RU2078390C1 - Интегральная схема - Google Patents
Интегральная схема Download PDFInfo
- Publication number
- RU2078390C1 RU2078390C1 SU5061120A RU2078390C1 RU 2078390 C1 RU2078390 C1 RU 2078390C1 SU 5061120 A SU5061120 A SU 5061120A RU 2078390 C1 RU2078390 C1 RU 2078390C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- type
- region
- collector
- base
- contact electrodes
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
Использование: изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в качестве фотодетекторной матрицы кремниевого типа в акустооптических системах обработки сигналов. Сущность изобретения: интегральная схема содержит высоколегированную подложку n+ типа проводимости, расположенный на подложке эпитаксиальный слой n-типа проводимости с инжекторной областью p-типа проводимости, базовой областью p-типа проводимости, в которой сформировано не менее одной коллекторной области n+-типа проводимости, и экранирующей областью n+-типа проводимости, окружающей одновременно инжекторную и базовую области по периметру, а также защитный слой, шины межсоединений и контактные электроды. Контактные электроды к коллекторным областям выполнены из оптически прозрачного материала первого типа, области между контактными электродами к коллекторным областям над базовой областью заполнены оптически прозрачным материалом второго типа, а контактные электроды соединены с шинами межсоединений за пределами базовой области. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано в качестве фотодетекторной матрицы кремниевого типа в акустооптических системах обработки сигналов.
Известна интегральная схема [1] на подложке n-типа которой созданы подслой p-типа и эпитаксиальный слой n-типа. Устройство содержит ключевой транзистор n-p-n-типа, который управляется оптическим сигналом, излучаемым, например GaAs лазерным диодом или газовым лазером. Под воздействием этого оптического сигнала в объеме полупроводника создаются электронно-дырочные пары пропорциональные его интенсивности, в результате чего вблизи эмиттерного перехода возрастает концентрация неосновных носителей. При достаточной интенсивности светового потока в цепи база-эмиттер ключевого транзистора будет протекать фототок, который будет смещать его в прямом направлении, если электроды базы и эмиттера не замкнуты. Описанная схема работает по ключевому принципу, а управление ею осуществляется оптическим сигналом. Ключевой транзистор сформирован следующим образом. Омический контакт к коллекторной области n-типа образован диффузией соответствующей примеси. Контакт к базовой области p-типа образован посредством глубокой диффузии p+-типа. Глубокая диффузия n+-типа при смыкании с n-подложкой обеспечивает изоляцию отдельных приборов и устраняет паразитные эффекты. Отличительной чертой устройства является примерное равенство эмиттерного и коллекторного p-n-переходов, что обеспечивает максимальный коэффициент передачи тока базы ключевого транзистора.
Недостатком данного устройства является его низкая чувствительность к оптическим сигналам малой интенсивности (мощности), т.к. в этом случае генерируемый фототок недостаточен для опрокидывания ключевого транзистора из-за малой активной площади области базы. В конструктивном плане область коллектора и коллекторный контакт в данной схеме значительны, что препятствует доступу большой доли оптического сигнала для генерации фототока в активной области.
Другой вариант интегральной схемы [2] отличается структурой ключевого транзистора. Устройство реализовано на n+-подложке, в эпитаксиальном n-слое которого сформирована p-область. Металл первого типа образует омический контакт с диффузионной p-областью, выполняющей роль базы транзистора. Металла второго типа образует с диффузионной p-областью переход Шоттки и является в данном случае коллекторным переходом. Глубокая диффузия n+-типа обеспечивает изоляцию отдельных приборов. Устройство выполняет функции ключевой схемы с фотоэлектрическим питанием.
Недостатком данного устройства является также его низкая чувствительность к оптическим сигналам малой интенсивности. Активная область базы мала и ограничена металлическими слоями (контакты базы, коллекторный переход, шины межсоединений). Наиболее близкой по техническому решению к заявляемому устройству является интегральная схема, I2L-вентиль с улучшенным усилением тока инжектора [3] Известное устройство выполнено на высоколегированной n+-подложке, подключенной к контакту с нулевым потенциалом. В покрывающем ее эпитаксиальном n-слое созданы инжекторная область p-типа проводимости и базовая область p-типа проводимости. В пределах базовой области создано не менее одной коллекторной области n+-типа проводимости. Для изоляции I2L-вентиля и улучшения усиления тока экранирующая зона n+-типа проводимости, которая окружает одновременно инжекторную и базовую p-области по периметру (см. фиг. 7), поверхность схемы покрыта защитным слоем. К рабочим областям инжектора, базы, коллектора созданы контактные электроды, а для формирования принципиальной электрической схемы используются шины межсоединений. Рассмотренная схема выполняет функции логического вентиля, но может быть использована и для обработки оптических сигналов значительной мощности.
