191204. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és elrendezés félvezető analóf kapcsoló kialakítására
5 191204 6 biztosítsák,s így az egyensúly állapot ilyen alacsony áram mellett következik be. Ha azonban az indító 15 elektródára olyan megfelelően terhelhető feszültség vagy áramgenerátort kapcsolnak, amely biztosítani tudja, hogy az első 12 réteg és a 11 alapanyag közötti, az indítójel nélkül záróirányban előfeszülő, p-n átmenet nyitóirányba kerüljön, akkor az egyik tranzisztor telítésbe kerül, a másik tranzisztor emitter-bázis átmenete pedig továbbra is nyitóirányban lesz előfeszítve, miáltal a tirisztoron gyakorlatilag a terhelő ellenállás által meghatározott nagy áram fog folyni, alacsony maradékfeszültség mellett és ez az állapot, függetlenül attól, hogy a továbbiakban az indítójelet biztosítjuk-c vagy sem, fennmarad egészen addig, amíg az első és második 16,17 kivezetés feszültségét a maradékfeszültség alá nem csökkentjük, vagy az áramkört meg nem szakítjuk. A harmadik ábrán Igj árammal paraméterezett jelleggörbe az indítójel hiánya mellett fellépő működést jelképezi amikor az indító jel elég nagy ahhoz, hogy az adott munkaellátás és az első és második 16, 17 kivezetés közé kapcsolt feszültség mellett az eszköz bekapcsoljon. A tirisztor működésének elengedhetetlen feltétele, hogy az őt alkotó bipoláris tranzisztorok földelt bázisú áramerősítési tényezőinek összege legalább a bekapcsolt állapotnak megfelelő munkaponti áram esetében egynél nagyobb legyen, ez ugyanis a feltétele annak, hogy a tirisztor az adott áramnál bekapcsolható legyen, valamint az indítójel megszűnése után az egyik tranzisztor telítésben maradjon és a munkaponti áram ne csökkenjen le. Ez a feltétel a hagyományos planár technológiával közepes áramsűrűség mellett könnyen biztosítható, és a 12, 13, 14 rétegek, valamint a 11 alapanyag geometriájának helyes megválasztásával elérhető, hogy a kívánt áramtartományban a túl magas vagy túl alacsony áramsűrűség következtében ne lépjenek fel másodlagos effektusok. Ha pedig az első tranzisztor áramerősítési tényezőjét megfelelően nagyra választjuk, amit az első és harmadik 12, 14 réteg, valamint a 11 alapanyag adalékolási szintje és geometriai felépítése határoz meg, elérhető, hogy az indításhoz szükséges áramerősség a munkaponti áramhoz viszonyítva ne legyen magas. Az eszköz első és második 16. 17 elektródája közé kapcsolható maximális feszültséget pedig elsősorban a második tranzisztor bázisának szélessége és koncentrációja (ami azonos a 11 alapanyag koncentrációjával) határozza meg. Figyelemmel kell lennünk továbbá arra, hogy az alacsony nyitóirányú differenciális ellenállás biztosítása érdekében a rétegek soros ellenállása lehetőleg alacsony legyen. Mindent összevetve, ha az első és második 12, 13 réteg mélysége 2—3 pm körül van, a harmadik réteg mélysége pedig ennél 0,5 pm-rel kisebb, az első és második 12, 13 réteg ellenállása 150- 300 Ohm/D, míg a harmadik 14 rétkgé 5—10 Ohm/D, a 11 alapanyag fajlagos ellenállása pedig 1 Ohm cm körül van, az első és a második 12, 13 réteg közötti távolság pedig 60 /un, akkor ha feltételezzük, hogy az eszköz optimális áramsűrűség mellett működik, és másodlagos hatások a teljesítőképességét nem rontják le, a munkaponti áram néhány százalékának megfelelő indító áram szükséges a tirisztor bekapcsolására és az eszköz első és második 16, 17 kivezetése közé kapcsolható maximális feszültség 100 V körül lesz. A gyakorlatban azonban ezek az optimális működési feltételek általában nem teljesülnek és az eszköz biztonságos beindításához nagyobb áramra van szükség. 