МОЩНЫЙ БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР Российский патент 1999 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. В патенте США N 3858234, кл. H 01 L 11/00, от 31.12.74 г. описывается конструкция транзистора, позволяющая снизить концентрацию тока на периферии эмиттера при высоких плотностях тока. Предлагаемая конструкция транзистора представляет собой гребенчатую структуру с полосковой областью плавающего эмиттера одинаковой ширины, лежащей в области базы между базовым электродом и эмиттерным зубцом. Плавающий эмиттер называется потому, что эта область не соединена ни с одним электродом и имеет такой же тип проводимости что и эмиттер.

Недостатком предлагаемой конструкции 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.

Задачей предлагаемого изобретения является создание транзистора с большими рабочими токами, устойчивого к вторичному пробою.

Задача выполняется путем создания в области базы полосковой области одинаковой ширины, такого же типа проводимости, что и эмиттер, располагающейся параллельно эмиттерному зубцу и примыкающей к эмиттерной области в конце зубца.

Действительно, в целях достижения одинаковых инжекционных свойств эмиттера по длине зубца вдоль эмиттерных зубцов создается полосковая область одинаковой ширины той же проводимости, что и эмиттер, которая располагается между эмиттером и базовым контактом на одинаковом расстоянии от эмиттера, причем в конце зубцов эта полосковая область соединена с эмиттером. Таким образом, получается, что эмиттер увеличивает свою эффективную площадь и вместе с тем структура обладает большей устойчивостью к вторичному пробою.

По той причине, что полосковая область примыкает к концу эмиттерного зубца, она имеет потенциал эмиттера, убывающий по мере удаления от конца зубца, следовательно полосковая область инжектирует электроны. Уровень инжекции полосковой области убывает от конца зубца к его началу. При высоких плотностях тока проводимость базы изменяется под полосковой областью, т.к. эта область моделируется неравномерно от начала к концу зубца. Таким образом, это приводит к уменьшению неравномерности распределения плотности тока вдоль эмиттерного зубца.

На фиг. 1 показана часть гребенчатой структуры n-p-n транзистора. На фиг. 2 показан разрез эмиттерного зубца. Транзистор имеет коллектор 1, имеющий n-тип проводимости, базу 2 p-типа проводимости, сформированную путем диффузии, например бора, в поверхность 1, область эмиттера 3 и полосковую область 4 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 слоя. 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. Ширина полосковой области 4, обозначенная d1, а также расстояние между полосковой областью 4 и областью эмиттера 3 имеют постоянную величину.

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 базы 7 и областью эмиттера 3 создается полосковая область такого же типа проводимости 4, что и эмиттер 3, примыкающая к концу эмиттерного зубца. Полосковая область 4 образует пинч-сопротивление на пути прохождения тока база-эмиттер. Присутствие пинч-сопротивления стабилизирует поток тока и снижает концентрацию тока на периферии эмиттера при высоких мощностях, что способствует предотвращению образования горячих точек в переходе база-эмиттер. Так как полосковая область 4 примыкает к эмиттеру, то имеет эмиттерный потенциал, убывающий к началу эмиттерного зубца, следовательно, полосковая область способна инжектировать электроны. Уровень инжекции полосковой области уменьшается по мере удаления от места соединения с зубцом из-за наличия сопротивления. Таким образом, при высоких плотностях тока, с изменением уровня инжекции, изменяется проводимость базы под полосковой областью, т.е. проводимость базы вдоль полосковой области уменьшается к началу эмиттерного зубца. Изменение проводимости базы под полосковой областью позволяет уменьшить неравномерность распределения плотности тока вдоль зубца при высоком уровне инжекции, вызванной падением напряжения по длине эмиттерного зубца из-за сопротивления металлизации эмиттера.

Преимущество предлагаемой конструкции заключается в том, что данная структура транзистора с полосковой областью, соединенной с эмиттером, позволяет получить более равномерное распределение плотности тока при высоком уровне инжекции как по длине, так и по ширине эмиттерного зубца и в отличие от прототипа позволяет более экономично использовать рабочую площадь транзистора, т. к. полосковая область является активной. Другим преимуществом является упрощение процесса изготовления фотошаблонов.

Использование: микроэлектроника, биполярные транзисторы с увеличенной областью безопасной работы. Сущность изобретения: транзистор содержит коллекторную область, имеющую первый тип проводимости, базовую область второго типа проводимости, эмиттерную область гребенчатой конфигурации первого типа проводимости. В области базы выполнена полосковая область одинаковой ширины такого же типа проводимости, что и эмиттер, располагающаяся параллельно эмиттерному зубцу и примыкающая к эмиттерной области в конце зубца. Техническим результатом изобретения является создание мощного биполярного транзистора с большими рабочими токами и устойчивого к вторичному пробою. 2 ил.

Мощный биполярный транзистор, содержащий коллекторную область первого типа проводимости, базовую область второго типа проводимости, эмиттерную область гребенчатой конфигурации первого типа проводимости, расположенную вдоль гребенок эмиттера полосковую область первого типа проводимости, отличающийся тем, что полосковая область соединяется с концами эмиттерных зубцов.