Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Изоляция p–n-переходом — это метод электрической изоляции электронных компонентов, таких как транзисторы, на интегральной схеме (ИС) путем окружения компонентов p–n-переходами, включенными в обратном смещении.
p–n junction isolation is a method used to electrically isolate electronic components, such as transistors, on an integrated circuit (IC) by surrounding the components with reverse biased p–n junctions.
Введение
Окружая транзистор, резистор, конденсатор или другой компонент на интегральной схеме полупроводниковым материалом, легированным типом, противоположным типу легирования подложки, и подключая этот окружающий материал к напряжению, создающему обратное смещение образующегося p–n перехода, можно создать область, формирующую электрически изолированный "колодец" вокруг компонента.
By surrounding a transistor, resistor, capacitor or other component on an IC with semiconductor material which is doped using an opposite species of the substrate dopant, and connecting this surrounding material to a voltage which reverse biases the p–n junction that forms, it is possible to create a region which forms an electrically isolated "well" around the component.
Операция
Предположим, что полупроводниковая пластина является материалом p-типа. Также предположим, что кольцо из материала n-типа расположено вокруг транзистора и под ним. Если материал p-типа внутри n-типа кольца теперь соединен с отрицательным полюсом источника питания, а n-типа кольцо – с положительным, то «дырки» в p-области будут оттягиваться от p–n перехода, что приведет к увеличению ширины непроводящей обедненной области. Аналогично, поскольку n-область соединена с положительным полюсом, электроны также будут оттягиваться от перехода. Это эффективно увеличивает потенциальный барьер и значительно повышает электрическое сопротивление потоку носителей заряда. По этой причине через переход не будет (или будет минимальный) электрический ток. В средней части p–n перехода формируется обедненная область, предназначенная для противодействия обратному напряжению. Ширина обедненной области увеличивается с ростом напряжения. Электрическое поле возрастает с увеличением обратного напряжения. Когда электрическое поле превышает критический уровень, происходит пробой перехода и ток начинает течь из-за лавинного пробоя. Поэтому необходимо следить, чтобы напряжение в цепи не превышало напряжение пробоя, иначе электрическая изоляция будет нарушена.
Assume that the semiconductor wafer is p type material. Also assume a ring of n type material is placed around a transistor, and placed beneath the transistor. If the p type material within the n type ring is now connected to the negative terminal of the power supply and the n type ring is connected to the positive terminal, the 'holes' in the p type region are pulled away from the p–n junction, causing the width of the nonconducting depletion region to increase. Similarly, because the n type region is connected to the positive terminal, the electrons will also be pulled away from the junction. This effectively increases the potential barrier and greatly increases the electrical resistance against the flow of charge carriers. For this reason there will be no (or minimal) electric current across the junction. At the middle of the junction of the p–n material, a depletion region is created to stand off the reverse voltage. The width of the depletion region grows larger with higher voltage. The electric field grows as the reverse voltage increases. When the electric field increases beyond a critical level, the junction breaks down and current begins to flow by avalanche breakdown. Therefore, care must be taken that circuit voltages do not exceed the breakdown voltage or electrical isolation ceases.
История
В статье под названием «Микроэлектроника», опубликованной в журнале Scientific American, сентябрь 1977 года, том 23, номер 3, страницы 63–9, Роберт Нойс писал:
In an article entitled "Microelectronics", published in Scientific American, September 1977 Volume 23, Number 3, pp. 63–9, Robert Noyce wrote:
«Интегральная схема, как мы ее задумали и разработали в Fairchild Semiconductor в 1959 году, обеспечивает разделение и соединение транзисторов и других элементов схемы электрическим, а не физическим способом. Разделение достигается путем введения p–n-диодов, или выпрямителей, которые пропускают ток только в одном направлении. Эта технология была запатентована Куртом Леховеком в компании Sprague Electric Company». Инженер компании Sprague Electric Company Курт Леховец подал заявку на изоляцию p–n-переходов в 1959 году и получил патент в 1962 году. Сообщается (во время его лекций о полупроводниковых ячейках памяти), что он сказал: «Я так и не получил ни цента от этого [патента]». Однако, согласно I T History, ему заплатили (формально) как минимум один доллар за, возможно, самое важное изобретение в истории, поскольку оно также сыграло ключевую роль в изобретении светодиода и солнечного элемента, исследованиями в области которых, по словам Лау Вай Шинга, Леховец также занимался как пионер. Когда Роберт Нойс изобрел монолитную интегральную схему в 1959 году, его идея изоляции p–n-переходов основывалась на плоском методе Хоерни. В 1976 году Нойс заявил, что в январе 1959 года он не знал о работе Леховеца.
"The integrated circuit, as we conceived and developed it at Fairchild Semiconductor in 1959, accomplishes the separation and interconnection of transistors and other circuit elements electrically rather than physically. The separation is accomplished by introducing pn diodes, or rectifiers, which allow current to flow in only one direction. The technique was patented by Kurt Lehovec at the Sprague Electric Company". Sprague Electric Company engineer Kurt Lehovec filed for p–n junction isolation in 1959, and was granted the patent in 1962. He is reported (during his lectures on semiconductor memory cells) to have said "I never got a dime out of it [the patent]." However, I T History states he was paid (pro forma) at least one dollar for what is possibly the most important invention in history, as it also was instrumental in the invention of the LED and the solar cell, both of which Lau Wai Shing says Lehovec also pioneered the research of. When Robert Noyce invented the monolithic integrated circuit in 1959, his idea of p–n junction isolation was based on Hoerni's planar process. In 1976, Noyce stated that, in January 1959, he did not know about the work of Lehovec.