195595. lajstromszámú szabadalom • Epitaxiális bázisú teljesítménytranzisztor
195 595 2 A találmány tárgya epitaxiális bázisú teljesítménytranzisztorok strukturális elrendezése, amelynek révén megoldható a második átütés elleni ellen állóképesség problémája. A teljesítménytranzisztorok egyik jellemző paramétere a maximális kollektorvesztesség, amely alapvetően egy olyan teljesítményt jelent, amely a tranzisztor üzemeltetése során hővé változik, és amely a teljesítmény nagyságát a kollektor átmeneten meghatározott kollektor és emitter között feszültség mellett átfolyó áram határoz meg. Ezen teljesítmény maximális nagysága a teljesítménytranzisztornak, mint teljes egésznek szerkezeti elrendezésétől függ, amikoris a legnagyobb figyelmet annak szentelik, hogy a félvezető morzsából a hőt teljes egészében a környezetbe elvezessék. Azonban a teljesítménytranzisztorok adott méretű félvezető morzsája és kiválasztott szerkezeti elrendezése mellett a maximális teljesítmény függ a kollektor cs az emitter közötti feszültség nagyságától is oly módon, hogy ezen feszültség nagyságának növekedésével a maximális teljesítmény csökken. A csökkentett teljesítményt az úgynevezett második átütés okozza. A második átütés mechanizmusát szokásosan úgy magyarázzák, hogy a teljesítménytranzisztor aktív bázisának geometriai méretei miatt a kollektorátmeneteii átfolyó áram egyenetlenül oszlik el. Az áram ezen egyenetlen eloszlását egy keresztirányú elektromos erőtér jelenléte okozza a bázisban, amely a bázisáram áthaladása közben lép fel. Attól függően, hogy a 'teljesitménytranzisztor a bázis pozitív vagy negatív külső előfcsziiltség mellett üzemel az elektromos keresztirányú tér az emitteráramnak az emitterréteg élei vagy közepe mentén kialakuló koncentrációjához vezet. Így az emitteráram túlságosan szűk nyalábokra koncentrálódik, amelyek a kollek torátmenet megfelelő helyein nagy áramsűrűséget cs ezzel együtt nagy hőmérsékletet okoznak. A kollektor cs emitter közötti nagyobb feszültség esetében a térfeszültscg tartományának kiterjedése miatt a bázisrétegben csökken az aktív bázis hatásos vastagsága, amely a keresztirányú elektromos erőtérnek a bázisrétegben való megnövekedésébe/, és ezzel együtt az emitteráramnak nyalábokba való nagyobb mértékű koncentrációjához vezet, ami által a kollektorátmenet megfelelő helyein az áramsűrűség cs ezzel együtt a hőmérséklet lényegesen megnövekszik. Ez a hatás még kifejezettebb olyan Iranzis/.lorstrukturák esetében, ahol a házisrétegben a-z aktív adalékanyagok koncentrációja csekély mértékű. 11a ezen forró helyek hőmérséklete egy kritikus hőmérséklet felé emelkedik, akkor ez a'tranzisztor struktúrájának roncsolódásához vezet. A második átütéssel szembeni ellenállókópcsség növelésére alkalmas eljárások vagy az aktív bázisrétegben levő keresztirányú erőtér nagyságának, például a bázisrétegben az aktív adalékanyagok koncentrációjának növelésével való korlátozásán vagy az emitteráram.nyalábjainak a kollektor átmenetre gyakorolt hatásának, például az aktív bázisréteg vastagságának növelésével való korlátozásán alapulnak. Mivel azonban az'aktív bázisróteg tulajdonságaitól a teljesítmény Irat zisztor elektromos paramétereinek egy egész további sora függ, ezért a második átütéssel szembeni ellenállóképcsség javítását szokásosan más elektromos paraméterek rovására érik el, így különösen a teljesítménytranzisztor árum és