Мдп-транзистор

Авторы патента:

Использование: изобретение может быть использовано в усилительных и коммутационных устройствах на МОП-транзисторах, работающих при криогенных температурах. Сущность изобретения: в области пространственного заряда стока полевого транзистора выполнен градиент определенной величины, направленный от истока к стоку. 3 ил.

Изобретение относится к аналоговой технике и может быть использовано в МДП-усилительных и коммутационных устройствах, предназначенных для функционирования при криогенных температурах. Известно, что при охлаждении МДП-транзисторов до гелиевых температур их вольт-амперные характеристики (ВАХ) претерпевают качественные изменения как на линейном участке, так и в пологой области. В пологой области ВАХ при напряжениях сток-исток порядка 2-5 В происходит дополнительное увеличение тока стока I_с, обусловленное слабым лавинным пробоем перехода стока, в результате чего подложка приобретает положительный (для n-канального транзистора) заряд, а пороговое напряжение уменьшается. Известен полевой транзистор, в котором для обеспечения его работоспособности при низких температурах используется слаболегированная подложка (концентрация легирующей примеси N_g 10¹³-510¹⁴ см^-3), а для обеспечения необходимой величины порогового напряжения в область канала, параллельно истоку и стоку, введена область того же, что и подложка, типа проводимости, но с повышенной концентрацией примеси. К недостаткам данного полевого транзистора можно отнести большую (100 мкм) минимальную длину канала транзистора, малые крутизну и дифференциальное сопротивление транзистора в пологой области, повышенную склонность КМДП схем к "защелкиванию", снижение радиационной стойкости. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является МДП-транзистор, содеpжащий подложку первого типа проводимости, области истока и стока второго типа проводимости, причем область стока выполнена составной в виде n⁺ n-перехода и затвор. Недостатки прототипа подобны недостаткам аналога и обусловлены следующим. При криогенных температурах рассеяние носителей заряда происходит не на фотонах, как при комнатной температуре, а на ионизированных в области отсечки канала примесях. Если при нормальных условиях максимальное электрическое поле при пробое p-n-перехода E_m практически не зависит от N_g, то при криогенных температурах E_m 1/ Ng^1/3, где длина свободного пробега носителей заряда и для резкого p-n-перехода, имеем U U_в Е_m²/ N_gN_g^1/3, где U U₁-U_с.и _нас. U₁ напряжение на стоке, при котором возникает особенность в пологой области ВАХ; U_с.и _нас. напряжение насыщения; U_в напряжение пробоя p-n-перехода. Тем самым при низких температурах E_m и размеры области пространственного заряда (ОПЗ) определяются одним параметром структуры концентрацией легирующей примеси. Для увеличения U до 5-6 В необходимо уменьшить концентрацию легирующей примеси в подложке и(или) слаболегированной области стока до значений 5 10¹⁴ см^-3. Размеры ОПЗ, а следовательно, и минимальные размеры транзистора увеличатся до нескольких десятков микрон. Для устранения особенности на начальном участке ВАХ транзистора (порогового напряжения сток-исток) при криогенных температурах необходимо, чтобы электрод затвора простирался над всей слаболегированной областью. Увеличение размеров слаболегированной