ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР Российский патент 1996 года по МПК H01L29/40 

Изобретение относится к микроэлектронике и касается устройства полупроводниковых приборов (далее ППП) как в дискретном исполнении, так и в составе интегральных схем.

Известные ППП-МДП-транзисторы [1] и ДМОП-транзисторы [2] состоят из двух р-n-переходов, разделенных областью канала, над которой на изолирующем слое расположен электрод затвора, при этом названные транзисторы делятся на n- и р-канальные.

Известные биполярные транзисторы [3] также состоят из двух р-n-переходов, изготовленных последовательным легированием примесей, создающих противоположный тип проводимости. При этом ДМОП-транзисторы имеют структуру, аналогичную биполярным.

Все биполярные транзисторы и МДП-транзисторы с коротким каналом, к которым относятся и ДМОП-транзисторы, обладают существенным недостатком, а именно при работе с напряжениями, близкими к пробивным, возникают условия для появления вторичного пробоя [4] Этот недостаток существенно ограничивает их область применения по напряжению питания и протекающему току.

Диодные же структуры этим свойством не обладают, вследствие чего они могут быть использованы при работе с напряжениями, превышающими пробивное, например стабилитроны, лавинные диоды и др. Диоды обычно выполняют роль пассивных элементов в микроэлектронике, в то время как транзисторы являются активными элементами.

Наиболее близким к заявляемому ППП является "Бесконтактное переключающее устройство" [5] содержащее полупроводниковый активный элемент, выполненный в виде диода с металлическим электродом, электрически изолированным от р-n-перехода. Роль металлического электрода в названном устройстве заключается в управлении пробивным напряжением р-n-перехода. В силу специфики своей работы данное устройство обладает высоким линейным сопротивлением, определяемым уровнем пробивного напряжения р-n-перехода, а это в значительной степени ограничивает его область применения по сравнению с МДП-транзисторами как по диапазону рабочих напряжений, так и по максимальной переключаемой мощности.

Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, состоит в том, что предлагаемый ППП позволяет в устройстве, имеющем диодную структуру с ее достоинствами, одновременно или раздельно реализовать как р-, так и n-канальные свойства МДП-транзисторов, повысить область безопасной работы, особенно при работе с большими скоростями переключения на реактивную нагрузку в сравнении с МДП и ДМОП-транзисторами, а также уменьшить линейные размеры при одинаковой переключаемой мощности, использовать ППП в логических, смесительных и других устройствах с несколькими управляющими электродами.

Технический результат достигается тем, что в ППП, содержащем две области, образующие выпрямляющий переход, невыпрямляющие контакты к этим областям и управляющий электрод, расположенный между невыпрямляющими контактами и отделенный от областей и невыпрямляющих контактов диэлектриком, управляющий электрод состоит из одной или нескольких электрически изолированных частей и расположен так, что перекрывает по меньшей мере один из невыпрямляющих контактов, в связи с чем в ППП. имеющем структуру диода с управляющим электродом, отсутствует структура паразитного биполярного транзистора и связанный с ней вторичный пробой, а также реализуются одновременно или раздельно свойства р- и n-канальных МДП-транзисторов.

При необходимости оптимизировать только р- или n- канальные свойства прибора управляющий электрод выполняется из одной части и перекрывает контакт к одной из областей, а другая область выполнена из материала с более высокой концентрацией примеси, чем в первой.

Для реализации устройств, требующих нескольких управляющих электродов, управляющий электрод выполняется из нескольких частей, между которыми в областях расположены дополнительные области противоположного типа проводимости, либо отдельные части управляющего электрода перекрывают друг друга и отделены слоем диэлектрика.

Устройство ППП поясняется чертежами, где на фиг.1 и 3 показаны основные варианты ППП, а на фиг.2, 4, 5 показаны дополнительные варианты.

Согласно основному варианту, ППП содержит области, например n-типа 1 и р- типа 2, образующие выпрямляющий переход 3. К областям n-типа 1 и р- типа 2 созданы невыпрямляющие контакты 4. Между невыпрямляющими контактами 4 расположен управляющий электрод, состоящий из одной 5 или нескольких частей 7, отделенный от областей 1, 2 и невыпрямляющих контактов 4 диэлектриком 6. Управляющий электрод 5 или 7 перекрывает по меньшей мере один из контактов 4.

Согласно первому дополнительному варианту (фиг.2) электрод состоит из одной части 5 и перекрывает контакт 4 к одной из областей 2, а другая область 1 выполнена из материала с более высокой концентрацией примеси.

Согласно другому ваpианту (фиг.4), управляющий электрод состоит из нескольких частей 7, между которыми в областях расположены дополнительные области 8 противоположного типа проводимости или же (фиг.5) отдельные части управляющего электрода 7 перекрывают друг друга и отделены слоем диэлектрика 9, как в последнем варианте.

