МОЩНЫЙ БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР Российский патент 1996 года по МПК H01L29/72 

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к биполярным транзисторам с увеличенной областью безопасной работы.

Известно, что при высоких плотностях тока в биполярных транзисторах возникает явление оттеснения тока к периферии эмиттера. Это явление обуславливает локальное расширение базы и неодинаковость коэффициента усиления вдоль эмиттерного перехода. Оттеснение тока к периферии эмиттера может также привести к вторичному пробою при прямом смещении. Известен транзистор гребенчатой структуры [1] с полосковой областью плавающего эмиттера, лежащей в области базы между базовым электродом и эмиттерным зубцом. Плавающим эмиттером эта область называется потому, что она не соединена ни с одним электродом и имеет такой же тип проводимости, что и эмиттер.

Недостатком транзистора с плавающим эмиттером является то, что расположение области плавающего эмиттера не позволяет устранить неравномерность плотности эмиттерного тока вдоль эмиттерного зубца, которая возникает из-за сопротивления металлизации эмиттера.

В мощных транзисторах, имеющих гребенчатую структуру эмиттера вдоль эмиттерных зубцов, возникает падение напряжения, которое приводит к неодинаковости свойств эмиттера. Плотность тока становится максимальной в начале эмиттерного зубца и минимальной в конце. Известен транзистор с изменяющейся шириной области плавающего эмиттера [2] В данном транзисторе плавающий эмиттер формируется в области базы между базовым электродом и эмиттерным зубцом и создается такой формы, что его ширина уменьшается по мере удаления от начала эмиттерного зубца к концу. В результате сопротивление от базового электрода до эмиттера за счет пинч-сопротивления, т.е. за счет сопротивления области базы под плавающим эмиттером, в начале эмиттерного зубца больше, чем в конце. Уменьшение величины сопротивления области от базового электрода до эмиттерной области с удалением от начала эмиттерного зубца позволяет выравнить плотность тока по длине зубца.

Недостатком такой конструкции с изменяющимся расстоянием между эмиттером и электродом базы за счет изменяющейся ширины области плавающего эмиттера является то, что величину пинч-сопротивления по длине зубца трудно воспроизвести. Небольшое изменение ширины или глубины плавающего эмиттера, которыми определяется величина пинч-сопротивления, резко влияет на перераспределение плотности тока, т.е. небольшое изменение пинч-сопротивления может привести к резкой неоднородности плотности тока по длине эмиттерного зубца.

Технический результат изобретения создание транзистора, устойчивого к вторичному пробою.

Технический результат достигается путем создания определенно расположенной в области базы полосковой области плавающего эмиттера одинаковой ширины между базовым электродом и эмиттерным зубцом, имеющей такой же тип проводимости, что и эмиттер, и приближающейся к эмиттерной области по мере удаления от начала эмиттерного зубца.

На фиг.1 показана часть гребенчатой структуры n-p-n-транзистора; на фиг. 2 показан разрез в месте эмиттерного зубца.

Транзистор имеет коллектор 1, имеющий n-тип проводимости, базу 2 p-типа проводимости, сформированную путем диффузии, например, бора в поверхность 1, область 3 эмиттера и полосковую область n⁺-типа проводимости, образованные одновременно путем диффузии фосфора в базовую область 2. Защитный слой 5, представляющий собой диоксид кремния, образован при окислении и формировании базового и эмиттерного слоев. В защитном слое 5 вскрыты окно 6 для контакта базового электрода 7 с базовой областью 2 и окно 8 для контакта эмиттерного электрода 9 с эмиттерной областью 3. Область 4 плавающего эмиттера не соединена ни с одним электродом. Ширина d1 полосковой области 4 плавающего эмиттера, а также расстояние d2 между областью плавающего эмиттера и базовым электродом 7 имеют постоянную величину по всему периметру эмиттера. Полосковая область 4 плавающего эмиттера расположена таким образом, что расстояние d3 между зубцом эмиттера и полосковой областью в начале зубца эмиттера больше, чем в конце.

Эмиттер 3 предлагаемого транзистора имеет гребенчатую структуру, что позволяет значительно повысить эффективную площадь эмиттера при больших мощностях работы транзистора. В области базы 2 между электродом 7 базы и областью 3 эмиттера создается полосковая область 4 плавающего эмиттера одинаковой ширины такого же типа проводимости, что и эмиттер. Плавающий эмиттер не соединен ни с одним электродом, поэтому он имеет плавающий потенциал. Область плавающего эмиттера, создавая в базе барьер для протекания тока от базового электрода 7 к эмиттерному p-n-переходу, изменяет траекторию потока базового тока, что снижает концентрацию тока на периферии эмиттера при высоких плотностях и, следовательно, снижает вероятность образования горячих точек, приводящих к вторичному пробою. Расстояние d3 между областью 4 плавающего эмиттера и областью 3 эмиттера уменьшается по мере удаления от начала эмиттерного зубца, следовательно, изменяется сопротивление между базовым электродом и эмиттерной областью по длине зубца. Падение напряжения на металлизации вдоль эмиттерного зубца компенсируется падением напряжения в базе вдоль эмиттерного зубца.

Преимущество предлагаемой конструкции заключается в том, что данная структура транзистора с изменяющимся расстоянием от эмиттерного зубца до базового электрода за счет изменяющегося расстояния от эмиттера до полосковой области плавающего эмиттера позволяет получить более равномерное распределение плотности тока при больших мощностях работы транзистора как по длине, так и по ширине эмиттерного зубца. Равномерное распределение тока, а следовательно, более высокую устойчивость к вторичному пробою можно получить за счет точного задания сопротивления базы. Изменение общего сопротивления от базового электрода до эмиттера за счет изменяющейся более плавно величины сопротивления между эмиттером и плавающим эмиттером можно осуществлять более точно, чем в случае изменения этого сопротивления за счет пинч-сопротивления.

Использование: в микроэлектронике, в конструкции биполярных транзисторов. Сущность изобретения: мощный биполярный транзистор содержит коллекторную область, базовую область, эммитерную область гребенчатой конфигурации, окруженную по всему периметру полосковой областью постоянной ширины того же типа проводимости, что и эмиттерная область, причем расстояние между эмиттерной областью и полосковой областью уменьшается по мере удаления от начала к концу эмиттерного зубца, базовый электрод расположен на поверхности базовой области за пределами эмиттера и полосковой области и окружает указанные области. 2 ил.

МОЩНЫЙ БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР, содержащий коллекторную область первого типа проводимости, базовую область второго типа проводимости, эмиттерную область гребенчатой конфигурации первого типа проводимости, окруженную по всему периметру полосковой областью того же типа проводимости, что и эмиттерная область, базовый электрод, расположенный на поверхности базовой области за пределами эметтерной и полосковой области и окружающей указанные области, причем расстояние от эмиттерной области до базового электрода уменьшается по мере удаления от начала к концу эмиттерного зубца, отличающийся тем, что полосковая область выполнена с постоянной шириной, а расстояние между эмиттерной и полосковой областями уменьшается по мере удаления от начала к концу эмиттерного зубца.