области приведет к увеличению паpазитной емкости сток-затвор. Тем самым, попытки использовать прототип при криогенных температурах приведут к деградации параметров транзистора. Целью изобретения является расширение области рабочих температур до гелиевых. Для этого в МДП-транзистор, содержащий подложку первого типа проводимости, области истока и стока второго типа проводимости, область стока выполнена составной в виде n⁺-n-перехода и затвор, в области пространственного заряда стока создан градиент а примеси в направлении от истока к стоку, величина которого удовлетворяет условию а < 0,4 мкм^-1 N_g, где N_g концентрация примеси в n(p) области стока. На фиг.1 представлена структура данного МДП-транзистора. МДП-транзистор содержит подложку 1 первого типа проводимости, область истока 2 и сильнолегированную область стока 3 второго типа проводимости, область истока 2 и сильнолегированную область стока 3 второго типа проводимости, электрод затвора 4, отделенный от подложки изолирующим слоем 5, слаболегированную область стока 6 второго типа проводимости. В настоящем устройстве (см. фиг.2 и 3) p-n-переход стока имеет линейное распределение примесей (в пределах ОПЗ), для которого известно U U_в E_m^3/2/a^1/2. При низких температурах с учетом E_m N_g^1/3 имеем U (N_g/a)^1/2. В настоящем устройстве с введением линейного p-n-перехода сток-подложка два технологических параметра определяют напряжение пробоя N_g и а, первый из которых задает величину E_m, а второй размеры ОПЗ. Тем самым необходимое значение U можно получить при больших, чем в прототипе, значениях N_g, т.е. при заданной криогенной температуре настоящий транзистор будет иметь лучшие, чем прототип, параметры или заданные параметры при более низкой температуре, чем и достигается поставленная цель. Напряжение пробоя резкого p-n-перехода при комнатной температуре при N_g 5x x10¹⁴ см^-3 составляет U_в 550 В, а размер ОПЗ при пробое W_ОПЗ 30 мкм. Те же самые значения U_в и W_ОПЗ для линейного перехода получаются при а_макс 2 10¹⁸ см^-4. Если данное значение а_макс обеспечить при минимальной концентрации в области пробоя N_gмин 5 10¹⁴ см^-3, то и при низких температурах размеры ОПЗ, определяемые величиной а и E_m, определяемое N_gмин, в настоящем транзисторе будут те же, что и в транзисторе без линейного p-n-перехода сток-подложка. При этом отношение a/N_g составит 2 10¹⁸ см^-4/5 10¹⁴ см^-3 0,4 мкм^-1. Необходимое значение градиента а может быть достигнуто при N_g > 5 10¹⁴ см^-3, а значит, в настоящем транзисторе будет большим E_m и меньшими размеры ОПЗ, чем в прототипе. Тем самым и достигается поставленная цель. Для иллюстрации сделанных выводов были изготовлены n-канальные МДП-транзисторы 1 и 2 со следующими параметрами Градиент а рассчитывался на ЭВМ на основе технологических режимов изготовления структуры. Отношение a/N_g для обоих транзисторов примерно одинаково и по сути настоящего транзистора должны быть примерно одинаковыми и размеры пологой области ВАХ транзисторов. В результате измерений, проведенных при температуре 4,2 К, были получены величины UВАХ для n МДП 1 и n МДП 2, которые оказались равными 2,2 и 1,8-2,0 В соответственно, т.е. примерно равными, как и следовало ожидать. Таким образом, в настоящем транзисторе те же, что и в прототипе, параметры могут быть достигнуты при более низкой температуре.