При использовании известного технического решения в качестве базового элемента фотодетекторной матрицы обладает рядом недостатков, основным из которых является низкая фоточувствительность схемы.
Проанализирует этот недостаток. В структуре интегральной схемы (см. фиг. 7) можно выделить пассивную и активную части для базовой области вертикального n-p-n-транзистора. Активная часть связана с возможностью генерации фототока в базовой области. Пассивная часть в этом процессе не участвует. Активной является свободная, не закрытая другими областями и элементами часть поверхности базовой области. Пассивная часть объединяет площади базового и коллекторных контактов, препятствующих доступу светового потока вглубь базовой области.
Очевидно, что для повышения оптической чувствительности схемы следует увеличивать либо ее активную часть (при этом возрастает фототок базы вертикального n-p-n-p-транзистора), либо площадь коллекторных областей (возрастает коэффициент передачи тока базы).
Следует отметить, что известная схема в данном структурно-технологическом базисе не может иметь более четырех коллекторных областей. Это приводит к сложностям при решении задач обработки оптической информации в реальном масштабе времени, достигаемых обычно путем распараллеливания информации по N каналам (целесообразно N>4). В конечном итоге, алгоритмы обработки информационных потоков оказываются сложными и недостаточно эффективными.
Заявляемая интегральная схема содержит высоколегированную подложку n+-типа проводимости, расположенный на подложке эпитаксиальный слой n-типа проводимости с инжекторной областью p-типа проводимости, базовой областью p-типа проводимости, в пределах которой создано не менее одной коллекторной области n+-типа проводимости, и экранирующей областью n+-типа проводимости, окружающей одновременно инжекторную и базовую p-области по периметру, а также защитный слой, покрывающий поверхность схемы, шины межсоединений и контактные электроды к областям инжектора и коллектора, причем контактные электроды к коллекторным n+-областям выполнены из оптически прозрачного материала первого типа, свободное пространство над базовой областью выполнено из оптически прозрачного материала второго типа, а шины межсоединений контактируют с электродами за пределами этой базовой области.
При практической реализации контактные электроды к коллекторным n+-областям созданы из пленки легированного поликремния. Свободное пространство над базовой p-областью выполнено из окиси кремнния.
Общим для прототипа и заявляемой интегральной схемы является наличие высоколегированной подложки n+-типа, эпитаксиального слоя n-типа, инжекторной и базовой областей p-типа, коллекторный областей n+-типа проводимостей, экранирующей n+-типа области, защитного слоя, шин межсоединений и контактных электродов к областям инжектора и коллектора, а также их взаимное расположение в конструкции.
Отличительные от прототипа признаки следующие:
контактные электроды к коллекторным n+-областям выполнены из оптически прозрачного материала первого типа;
свободное пространство над базовой p-областью выполнено из оптически прозрачного материала второго типа;
шины межсоединений контактируют с электродами за пределами базовой p-области.
контактные электроды к коллекторным n+-областям выполнены из оптически прозрачного материала первого типа;
свободное пространство над базовой p-областью выполнено из оптически прозрачного материала второго типа;
шины межсоединений контактируют с электродами за пределами базовой p-области.
Существенное значение имеет реализация оптически прозрачных контактных электродов к коллекторным n+-областям, а также создание оптически прозрачной зоны над базовой p-областью, которая остается свободной после формирования контактных электродов к коллекторам. Это приводит к тому, что оптический информационный сигнал активно облучает теперь всю базовую область и обеспечивает фотогенерацию носителей равномерно во всем ее объеме. Оптическая прозрачность контактных электродов и малые толщины коллекторных n+-областей вызывают генерацию основной доли носителей лишь только в базовом слое. Шины межсоединений, контактируя с электродами за пределами области базы, не влияют на процесс фотогенерации в базе. При регулярном расположении коллекторных n+-областей доля фототока, приходящаяся на каждый коллектор будет одинакова, что теперь позволяет создавать число коллекторов N>4, а, следовательно, без сложностей распараллеливать каналы обработки информации.
