Способ определения ширины коллектора высоковольтного транзистора Советский патент 1990 года по МПК H01L21/66 G01R31/26 

Изобретение относится к области полупроводникового приборостроения и может быть использовано для измерения ширины слабо легированной коллекторной области высоковольтных транзисторов.

Цель изобретения - повышение точ ности определения.

На чертеже изображена типичная зависимость коэффициента усиления от напряжения между коллектором и эмиттером.

При плотностях тока коллектора, не превышающих нескольких единиц А/см2, коэффициент усиления высоковольтного транзистора в режиме насыщения

,г I (,г 1$ СЬХК + Ь -(Ъ-НЖг/ U;

где b - отношение подвижностей электронов и дырок;

oLro коэффициент передачи электронов в базе на границе режимов усиления и насыщения;

эхK/LKxk- ширинв модулированной

области в коллекторе транзистора и L,, - диффузионная длина дырок в коллекторе. Из выражения (1) видно, что коэффициент усиления высоковольтного транзистора имеет два граничных значения. Действительно, если ток базы недостаточен для перевода транзистора из режима усиления в режим насыщения, то дырки не поступают из басл сп

Сп

о со со

зы в коллектор, дует из (1)

О, и, как елеР Р

1Е.

1ГР 1-oiro

(2)

Если ток базы достаточно велик для того, чтобы не только перевести транзистор в режим насыщения, но и для того, чтобы дырки, поступающие из базы в коллектор, достигали плоскости п -п-перехода п -п-р-п -высоковольтного транзистора, то хк (0|С, где W к - полная ширина слабо легированного коллектора, и, как следует из (1)

G)k LKarcfi

ft в и ib+liofjx(3)

Г 27 chWK+b-(b+l)rp JJ

где W K G0k /LK.

Так как согласно (2) o( гр /Vp/0-4-/3 rp)i то из (3) получают соотношение

cb fell JL a±&ЈL&rf fl(4) СТ /Ц(И-р,гр J связьшающее ширину коллектора СО к с двумя граничными значениями коэффициента усиления р,г и рггр , диффузионной длинойедырок в коллекторе LX и отношением подвижностей электронов и дырок Ь.

Таким образом, соотношение (4) устанавливает четкую аналитическую связь между СО к и токами в транэистоРе fVp 1к/1,гр J 1 с/1вггр) которые легко измерить, и выбрано как основа предложенного косвенного метода определения СОК . Значения fSrp и 2гр определяются с высокой точностью по зависимости коэффициента усиления транзистора от напряжения между коллектбром и эмиттером, имеющей в точках J)rp выраженные изломы. Другие физические константы, входящие в расчетное соотношение предлагаемого способа, либо известны, либо их легко измерить. Так, например, константа Ъ для кремния, являющегося основным материалом современных высоковольтных транзисторов, равна 2,7, а Ьц легко опреде лить после предварительного измере ния времени жизни дырок в коллекторе разностным методом.

В предлагаемом способе ток коллектора устанавливают в пределах 0,05- О,1 от предельно допустимого значения для того, чтобы исключить влияние нелинейных эффектов на точность определения ширины коллектора высо-

10

Т5

20

25

30

35

40

45

50

55

ковольтного транзистора. Как известно, с ростом тока коллектора, а сле довательно, и тока базы, падает эффективность инжекции дырок из базы в коллектор. Кроме того, при больших плотностях токов начинают проявлять себя двухмерные эффекты. При токах меньших 0,05-0,1 от предельно допустимого становится затруднительным корректорное определение коэффициента Я 2 гр , так как при малых токах коллектора зависимость (Ь - Ј(икэ) в-, области ft-xfi ч гр становится не столь ярко выраженной. Что касается тока базы, то его начальное значение задается таким, чтобы наверняка ввести транзисторе область I и четко выделить на графике р Ј(11) область значений В , близкую к К2Гр Экспериментально установлено, что эти условия выполняются при выборе тока базы, равным половине тока коллектора.

Последующее изменение тока базы от больших значений к малым не приводит к перегреву испытуемого прибора, так как исключает возможный дополнительный источник погрешности определения ширины коллектора высоковольтного транзистора.

Пример. Предельно допустимый постоянный ток коллектора высоковольтного транзистора КТ704Б согласно справочным данным равен 2,5 А, Устанавливают ток коллектора равным 0,25 Аи ток базы равным половине тока коллектора, фиксируют соответствующее этому режиму работы транзистора напряжение между коллектором и эмиттером, которое оказывается равным 0,07 В, Далее, оставляя неизменным ток коллектора, источником уменьшают ток базы и одновременно измеряют соответствующие этим токам значе- ния напряжения между коллектором и эмиттером. По результатам измерений строят график зависимости # f(U|o). По этому графику определяют коэффициенты усиления В 1гр и fizrt которые оказались равны 49 и 8 соответ твен- но, далее проводят расчет ширины коллектора испытуемого транзистора из соотношения G3K LKarch 1,378 н 0,845 LK , так как Lfe 2bDKt-K (b+1) где D| 12 10 4м2/с - коэффициент диффузии дырок в коллекторе, а Јк измеренное разностным методом, ока-

залось равным 15 106с, то L к 162 мкм. Получают G3k 137 мкм.

Формула изобретения

Способ определения ширины коллек- тора высоковольтного транзистора, включающий пропускание через тран- зистор, подключенный по схеме с общим эмиттером токов базы и коллектора, измерение напряжения между кол- лектором и эмиттером, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, значение пропускаемого тока коллектора устанавливают постоянным в диапазоне 0,05-0,1 от предельно допустимого значения, увеличивают ток базы до ввода транзисто ра в область насыщения, затем уменьшают ток базы до выхода транзистора из области насыщения с соответствую щим измерением зависимости напряжения между эмиттером и коллектором от тока базы, по которой определяют

556936

зависимость коэффициента усиления по току транзистора от напряжения между эмиттером и коллектором, опре- , деляют значения коэффициента усиления по току транзистора, соответст- вующие изломам на этой зависимости, а ширину коллектора Q высоковольтного -транзистора рассчитывают из соотношения

10

Q LKarc

. Г(Ь+)Р. + 0а ЈР, -ЬЛ ) J/

где

ьь

Рг ,

диффузионная длина дырок в коллекторе; отношение подвижностей электронов и дырок; Р, и/3л значения коэффициента усиления по току транзистора, соответствующие изломам на зависимости коэффициента усиления по току транзистора от напряжения между коллектором и эмиттером.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для определения ширины коллектора высоковольтного транзистора. Целью изобретения является повышение точности. Способ основан на измерении зависимостей напряжения между эмиттером и коллектором от уменьшающегося тока базы при пропускании постоянного тока коллектора, устанавливаемого в диапазоне 0,05 - 0,1 от предельно допустимого. Ширину коллектора находят по значениям коэффициентов усиления по току транзистора, соответствующим двум изломам на зависимости коэффициента усиления по току транзистора от напряжения между коллектором и эмиттером, используя математическую формулу, приведенную в описании изобретения. 1 ил.

А

ггр

3