Формула изобретения

МДП-ТРАНЗИСТОР, содержащий подложку первого типа проводимости, области истока и стока второго типа проводимости, причем область стока выполнена составной в виде n⁺ - n-перехода и затвор, отличающийся тем, что, с целью расширения области рабочих температур транзистора до гелиевых, в области пространственного заряда стока создан градиент a примеси в направлении от истока к стоку, величина которого удовлетворяет условию a < 0,4 мкм^-¹

n_g, где N_g - концентрация примеси в n(p) области стока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000

Похожие патенты:

Полевой транзистор // 1031379

Изобретение относится к электронной технике, в частности к конструкции полевых транзисторов

Пленочный полевой триод // 243738

Полевой транзистор // 2189665

Полевой транзистор // 2222845

Изобретение относится к полупроводниковым приборам и может быть использовано в радиотехнических, СВЧ-устройствах и т.д

Полупроводниковая гетероструктура полевого транзистора // 2316076

Изобретение относится к гетероструктурам полупроводниковых приборов, главным образом полевых транзисторов

Транзистор с ограничением тока и способ его изготовления // 2370855

Изобретение относится к силовым вертикальным транзисторам, содержащим МОП-структуру, изготавливаемую с применением двойной диффузии, имеющим электроды истока (эмиттера) и затвора на одной поверхности подложки, а электрод стока (коллектора) - на противоположной поверхности подложки

Вертикальный полевой транзистор // 2402105

Изобретение относится к области твердотельной электроники и может использоваться при создании устройств, предназначенных для усиления, генерирования и преобразования ВЧ- и СВЧ-колебаний

Полевой транзистор на гетероструктуре // 2093924

Изобретение относится к электронной технике, а именно к полевым транзисторам на гетероструктурах с селективным легированием (ПТ ГСЛ)

Мдп-транзистор // 1809707

Изобретение относится к электронной технике, преимущественно к производству МДП СБИС

Полупроводниковый прибор и способ его изготовления // 2507634

Изобретение относится к области полупроводниковой техники. Полупроводниковый прибор включает утоненную подложку из монокристаллического кремния р-типа проводимости, ориентированного по плоскости (111), с выполненным на ней буферным слоем из AlN, поверх которого выполнена теплопроводящая подложка в виде осажденного слоя поликристаллического алмаза толщиной, равной по меньшей мере 0,1 мм, на другой стороне подложки выполнена эпитаксиальная структура полупроводникового прибора на основе широкозонных III-нитридов, исток из AlGaN, затвор, сток из AlGaN, омические контакты к истоку и стоку, припой в виде слоя, включающего AuSn, медный пьедестал и фланец. При этом между истоком, затвором и стоком выполнен слой изолирующего поликристаллического алмаза. Изобретение обеспечивает повышение надежности полупроводникового прибора и увеличение срока его службы, а также позволяет упростить изготовление прибора с высоким значением теплоотвода от активной части. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Полупроводниковый прибор с отрицательным сопротивлением (варианты) // 2513644

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники. В предлагаемом приборе объединены три полевых транзистора в единую вертикальную структуру с каналами n- и p-типами проводимости, между которыми образуется электрический переход, при этом исток p-канала расположен напротив стока n-канала, а сток p-канала - напротив истока n-канала. Истоки каналов соединены между собой с помощью проводника и дополнительной области с n+-типом проводимости, на которой сформирован исток n-канала, а стоки каналов имеют отдельные выводы. В приборе может быть один затвор (трехэлектродный прибор - вариант 1) или два затвора (четырехэлектродный прибор - вариант 2), расположенных на другой (второй) боковой стороне каналов. Ток в каналах проходит в одном направлении и создает на переходе обратное напряжение, которое запирает каналы. Прибор может содержать более одной единичной структуры, при этом затворы являются общими для соседних структур. Изобретение позволяет уменьшить размеры, повысить быстродействие и увеличить ток и выходную мощность прибора. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Мощный транзистор свч с многослойной эпитаксиальной структурой // 2519054

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве активных элементов СВЧ-устройств различного назначения. Мощный транзистор СВЧ с многослойной эпитаксиальной структурой содержит базовую подложку из кремния, теплопроводящий поликристаллический слой алмаза, эпитаксиальную структуру на основе широкозонных III-нитридов, буферный слой, исток, затвор, сток и омические контакты. Слой теплопроводящего поликристаллического алмаза имеет толщину 0,1-0,15 мм, а на поверхности эпитаксиальной структуры между истоком, затвором и стоком последовательно размещены дополнительный слой теплопроводящего поликристаллического алмаза, барьерный слой из двуокиси гафния и дополнительный барьерный слой из оксида алюминия. При этом барьерные слои из двуокиси гафния и оксида алюминия имеют суммарную толщину 1,0-4,0 нм, кроме того, они размещены под затвором, непосредственно на эпитаксиальной структуре в виде слоя из твердого раствора AlGaN n-типа проводимости. Технический результат заключается в увеличении теплопереноса от активной области транзистора и минимизации утечек тока. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.