БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР Российский патент 2001 года по МПК H01L29/72 

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к конструированию и технологии изготовления биполярных полупроводниковых транзисторов, и может быть использовано в электронной промышленности в схемах усиления, генерации, преобразования электромагнитных колебаний и других.

Известен аналог изобретения - мощный полупроводниковый биполярный кремниевый планарно-эпитаксиальный транзистор (Колесников В.Г., Никитин В.И. и др. "Кремниевые планарные транзисторы", М., Сов. Радио, 1973 г., с. 228-229).

Недостатком указанного транзистора плоской структуры является наличие краевого эффекта, приводящего к снижению напряжения пробоя эмиттерного или коллекторного p-n перехода. Введение охранного кольца и расширенного базового контакта в транзисторной структуре полностью не устраняет указанный недостаток, но усложняет конструкцию транзистора и технологию его изготовления.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является биполярный транзистор планарно-эпитаксиальной структуры (см. там же, с. 232-233). Транзистор содержит вырожденный монокристаллический кремниевый n⁺-типа слой, монокристаллический кремниевый n-типа коллекторный слой, монокристаллический кремниевый p-типа базовый слой, монокристаллический кремниевый n-типа эмиттерный слой, а также эмиттерный, коллекторный и базовый металлические контакты.

Этому транзистору присущи следующие недостатки: существенные магнитотепловая и электротепловая неустойчивости при эксплуатации, а также в силу планарно-диффузионной p-n структуры транзистора принципиальная невозможность полного исключения краевого эффекта, приводящего к снижению напряжения пробоя.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является производство полупроводниковых кремниевых транзисторов, обладающих более высокими показателями надежности при номинальных значениях рабочих токов и напряжений.

Техническими результатами, которые могут быть получены при осуществлении изобретения, являются исключение краевого эффекта, увеличение напряжения пробоя до номинальной величины, снижение уровня электротепловой и магнитотепловой деградации, повышение уровня стабильности электрических параметров биполярных транзисторов и повышение уровня надежности при эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что в биполярном транзисторе, содержащем вырожденный монокристаллический кремниевый n⁺-типа слой, монокристаллический кремниевый n-типа коллекторный слой, монокристаллический кремниевый p-типа базовый слой, монокристаллический кремниевый n-типа эмиттерный слой, а также эмиттерный, коллекторный и базовый металлические контакты, согласно изобретению вырожденный монокристаллический кремниевый n⁺-типа слой выращен в виде полого цилиндра, на внутренней поверхности которого сформирован металлический коллекторный контакт, в виде двух цилиндрических слоев, выполненных из разных немагнитных металлов, а на внешней поверхности которого последовательно сформированы имеющие цилиндрическую форму монокристаллический кремниевый n-типа коллекторный слой, монокристаллический кремниевый p-типа базовый слой, монокристаллический кремниевый n-типа эмиттерный слой, на поверхности которого нанесен эмиттерный контакт в виде двух цилиндрических слоев, выполненных из разных немагнитных металлов, а на поверхности монокристаллического кремниевого p-типа базового слоя сформирован металлический базовый контакт в виде симметричной пары контактов, каждый из которых содержит два цилиндрических слоя, выполненных из разных немагнитных металлов, при этом удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя металла в каждом контакте больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя металла по направлению протекания электрического тока.

В конкретных формах изобретения цилиндрические слои в металлических контактах выполнены из немагнитных металлов: титана, или платины, или золота, или серебра, или меди, или алюминия, или молибдена, или вольфрама и других.

Изобретение поясняется чертежом, где изображен пример конструкции транзистора по изобретению.

Транзистор содержит следующие конструктивные элементы: вырожденный монокристаллический кремниевый n⁺-типа слой 1 (подложка), выращенный в виде полого цилиндра, на внутренней поверхности которого сформирован металлический коллекторный контакт 2, в виде двух цилиндрических слоев 3 и 4, выполненных из разных немагнитных металлов, например титана, или платины, или золота, или серебра, или меди, или алюминия, или молибдена, или вольфрама и других.

На внешней поверхности слоя 1 последовательно сформированы имеющие цилиндрическую форму монокристаллический кремниевый n-типа коллекторный слой 5, монокристаллический кремниевый p-типа базовый слой 6, монокристаллический кремниевый n-типа эмиттерный слой 7, на поверхности которого нанесен эмиттерный контакт 8 в виде двух цилиндрических слоев 9 и 10, выполненных из разных немагнитных металлов, например титана, или платины, или золота, или серебра, или меди, или алюминия, или молибдена, или вольфрама и других.

