipul. Rezistenţa termică joncţiune - capsulă Rj-c se defineşte ca fiind diferenţa dintre temperatura cipului şi temperatura capsulei raportată la puterea disipată Pd care determină încălzirea structurii:

⋅−

=−d

caseJcj P

TTR (8.6)

Rezistenţa termică joncţiune - capsulă Rj-c[οC /W] reprezintă o caracteristică a

cipului tranzistorului respectiv, dar şi a tipului capsulei folosite. Această valoarea se indică în cataloagele producătorilor de tranzistoare.

Puterea maximă disipată Pd max [W] a tranzistorului (cipul acestuia) se determină cu relaţia:

⋅+

−=

−− accj

ambcipd RR

TTP max (8.7)


Valoarea Pd max care se obţine cu relaţia (8.7) reprezintă valoarea pe care o poate disipa o capsulă în lipsa unui radiator. Prezenţa radiatorului permite creşterea puterii disipate deoarece, în acest caz rezistenţa capsulă - mediul ambiant se conectează în paralel cu rezistenţele termice capsulă - radiator şi radiator - ambiant, rezistenţe conectate în serie (fig. 8. 19.b). Capsulele tranzistoarelor de putere se fixează pe corpuri de răcire (radiatoare din cupru sau aluminiu) pentru transferul energiei disipate spre exterior (mediul ambiant). Degajarea căldurii spre mediul ambiant se realizează în mare parte prin convecţie naturală sau forţată (cu ventilator) şi mai rar cu un agent termic de răcire. Pentru îmbunătăţirea transferului căldurii prin radiaţie corpurile de răcire se acoperă cu un strat de negru mat (printr-un proces de acoperire galvanică numită eloxare, în cazul radiatoarelor din aluminiu). Căldura degajată în structura semiconductorului se propagă spre mediul ambiant pe diferite căi. Modul de fixare a tranzistorului de putere pe radiator şi modelul termic al transferului căldurii de la joncţiune spre mediul ambiant se prezintă în figura 8.19. Prin mediul ambiant se înţelege, de obicei, aerul din jurul capsulei.

Fig. 8.19 a) Mod de fixare a tranzistorului de putere pe radiator; b) Schema echivalentă a transferului termic

b) a)

Rj-c

Rc-a

Joncţiune Rc-r Rr-a

Mediul ambiant

Şuruburi de fixareTranzistor

Radiator

Contact termic "moale"

Rezistenţele termice care apar la transferul căldurii de la joncţiune spre mediul ambiant sunt următoarele:

- rezistenţa termică capsulă - mediu ambiant Rc-a; aceasta se referă la calea de evacuare directă a căldurii prin suprafaţa capsulei aflată în contact direct cu mediu;

- rezistenţa termică dintre joncţiune şi capsulă Rj-c; aceasta se referă la calea de evacuare a căldurii de la structura semiconductoare (cip) la ambaza capsulei;

- rezistenţa termică dintre capsulă şi radiator Rc-r; aceasta se referă la calea de evacuare care se obţine între capsulă şi pe radiator; un contact termic bun se obţine prin utilizarea unor suprafeţe moi care să faciliteze un contact intim între capsulă şi radiator (vaselină siliconică);

- rezistenţa termică dintre radiator şi mediul ambiant Rr-a; aceasta se referă la calea de evacuare a căldurii de la radiator spre exterior (mediul ambiant);


aceasta depinde caracteristicile radiatorului (mărimea suprafeţei, forma şi poziţia sa în raport cu curenţii de aer).

În tabelul 8.3 se indică caracteristicile termice ale unor capsule de tranzistoare de putere. În anexa 8.1 se indică geometria unor asemenea capsule de tranzistoare. Tabelul 8.3 Caracteristicile termice ale unor capsule

Rezistenţa termică [0C/W] Tipul capsulei Rj-c Rc-a Rc-r

SOT-3, TO-3 1…5 45 0,5 SOT-9 4,5 - 0,5 SOT-32, SOT-126 6…10 100 1,0 SOT-78, SOT-220 2,1 - 1,5

Atunci când este necesar ca tranzistorul să fie izolat electric faţă de radiator, între capsulă şi radiator se introduce ca izolaţie electrică o folie de mică sau de teflon. Prezenţa izolaţiei electrice introduce o rezistenţă termică suplimentară legată în serie cu Rc-r şi Rc-a (fig. 8.19.b). 8.4. Întrebări recapitulative 1. Cum se clasifică tranzistoarele bipolare în funcţie de tehnologia de fabricaţie? 2. Prin ce se caracterizează tehnologia planară? 3. Ce tip de substrat se foloseşte la realizarea unui tranzistor epitaxial de tip npn? De

ce? 4. Cum se realizează baza unui tranzistor npn şi care sunt factorii de care depinde

grosimea acesteia? 5. Care este geometria emitorului la tranzistoarele de putere? 6. Care este geometria emitorului la tranzistoarele de înaltă frecvenţă? 7. Ce particularităţi prezintă tranzistoarele bipolare implantate ionic? 8. Cum se clasifică tranzistoarele MOS? 9. Care este structura unui tranzistor MOS cu canal n? 10. Care este diferenţa dintre tehnologia clasică şi cea cu autoaliniere? 11. Care este structura unui tranzistor VMOS şi prin ce se caracterizează? 12. Cum se realizează încapsularea? 13. Prin ce se caracterizează o capsulă? 14. Cum se transferă energia disipată pe cipul unui tranzistor ?

Documents

8. TEHNOLOGIA TRANZISTOARELOR DISCRETEvega.unitbv.ro/~olteanu/tehnologie_electronica/T.E.-Cap... · 2005. 9. 3. · Tehnologia tranzistoarelor discrete 95 8.1.2.1. Tranzistoare difuzate