Полевой транзистор Советский патент 1982 года по МПК H01L23/04 H01L29/78 

(54) ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР ,:

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, в част- . ности к полевым транзисторам, исполб зуемым в предусилителях дПя спектро.метров рентгеновского и гамма-излучения на основе охлаждаемых полупроводниковых детекторов (ППД). Энергетическое и временное разрешение спектрометров с ПОД в значительной степени определяется шумовыми свойствами предусилителей и применяемых в йих полевых транзисторов.

В спектрометрах рентгеновского и гамма-излучения на основе ППД использование предусилителей на полевых транзисторах обусловлено необходимостью согласования импеданса ППД с входным импедансом предусилителя.

ППД, как источник сигнала, представляет собой эквивалентный генератор тока, шунтированный сравнительно малой емкостью, т.е. имеет высокий выходной импеданс, следовательно, существенное значение имеет снижение параллельного шума полевого транзистора, обусловленного щумом тока утечки цепи затвора и диэлектрическим шумом изоляций затвора, а также последовательного шума, зависящего от его входной емкости.

Известные полевые транзисторы, применяемые в предусилителях спектрометров рентгеновского и гамгда-излучений, содержат полупроводниковую структуру, размещенную на кристаллодержателе с токовыводами стока, истока и затвора СП.

В известных полевых транзисторах кристаллодержатели выполнены из ди0электрического материала, чшае всего из стекла в виде диска, в котором токовыводы стока, истока и затвора расположены параллельно, близко один от другого и направлены в одну сторо5HV по отношению к структуре.

Существенным недостатком известных полевых транзисторов является высокий уровень шумов, зависящий от входной емкости (величина входной

0 емкости полевых транзисторов определяется входной емкостью его полупроводниковой структуры и расположением токовыводов) и наличия диэлектрических шумов материала кристаплодержа5теля.

Известны также бескорпусные полевые транзисторы, которые содержат полупроводниковую структуру/ гибкие токовыводы стока, истока и затвора, 0,взаиморасположение которых определяется монтажной схемой при их устано ке. Для предохранения структуры и фиксации токовыводов применен эпоксидный компаунд, наличие которого в зывает дополнительно повышенный диэлектрический шум и шум от токов утечки затвора 23. Наиболее близким техническим решением является полевой транзистор, содержащий полупроводниковую структуру размещенную на диэлектрическо кристаллодержателе с токовыводагда стока, истока и затвора, установлен ными в одной плоскости L3. Существенным недостатком такого транзистора является высокий уровен шума, вызванный расположением токовыводов и диэлектрическим шумом мате риала кристаллодержателя. Целью изобретения является уменьшение уровня шума полевого транзистора. Это достигается тем, что кристаллодержатель выполнен в виде фигурной планки, например ступенчатой, из материала с низким уровнем диэлектриче кого шума,- например нитрида бора, а токовыводы стока и истока расположены симметрично относительно токовывода затврра, а также тем, что токовыводы стока и истока расположены перпендикулярно токовыводу затвора, или тем, что токовыводы стока и истока рас юложены параллельно и направлены в противоположную сторону токовыводу затвора. Кристаллодержатель также может быть изготовлен из других материалов таких как лейкосапфир, окись магния или .окись бериллия. На фиг. 1 и 2 схематично даны два варианта конструкции полевого транзистора, разрез и вид сверху. Полевой транзистор содержит полупроводниковую структуру 1, Кристаллодержатель 2, токовывод 3 истока, токовывод 4 стока, токовывод 5 затвора. Кристаллодержатель 2 выполнен в виде ступенчатой фигурной планки (см. фиг. 1), токовывод затвора установлен по оси симметрии планки, а токовыводы истока и стока установлены в одной плоскости на ступенях планки перпендикулярно токовыводу затвора. При таком расположении токовыводы разнесены на рассто яние, большее чем в известных в 5-6 раз, которое составляет 3-4 мм, что обеспечивает малую емкость между ними. Кристаллодержатель 2 выполнен также в виде фигурной планки с одной ступенью (см. фиг. 2), а токовыводы истока и стока установлены в одной плоскости с токовыводом затвора, параллельно ему и направлены в противо положную от него сторону по отношению к структуре. При таком расположенин токовыводы также раэнос ени на расстояние, большее чем в известных в 5-6 раз и которое также составляет 3-4 мм, что обеспечивает малую емкость между . Прейл1уществами предлагаемого полевого транзистора по сравнению с известны1ли являются более низкий уровень последовательного uiyMa вследствие снижения емкости между токовыводами затвора, с одной стороны, и стока и истока - с другой более низкий уровень параллельного шума вследствие снижения диэлектрических шумов материала кристаллодержателя, а также вследствие снижения шумов тока утечки затвора. Экспериментально установлено, что диэлектрические шумы нитрида бора, лейкосапфира, окиси бериллия и окиси магния значительно меньше диэлектрических шумов стекол и эпоксидных компаундов, применяемых в качестве материала кристаллодержателя в известных полевых транзисторах. Поверхностное и объемное удельное электросопротивление названных материалов выше, чем у стекол и эпоксидных компаундов, что обеспечивает их преимущества также и по шумам токов утечки. Предлагаемый полевой транзистор может быть использован в качестве усилительного элемента первого каскада предусйлителей, охлаждаемых ППД рентгеновского и мягкого гаммаизлучения. Особенно эффективно его использование при охлаждении первого каскада предусилителя совместно с ППД в вакуумном криостате. Охлаждение способствует снижению всех видов i шумов полевого транзистора. Формула изобретения 1.Полевой транзистор, содержш-щй полупроводниковую структуру/ размещенную на диэлектрическом кристаллодержателе с токовыводами стока, истока и затвора, установленными в одной плоскости,отличающийс я тем, что, с целью уменьшения уровня шума, Кристаллодержатель выполнен в виде фигурной планки, например ступенчатой, из материала с низким уровнем диэлектрического шума, например нитрида бора, а токовыводы стока и истока расположены симметрично относительно токовывода затвора. 2.Транзистор по п.1, отличающийся тем, что токовыводы стока и исто,ка расположены перпендикулярно токовыводу затвора. 3.Транзистор по ПП.1 и 2J отличающийся тем, что TOKOR

no;aj i.ToKn и истокг расиолохсены параллельно и напр тЛсны в противоположную сторону токовыволу затвора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3.Ричман П. Физические основы полевых транзисторов с изолированным затвором. М., Советское радио, 1971, с. 87-92.