Полупроводниковое устройство Советский патент 1978 года по МПК H01L29/70 

конструкции и дополнительный РЛ Р-транзистор известной конструкции; на фиг. 4 приведен график для коэффициента hf усиления по току в схеме с заземленным эмиттером как функция коллекторного тока; на фиг. 5 - график для шумового фактора, как функция частоты с входным импеда нсом 1000 см; на фит. 6 - график для шумового фнктора, как функция частоты с входным импедансом 30 ом; на фиг. 7 дана диаграмма шума, составленная для шумового фактора, как функция коллекторного тока.

Транзистор NPN-i№ua (фиг. 1) содержит подложку 1, сильно легированную примесями yV-тИПа, например, это может быть кремний, сильно легированный сурьмой. Уровень легирования должен составлять , что соответствует величине сопротивления приблизительно 0,01 Ом-см. При этом величины сопротивления могут варьироваться от 0,008 до 0,12 Ом-см. Толщина подложки составляет величину порядка 250 мкм. Эпитаксиальный слой 2 кремния Л -ти1па образован на подложке 1 для совместного использования с ней в качестве коллектора.

Эпитаксиальный слой 2, слабо легированный сурьмой, имеет концентрацию легирующей примеси порядка 7X10 см сопротивление этото слоя приблизительно от 8 до 10 Ом-см, оптимальная толш,ина эпитаксиального слоя порядка 20 мкм.

Эпитаксиальный слой 3 кремния Р -типа образован на слое 2 для создания активной базы транзистора. Легирование может быть обеспечено достаточным количеством бора для получения уровня легирования порядка 1X10® см. Это соответствует сопротивлению 1,5 Ом-см, толщине слоя 3 приблизительно 5 мкм.

Эпитаксиалыный слой 4 кремния // -типа формируется на Р--слое 3 для получения амиттера. Слой 4 слегка легирован сурьмой, концентрация легирования соответствует сопротивлению приблизительно 1 Ом-см, толщина слоя составляет примерно от 2 до 5 мкм.

Диффузионный слой 5 Л +-типа представляет собой область, сильно легированную фосфором, и имеет уровень концентрации примеси приблизительно 10 см, а толщину порядка 1,0 мкм.

Диффузионная область 6 /V+-Tnna, сильно легированная фосфором, окружает NPNтранзистор. Легирование проводится до уровня концентрации примеси приблизительно 3X10 см. Примесь проникает через слой 3 Р -ти1па в слой 2 //--типа до тех пор, пока не достигнет области 1 Л +-подложки. Таким образом, она окружает базовую область 3.

Диффузионная область 7 Р+-тиоа используется как проводящая часть базовой области 3. Область 7 легируется бором с концентрацией ,на поверхности приблизительно 3X10 см- Диффузионная область 7 проходит через слой 4 Л -типа в базовый слой 3 Р--типа, который ограничивает всю эмигтерную область 4.

Диффузионная область 8 Р--типа обеспечивает общий контакт всей площади и представляет собой сильно легированную бором область. Содержание примесей на поверхности приблизительно 5X10 см.

Алюминиевый коллекторный электрод 9 формируется под поверхностью подложки 1. Алюминиевый базовый электрод 10 образуется на базовой области 8, алюминиевый эмиттерный электрод И-на сильно легированный эмиттерной области 5.

Слой из двуокиси кремния служит для пассирования и покрывает сверху всю поверхность прибора.

Слой 2 Л--типа и слой 3 Р -типа образует коллекторно-базовый переход 12. Слой 3 и слой 4 Л --типа образует эмиттерно-базовый переход 13. Слой 4 и слой 5 yV+-Tnna образует L-Я-переход 14 для примесей того же типа (L-Я определяет две граничащих области с примесью того же самого типа, одна из которых слабо легирована, а вторая сильно легирована). Ширина .WB между эмиттерно-базовым переходом 13 и L-Я-переходом 14 составляет приблизительно 6 мкм.

На фиг. 2 представлен уровень концентрации примесей и концентрация неосновных носителей в эмиттере прибора. В верхней части показано относительное расположение эмиттера, базы и коллектора, в средней части - концентрация носителей в атомах на кубический сантиметр в направлении от внешней новерхности к области подложки 1, в нижней части - относительное количество концентрации неосновных носителей последовательно в различных областях, начиная с области 5 Л+-типа. Если диффузионная длина неосновных носителей меньше, чем ширина эмиттера WE, профилю определения кондентрации неосновных носителей соответствует пунктирная линия (пунктирной кривой а показан профиль распределения концентрации неосновных носителей для малых величин встроенного поля). L-Я-переход образуется слабо легированными и сильно легированными областями с одним типОМ проводимости и через L-Я-переход проходят лишь основные носители.

