طراحی یک ترانزیستور دو قطبی بهره زیاد به روش تجمع سطحی

ترانزیستورهای دوقطبی (bjt ها) هم اکنون در بسیاری از کاربردهای دیجیتال و ریزموجها به عنوان انتخاب اول محسوب می شوند و نقش بسیار مهمی در مداراهای آنالوگ ایفا می کنند. در فناوری bicmos ترانزیستورهای دوقطبی در کنار ترانزیستورهای mosfet ساخته می شوند. قابلیت جریان بالا و بهره زیاد، برتری این ترانزیستورها نسبت به ترانزیستورهای اثر میدان است. بهره جریان امیتر مشترک (?) ترانزیستورهای دوقطبی یکی از مهمترین پارامترهای طراحی آن ها به حساب می آید، که با بالا بردن آن علاوه بر داشتن کارایی بهتر، می توان سرعت افزاره را نیز بالا برد. بهره جریان ترانزیستورهای دوقطبی را می توان با استفاده از ساختارهای hbt با بیس sige، امیتر با ناخالصی غیر یکنواخت، یا امیتر پلی سیلیکن افزایش داد. تمام این روش ها اگر چه کاربرد زیادی دارند اما مراحل ساخت آن ها پیچیده است. اخیراً ساختار ترانزیستور دوقطبی جدیدی بر مبنای مفهوم لایه تجمع سطحی گزارش شده که در آن با استفاده از ناحیه امیتر با چگالی ناخالصی کم و اتصال فلز با تابع کار مناسب، می توان به بهره جریان بالاتر نسبت به ترانزیستورهای دوقطبی متداول دست یافت، در این ترانزیستورها به دلیل اختلاف در تابع کار فلز اتصال امیتر و نیمه هادی، اتصال به صورت اهمی-شاتکی بوده و تجمع حامل ها در سطح، چگالی آن ها را افزایش داده و سبب افزایش قابل توجه بهره ترانزیستور می شود. در کار حاضر برای اولین بار ساختار جدید ترانزیستور دوقطبی فلز شاتکی-امیتر، p بیس و n کلکتور (mpn bjt)، به منظور افزایش کارایی و کاهش پیچیدگی های ساخت ترانزیستورهای دوقطبی معرفی شده است. به عبارت دیگر این ساختار متشکل از تنها یک پیوند p-n است و با استفاده از اتصال فلز با تابع کار مناسب به نیمه هادی نوع p، ناحیه n+ امیتر به وسیله وارونگی سطحی و تجمع حاملها با چگالی بالا در مرز اتصال ایجاد می شود. سپس برای اثبات صحت کار ساختار پیشنهادی، با استفاده از شبیه ساز عددی دو بعدی این ساختار را شبیه سازی کرده و نتایج حاصل از آن را مورد بررسی قرار می دهیم. همچنین ساختار mpn lbjt که سازگاری بالایی با فناوری cmos در مدارات مجتمع (vlsi) دارد، نیز بررسی و شبیه سازی شده و نتایج در خور توجهی بدست آمده است. شبیه ساز عددی بطور واضح نشان می دهد که ساختارهای ارائه شده خصوصیات یک ترانزیستور دوقطبی با بهره جریان و فرکانس قطع بالا را خواهد داشت. ساختارهای حاضر از نظر کاهش تعداد ماسکهای مورد نیاز برای ساخت و سادگی مراحل ساخت و با توجه به بهره جریان و فرکانس قطع بسیار مناسب خود، می توانند جایگزین های بسیار خوبی برای ترانزیستورهای دوقطبی متداول باشند.