ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР СО СТАТИЧЕСКОЙ ИНДУКЦИЕЙ И ИСТОКОМ ИЗ ГЕТЕРПЕРЕХОДА Российский патент 2024 года по МПК H01L29/772 

Предлагаемое изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в устройствах силовой электроники для преобразования параметров электрической энергии в транспорте, робототехнике, радиотехнических устройствах и источниках вторичного электропитания. Техническим результатом является создание структуры высоковольтного силового транзистора, выполненного на одном кристалле с целью уменьшения сопротивления канала в открытом состоянии, снижения статических потерь мощности, увеличения коэффициента передачи тока, а также улучшения массогабаритных показателей и повышения быстродействия.

Благодаря внесению изменений в базовую структуру транзистора со статической индукцией и вертикальным каналом, возможно совершенствование его параметров и характеристик изготавливаемых на его основе электронных приборов, что повышает рабочие параметры транзисторов, улучшает характеристики электронных схем на их основе и расширяет функциональные возможности.

Известна структура транзистора-прототипа со статической индукцией и вертикальным каналом [1], показанная на фиг. 1, где 1 - металлический контакт к истоковой области, 2 - металлические контакты к затвору, 3 - металлический контакт к стоковой области, 4 - полупроводник р-типа, 5 - полупроводник n-типа.

Недостатком прототипа является формирование истока методом диффузии фосфора при Т=950°С на глубину 0,2 мкм, что не позволяет получить концентрацию основных носителей выше 2⋅10¹⁸ см^-3. Повысить температуру загонки примеси фосфора нельзя из-за высокого коэффициента диффузии, так как растет глубина залегания, падает пробивное напряжение между затвором и истоком, что не позволяет достичь высокой концентрации основных носителей, уменьшить сопротивление канала и повысить быстродействие транзисторного ключа.

Целью изобретения является уменьшение сопротивления канала в открытом состоянии, снижения статических потерь мощности и, соответственно, увеличения коэффициента передачи тока, а также улучшения массогабаритных показателей и повышения быстродействия путем формирования структуры с изотипным гетеропереходом в области истока, состоящего из алюминия, низкоомного тонкого слоя арсенида галия и тонкого слоя германия, который согласовывает решетки арсенида галия и кремния для увеличения быстродействия, снижения размеров, расширения функциональных возможностей и увеличения выходной мощности (нагрузочной способности).

Сущность заявляемого высоковольтного переключающего полупроводникового транзистора с истоком из гетероперехода заключается в том, что за основу взята существующая структура транзистора со статической индукцией и вертикальным каналом КП926 [2], где над низкоомной областью первого типа проводимости кремния, являющейся стоком, формируется высокоомная область того же типа проводимости, в которой в виде ячеистой структуры формируется область затвора второго типа проводимости, внутри которых формируются низкоомные области истоков первого типа проводимости.

В соответствие с заявленной структурой на фиг. 2 показано поперечное сечение транзистора, где 6 - алюминиевая пластина Ад, 7 - тонкий слой арсенида галлия GaAs, 8 - тонкий слой германия Ge, 9 - высокоомный кремний Si, 10 - низкоомный кремний Si.

Отличительным признаком транзистора с предлагаемой структурой является перемещение основных носителей-электронов, за счет потенциальной ямы, из алюминия 6 в арсенид галлия 7 и далее, под воздействием поля стока, они переходят в кремний 9 и 10. При этом их концентрация будет соответствовать 10²²⋅см^-3. При такой концентрации основных носителей сопротивление канала уменьшится более чем на два порядка в полевом режиме работы транзистора, поэтому для получения сопротивления канала 2, …, 3 мОм, активную площадь кристалла также можно уменьшить на два порядка, а это значит, что мощность управления также снизится на два порядка. Емкость затвора уменьшится на два порядка и, соответственно, уменьшится время переключения. Так как в токе переноса будут участвовать только электроны, с более высокой подвижностью, то быстродействие тоже повысится.

Результаты проведенных исследований [3, 4] заявленной структуры транзистора показывают, что будет иметь место процент выхода годных кристаллов близким к биполярным транзисторам с сопротивлением канала 2,…, 3 мОм и он будет способен работать на частотах до 10 МГц.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Библиотека электронных компонент. Выпуск 16. Манжа Н.М. Отечественные транзисторы БСИТ, СИТ, БТИЗ. [Текст] / Москва, изд. Додэка, с. 14. 1999-2010.

2. Максименко Ю.Н. Транзистор со статической индукцией КП926 с повышенным быстродействием // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. 2022. №3.

3. Максименко Ю.Н. Новая технологическая схема формирования структуры кристалла транзистора со статической индукцией КП926 // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. 2022. №4.

4. Авторское свидетельство 1215546 СССР: МКИ HOI 21/18. Способ изготовления полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом и вертикальным каналом: №3052227; заявл. 22.06.82; зарег. в Госреестре изобр. СССР 01.11.85 / Максименко Ю.Н., Корнилова С.Н., Жуковский Н.М.

Предлагаемое изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в устройствах силовой электроники для преобразования параметров электрической энергии в транспорте, робототехнике, радиотехнических устройствах и источниках вторичного электропитания. Техническим результатом является создание структуры высоковольтного силового транзистора, выполненного на одном кристалле с целью уменьшения сопротивления канала в открытом состоянии, снижения статических потерь мощности, увеличения коэффициента передачи тока, а также улучшения массогабаритных показателей и повышения быстродействия. Сущность заявляемого высоковольтного переключающего полупроводникового транзистора с истоком из гетероперехода заключается в том, что за основу взята существующая структура транзистора со статической индукцией и вертикальным каналом КП926, где над низкоомной областью первого типа проводимости кремния, являющейся стоком, формируется высокоомная область того же типа проводимости, в которой в виде ячеистой структуры формируется область затвора второго типа проводимости, внутри которых формируются низкоомные области истоков первого типа проводимости. Отличительным признаком транзистора с предлагаемой структурой является перемещение основных носителей - электронов, за счет потенциальной ямы, из алюминия в арсенид галлия и далее, под воздействием поля стока, они переходят в кремний. При этом их концентрация будет соответствовать 10²²⋅см^-3. При такой концентрации основных носителей сопротивление канала уменьшится более чем на два порядка в полевом режиме работы транзистора, поэтому для получения сопротивления канала 2, …, 3 мОм, активную площадь кристалла также можно уменьшить на два порядка, а это значит, что мощность управления также снизится на два порядка. Емкость затвора уменьшится на два порядка и, соответственно, уменьшится время переключения. Так как в токе переноса будут участвовать только электроны, с более высокой подвижностью, то быстродействие тоже повысится. 2 ил.

Высоковольтный полевой транзистор со статической индукцией и истоком из гетероперехода, выполненный по структуре с вертикальным каналом, у которого над низкоомной областью первого типа проводимости кремния, являющейся стоком, сформирована высокоомная область того же типа проводимости, в которой в виде ячеистой структуры сформирована область затвора второго типа проводимости, отличающийся тем, что в области истока формируется изотипный гетеропереход, состоящий из алюминия, низкоомного тонкого слоя из арсенида галия и тонкого слоя германия, который согласовывает решетки арсенида галия и кремния.