Значения коэффициента hfE усиления в схеме с заземленным эмиттером представлены на фиг. 4. Кривые 15 и 16 соответствуют различным планерным конфигурациям. Обе кривые показывают очень высокую величину коэффициента усиления по току в схеме с заземленным эмиттером.

Кривая 17 на фиг. 5 представляет собой зависимость от частоты для прибора, изображенного на фиг. 1, кривая 18 является типичной шумовой характеристикой известных приборов, кривые 19 и 20 на фиг. 6 представляют собой шумовые характеристики прИбора для различных входных импедансов. На фиг. 7 кривой 21 показана шумовая характеристика известных приборов, а кривой 22 - шумовая характеристика предлагаемого прибора. Кривые 21 и 22 являются шумовыми факторами -при 3 дб. Область внутри пара-болы имеет шум ниже 3 дб. Из сравнения фигур 4, 5, 6 и 7 следует, что предлагаемый прибор имеет значительные преимущества перед известными. На фиг. 3 нрнведен второй вариант предлагаемого прибора. ЛРЛ-транзистор, показанный на фиг. 1, сформирован в интсгральной схеме с одним нли несколькими полупроводниковыми элементами, например РЛ Я-транзисторами обычного типа. На подложке / -типа NPNтранзистор формируется по тем же самым принципам, что и транзистор на фиг. 1. Он включает сильно легированный коллектор 1, слабо легированный коллектор 2, слабо легированную базу 3, слабо легированный эмиттер 4, сильно легированную область 5, коллекторную управляющую площадку 6, коллекторную контактную площадку 7, базовую контактную площадку 8, коллекторный электрод 9, базовый электрод 10 н эмиттерный электрод 11. На той же самой подложке формируется обычный транзистор PTVP-THina, который имеет коллектор Р--тИ1па, базу Л -тнпа, эмиттер Р-типа, управляющий коллектор Р-типа, коллекторную контактную площадку Р-типа, базовую контактную ллощадку Л/-типа, коллекторный электрод и эмиттерный электрод. Два транзистора электрически изолированы Р-//-переходами. Площадь изоляции Р-типа связана с подложкой и окружает как Л РЛ-транзистор, так и Р7 /Р-транзистор. Области Л -типа образуют изолирующую площадь в фор-ме чаши вокруг транзистора РЛ Р-типа. В приведенной интегральной схеме МНО гие соединения формируются одновременно. Все сказанное выше о ЛРЛ -транзисторе в такой же степени относится и к PNPтранзистору с сравнимой структурой я характеристиками. Кроме того, можно легко представить это изобретение как полупроводниковый тиристор NPNP-Tuna. Формула изобретения 1. Полупроводниковое устройство, содержашее по крайней мере три области лолупроводника чередующегося ти-па проводимости, образующие два р-/г- перехода, отличающееся тем, что, с целью увеличения коэффициента усиления по току и уменьшения уровня щума, первая область полупроводника выполнена нз двух зон различной концентрации, образующих L- Я-переход, причем зона, прилегающая к р-п-переходу, имеет меньщую концентрацию примеси, чем вторая, и разность концентраций обеспечивает встроенное поле в первой области, уравновешивающее диффузионный ток неосновных носителей тока, инжектируемых в нее из первого р-л-переобласти .меньше хода, а толшина первой диффузионной длины неосновных носителей 2.Полупроводниковое устройство по п. 1, отличающееся тем, что диффузионная длина неосновных носителей в нервой области лежит в диапазоне от 50 до 100 мкм. 3.Полупроводниковое устройство по п. 1, отличающееся тем, что концентращия примеси в нервой зоне первой области меньше 10 ат/см. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Зи С. М. Физика полупроводниковых приборов. М., «Энергия, 1973, с. 263. 2.Патент США № 3591430, кл. 317-235, опублик. 1970.

S 7 S f f fff Г 7 ff

J. и tJ. I / I

/ / ./, /..

N + IЛГ- I ;v IJ-/If. +

az. 2

53 ; -T8:J,.,,5 Ц+и , 6

,:,М,,и.

шЬ

,.--X

-c:

//H

L

laouA

1mA 9uZ. 4/,w/

100mA

1C

f P P