Биполярный свч-транзистор Советский патент 1979 года по МПК H01L29/70 

- дрен(|ювые скорости насы)2 щения.

На чертеже приведена конструкция такого пленарного р-п-трх нзистора и приняты следующие обозначения: 1 эмиттерная область; 2 - базовая область; 3 - чередующиеся коллекторные слои с различными С ; 4 - низкоомная нодложка; 5, 6, 7 - эмчттерный, базовый и коллектор}1ый электроды соответственно; 8 диэлектрическая пленка.

Т(;оретический .анализ показал, что использование коллектора со слоистой структурой позволяет значительно ослабить пролетные эффекты в коллекторной области, снижающие предельную частоту f . Как известно, неблагоприятное

действие пролетных эффектов связано с уменьщением наведенного высокочастотного тока в цепи коллектора 3 при увеличении времени Г и угла0 и)1Г| пролета носителей заряда через объединенный слой коллекторного р-п-перехода. В известных конструкциях транзисторов, в которых коллектор выполнен из одного полупроводникового материала, наведенный ток 3ц пропорционален пролетному множителю

,

(1)

быстро уменьшающимся от 1 до О при возрастании угла О от нуля noiSi , Если же объединенный слой коллектора занимает область, включающую п полупроводниковых слоев, различающихся значениями диэлектрической проницаемости С; то, как показывает теоретический анализ, зависимость наведенного в коллекторной цепи тока от углов пролета элект ронов в этих слоях О,- определяется множителем

M,(o),)J. fe . ) - rneVj V/T| - угол пролета носителей тока через спой полупроводника с диэлектрической проницаемостью j . Формула (2) вьгоедена для случая, когда электрическое поле в объединенной коллекторной области достаточно велико ( Ю кВ/см) для того, чтобы обеспечить насыщение скорости дрейфа носителей тока Vj Vjj.

При заданных рабочей частоте Ы , толщине L объединенной коллекторной области и интервале изменения диэлектрической проницаемости Г . ,, ц :гС

mm 1(Пои 2

наибольшее значение множительМ принимает для многослойной структуры, сос.тавленной из чередующихся слоев двух полупроводниковых материалов с диэлектрическими проницаемостями С. и Си толщинами, обеспечивающими равенство углов пропета носителей тока через каждый слой, х) -02 5 . В этом случаеформула (2) дает

1- V;

n(,(z.fcos.o)V

a-.n.of

fY

(3)

Ч.(

-0 При

( nW|-|74f

(4)

Таким образом, в многослойном коллекторе с определенными толщинами слоев, соответствующими равным углам пролета , пролетный множитель оказы- Бается независящим от числа и п слоев, т. е. от толщины объединенного слоя коллекторного р-п- 1ерехода. Величина пролетного множителя возрастает с увеличением разницы значений диэлектрических постояннъге полупроводниковых слоев, приближаясь к М„ ViFf Р 1

Полупроводниковые материалы, из которых формируётСй многослойный коллектор, могут различаться не диэлектрическими постоянными, а значениями насыщенных скоростей дрейфа носителей заряда. Если, например, 2 oVi-C V,, то при равенстве углов пролета O. l) l) пролетный множитель определяется выражением/fV nrJlti -nW-I IU--) ()si-,k)(5) или при х) « 2 АЛ„(Я). Ч, в ойцем случае V,V i 2 I / I (-0 coik))+. (|H)Smk,)f M t Примером полупроводниковых материалов из которых может быть изготовлен пред лагаемый многослойный коллектор, могу служить арсенид галлия и твердый раствор арсенида галлия и арсенида алюмини В первом насыщенная скорость электронов составляет около (О,8-1):10 .см/с во втором (при содержании арсенида гал лия около 60%) - около О,3-1О см/се Значения диэлектрической постоянной в обоих материалах примерно равны. Параметры кристаллической решетки обоих материалов близки друг к другу, поэтом на границах слоев при их эпитаксиальном выращивании дефекты структуры н возникают. Таким образом, использование многослойного коллектора, составленного из нескольких слоев полупроводниковых материалов, различающихся значениями диэлектрической постоя чой или насыщенной скорости дрейфа носителей заряда или в общем случае значениями отношения насы ценной скорости дрейфа носителей заряда к диэлектрической проницаемости материала, позволяет значительно увеличить толщину слоя объемного заряда, не уменьшая величину наведенного тока, а следовательно, и усиления транзистора по току. Зто дает возможность существенно снизить удельную емкость коллекторного перехода С| , а следовательно, увеличить предельную час- i тоту t, (вследствие уменьшения времени задержкиТ| Э PdCj , S- сопротивление базы), максимальную частоту усиления по мощности rtTa /fc коэффициент усиления по мощности К Е месте с тем увеличение толщшп, коллектор)юго слоя объемного заряда гюпышает пробивное напряжение коллектора, следовательно, и максимальную полезную мощность транз1 стора. Отдельные слои, составляющие коллекторную область, могут иметь как одинаковый тип проводимости (например, п-тип в п-р-п-транзисторе), так и различные типы проводимости (п- или р) при услоВИИ, что коллекторный слой, примыкающий к базовому слою, имеет противоположный последнему тип проводимости. Концентрация примеси во всех слоях коллектора должна быть не слишком высокой, чтоб: при рабочем потенциале коллектора обедненная область захватьтала все слои коллекторного перехода. Формула изобретения Биполярный СВЧ-т-ранзистор, содержащий области эмиттера, базы и коллектора с металлическими электродами и объединенный слой коллекторного перехода, отличающийся тем, что, с целью увеличения предельной частоты усиления по току, максимальной частоты усиления по мощности и уменьшения удельной емкости коллектора, объединенный слой коллекторного перехода выполнен из четного числа слоев двух полупроводниковых материалов, расположенных в чередующейся последовательности, причету отношение дрейфовой скорости насыщения носителей заряда к диэлектрической проницаемости в них удовлетворяет соотношению у / / v, / /t, VCi, где e-.fr, - диэлектрические проницае- мости слоев; Vj jV. - скорости насыщения носителей заряда. Источники информации, принятые во нимание при экспертизе 1.Патент США 3826956, л. 148-33.2, 1976. 2.Волцит В. В. и др. Малошумящие ВЧ- и СВЧ-транзисторы. Полупроводиковые приборы и их применение , 1971 ып. 25.