СВЕТОТРАНЗИСТОР Российский патент 2013 года по МПК H01L23/38 H01L29/70 

Известен способ отвода тепла от тепловыделяющих электронных компонентов в виде излучения [1], в котором используются светодиодные излучатели, предназначенные для преобразования тепловой энергии, поступившей с холодных спаев термомодуля в виде электрического тока в энергию излучения.

Цель изобретения - уменьшение тепловыделений биполярных транзисторов.

Это достигается тем, что в отличие от обычного биполярного транзистора один p-n-переход сформирован в виде светоизлучающего. Для p-n-p-транзистора излучающим переходом является база-эмиттер, для n-p-n-транзистора - база-коллектор. Если электрон перемещается через переход с потерей энергии, то эта энергия выделяется в виде тепла или излучения, а если с приобретением энергии, то теплота поглощается на этом переходе. В обычных транзисторах количество выделяемого тепла превышает количество поглощаемого, поэтому в процессе работы транзисторы нагреваются и чем больше ток, тем больше нагрев. В светоизлучающем переходе можно подобрать ток таким образом, что джоулевые тепловыделения оказываются меньше термоэффекта и часть энергии превратится в излучение. В этом случае в транзисторе вместо выделения тепла в переходе часть энергии будет превращена в излучение и уйдет в окружающую среду, а второй переход транзистора поглотит такое количество тепла, что общая температура транзистора станет меньше и вместо нагрева транзистор будет охлажден. Это особенно важно для интегральных схем с высокой степенью интеграции, так как позволяет разместить большее число компонентов на единицу площади. Кроме того, дополнительным преимуществом является полное отсутствие тепловых пробоев. Уменьшение тепловых выделений позволяет исключить вероятность теплового пробоя транзистора. Таким образом, система охлаждения транзистора оказывается неотъемлемой составной частью самого транзистора, причем отвод тепла происходит практически безынерционно со скоростью света. Оптические свойства транзистора позволяют интегрировать его в оптронные схемы. Недостатком транзистора являются ограниченные режимы оптимальных токов. Однако это практически не мешает использовать его в дискретных схемах для цифровой электроники.

На фиг.1 изображены биполярные транзисторы с p-n-p- и n-p-n-структурами. Для p-n-p-транзистора излучающим переходом является переход база-эмиттер, для n-p-n-транзистора - база-коллектор.

В качестве материалов для изготовления светотранзистора могут быть использованы любые материалы, традиционно используемые при изготовлении светодиодов, а именно фосфид галлия (GaP), нитрид галлия (GaN), карбид кремния (SiC).

Разработанный светотранзистор является логическим продолжением развития светодиодных компонентов и имеет широкие перспективы для применения в сверхбольших интегральных схемах.

Литература

1. Способ отвода тепла от тепловыделяющих электронных компонентов в виде излучения: пат. РФ 2405230 МПК G06F 1/20 / Исмаилов ТА., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Нежведилов Т.Д., Челушкина ТА.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет». - №2009120686/09; заявл. 01.06.2009, опубл. 27.11.2010, Бюл. №33.

Изобретение относится к электронным компонентам микросхем. В отличие от обычного биполярного транзистора, согласно изобретению, один p-n-переход транзистора сформирован в виде светоизлучающего. Для р-n-р-транзистора излучающим переходом является переход база-эмиттер, а для n-p-n-транзистора - база-коллектор. Если электрон перемещается через переход с потерей энергии, то эта энергия выделяется в виде тепла или излучения, а если с приобретением энергии, то теплота поглощается на этом переходе. Использование представленного устройства позволит уменьшить тепловыделения биполярных транзисторов, повысить эффективность теплопередачи, уменьшить габариты теплоотвода и тем самым увеличить интенсивность работы систем охлаждения. 1 ил.

Светотранзистор, выполненный в виде биполярного транзистора с р-n-р или n-p-n-структурой, отличающийся тем, что p-n-переход, переход, на котором электроны из р зоны переходят в n зону, сформирован в виде светоизлучающего.