Униполярный транзистор Советский патент 1978 года по МПК H01L29/78 

(54) УНИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР гаппия. Он представляет собой гшастинку полупроводника и распопожениые на ее поверхности три коппанарные металпические эпектрода - исток, затвор и сток. Усипивйемый сигнал, подаваемьп между истоком и затвором, задает начальную модупяцню потока носителей заряда, которая усиливается на участке дрейфа между затвором и стоком вследствие отрицательной подвижности носителей. В этом транзисторе по сравнению с обычными униполярными транзисторами значительно увеличено (до нескольких десятко вольт) рабочее напряжение и уменьшены межэлектродные емкости, обуславливающие паразитную обратную связь между входом и выходом усилителя. Однако, несмотря на повышенное рабочее напряжение выходная мощность и динамический диапазон транзистора с бегущей волной невелики - не выше чем у обычных униполярных транзисторов, а КПД ниже. Увеличение расстояния истоксток и разности потенциалов между ними в известных транзисторах с бегущей волной по сравнению с обычными униполярными транзисторами не приводит к повьш1ению мощности и динамического диапазона этих приборов. Кроме того, транзисторы с бегущей волной имеют и ряд других недостатко для их создания могут быть использованы только материалы с ОДП (арсенид галлия, фйсфид индия), максимальное усиление огра ничено явлением доменной неустойчивости в полупроводниках с ОДП и т. п. Целью изобретения является создание униполярного транзистора с повышенными полезной мощностью, динамическим диапазоном и максимальной рабочей частотой. В предлагаемой конструкции используетс эффект увеличения эффективности взаимодей ствия носителей тока с высокочастотным электрическим полем при периодической пространственной модуляции этого поля в промежутке между электродами Это достигается тем, что в униполярном транзисторе с копланарными электродами на поверхности полупроводника между затвором и стоком периодическая структура с шагом равным произведению насыщенной .скорости носителей тока на период колебаний соответствую щей центральной частоте рабочего диапазона. Причем периодическая структура может быть выполнена в виде параллельных диэлек рических полосков или в виде параллельных металлических полосков или в виде металлических полосков изолированных от поверх ности полупроводника диэлектриком. Один из вариантов предпагаемой конструкции представлен на чертеже, Он содержит низкоомный слой полупроводника 1(-типа 1 , сформированный у поверхности высокоомной полупроводниковой пластины 2 . На поверхности слоя расположены три металпические электрода истока 3 стока 4 и затвора 5, Для улучшения омического контакта эпектрода истока с пластиной под этим электродом сформирован слой полупроводника с повышенным уровнем легирования зя.,. Электрод затвора 5 сдвинут в сторону истока, так что расстояние между истоком и затвором значительно меньше, чем расстояние от затвора до стока. Между последними двумя электродами на поверхности полупроводникового слоя 1 расположена периодическая диэлектрическая структура 6. Периодическая структура может иметь различную конфигурацию. В варианте конструкции, показанном на чертеже заявки, эта структура выполнена в виде набора узких диэлектрических полосков, шириной i образующих на поверхности пластины периодичес кую структуру с шагом 2 , причем отношение этого шага к насьпденной скорости носителей тока в попупроводнике if равняется периоду Т 5 т- высокочастотных колебаний, соответствующему центральной частоте рабочего диапазона iL i, 2п. fo и не зависит от полного угла пролета носителей заряда в высокочастотном попе Q т Т 5Который может намного превысить Существенно, что в отличие от явления нарастания волн пространственного заряда в полупроводниках с ОДП, используемых впрототипе, описанный эффект может быть реализован во всех полупроводниковых материалах, применяемых для изготовления транзисторов, в широком интервале электрических полей, превьпцаюших 3-5 кв/см, при которых дрейфовая скорость носителей заряда насьпдается. Возможность увеличения зазора между затвором 5 и стоком 4 транзистора (см. чертеж) обеспечивается периодической модуЛ5щией высокочастотного электрического поля вдоль поверхности эпитаксиальной пленки 1, в которой движутся носители заряда. Модуляция электрического попя создается периодической диэлектрической структурой 6, расположенной на поверхности полупроводника между затвором и стоком. Периодическая диэлектрическая структура может иметь рвчЧ личную конфигурацию, например (см. чертеж) & виде набора узких диэлектрических попосков шириной 1 , размещенных параппепьно друг другу на поверхности эпитаксиапьной ппенки. Период диэлектрической структуры, рав ный 2t , выбирается равным периоду прос ранственной модупяции А. дрейфующего пото ка носителей заряда на центральной частоте U рабочего диапазона. 