На поверхности слоя 6 сформирован металлический базовый контакт в виде симметричной пары контактов 11 и 12, каждый из которых содержит два цилиндрических слоя 13, 14 и 15, 16 заданной длины, выполненных из разных немагнитных металлов, например титана, или платины, или золота, или серебра, или меди, или алюминия, или молибдена, или вольфрама и других.

Удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя металла в каждом контакте больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя металла по направлению протекания электрического тока.

На торцевые области слоев 5, 6 и 7 нанесен диэлектрический защитный слой 17 двуокиси кремния заданной толщины.

Принцип действия биполярного транзистора по изобретению заключается в следующем. При приложении напряжения между контактами 2, 8, 11 и 12 через структуру транзистора протекает коллекторный электрический ток, величина которого регулируется, например, эмиттерным током. В силу цилиндрической структуры транзистора распределение электрического поля в слоях 5 и 6 является однородным равномерным по радиусу. Тем самым подавляется вторичный пробой, уменьшаются токи утечки, что повышает характеристики стабильности транзистора. За счет однородного распределения плотности рабочего тока между цилиндрическими контактами обеспечивается снижение электротепловой и магнитотепловой неустойчивостей, что приводит к повышению надежности работы транзистора при эксплуатации.

Использование: в области электронной техники, в частности при конструировании и изготовлении биполярных полупроводниковых транзисторов, также может быть использовано в электронной промышленности в схемах усиления, генерации, преобразования электромагнитных колебаний и других. Сущность изобретения: в биполярном транзисторе вырожденный монокристаллический кремниевый n⁺-типа слой выращен в виде полого цилиндра, на внутренней поверхности которого сформирован металлический коллекторный контакт в виде двух цилиндрических слоев, выполненных из разных немагнитных металлов. На внешней поверхности этого слоя последовательно сформированы имеющие цилиндрическую форму монокристаллический кремниевый n-типа коллекторный слой, монокристаллический кремниевый р-типа базовый слой, монокристаллический кремниевый n-типа эмиттерный слой, на поверхности которого нанесен эмиттерный контакт в виде двух цилиндрических слоев, выполненных из разных немагнитных металлов. На поверхности монокристаллического кремниевого р-типа базового слоя сформирован металлический базовый контакт в виде симметричной пары контактов, каждый из которых содержит два цилиндрических слоя, выполненных из разных немагнитных металлов. Удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя металла в каждом контакте больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя металла по направлению протекания электрического тока. Техническим результатом изобретения является исключение краевого эффекта, увеличение напряжения пробоя до номинальной величины, снижение уровня электротепловой и магнитотепловой деградации, повышение уровня стабильности электрических параметров биполярных транзисторов и повышение уровня надежности при эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Биполярный транзистор, содержащий вырожденный монокристаллический кремниевый n⁺-типа слой, монокристаллический кремниевый n-типа коллекторный слой, монокристаллический кремниевый р-типа базовый слой, монокристаллический кремниевый n-типа эмиттерный слой, а также эмиттерный, коллекторный и базовый металлические контакты, отличающийся тем, что вырожденный монокристаллический кремниевый n⁺-типа слой выращен в виде полого цилиндра, на внутренней поверхности которого сформирован металлический коллекторный контакт в виде двух цилиндрических слоев, выполненных из разных немагнитных металлов, а на внешней поверхности которого последовательно сформированы имеющие цилиндрическую форму монокристаллический кремниевый n-типа коллекторный слой, монокристаллический кремниевый р-типа базовый слой, монокристаллический кремниевый n-типа эмиттерный слой, на поверхности которого нанесен эмиттерный контакт в виде двух цилиндрических слоев, выполненных из разных немагнитных металлов, на поверхности монокристаллического кремниевого р-типа базового слоя сформирован металлический базовый контакт в виде симметричной пары контактов, каждый из которых содержит два цилиндрических слоя, выполненных из разных немагнитных металлов, при этом удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя металла в каждом контакте больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя металла по направлению протекания электрического тока. 2. Транзистор по п.1, отличающийся тем, что цилиндрические слои в металлических контактах выполнены из немагнитных металлов: титана, или платины, или золота, или серебра, или меди, или алюминия, или молибдена, или вольфрама и других.