191204. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és elrendezés félvezető analóf kapcsoló kialakítására
7 191204 csoló, akárcsak a tirisztor felfogható úgy is, mint egy aktív üzemmódban működő szembekapcsolt n-p-n cs p-n-p bipoláris tranzisztorpár, melyek közül az első cmittcrc a harmadik 14 réteg, bázisa az első 12 réteg, és így az első tranzisztor kollcktorárama biztosítja a második tranzisztor bázisáramát, míg a második tranzisztor kollektorárama az első bázisáramat. Mivel pedig a rétegek kialakítása olyan, hogy a gyújtó jel hiánya esetén ezen tranzisztorpár földelt bázisú áramerősítési tényezőinek összege az alkalmazási áramtartományban mindenütt kisebb mint egy, ami ekvivalens azzal az állítással, hogy a tranzisztorok kollcktoráramai nem elegendőek ahhoz, hogy a záróirányban előfeszülő p-n átmenet környezetét megfelelő polaritással feltöltség, és így az átmenet nyitóirányú előfeszítését biztosítsák, vagyis az analóg kapcsolót bekapcsolt állapotba hozzák. így, mivel a bekapcsolási feltétel nem teljesülhet, az analóg kapcsoló lezárt állapotban lesz és az első és második 16, 17 kivezetés között a megengedett feszültség tartományon belül a rájuk kapcsolt feszültségtől gyakorlatilag független kis értékű visszáram fog folyni (lásd. 6. ábra Vgl paraméterű görbe). Ha azonban a gyújtó 20 elektródára olyan potenciált (gyújtó jelet) adunk, amelyik az első 12 rétegnek a gyújtó 20 elektróda alatti részében az elektromos tér hatására részleges töltéskiürülést eredményez, vagyis az analóg kapcsoló első tranzisztor komponensének bázisszélessége és bázis töltés integrálja a felület közelében lecsökken és így az első tranzisztor áramerősítési tényezője annyira megnő, hogy teljesül az analóg kapcsoló bekapcsolási feltétele, azaz a két tranzisztor komponens földelt bázisú áramerősítési tényezőjének összege egynél nagyobb lesz. Vagyis a gyújtó 20 elektróda segítségével módosíthatjuk a technológiai műveletek során kialakított struktúrát és így, bár ezen félvezető eszköz ilyen jellegű elektromos tér jelenléte nélkül bekapcsolhatatlan, biztosítható, hogy az analóg kapcsoló, amíg a gyújtó jel a gyújtó 20 elektródájára van kapcsolva, bekapcsolt állapotban legyen, vagyis az első és második 16, 17 kivezetése között egy gyakorlatilag csak a terhelő ellenállás által korlátozott nagy értékű áram follyék, kis maradékfeszültség mellett (lásd 6. ábra Vg2 paraméterű görbe). Eltérően más elven működő tirisztoroktól, a találmány tárgyát képező analóg kapcsoló a gyújtó jel megszüntetésekor nyilvánvalóan kikapcsol, mivel a továbbiakban az eszköz nem teljesíti a bekapcsolási feltételeket, és a terhelő ellenálláson ismét csak a záróirányú p-n átmenet visszáramának megfelelő kis áram fog folyni. Vagyis egy olyan félvezető analóg kapcsolót hoztunk létre, ahol a kapcsolt kör (első és második 16, 17 kivezetés áramköre) csak kapacitív úton csatlakozik a kapcsoló körhöz (a gyújtó 20 elektróda áramköre) és így bzitosítottuk, hogy a működési áram és feszültségtartományban a kapcsolt áramkör állapotától függetlenül az eszközt egy elektromos potenciál segítségével be és ki tudjuk kapcsolni. Mivel az eszköz működésének elengedhetetlen feltétele, hogy a teljes alkalmazási áramtartományban az eszközt alkotó tranzisztorpár földelt bázisú áramerősítési tényezőjének összege egy alatt legyen, az alapstruktúra beállításánál a szokásostól eltérően arra kell törekednünk, hogy mind az első és harmadik 12, 12 réteg, valamint a 11 alapanyag, mind pedig a második és első 13, 12 réteg, valamint a 11 alapanyag alkotta tranzisztorok