50 -t в качестве материала для периодической Ш1электрической структуры могут быть выб рйны различные диэлектрики с достаточно вы соким значением диэлектрической проницаемостью &tf превышающей диэлектрическую fт- проницаемость полупроводника -fcTv. Расчет показывает, что глубина модуляции поля, может быть оценена по формуле Х М iCi+2bl) Если в качестве диэлектрика использовать высокоомный образец того же полупроводникового материала, из которого сде на рабочая часть транзистора, то Дпя эффективной работы транзистора желате но иметь или согласно 5, С,а 2Ьп. , Дпя кремния и арсенида галлия |.л 11-12/,.р (6 - проницаемость ваккума},так что следует брать диэлектрик с . В частности могут быть исполь зованы диэлектрики типа титаната бария, титаната стронция и т. п,, имеющие большие ,-О 1 О)значения относительной диэлектрической проницаемости п| рднако дпя достижения желаемого эффекта столь высокие значения диэлектрической проницаемости не обязательны, вполне достаточны диэлектрики с /6п 3-f5, так какужйпри таких eg- пролетный множитель| 3) оказывается достаточно близким к максимальному значению ,,ал Следует отметить, что, поскольку, при про летный множитель, а, следовательно, .и характеристики транзистора слабо зависят от величины диэлектрической проницаемости диэлектрика, то температурная и другие нестабильности параметров диэлектрика практически не ухудщают стабильность усилительных свойствтранзистора. Для модуляции электрического поля в попупроводнике могут использоваться не только диэлектрические, но и другие периодические структуры, расположенные вдоль поверхности полупроводника. Возможен вариант предлагаемой конструкции с металлической периодической структурой, лектриком. Во всех конструктивных )И.И1так njienлагаемого транзистора, который быть назван тргтнзистором с Kfoaynsinnoft поля (трампистор) усиливаемый сигнал подается между истокоми патвором а усиленный сигнал снимается пибо исп-о ком и стоком (включение с пбяшк потоком), либо между стоком и затвором (вкпючеиие с общим затвором). В этом отношении трампистор существенно отпичается от транзистора с бегущей вопной,.н поцобен обычным полевым трананстораь Поэтому в отличие от прототипа в предлагаемом транзисторе увеличение расстояния затворсток и рабочего натфяя епия транзистора достигается без потери КПД, который остяатся столь же высоким как у обычных полевых транзисторов, и следовательно, сопровождается существенным увеличением динамического диапазона и выходной мощности приборов. Вместе с тем предлагаемая конструкция сохраняет достоинства прототипа в части существенного снижения межэпектродных емкостей, позволяющего увеличить рабочую частоту транзистора. Формула изобретения 1. Униполярный транзистор с моаулшдней поля, содержащий пластинку полупроводника и расположенные на ее поверху ости три конланарные металлические электрода-нсток, затвор и сток, о т л и ч а ю щ и и с я гем, что с целью увеличения попезной мощности динамического диапазона, на поверхности полупроводниковой пластины между затвором истоком расположена периопкческая структура с шагом, равным пронзведению насыщенной скорости носителей тока на период колебаний соответствующей центральной частоте рабочего диапазона, 2.Транзистор по п. 1, в котором упо«1-1яутая периодическая структура вьшолнёна виде параллельных диэлектрических юлосов, расположенных на поверхности полупроодниковой пластины. 3,Транзистор по п. 1, в котором упомяутая периодическая структура вынопнена виде параллельных металлических попосков, асположенных на поверхности полупроводиковой пластины. 4, . Транзистор по пп, 1 и 3, в KI ором металлические полоски изопирова- ы от поверхности полупровопника пнэ