Отсутствие базового контакта в схеме в этом случае увеличивает степень интеграции. Его надобность при обработке информационных оптических сигналов уже нецелесообразна.
Если на инжекторную область подать прямосмещающее напряжение, то возможна регулировка фоточувствительности схемы, а также ранжирование каждого коллектора по чувствительности. Известно, что при ортогональном расположении коллекторов относительно инжектора, чувствительность структуры уменьшается с удалением коллектора. Данное положение и ограничивает число коллекторов в классической I2L-схеме. В заявляемом устройстве такой режим использования расширяет его функциональные возможности в плане обработки оптической информации различной интенсивности.
На фиг. 1 показана структура интегральной схемы, вид сверху; на фиг. 2 - поперечный топологический разрез по А-А.
Интегральная схема содержит высоколегированную подложку n+-типа 1, подключенную к шине нулевого потенциала, расположенный на ней эпитаксиальный слой n-типа проводимости 2, в котором созданы p-область инжектора 3 и p-область базы 4. В пределах базовой области 4 создано не менее одной коллекторной области 5 n+-типа проводимости, к которым подключены контактные электроды 6, выполненные из оптически прозрачного материала первого типа. Рабочие p-области 3 и 4 окружены по периметру экранирующей областью 7 n+-типа проводимости. Поверхности интегральной схемы покрыта защитным слоем 8, на котором сформированы шины межсоединений 9. Диффузионная p-область инжектора 3 контактирует с шиной 9 в зоне 10. Свободное пространство над базовой p-областью 4 выполнено из оптически прозрачного материала 11 второго типа. Шины межсоединений 9 контактируют с электродами 6 за пределами базовой p-области 4.
В совокупности области 3-2-4 образуют латеральный p-n-p-транзистор, выполняющий функции инжектора тока. Соответственно области 2-4-5 образуют вертикальный n-p-n-транзистор, выполняющий функции фототранзистора. Заявляемая конструкция является устройством функционально-интегрированного типа.
Рассмотрим работу заявляемого устройства. Пусть поверхность интегральной схемы освещается информационным оптическим сигналом от источника S.
При облучении оптически прозрачной поверхности схемы в объеме базовой p-области 4, свободном от коллекторных n+-областей 5, генерируются носители пропорционально мощности информационного оптического сигнала и площади облучения. Поскольку коллекторные n+-области 5 являются достаточно тонкими (1,0. 1,5 мкм в типовой I2L-схеме), а контактные электроды 6 специально созданы оптически прозрачными, то информационный оптический сигнал, пронизывая их, также генерирует носители и в тех зонах базы 4, которые находятся по n+-областями 5. Суммарные носители образуют фототок в цепи база-эмиттер вертикального n-p-n-транзистора при подключенной к шине нулевого потенциала подложки 1. Это приводит к открыванию n-p-n-транзистора или опрокидыванию ключевой схемы на основе заявляемой структуры устройства.
Если при заданных геометрических размерах рабочих областей схемы мощности оптического сигнала не достаточно для создания фототока в цепи база-эмиттер, то недостающую долю носителей в базу можно поставлять за счет дополнительной инжекции носителей из p-области 3 при подключении ее к положительному полюсу источника питания +E. Фактически устройство в данном режиме позволяет обрабатывать оптические сигналы с интенсивностью светового потока ниже порога фоточувствительности. При реализации предлагаемой интегральной схемы необходимо соблюдать следующие требования: концентрация носителей в эпитаксиальном слое n-типа Nd 8•1015 см-3; концентрация носителей в p-области Na 5•1018 см-3; концентрация носителей в n+-областях Nd 5•1020 см-3; концентрация носителей в n+ скр-слое - 5•1019 см-3; толщина эпитаксиального n-слоя 2 мкм; толщина пленки поликремния 0,2 мкм; толщина окисной пленки в фотоактивной p-области 0,05 мкм; толщина пленки алюминия 1,2 мкм; глубина залегания эмиттерного перехода 0,8 мкм; глубина залегания коллекторного перехода 0,4 мкм; контактные электроды создаются путем легирования нейтральной пленки поликремния ионами мышьяка с энергией 100 кэВ и дозой 2000 мкКл/см2.
