191204. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és elrendezés félvezető analóf kapcsoló kialakítására
1 191204 i A találmány tárgya eljárás és elrendezés félvezető analóg kapcsolók kialakítására. Mint ismeretes, a tirisztor az a félvezető analóg kapcsoló elem, amely a legnagyobb áramsűrűség átbocsájtására képes egy adott felületen keresztül minimális maradékfeszültség mellett. Ennek a tulajdonságának köszönhetően széleskörű felhasználásra talált a teljesítmény elektronikában és a planár tirisztor megjelenése óta integrálása is lehetővé vált, ami perspektivikusan utat nyitott az eszköz széleskörű felhasználásának az elektronika más területén is. Mivel a planár tirisztor a hagyományos bipoláris gyártástechnológia segítségével előállítható, tömeggyártása könnyen megoldható. A planár tirisztor lényegében olyan félvezető eszköz, amelyben a félvezető alapanyag felülete mentén n-p-n-p szerkezet található és az első (katód) és utolsó (anód) réteg, valamint valamelyik közbenső réteg ki van vezetve. Jellemzője, hogy a tirisztor lezárt állapotban van, vagyis a megengedett feszültségtartományon belül katódja és anódja között csak elhanyagolható nagyságú visszáram folyik, amíg a harmadik, az indító elektródára megfelelő indító jelet nem adunk; ha ez megtörtént, a tirisztor bekapcsol, vagyis katódja és anódja között egy lényegében kizárólag a terhelő ellenállás által meghatározott nagyságú áram folyik, a katód és anód közötti feszültségkülönbség pedig minimálisra csökken, és ez az állapot egész addig fennmarad, amíg az eszközre adott katód-anód feszültséget megfelelő ideig ezen minimális érték alatt nem tartjuk, vagy az eszköz katód-anód körét meg nem szakítjuk. Ezen tulajdonságának következtében a tirisztor elsősorban a teljesítmény elektronikában jól használható félvezető analóg kapcsolóként. A tirisztornak mint analóg kapcsolónak legfőbb hátránya, hogy kikapcsolása csak a katód-anód feszültség megszűntetésével, vagy ami lényegében ugyanaz, a katód-anód kör megszakításával lehetséges. Ez a tény felhasználását sok területen lehetetlenné, másutt körülményessé teszi, és ezzel indokolható, hogy alkalmazásuk lényegében a teljesítmény elektronikára korlátozódik, ahol más félvezető kapcsolóelem nem áll rendelkezésre, kisebb teljesítményigényű kapcsolóként pedig más félvezetőket, például bipoláris tranzisztort, vagy ezen eszközökön alapuló áramkört használnak és így lehetővé teszik, hogy az indító elektródával az áramút nemcsak bekapcsolható, hanem kikapcsolható is legyen. A tirisztor további igen lényeges hátránya, hogy az indító elektróda közvetlenül a fő áramkörbe kapcsolódik és így a tirisztor bekapcsolása az anódáram nagyságrendjének megfelelő indítóáramot igényel, ami komoly követelményt jelent az eszköz meghajtásával kapcsolatban és így meghajtása semmiképpen sem történhet közvetlenül valamelyik már elterjedt logikai rendszerről (például TTL vagy CMOS). De ha ez az áram lecsökkenthető is lenne a szükséges szintre, akkor is komoly hátrányt jelentene, hogy a kapcsoló és a kapcsolt áramkör közvetlen összeköttetésben van. A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt valamenynyi nehézség egyidejű kiküszöbölése és egy olyan félvezető analóg kapcsoló kialakítása, amelynél az indító elektróda statikusan független a katód-anód körtől és az indítás gyakorlatilag áramfelvétel nélkül megoldható, továbbá a katód-anód kör ugyanezen indító elektróda segítségével megszakítható, vagyis az eszköz kikapcsolható. A találmánnyal megoldandó feladat ennek megfelelően egy olyan eljárás és elrendezés kialakítása, mely a fenti célkitűzést megvalósítja. A találmány alapja az a felismerés, hogy a hagyományos planár tirisztor helyett egy olyan planár tirisztort alkalmazva, amely az őt alkotó tranzisztorok áramerősítési tényezőinek megváltoztatása nélkül az alkalmazási áramtartományban nem teljesítheti a tirisztor bekapcsolási feltételeit, és így az ismert módszerek segítségével bekapcsolhatatlan, de egy gyújtó elektróda elektromos tere következtében fellépő áramerősítési tényező változás segítségével a bekapcsolási feltételek biztosíthatók, s így a tirisztort bekapcsolhatjuk, illetve az elektromos tér megszüntetésével az eredeti állapotot visszaállíthatjuk, a kitűzött feladat egyszerűen megoldódik. A találmány szerinti eljárás egy olyan ismert eljárás továbbfejlesztése, melynek során egy félvezető alapanyagban két, egy első és egy második, az alapanyaggal ellentétes vezetési típusú réteget hozunk létre, majd az így létrejött rétegben a félvezető alapanyaggal megegyező típusú harmadik réteget alakítunk ki. Az alapanyag felületén szigetelő réteget hozunk létre, melyen kontaktus ablakot nyitunk. A második és harmadik réteget kivezetésekkel látjuk el. A továbbfejlesztés, vagyis a talámány abban van, hogy az első és a harmadik réteg, valamint az alapanyag által létrejött tranzisztor, illetve az alapanyag, valamint az első és második réteg által létrejött tranzisztor földelt bázisú áramerősítési tényezőinek összegét az alkalmazási iramtartományban egynél kisebbre állítjuk be. Az első ^éteg felülettel határos része fölött szigetelő réteget hozunk létre, majd a szigetelő rétegen egy elektródát alakítunk ki, melyet kivezetésekkel látunk el. A találmány értelmében célszerű, ha a második rétegben egy negyedik, az alapanyaggal azonos réteget hozunk létre. Az első és harmadik, valamint a második és negyedik réteget közös kivezetésekkel látjuk el. A második réteg felülettel határos része fölött szigetelő réteget hozunk létre, majd a szigetelő rétegen egy elektródát alakítunk ki, melyet kivezetéssel látunk el. A második és negyedik réteg, illetve az alapanyag által létrejött bipoláris tranzisztor, valamint az alapanyag az első és második réteg által létrejött tranzisztor földelt bázisú áramerősítési tényezőinek összegét az alkalmazási áramtartományban egynél kisebbre állítjuk be. Nevezetesen célszerű, ha az első és második réteg fölött kialakított elektródákat közös kivezetésekkel látjuk el. Célszerű továbbá az is, ha a félvezető alapanyagot egy nem félvezető típusú hordozó felületén epitaxiális rétegnövesztéssel hozzuk létre. Célszerű továbbá még az is, ha a félvezető alapanyagot egy, az alapanyaggal ellentétes típusú félvezető hordozón epitaxiális rétegnövesztéssel hozzuk létre. A találmány értelmében célszerű még az is, ha az első és második réteg között legalább egy tiltó réteget alakítunk ki, mely az alapanyaggal ellentétes típusú. A tiltó réteg felülettel határos része fölött szigetelő rétege(ke)t, majd azo(ko)n elektródá(ka)t alakítunk ki, melye(ke)t kivezetések(kel) látunk el. A tiltó rétege(ke)t is ellátjuk kivezetésekkel. Nevezetesen célszerű még az is, ha a tiltó réteg alatt azzal megegyező típusú, vele összeérő vagy azt részben átfedő rejtett réteget hozunk létre. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
