173930. lajstromszámú szabadalom • Félvezető eszköz
5 173930 6 erősen szennyezett Nf típusú diffundált 5 második rétegen alakítottunk ki. Passziválásként 67 szilícium-dioxid réteg zárja az eszköz felső felületét. Fentiek eredményeként az N~ típusú szilícium epitaxiális 2 réteg és a P típusú szilícium epitaxiális 3 második zóna alakítja ki 12 kollektor-bázis átmenetet. A P típusú szilícium epitaxiális 3 második zóna és az N" típusú szilícium epitaxiális 4 első réteg alkotja az emitter-bázis 13 PN átmenetét. Az N típusú szilícium epitaxiális 4 első réteg és az bf típusú diffundált 5 második réteg az első zónát vagy a 14 L-H átmenetet alkotja, amelyek azonos szennyeződési típusúak (megjegyezzük, hogy az L-H kifejezés két, azonos szennyeződési típusú átmenetet jelöl, amelyek közül az egyik erősen, a másik gyengén szennyezett). Az emitter-bázis 13 PN átmenete és 14 L-H átmenet közötti WE szélesség körülbelül 6 mikron. A 2. ábrán láthatjuk a fent leírt eszköz szenynyezési és kisebbségi töltéshordozó profilját. Az ábra felső része jelzi az emitter, a bázis és a kollektor egymáshoz viszonyított helyzetét. A diagram középső része a szennyezés koncentrációt mutatja atomokban köbcentiméterenként a külső felülettől (így jelöltük) az 1 hordozóréteg felé. Az ábra első része mutatja a kisebbségi töltéshordozó koncentrációját a különböző tartományokban, kezdve az N* típusú diffundált 5 második rétegtől az N~ típusú szilícium epitaxiális 4 második rétegig. Amikor a kisebbségi töltéshordozók diffúziós hossza kisebb, mint a WE emitter szélessége, a kisebbségi töltéshordozó profilt, az (a) meredek szaggatott vonal jellemzi. Amikor olyan beépített mező lett kialakítva, aminek nagysága nem elegendő, amint a továbbiakban tárgyalni fogjuk, a kisebbségi töltéshordozó koncentrációt a (b) szaggatott vonal jellemzi. A fentiekben leírt felépítés magas hFE-vel és alacsony zajjellemzőkkel rendelkezik. Annak magyarázataként, hogy mi módon lehet ezt elérni, észre kell vennünk, hogy a földelt emitteres áramerősítés (hFE) a tranzisztor paraméterei közül az egyik legfontosabb. Ezt általában, mint a 10 JP amelyek ugyanezen a rétegen injektálódnak keresztül a bázisból az emitterbe, forditott irányban Az elektron áramsűrűséget Jn-t megadhatjuk, mint q • Dn • np Ln q • Dp • Pn Lp qv (e —- -1) KT (4) qv (e —-1) KT (5) ahol Ln az elektron diffúziós hossza a P típusú bázisban, Lp a lyuk diffúziós hossza az N típusú 15 emitterben, Dn az elektron diffúziós állandó, Dp lyuk diffúziós állandó, Np a kisebbségi elektron koncentráció a P típusú bázisban az egyensúlyi állapotban, Pn a kisebbségi lyuk koncentráció az N típusú emitter az egyensúlyi állapotban, V az emit- 20 ter-bázis-rétegre adott feszültség, T a hőmérséklet, q az elektron töltése és k a Boltzmann-féle állandó. A 6 értéke, a Jp és a J„ viszonya, a következő 25 egyenlettel fejezhető ki: Jp Ln Dp Pn 5 =— = Jn Lp Dn (6) np 30 ezenkívül megadható, mint fi = W_ . Dp_. 35 Lp Dn Nd ahol a viszonyt helyettesíthetjük, mint (7) 40 Pn np Na Nd ‘FE * 1—a (1) ahol a a földelt bázisú áramerősités Az a áramerősítés megadható, mint a = ax • ß • (2) ahol a* - a kollektor multiplikációs viszony, ß a bázis átviteli tényező, és 7 az emitter hatásfok. Valamely NPN tranzisztorokban például, a 7 emitter hatásfokot mint 1 7 = (3) Jn + Jp 1 + Jp/Jn adhatjuk meg, ahol Jn az elektron áramsűrűség, ami azon elektronok eredményeként jön létre, amelyek az emitterből a bázisba, az emitter-bázis rétegen injektálódnak át, és Jp a lyuk-áramsűrűség, itt Na a bázis tartomány szennyeződési koncentrációja, Np az emitter tartomány szennyeződési 45 koncentrációja, és W a bázis szélessége, ami az Ln elektron diffúziós hosszát korlátozza a bázis tartományban. A hordozók diffúziós állandói Dn és Dp a hordozók mozgékonyságának függvényei, valamint 50 a hőmérsékleté, és ezeket alapvetően állandónak tekintjük. Az 1. ábra szerinti eszközben a kevéssé szennyezett, N" típusú szilícium epitaxiális emitter 4 első réteg hatására, amit az emitter-bázis 13 PN átme- 55 nete és a 14 L-H átmenet között alakítottunk ki, az Lp értéke nagyon naggyá válik. Például, azzal a feltétellel, hogy a kevéssé szennyezett, N~ típusú szilícium epitaxiális 4 első réteg szennyezési koncentrációja 5,5 x 1015 atom cm-3, és az epitaxiális 60 réteget úgy alakítottuk ki, hogy jó legyen a rácsszerkezete, az Lp értéke körülbelül 50-100 mikron lesz. Hagyományosan, a korábbi tranzisztoroknál a kisebbségi töltéshordozók diffúziós hossza az enűt- 65 ter tartomány WE vastagságával egyenlő lenne, 3
