174979. lajstromszámú szabadalom • Félvezető eszköz
3 174979 4 teges félvezető eszköz biztosítása, amely magas letörési feszültségértékkel rendelkezik és amely mentes a termikus megszaladástól. A találmány ezeken túli célja az, hogy olyan új többréteges félvezető eszközt biztosítsunk, ami integrált áramkörben alkalmazható hagyományos — beleértve a komplementer elemeket is — tranzisztorokkal együtt. Jobban körülhatárolva, ezen találmány több réteges, félvezető eszközre vonatkozik, mint például bipoláris tranzisztor, vagy tirisztor és különösen olyan félvezető eszközre, ami kis szennyeződésű emitter réteggel rendelkezik. A találmány tehát olyan, a bevezetőben körülírt félvezető eszköz, amelyben az első és negyedik réteg közötti átmenetből a használat közben az első rétegbe injektált kisebbsége töltéshordozók száma gyakorlatilag egyenlő az első és második réteg közötti átmenetből a használat közben az első rétegbe injektált kisebbségi töltéshordozók számával és a két átmenet közötti távolság kisebb, mint az első rétegben a kisebbségi töltéshordozók diffúziós hossza. A hagyományos tranzisztorok kisebbségi töltéshordozóinak diffúziós hossza az 1-2 mikronos nagyságrendbe esik. Találmányunk olyan többréteges félvezető eszközt biztosít, amiben a kisebbségi töltéshordozók diffúziós hossza 50-100 mikron közötti érték. A hagyományos tranzisztorok áramerősítési tényezője körülbelül 500, míg ez a találmány szerinti 3000, vagy annál is nagyobb. A találmány ezek szerint új, többréteges félvezető eszközt biztosít, aminek nagy hFE áramerősítési tényezője és kis zaja van. A találmány továbbá olyan új, többréteges, félvezetőt biztosít, ami az emitter tartományban kis szennyeződés koncentrációval rendelkezik és a kisebbségi töltéshordozó hossza lényegesen nagyobb, mint az emitter szélessége, ezen kívül kicsi a rekombinációs sebessége. Az I. ábra a találmány új lehetőségeit és jellemzőit megtestesítő PNP tranzisztor sematikus, részben metszeti képét mutatja. A 2. ábra az 1. ábrán bemutatott eszköz szennyezési profilját, valamint a kisebbségi töltéshordozó koncentrációt mutatja az emitter tartományban. A 3. ábrán integrált áramköri egység részben metszeti képét mutatja, ahol NPN tranzisztor testesíti meg a találmányt, és további, hagyományos PNP tranzisztor valósít meg komplementer tranzisztort, az integrált áramkörben. A 4., 5. és 6. ábrák, az 1. ábrához hasonló részben metszeti képben mutatják meg találmányunk más kiviteli alakjait. A 7. ábrán, a földelt emitteres áramerősítési tényezőt, hFE mutatja, a kollektor áram függvényében. A 8. ábrán a zajtényezőt láthatjuk a frekvencia függvényében, 1000 ohm bemeneti impedancia esetén. A 9. ábrán a zajtényezőt láthatjuk a frekvencia függvényében, 30 ohm bemenő impedancia esetén. A 10. ábra zajtérkép, ami a zajtényezőt a kollektor áram függvényében mutatja. A 11. ábra a hFE értéket mutatja a hőmérséklet függvény árén. A találmány előnyös kiviteli alakját, mint NPN tranzisztorét, az 1. ábra mutatja. Amint látható, 1 2 hordozó erősen szennyezett N típusú szennyezőanyaggal, vagy pontosabban, az 1 hordozó szilíciumból alakítható ki erős antimon szennyezéssel. A szennyezés célszerűen 4X1018 cm-3. Ez körülbelül 0,01 ohm—cm ellenállást jelent. Azt találtuk, hogy ez a szennyeződés változhat 0,008 és 0,012 ohm-cm között. Az 1 hordozón egyik vezetési típusú — az adott példában N típusú1 — szilícium epitaxiális 2 harmadik réteget alakítunk ki. Ezt használjuk kollektorként az N+ típusú 1 hordozón. Ezt a 2 harmadik réteget kevéssé antimonnal szennyeztük, elegendően ahhoz, hogy a szennyezési koncentráció 70X1014 cm-3 legyen. Az ellenállás körülbelül 8—10 ohm—cm. Az epitaxiális réteg vastagsága körülbelül 20 mikron. Egy másik vezetési típusú - az adott példában P típusú — szilícium epitaxiális 3 második réteget alakítunk ki a 2 harmadik rétegen, ez alkotja a tranzisztor bázisát. A szennyezés bór lehet, olyan mennyiségben, hogy a szennyezés koncentráció 1X101 6 cm-3 legyen. Az ellenállás 1,5 ohm—cm. A 3 második réteg vastagsága körülbelül 5 mikron. Egyik vezetési típusú — az adott példában N típusú - szilícium epitaxiális 4 első réteget alakítunk ki ezután, a 3 második rétegre és ez fogja alkotni az emittert. A 4 első réteg antimonnal kevéssé szennyezett, a szennyeződés koncentráció körülbelül 5.5X1015 cm-3. Az ellenállás körülbelül 1 ohm-cm. A 4 első réteg vastagsága körülbelül 2-5 mikron. A 4 első rétegben egyik vezetési típusú - az adott példában N típusú — diffúziós 5 réteget alakítunk ki ez alkotja az emitter kontaktust. Ezt a réteget foszforral szennyezzük, a felületi szennyeződési koncentráció 5X1020 cm-3, és mélysége 1,0 mikron. Erősen szennyezett 6 diffúziós réteg veszi körül a kollektortartományt és ez a réteg a 3 második rétegen keresztül a 2 harmadik rétegbe hatol. A szennyező foszfor, és a szennyezés körülbelül 3X101 9 cm'3 koncentrációjú a felületen. Egy másik vezetési típusú, az adott példában P típusú 7 diffúziós réteg áthatol a 4 első rétegen a 3 második rétegbe, ami körülveszi az előbbit. A szennyezőanyag koncentrációja 7X1019 cm-3 és anyaga bór. Másik vezetési típusú - példánkban P típusú - 8 diffúziós réteget alakítunk ki a 7 diffúziós rétegen, ez lesz a bázis kontaktus. A 8 diffúziós réteg erősen szennyezett bórral, aminek felületi koncentrációja körülbelül 5X10** cm-3 és a 8 diffúziós réteg behatolása körülbelül 1,8 mikron. Az eszközt 206 szilícium dioxid réteg borítja, passzivációs célból. Alumínium 9 kollektor elektródát alkalmazunk az N+ típusú, 1 hordozón. Alumínium 10 bázis elektródát alakítunk ki a 8 diffúziós rétegen, a bázis kontaktuson. Alumínium 11 emitter elektródát alakítunk ki az N típusú, diffúziós 5 rétegen, az emitter kontaktuson. A P típusú 200 negyedik réteg diffundálva az N típusú, szilícium epitaxiális 4 első rétegbe 14 PN átmenetet alkot. A P típusú 200 negyedik réteg szennyezésére és kialakítására a P típusú, 8 diffúziós réteg kialakításával együtt kerül sor. A szennyezőanyag koncentrációja 5X10* * cm-3, és a P típusú 200 negyedig réteg vastagsága körülbelül 1,8 mikron. A fentiekből nyilvánvaló, hogy a 2 harmadik réteg a 3 második réteggel 12 kollektor-bázis átmenetet 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