4 A 4., 5. és 6. ábrán a találmány tárgyát képező félvezető analóg kapcsoló egy lehetséges elrendezésének fclülrézeti képét (4. ábra), metszetét (5. ábra) és jellegzetes karakterisztikáját (6. ábra) láthatjuk. Bár némileg más elrendezésben mint a hagyományos laterális tirisztor esetén, a találmány tárgyát képező félvezető analóg kapcsoló ezen elrendezése is tartalmaz a félvezető 11 alapanyagában első, második és harmadik 12, 13, 14 réteget és a harmadik és második 14,13 réteghez az első és második 16, 17 kivezetés is a szigetelő 18 rétegben nyitott kontaktus ablakokon 19 keresztül kapcsolódik. A találmány szerinti elrendezés azonban az isinettől eltér anynyiban, hogy az első 12 réteg felülettel határos része fölötti szigetelő 18 rétegben gyújtó 20 elektródája van. A szigetelő 18 réteg gyújtó 20 elektróda alatti része nemcsak a szelektív technológiai műveletek és a felületvédelem érdekében készült, hanem azért is, hogy kapacitív úton a gyújtó 20 elektróda elektromos terén keresztül befolyásolni tudjuk a tirisztor komponensét képező valamelyik tranzisztor áramerősítési tényezőjét a gyújtó 20 elektródához csatlakozó harmadik 21 kivezetésre adott potenciál segítségével. Ennek következtében az itt felhasznált szigetelő 18 rétegnek legalább a gyújtó 20 elektróda alatti sokkal szigorúbb követelményeknek kell megfelelni, mint a hagyományos laterális tirisztor esetében. A szigetelő 18 réteg vastagsága például, ami a hagyományos laterális tirisztorok esetében csaknem közömbös volt, jelentős szerepet játszik a gyújtó 20 elektróda által biztosított elektromos térerősségének és igy a vezérlés meredekségének meghatározásában. Az oxidtöltés és a felületi állapotok sűrűsége pedig a gyújtó 20 elektróda effektiv vezérlő feszültségének befolyásolásával a vezérlési tartományt tolja el valamilyen jól definiálható mértékben és nagyrészt meghatározza az eszköz megbízhatóságát. A gyújtó 20 elektróda anyagának és az első 12 réteg adalékkoncentrációjának megválasztásával pedig a kilépési munkán keresztül a vezérlési tartományt befolyásolhatjuk. Technológiai szempontból az alapstruktúra, vagyis az első, második és harmadik 12, 13, 14 réteg kialakítása, valamint a második és harmadik 13, 14 réteg kontaktálása és kivezetése a hagyományos laterális planár technológiával megegyező módon, bár természetesen más a célnak megfelelő technológiai paraméterek mellett történik. A gyújtó 20 elektróda és az elektróda alatti szigetelő 18 réteg kialakítása pedig a MOS technikából jól ismert módszerek valamelyikével történhet, például szilícium alapanyag esetén a szigetelő 18 réteg visszamart száraz oxidációval és utólagos hőkezeléssel, a gyújtó 20 elektróda pedig az első, második és harmadik 16, 17, 21 kivezetéssel egyidőben alumíniumból készülhet. Az így kialakított félvezető analóg kapcsoló működése röviden a következő. Nyitóirányú működtetés és a gyújtó jel hiányát feltételezve (záróirányú működtetés esetén a gyújtó 20 elektróda potenciáljától független visszáram folyik: az első és második 16, 17 kivezetés közé kapcsolt feszültség hatására a harmadik és első 14, 12 réteg közötti, illetve a második 13 réteg és a 11 alapanyag közötti p-n átmenet nyitóirányában, míg az első 12 réteg és a 11 alapanyag közötti p-n átmenet záróirányban feszítődik elő, és az eszközön keresztül lényegében a záróirányú p-n átmenet visszárama fog folyni, mint az t a 6. ábra mutatja (a szaggatott vonal az analóg kapcsolóra kötött terhelő ellenállás áram-feszültség függvénye). A találmány tárgyát képező analóg kap5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