Схема реализуется на базе биполярной технологии.
Как видно из технического решения, наблюдается существенное уменьшение площади кристалла и на топологическом уровне достигается существенный качественный результат повышается чувствительность, увеличивается степень интеграции и расширяются функциональные возможности схемы. В итоге количество задач по дешифрации оптических сигналов, например в акустооптических системах, решаемых с применением предлагаемой схемы, резко возрастает, а алгоритмы обработки за счет распараллеливания по каналам могут быть существенно проще организованы и более быстрыми.
Claims (3)
1. Интегральная схема, содержащая высоколегированную подложку п+ - типа проводимости, расположенный на подложке эпитаксиальный слой n типа проводимости с инжекторной областью р-типа проводимости, базовой областью р-типа проводимости, в которой сформировано не менее одной коллекторной области n+-типа проводимости, и экранирующей областью n+-типа проводимости, окружающей одновременно инжекторную и базовую области по периметру, а также защитный слой, покрывающий поверхность схемы, шины межсоединений и контактные электроды к областям инжектора и коллектора, отличающаяся тем, что контактные электроды к коллекторным n+-областям выполнены из оптически прозрачного материала первого типа, области между контактными электродами к коллекторным n+-областям над базовой областью заполнены оптически прозрачным материалом второго типа, а контактные электроды соединены с шинами межсоединений за пределами базовой области.
2. Cхема по п.1, отличающаяся тем, что в качестве оптически прозрачного материала первого типа использована пленка легированного поликремния.
3. Cхема по п.1, отличающаяся тем, что в качестве оптически прозрачного материала второго типа использована пленка окиси кремния.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5061120 RU2078390C1 (ru) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | Интегральная схема |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5061120 RU2078390C1 (ru) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | Интегральная схема |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2078390C1 true RU2078390C1 (ru) | 1997-04-27 |
Family
ID=21612732
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5061120 RU2078390C1 (ru) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | Интегральная схема |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2078390C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7646149B2 (en) | 2003-07-22 | 2010-01-12 | Yeda Research and Development Company, Ltd, | Electronic switching device |
-
1992
- 1992-05-26 RU SU5061120 patent/RU2078390C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Баринов В.В. и др. Интегральные схемы с инжекторным питанием. - Зарубежная электронная техника, N 19, 1973, с. 8, фиг. 4. 2. Там же фиг. 5. 3. Заявка ФРГ N 3035051, кл. H 01 L 27/08, 1982. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7646149B2 (en) | 2003-07-22 | 2010-01-12 | Yeda Research and Development Company, Ltd, | Electronic switching device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN206992134U (zh) | 雪崩二极管和雪崩二极管阵列 | |
US4831430A (en) | Optical semiconductor device and method of manufacturing the same | |
CA1078073A (en) | Semiconductor device | |
US6100556A (en) | Method of forming a semiconductor image sensor and structure | |
US6100570A (en) | Semiconductor device having a semiconductor film of low oxygen concentration | |
US3551761A (en) | Integrated photodiode array | |
US3748546A (en) | Photosensitive device and array | |
US3529217A (en) | Photosensitive semiconductor device | |
GB2151843A (en) | Semiconductor devices | |
US4920395A (en) | High sensitivity photodiode | |
US8227882B2 (en) | Light-sensitive component with increased blue sensitivity, method for the production thereof, and operating method | |
JPS59107578A (ja) | 半導体光電変換装置 | |
JPH01205564A (ja) | 光半導体装置およびその製造方法 | |
US3812518A (en) | Photodiode with patterned structure | |
US3453507A (en) | Photo-detector | |
US3604987A (en) | Radiation-sensing device comprising an array of photodiodes and switching devices in a body of semiconductor material | |
US3745424A (en) | Semiconductor photoelectric transducer | |
RU2078390C1 (ru) | Интегральная схема | |
JPS6259902B2 (ru) | ||
CA1243103A (en) | Radiation-sensitive semiconductor device | |
RU2071146C1 (ru) | Интегральная схема | |
JPS63160270A (ja) | フオトセンサと信号処理用素子を有する半導体装置 | |
US3918083A (en) | Bilateral switching integrated circuit | |
US4001866A (en) | Monolithic, junction isolated photrac | |
US20080272413A1 (en) | Light-Sensitive Component |