Рассмотрим работу ППП, изображенного на фиг.1. При подключении к областям 1 и 2 перехода 3 через невыпрямляющие контакты 4 напряжения обратной полярности переход запирается и его можно перевести в проводящее по поверхности состояние подачей на управляющий электрод 5 (затвор) напряжения с полярностью, противоположной полярности относительно любого из электродов 4 и с амплитудой, превышающей пороговое напряжение (инверсии) для данного типа проводимости. Принцип работы поясняется выходными и входными вольт-амперными характеристиками (ВАХ) в зависимости от схемы включения на фиг. 6а), б), в) и фиг. 7а), б), в). ППП по п.1 формулы (фиг.1), исходя из приведенных ВАХ, обладает одновременно свойствами как n-, так и р-канального МДП-транзисторов с индуцированным каналом. Отсутствие паразитной биполярной транзисторной структуры значительно повышает область безопасной работы, особенно при работе с большими скоростями переключения реактивной нагрузки. Отличие ППП на фиг.3 от фиг.1 заключается в том, что управляющий электрод 7 состоит из двух частей, каждая из которых расположена между переходом 3 и невыпрямляющим контактом 4. При этом ППП может выполнять функции р- или n-канального МДП-транзисторов (или одновременно обоих) в зависимости от потенциалов, приложенных к частям управляющего электрода 7. При необходимости ППП может быть закрыт подачей соответствующего потенциала хотя бы на один управляющий электрод 7.

Теперь рассмотрим работу ПП, изображенного на фиг.2. Отличие ППП на фиг. 2 от ППП на фиг.1 заключается в том, что за счет повышенной концентрации примеси в одной из областей он приобретает характеристики одного из типов МДП-транзисторов с индуцированным каналом n-(или р-)типа, у которого в качестве стока используется область с повышенной концентрацией примеси 1 (или 2). При этом ППП имеет ВАХ, соответствующие n-(или р-) канальному типу (см. фиг. 6 или 7) МДП-транзистора без его отрицательных свойств, связанных с наличием паразитного биполярного транзистора (исток-подложка-сток) и паразитного управления по подложке.

Рассмотрим работу ППП, показанного на фиг.4. ППП, показанный на фиг.4, в отличие от ППП на фиг.3, позволяет использовать его как р-канальные, так и (или) n-канальные транзисторы, соединенные последовательно, с независимыми управляющими электродами для логических элементов, смесителей и других применений, требующих нескольких управляющих электродов. При этом дополнительные р+ и п+ области выполняют роль мостиков, соединяющих канальные области между собой. Принцип работы ППП на фиг.5 не отличается от ППП на фиг.4, за исключением того, что вместо р+ и п+ соединительных мостиков используются перекрывающиеся электроды соседних затворов для полевого соединения отдельных канальных областей ППП.

Ниже приведены сравнительные характеристики изготовленных в едином цикле серийно-выпускаемого n-канального ДМОП-транзистора КП707 и заявляемого ППП, подтверждающие возможность практического изготовления последнего.

Использование: микроэлектроника, полупроводниковые приборы, как в дискретном исполнении, так и в составе интегральных схем. Сущность изобретения: полупроводниковый прибор содержит две области, образующие выпрямляющий переход, невыпрямляющие контакты к этим областям и управляющий электрод. Управляющий электрод состоит из одной или нескольких электрически изолированных частей, расположен между невыпрямляющими контактами и отделен от областей и невыпрямляющих контактов диэлектриком. Управляющий электрод перекрывает по меньшей мере один из невыпрямляющих контактов. Если управляющий электрод состоит из нескольких частей, то между ними в областях могут быть расположены дополнительные области противоположного типа проводимости. 7 ил.

1. Полупроводниковый прибор, содержащий две области, образующие выпрямляющий переход, невыпрямляющие контакты к этим областям и управляющий электрод, расположенный между невыпрямляющими контактами и отделенным от областей и невыпрямляющих контактов диэлектриком, отличающийся тем, что управляющий электрод состоит из одной или нескольких электрически изолированных частей и расположен так, что перекрывает по меньшей мере один из невыпрямляющих контактов. 2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что управляющий электрод состоит из одной части и перекрывает контакт к одной из областей, а другая область выполнена из материала с более высокой концентрацией примеси, чем в первой. 3. Прибор по п.1, отличающийся тем, что управляющий электрод состоит из нескольких частей, между которыми в областях расположены дополнительные области противоположного типа проводимости. 4. Прибор по п.1, отличающийся тем, что управляющий электрод состоит из нескольких частей, которые перекрывают друг друга и отделены слоем диэлектрика.