áramerősítési tényezője még optimális áramsűrűség mellett is igen alacsony legyen. Ezért célszerű a harmadik és első 14, 12 réteg adalékkoncentrációjának arányát lehetőség szerint kicsire, az első és harmadik 12, 14 réteg behatolási mélységének különbségét pedig lehetőség szerint nagyra választani és ezáltal biztosítani, hogy az első tranzisztor áramerősítési tényezője megfelelően kicsi legyen. A második tranzisztor alacsony áramerősítési tényezője biztosítható, ha a második 13 réteg és az első és második 12, 13 réteg közötti távolság megfelelően nagy. Figyelemmel kell lennünk továbbá arra is, hogy az eszköz magas áram és feszültségterhelést tudjon elviselni, a gyújtó elektróda vezérlési meredeksége megfelelő legyen és az eszköz effektiv helykihasználását biztosítsuk. A maximálisan megengedhető áram lényegében a harmadik 14 réteg vezérelt kerületének függvénye és így az eszköz helyszükségletének növelése árán növelhető, a maximálisan megengedhető feszültségértéket pedig a 31 alapanyag adalékkoncentrációja és az első és második 12, 13 réteg közötti távolság határozza meg. Ha az alacsony áramerősítési tényező elérése ennek nem mond ellent, célszerű az első és második 12, 13 réteg közötti távolságot ügy megválasztani, hogy a 12, 13 rétegek közötti átszúrási feszültség megegyezzen a 12 alapanyag letöriési feszültségével. A gyújtó 20 elektróda vezérlési meredekségét az elektróda alatti szigetelő 18 réteg vastagságával állíthatjuk be, miután az első réteg adalékkoncentrációját egyéb követelmények teljesítése meghatározza. Effektiv helykihasználást pedig úgy érhetünk el, ha a harmadik 14 réteg kerület-terület arányát nagyra választjuk és a 14 réteg két hosszanti oldalát lefedjük a gyújtó 20 elektródával (természetesen ilyenkor a második 13 rétegnek is körül kell venni az első 12 réteget). Meg kell jegyeznünk, hogy a technológiai műveletek hiányosságai folytán szükség lehet a 11 alapanyagfelület első és második 12, 13 réteg közötti részének sekély implantációjára a felületi csatorna kialakulásának megakadályozása és a nemkívánatos visszáram megnövekedésének elkerülése érdekében. A 7., 8. és 9. ábra a találmány szerinti elrendezés egy további megvalósítási lehetőségének felülnézeti képét (7. ábra), metszetét (8. ábra) és jellegzetes karakterisztikáját (9. ábra) mutatja. Ez az elrendezési változat a 11 alapanyagon az első, második és harmadik 12, 13, 14 rétegen a szigetelő 18 rétegen, a 19 kontaktus ablakon keresztül a rétegekhez csatlakozó első és második 16, 17 kivezetéseken, valamint a gyújtó 20 elektródán és a harmadik 21 kivezetésen kívül egy a második 13 rétegben elhelyezkedő, a 11 alapanyaggal megegyező vezetési típusú negyedik 23 réteget és egy a negyedik 22 kivezetéshez csatlakozó, a második 13 réteg feletti szigetelő 18 rétegen elhelyezkedő, további gyújtó 20 elektródát is tartalmaz. Az elrendezés jellegzetessége tovább, hogy az első 16 kivezetés mind az első 12, mind a harmadik 14 réteghez, míg a második 1 7 kivezetés mind a második 1 3, mind pedig a negyedik 23 réteghez csatlakozik. Technológiai szempontból célszerű a negyedik 23 réteget a harmadik 14 réteggel egyidőben azonos technológiai feltételek mellett létrehozni, és a gyújtó 20 elektródákat, valamint az első, második, harmadik és negyedik 16, 17, 21, 22 kivezetéseket is egyazon technológiai lépés során kialakítani. A felhasználás szempontjából gyakran célszerű lehet a harmadik és negyedik 21,22 kivezetéseket összekötni és közös kivezetéssel ellátni (lásd 7. ábra szaggatott vonal). 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 5
