195363. lajstromszámú szabadalom • Kivezetéselrendezés teljesítménytranzisztorokhoz
1 195 363 2 A találmány tárgya kivezetéselrendezés teljesítménytranzisztorokhoz, amelynek segítségével a szekunder átütéssel szembeni szilárdság megnő. A teljesítmény tranzisztorok paraméterei között szerepel mint adat a megengedhető maximális kollektorteljesítmény, amely alatt egy olyan teljesítmény értendő, amely a tranzisztor működése közben hővé alakul át, és amelyet a kollektoron folyó áram és a kollektor-emitter közötti feszültség segítségével határozunk meg. Ennek a teljesítménynek az értéke az adott tranzisztor konstrukciós kialakításától nagymértékben függ, és döntően befolyásolja, hogy a hővezetés a tranzisztoron belül a félvezető chiptől a környezetig hogyan van megvalósítva. Ahhoz azonban, hogy a félvezető chiptől a teljes hőt el tudjuk vezetni, biztosítani kell a teljesítménytranzisztor teljes működését tartományában, hogy a hő egyenletesen oszoljon el a félvezető felületén, mivel ha a chiptérfogatra eső áramelosztás egyenetlen, akkor már elvileg sem lehet egyenletes a hőelvezetés. Teljesítménytranzisztoroknál a chipek vízszintes irányban fésűfogszerűen kiképezett peremmel ellátott emittertartománnyal vannak kiképezve,és ehhez egy megfelelő fésűszerű fogazással kiképezett peremű bázistartomány is tartozik. Ennek az elrendezésnek az a célja, hogy egyenletesebb legyen az áramerősítési tényezőnek az emitteráramtól való függése, mivel ezzel az elrendezéssel az emitteráram útjának az emitter peremére való kiszorítását csökkentjük. Az áram útjának ezen kiszorítását az emittertartomány alatti bázis keresztirányú ellenállása okozza. Ez a jelenség különösen a diffúziós, azaz bipoláris tranzisztoroknál lép fel, ahol a bázisnak a keresztirányú ellenállása igen nagymértékben függ a kollektor és emitter közötti feszültségtől. Az előbb említett áramkiszorítási jelenség egyike azoknak a fő jellemzőknek, amelyek befolyásolják a teljesítmény - tranzisztor szilárdságát a szekunder átütéssel szemben, mivel az emittertartomány alatti ún. „meleg helyek” területe és hőmérséklete a bázis keresztirányú ellenállásától függ. A fent említett szekunder átütéssel szembeni nem megfelelő szilárdság kialakulásánál igen jelentős szerepet játszik az emittertartomány azon részének a túlmelegedése, amelyhez a kivezetése van csatlakoztatva, mivel a csatlakozási helyen az áramsűrűség rendkívül nagyértékű. Az emitter ezen részének az átfolyó áram okozta túlmelegedése további egyenetlen hőmérsékleteloszlást eredményez a vízszintes chip-síkban, amely egyenetlen hőmérsékleteloszlás a pozitív hővisszacsatolással együtt az emitter kivezetése alatti rész hőmérsékletét jelentősen megnöveli és helyi túlmelegedések kialakulását eredményezi, amelyek a tranzisztornak a szekunder átütéssel szembeni szilárdságát, különösen nagy emitteráramok esetében jelentősen lecsökkenti. Ez például akkor következik be, ha nagy emitteráramot bocsátunk át impulzusüzemben, vagy kisebb a kollektor-emitter feszültség, de igen nagy az emitteráram. Ez a jelenség különösen a kevéssé szennyezett bázisú tranzisztoroknál figyelhető meg fokozottan, ahol is a szekunder átütéskor a bázisréteg belső hőmérséklete lokálisan váltakozik. Ez a bázishőmérséklet-változás, párosulva a szennyezés egyenetlen eloszlásával, a fő oka annak, hogy a teljesítménytranzisztorok, különösen pedig a planár technológiával készült tranzisztorok szilárdsága a szekunder átütéssel szemben lényegesen kisebb, mint a homogén szennyezettségű bázisú vagy epitaxiális tranzisztorok esetében. Az ismert tranzisztorgyártási technológiáknál úgy járnak el a szekunder átütéssel szembeni szilárdság növelésére, hogy az emittertartomány alatti bázis keresztirányú ellenállását behatárolják, azaz a bázisban levő aktív szennyező anyag koncentrációját növelik jVagy megnövelik a bázis vastagságát. Ez azonban csak az emitteráram sávokban történő hozzávezetésével hatásos. Az emitterhozzávezetés alatti melegebb helyek például úgy korlátozhatók, hogy több vezetékkel csatlakozunk az emitterhez ,vagy több emitteres elrendezést alakítunk, ahol több kiegyenlítő ellenállás is van. Ezek a technológiák azonban meglehetősen költségesek, bonyolultak,és nagy munkaerő- és időráfordítást is szükségessé tesznek. A találmány feladata, hogy a fenti hátrányokat kiküszöböljük, és egy olyan elrendezést hozzunk létre, ahol a tranzisztor kivezetéseinek és érintkező felületeinek az elrendezésével kedvezőbb paramétereket lehet biztosítani. A feladat megoldására olyan kivezetéselrendezést hoztunk létre teljesítménytranzisztorokhoz, amelyek fésűszerűen fogazott peremű emittertartománnyal vannak kiképezve, ahol a bázisréteghez vezető átmenő fémezett érintkező alatt a fedőoxidrétegben a fésűszerű résznél fognyílások vannak kiképezve, amelyek a tényleges emittertartományt körülvevően vannak elrendezve. A találmány lényege, hogy az átmenő fémezett érintkező alatt levő fedőoxidrétegben kiképzett fognyílások szélének az emitterátmenet szélétől való távolsága az emittertartomány kivezetését határoló részekben nagyobb, mint a fésűszerű fogazás többi részén. Előnyös, ha a bázisréteghez vezető átmenő fémezett érintkező alatt fedőoxidrétegben kiképzett fognyílások szélének az emitterátmenet szélétől való távolsága a tényleges enúttertartomány kivezetését határoló részekben legnagyobb méretűre és az emittertartomány kivezetésétől való eltávolodással fokozatosan csökkenő méretűre van kialakítva. Előnyös továbbá, ha az átmenő fémezett érintkező alatt levő fedőoxidrétegben kiképzett fognyílások egymástól elszigetelt, egyszerű geometriai alakzaté — előnyösen téglalap alakú — több részből vannak kialakítva, ahol az egyes részek felülete az emitteriartoniány kivezetésétől való eltávolodással növekvő méretűnek, míg a részek közötti távolság az emitteríartomány kivezetésétől való eltávolodással csökkenő méretűnek van kiképezve. A találmány szerinti elrendezéssel az emitterhez történő hozzávezetés alatti emittertartományra kifejtett pozitív hővisszacsatolást oly módon csökkentjük 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