dinamikus paramétereinek rovására. A találmány szerinti teljesítménytranzisztor struktúráját a második átütéssel szembeni ellenállóképcsség lényeges megnövekedése jellemzi amellett, hogy a teljesít1 2 ménytranzisztor más elektromos paramétereire gyakorolt kedvezőtlen hatás elhanyagolható marad. A találmány szerinti teljesitménytranzisztor struktúrájának elrendezése oly módon van kialakítva, hogy a P-N kollcktorátmcnetet olyan kollektorréteg képezi, amelyben az aktív adalékanyagok koncentrációja kisebb vagy azonos, mint az ellentétes jellegű vezetőképességű bázisrétegben és egy további rétege van, amelynek elektromos vezetőképessége azonos jellegű, mint a bázisrétegé, ahol ebben a további rétegben az aktív adalékanyagok koncentrációja a bázisrétegben, és ennek a további rétegnek a vastagsága kisebb, mint a bázisréteg vastagsága. Ez az aktív anyagokban nagyobb koncentrációjú további réteg ugyancsak a házisrétegben a P—N kollcktorátmenet közelében rendezhető el. A bázisréteg továbbá a bázisréteggel azonos jellegű vczetőkcpcsségű felületi réteggel egészíthető ki, ahol_fontos az, hogy ezen felületi rétegben az aktív adalékanyagok koncentrációja nagyobb legyen, mint a bázisrétegben magában, azonban mégis kisebb, mint a nagyobb aktív adalékanyag koncentrációval rendelkező további rétegé és ezen felületi réteg vastagsága kisebb, mint az emitterréteg vastagsága. A nagyobb adalékanyag koncentrációval rendelkező további réteg felülete akkora nagyságra korlátozható, amekkora a bázis aktív felületének vízszintes síkra vett vetületévcl összemérhető. Ezen túlmenően a bázisrétegben az aktív adalékanyagok koncentrációja oly módon rendezhető el, hogy a felület felől a nagyobb adalékanyag koncentrációjú további réteg irányában az adalékanyagok koncén nációja csökken. A találmány szerinti teljesítménytranzisztor szerkezetének elrendezését a mellékelt 1-4. ábrák világítják meg, amelyeken az 1. ábra aktív adalékanyagokat nagyobb koncentrácúban tartalmazó további réteggel ellátott teljesítménytranzisztor szerkezetének keresztmetszetét mutatja, amely réteg a kollektorrcteggel P—N kollektorátmenetet képez, a 2. ábra teljesitménytranzisztor struktúrájának metszete, ahol az aktív adalékanyagokat nagyobb koncentrációban tartalmazó réteg a P-N kollektorátmeuet közelében van, a 3. ábra az 1. ábra szerintihez hasonló elrendezésű struktúrával rendelkező teljesítménylranzisztor metszete, ahol a bázisréteg azonos jellegű elektromos vezetőképességű felületi réteggel van kiegészítve, a 4. ábra az 1. ábra szerinti teljesitménytranzisztor struktúrájának metszete, ahol.a nagyobb adalékanyag koncentrációval rendelkező további réteg felülete a bázis aktív felületének vízszintes síkra vett vetületcvel van korlátozva. Az 1. ábra teljesitménytranzisztor struktúrájának elrendezését mutatja keresztmetszetben, ahol az 1 kollektorréteg aktív adalékokban való koncentrációja kisebb vagy azonos, mint az ellenkező jellegű elektromos vezetőképcsségű epitaxiális 2 bázisrétegé. A 2 bázisrétegnek az 1 kollektorréteggel való érintkezését amely P N kollektorátmcnctet képez, egy további 3 réteg valósítja meg, amelynek elektromos vezetőképessége azonos jellegű, mint a 2 bázisrélegé, azonban aktív adalékanyagok tekintetében nagyobb koncentrációval rendelkezik, mint a 2 bázisréteg, ahol a 3 réteg vastagsága kisebb, mint a 2 bá-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
