173930. lajstromszámú szabadalom • Félvezető eszköz
3 173930 4 Jobban körülhatárolva, ezen találmány többréteges félvezető eszközre vonatkozik, mint például bipoláris tranzisztor, vagy tirisztor és különösen olyan félvezető eszközre, ami kis szennyeződés koncentrációjú emitter réteggel rendelkezik azzal, hogy a kisebbségi töltéshordozók tényleges diffúziós hossza lényegesen nagyobb, mint az emitter tartomány szélessége és ez, azzal kombinálva, hogy beépített mező teszi az emitteren keresztül történő kisebbségi töltéshordozó injektálást alapvetően kicsivé. így a beépített mező által létrehozott drift áram gyakorlatilag teljesen kiegyensúlyozza a bázis tartományból injektált kisebbségi töltéshordozók diffúziós áramát. A kollektor tartomány szennyeződés koncentrációja alacsony, ami a magas letörési feszültséget biztosítja. A kisebbségi töltéshordozók diffúziós hossza hagyományos tranzisztorok esetén hihetőleg az 1—2 milcronos érték körüli. Találmányunk olyan többréteges félvezető eszközt biztosít, amelyben a kisebbségi töltéshordozók diffúziós hossza 50—100 mikron körüli érték. A hagyományos tranzisztor áramerősítési tényezője körülbelül 500, míg a jelen találmány szerinti érték 3000 vagy annál is több. Azonos szennyeződési típusú emitternél az erősen szennyezett tartomány és a gyengén szennyezett tartomány között kialakított réteggel a drift áramok gyakorlatilag teljesen kiegyenlíthetik a kisebbségi töltéshordozók diffúziós áramát. A találmányunk eredménye az, hogy olyan többréteges új félvezető eszközt biztosít, ami nagy hpE-vel (földelt emitteres áramerősítési tényezővel) rendelkezik, és alacsony zaj karakterisztikával. Találmányunk további eredményeként olyan új többréteges félvezető eszközt nyerhetünk, ami kis szennyeződés koncentrációjú az emitter rétegében, és a kisebbségi töltéshordozók diffúziós hossza lényegesen nagyobb, mint az emitter réteg szélessége, ezenkívül kicsi a rekombinációs sebessége, valamint jó a kristályrács szerkezete. Az 1. ábra sematikus részleges metszeti képe olyan NPN tranzisztornak, ami a találmány új lehetőségeit és jellemzőit megtestesíti. A 2. ábra az 1. ábrán bemutatott eszköz szenynyezési profilját, ezenkívül a kisebbségi töltéshordozó emitterbeli koncentrációját mutatja meg. A 3. ábra integrált áramköri egység részleges, keresztmetszeti képe, amiben NPN tranzisztor alkotja a jelen találmány szerinti elemet, és további hagyományos tervezésű NPN tranzisztor segítségével alakítjuk ki az integrált áramköri egység komplementer párját. A 4. ábra a földelt emitteres áramerősítési görbe (hFE) rajza a kollektor áram függvényében. Az 5. ábra a zajtényező frekvencia összefüggést ábrázolja, 1000 ohm bemeneti impedancia esetén. A 6. ábra a zajtényező frekvencia összefüggést ábrázolja, 30 ohm bemeneti impedancia esetén. A 7. ábra zajtérkép, ami a zajtényezőt a kollektor áram függvényében ábrázolja. A találmány szerinti előnyös kiviteli alak NPN tranzisztor formában történő megvalósítását mutatja az 1. ábra. Amint látható, az 1 hordozóréteget erősen szennyeztük N típusú szennyezőanyag gal, előnyös módon az 1 hordozóréteg erős antimon szennyezésű szilíciumból alakítható ki. A szennyezés célszerűen 4x10*8 atom cm-3. Ez így körülbelül 0,01 ohm-cm ellenállást biztosít. Úgy találtuk, hogy ez a szennyezés változhat 0,008 és 0,012 ohm-cm között. A 1 hordozóréteg vastagsága célszerűen 250 mikron. N" típusú szilícium épitaxiális 2 réteget alakítunk ki az N*' 1 hordozórétegen, amelyek együtt kollektort alkotnak. Ez az N típusú szilícium epitaxiális 2 réteg olyan gyengén szennyezett antimonnal, ami elegendő, 7x10*4 atom cm"3 szenynyeződés koncentráció kialakítására. Az ellenállás körülbelül 8-10 ohm-cm. Az épitaxiális réteg vastagsága körülbelül 20 mikron. P~ típusú szilícium épitaxiális 3 második zónát alakítunk ki az N" típusú szilícium épitaxiális 2 rétegen, ez lesz a tranzisztor aktív bázis rétege. A szennyezés elegendő mennyiségben alkalmazott bór lehet ahhoz, hogy lxlO16 atom cm-3 koncentrációt adjon. Az ellenállás 1,5 ohm-cm. A 3 második zóna vastagsága körülbelül 5 mikron. N" típusú szilícium épitaxiális 4 első réteget alakítunk ki, a P" típusú szilícium épitaxiális 3 második zónán, és ez fog emitterként szolgálni. Az N" típusú szilícium épitaxiális 4 első réteg enyhén antimonnal szennyezett, a szennyezés koncentrációja körülbelül 5,5x10*5 atom cm'3. Az N' típusú szilícium épitaxiális 4 első réteg vastagsága körülbelül 2-5 mikron. Ezután N* típusú diffundált 5 második réteget alakítunk ki, ami foszforral erősen szennyezett. Ennek a diffundált rétegnek a felületi szennyeződési koncentrációja körülbelül 1020 atom cm"3, és vastagsága körülbelül 1,0 mikron. Foszforral erősen szennyezett, N típusú diffúziós 6 réteg veszi körül az előbbiekben leírt NPN tranzisztort. A szennyezés körülbelül 3x10*9 atom cm"3, felületi+koncentrációként. Ez a szenynyezés áthatol a P típusú szilícium épitaxiális 3 második zónába, majd az N~ típusú épitaxiális 2 rétegbe, amíg eléri az 1 hordozóréteg N*' tartományát. Ez ily módon körülveszi a P+ típusú szilícium épitaxiális 3 második zóna alkotta bázist. A P+ típusú szilícium épitaxiális 3 második zónához bázis-hozzávezetésként P" típusú diffundált 7 zónát alakítunk ki. A P” típusú diffundált 7 zónát borral szennyezzük úgy, hogy a szennyezés koncentrációja körülbelül 3x10*9 atom cm"3 értékű legyen a felületen. A P” típusú diffundált 7 zóna áthaladva az N" típusú szilícium épitaxiális 4 első rétegen a 3 P+ típusú szilícium épitaxiális 3 második zónába jut, ami határolja és körülveszi az N” típusú szilícium épitaxiális 4 első réteget az emittert. P típusú diffundált 8 réteg alkotja a bázis hozzávezetést, és ez a tartomány erősen szennyezett borral. A szennyezés koncentrációja a felületen közelítőleg 5 x 1018 atom cm-3. Az alumínium 9 kollektor elektródát, az 1 hordozóréteg alsó felületén alakítottuk ki. 10 bázis elektródát a P típusú diffundált 8 rétegen alakítottuk ki. Az alumínium 11 emitter elektródát az 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
