187887. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és elrendezés előjelhelyes félvezető lineár kombinátor és/vagy átalakító kialakítására
1 187 887 2 belül többszörösen előfordul a hivatkozási számot betűvel egészítjük ki. Az ismert elrendezést az 1. és 2. ábra alapján ismertetjük. Az l.ábra a félvezető tetróda (azaz térvezérelt bipoláris tranzisztor) felülnézete, a 2. ábra pedig a metszete. Az elrendezésnek félvezető 11 alapanyagba diffundáltatott emitter 13, bázis 12 és kollektor 20 rétege, továbbá a félvezető 11 alapanyag felületén elhelyezkedő szigetelő 21 rétege és a szigetelő 21 rétegen elhelyezett vezérlő 22 elektródája, valamint a vezérlő 22 elektródának közvetlen, az emitter 13, bázis 12 és kollektor 20 rétegnek pedig kontaktus 16,14,18 kontaktus ablakokon keresztül csatlakozó emitter 17, bázis 15, kollektor 19 és elektróda 23 kivezetése van. A félvezető tetróda készítésére használt planár technológia során a félvezető 11 alapanyagba szelektiven a 11 alapanyaggal ellentétes típusú réteget létrehozó adalékot diffundál tatunk, vagyis bázis 12 réteget alakítunk ki. A szelektivitást itt olyan anyag biztosítja, amelyben az adalék diffúziós állandója nagyságrendekkel kisebb, mint a félvezető 11 alapanyagban. Szilícium alapanyag esetén például erre a célra a technológiai műveletek során keletkező szilíciumdioxid kiválóan alkalmas. Ezután a bázis 12 rétegben egy all alapanyaggal megegyező típusú emitter 13 réteget alakítunk ki szelektív diffúzióval vagy implantációval úgy, hogy mind mélységben, mind oldalirányban n-p-n vagy p-n-p szerkezet jöjjön létre, majd az így kialakított 12,13 rétegek és a kollektor 20 réteg fölött megfelelő helyen a szigetelő 21 rétegben kontaktus ablakokat nyitunk. Ezután a teljes felületre vezető réteget viszünk fel, amit szelektív marással a nemkívánt helyekről eltávolítunk és ötvözéssel biztosítjuk a 14,16,18 kontaktus ablakokban a 15, 17, 19 kivezetések és a félvezető 12,13, 20 rétegek közötti fémes kapcsolatot. A vezérlő 22 elektróda és az elektróda 32 kivezetés készülhet a többi 15,17,19 kivezetéssel egyidőben azonos anyagból. Ha azonban a vezérlő 22 elektródát valamilyen okból más anyagból kívánjuk előállítani, akkor a műveleti sort újabb technológiai lépésekkel, a 22 elektróda anyagának felvitelével és szelektív marással szükséges kiegészíteni. Gondoskodni kell továbbá ebben az esetben a fémes kapcsolat kialakításáról a 22 elektróda és az elektróda 23 kivezetés között. Meg kell továbbá jegyeznünk, hogy a bázis oldaldiffúzió fölötti szigetelő 21 réteg tetróda esetében nemcsak a szelektív technológiai műveletek és a felületvédelem érdekében készül, hanem azért is, hogy kapacitív úton a vezérlő 22 elektróda elektromos terén keresztül egy második vezérlési lehetőséget biztosítson. Ennek következtében a felhasznált szigetelő 21 rétegnek legalább a vezérlő 22 elektróda alatt sokkal szigorúbb követelményeknek kell eleget tenni, mint egyszerű bipoláris tranzisztor esetében, A szigetelő 21 réteg vastagsága például komoly szerepet játszik az elektromos térerősség és így a vezérlés meredekségének meghatározásában. Az oxidtöltés és a felületi állapotok sűrűsége pedig az effektiv vezérlő feszültség befolyásolásával a vezérlési tartományt tolja el valamilyen jól definiálható mértékben és nagyrészt meghatározza az eszköz megbízhatóságát. A vezérlő 22 elektróda anyagának és a bázis adalékkoncentráció megválasztásával pedig a kilépési munkán keresztül a vezérlési tartományt befolyásolhatjuk. Az eszköz további elektromos paramétereit elsősorban a 12,13,20 rétegek adalékolási szintje, adalékeloszlása és