1
Изобретение относится к полупроводниковым приборам, а именно к нолевым триодам с вертикальным каналом.
Известен полунроводниковый полевой илапарный триод с вертикальным каналом, имеющий области затвора, истока и стока.
Существенным недостатком известных нолевых триодов является низкий коэффициент усилення, ограничивающий рабочий диапазон полевых триодов областью малых напряжений, а следовательио, и токов за-творов.
Цель изобретения - расширить диапазон работы по тону и повысить коэффициент усиления.
Для этого кратчайшее расстояние меладу областями истока и стока меньше диффузионной длины неосновных носителей заряда в области затвора. Кроме того, длина канала больше кратчайшего расстояния между областями истока и стока.
Иа чертеже схематично показан предлагаемый полевой плапарный триод.
Триод содержит подложку 1 из кремния п-ткпа проводимости с удельным сопротивлеиием 12,5 Ом-см, являющуюся стоком; область затвора 2 р-типа проводимости, выполпенную диффузией бора в кольцевое окно (с внутренним диаметром 28 мкм и наружным 300 мкм) в выран1, пред.варительно термическом окисле 3. Толщина диффузионного слоя составляет 17- 17,5 мкм, боковая глубина диффузии - 12,5 мкм при величине поверхностного сопротивления 280-300 Ом/П. Область 2 образует с подложкой 1 / -л-нереход 4, а боковая внутренняя поверхность области 5 затвора 2 окружает часть подложкн, являющуюся каналом О. Кроме того, триод содержит область 7 /г-типа, являющуюся нстоком, выполненную диффузией фосфора на глубину 10 мкм при поверхностном сонротивлении 10-15 Ом/П в кольцевое окно в окисле с наружным 200 мкм и внутренним 50 мкм диаметрами (на чертел е внутренний диаметр окна показан пунктиром) . В процессе изготовлення области истока 7 толщина диффузионного слоя области затвора увеличивается до 18,5-19 мкм, ,а боковая диффузия - до 13 мкм. Последующей диффузией фосфора (поверхностное сопротивление 1-2 Ом/П, глубина диффузии 1 мкм) в окно диаметром 120 мкм в окисле 3 (на чертелсе показано штрих-пунктиром) и нижнюю поверхность нодлол ;кн сформированы подконтактные высоколегированные области 8 и 9 соответственно к областям истока и стока; алюминиевые контакты 10-12 соответственно к областям стока, затвора и истока.
Результирующее расстояние W между горизонтальными участками 13 и 14 р-пперехода 4 составляет 6-5,5 мкм при эффективной диффузионной длине L электро.нов в области затвора 2, равной 1U- 12 мкм. Ширина канала 6 составляет 2 мкм нри толщине области 5 нространственного заряда р-л-перехода, равной 1,4 мкм. Поэтому канал нри отсутствии смещения на затворе нерекрыт областью 5 объемного заряда р-я-нерехода затвора 2. При нодаче нрямосмещающего р-л-переход 4 нанряжения на контакт 11 затвора 2 относительно контакта 12 истока 7 канал расширяется за счет сужения области 5 нространственного заряда перехода 4. При этом сопротивление канала току в выходной цепи сток 1 - исток 7 при положительном смещении контакта 10 относительно контакта
12уменьшается.
Ирямосмещающее р-я-переход 4 напряжение затвора, близкое по величине к диффузионному потенциалу (0,6-0,8 Б), значительно снижает сонротивление участка
13перехода. Так как область истока 7 более легирована, чем область затвора 2, то из области истока 7 в область затвора 2 через участок 13 перехода 4 инжектируются электроны. Являясь неравновесными носителями в области затвора 2, электроны в основном за счет диффузии к обратно-смещенному напряжением- между контактами 8 и 10 участку 14 перехода 4. Здесь электроны собираются участком 14 как коллекторным нереходом. Ьысокая эффективность переноса электронов, инжектированных из области истока 7 (как эмиттера) в область затвора 2 (как базы), достигнута выполнением кратчайшего расстояния W между участками 13 и 14 менее диффузионной длины L электронов в области 2.
В результате ток в цепи контактов 10- 12 нри напряжении на затворе, близком но величине к диффузионному потенциалу участка 13 р-я-нерехода 4, носит преимущественно диффузионный характер и возрастает с увеличением напряжения затвора.
Соотношение диффузионного и канального токов в пользу диффузионного для заданного напряжения на затворе при обеспечено меньшим на два и более порядков сопротивлением участка 13 перехода 4 - области затвора 2 - участка 14 перехода 4 по сравнению с сопротивлением канала.
. Ширина канала 6 соответствует толщине слоя пространственного заряда р-я-перехода затвора и составляет величину от десятых долей до единиц микрометров в зависимости от удельного сопротивления подложки.
Так, наиболее эффективно работает триод при ширине канала не более двух толщин области пространственного заряда р-я-п рехода затвора при отсутствии нанряження на нем.
Для изготовления триода используют высокоомные подложки, удельное сонротивление которых больше 6 Ом-см. Повышение коэффициента усиления по
току достигается нри длине канала, рапноп кратчайнгему расстоянию между истоком и стоком.
Существенное улучшение характеристик устройства достигается, если длина канала нревышает кратчайшее расстояние между областями истока и стока. При этом повышается эффективность инжекции из области истока в область затвора и эффективность нереноса неосновных носителей
заряда в области затвора за счет новышения градиента концентрации нримесей в
р-я-нереходе исток - затвор и дрейфового
статического ускоряющего ноля в затворе.
Благодаря повышению коэффициента
усиления с ростом нрямого смещения на затворе достигается повышение работоспособности нолевых триодов при больших токах затвора, как у биполярных транзисторов. При этом не снилсается коэффициент
усиления при работе с малыми прямыми смещениями затвора.
В этом случае коэффициент нередачи но току через исток - область затвора - сток очень мал из-за низкого коэффициента инжекции перехода исток - затвор при малых напряжениях на нем. Перенос носителей заряда осуществляется при этом преимуществеиио через канал, как в известных полевых триодах.
Предлагаемый триод изготовляют применением планарно-эпитаксиальной и диффузионной технологии и иснользуют в схемах с биполярными транзисторами при работе как на малых, так и на больших токах.
Формула изобретения
1- Полевой триод с вертикальным каий лом, нлощадь сечения которого меньше площади обмотки истока (стока), отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона работы по току и новышения коэффициента усиления, кратчайшее расстояние между областями истока и стока меньше диффузионной длины неоснов ных носителей заряда в области затвора. 2. Триод по п. 1, отличающийся
тем, что длина канала больше кратчайшего расстояния между областями истока к стока.
Т / ,/ л т
/ i-// I
;7
/ ю