geometriai felépítése határozza meg. A legjellemzőbbnek tartott statikus paraméter az áramerősítési tényező, amely jelen esetben a kollektor és bázisáram hányadosa, például nagyrészt a bázistöltésintegrál (vagyis az emitter 13 réteg által nem kompenzált bázisadalék fajlagos mennyisége), kisebb részt pedig az emitter 13 és kollektor 20 réteg adalékkoncentrációjának a függvénye. Az áramerősítési tényező áramfüggését pedig elsősorban a 12,13,20 rétegek geometriai kiala-, kítása határozza meg. Ha a diffúziók mélysége 1—2 tan körül van, a bázisszélesség 0,5 /am körüli, az emitter 13 réteg rétegellenállása 5—10 Ohmja, (ahol □ azt jelenti, hogy az ellenállásérték egységnyi felületre vonatkozik), a bázis 12 réteg rétegellenállása 150—300 Ohm/o a kollektor 20 réteg fajlagos ellenállása pedig néhányszor 0,1 Ohmcm, akkor közepes áramsűrűség mellett 50-100 körüli áramerősítési tényező érhető el, ami alumínium vezérlő 22 elektródát és 1000 Â körüli vastagságú szilíciumdioxid szigetelő 21 réteget alkalmazva és néhány veit vezérlési tartományt feltételezve több nagyságrendnél áramerősítési tényező eltolást tesz lehetővé. A 3. és 4. ábrán a találmány tárgyát képező előjelhelyes félvezető lineár kombinátor és/vagy átalakító egy lehetséges elrendezésének felülnézeti képét (3. ábra) és metszetét (4. ábra) láthatjuk. Bár más elrendezésben, mint a tetróda, ez a félvezető eszköz is tartalmaz emitter 13, bázis 12, kollektor 20 réteget és ezen rétegek 15, 17,19 kivezetése is a felületen kialakított szigetelő 21 rétegben nyitott 14, 16,18 kontaktus ablakokon keresztül történik, az előjelhelyes félvezető lineár kombinátor és/vagy átalakító azonban egynél több egymással párhuzamos vezérlő 22 elektródával is rendelkezik, melyek külön-külön elektróda 23 kivezetésekkel vannak ellátva. A bázisoldaldiffúzió feletti szigetelő réteg itt csakúgy, mint a félvezető tetróda esetében nemcsak a szelektív technológiai műveletek és a felületvédelem érdekében készült, hanem azért is, hogy kapacitív úton biztosítsa a vezérlő 22 elektródák megfelelő működését, mivel a szigetelő réteg vastagsága és minősége jelentősen befolyásolja az eszköz vezérlési meredekségét, vezérlési tartományát és megbízhatóságát. A technológia során a félvezető 11 alapanyagban, ami egyben a bázis 12 réteg is, az alapanyaggal ellentétes vezetési típusú emitter 13 és kollektor 20 réteget hozunk létre diffúzióval vagy implantációval, majd a tetróda előállításához hasonlóan 14,16,18 kontaktus attakokat nyitunk a szigetelő 21 rétegben és a 14,16, 18 kontaktus ablakokon keresztül a 12,13,20 rétegeket 15, 17, 19 kivezetésekkel látjuk el. A 15,17,19 kivezetések előállításával egyidőben (vagy ha a vezérlő 22 elektróda anyaga eltér a 15,17, 19 kivezetések anyagától külön lépésben) kialakítjuk az emitter 13 rétegtől a kolle ctor 20 rétegig érő és a bázis 12 réteget átfedő egymással párhuzamos vezérlő 22 elektródákat és a vezérlő 22 elektródákhoz az elektróda 23 kivezetéseket. A vezérlő 22 elektródák alatti szigetelő 21 réteget pedig a MOS technikából jól ismert módszerek valamelyikével, például visszamart száraz oxidációval állítjuk elő. Az így kialakított előjelhelyes félvezető lineár kombinátor működése röviden a következő: Az emitter-bázis átmenetet nyitóirányban a kollektor-bázis átmenetet pedig záróirányban feszítjük elő, ami az emitter-bázis átmenet feszültségével exponenciálisan arányos emitter áram emisszióját eredményezi. A bázisból az emittáit töltéseknek azt a részét, amely nem rekombinálódik, vagy kompenzálódik a bázis rétegben a bázis áramot 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
