Транзистор с ограничением тока и способ его изготовления

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. Сущность изобретения: в транзисторе с ограничением тока, содержащем подложку, имеющую первую и вторую противолежащие поверхности, ДМОП-транзистор, расположенный на первой поверхности подложки, чередующиеся между собой области N-типа и Р-типа проводимости, расположенные на второй поверхности подложки, ячейки ДМОП-транзистора на первой поверхности подложки имеют форму полос, чередующиеся между собой области N-типа и Р-типа проводимости имеют форму полос на второй поверхности подложки, причем полосы на второй поверхности подложки расположены перпендикулярно относительно полос на первой поверхности подложки. При изготовлении транзистора формируют области N-типа и Р-типа проводимости на второй поверхности подложки с определенным соотношеним площадей. Техническим результатом изобретения является изготовление транзистора повышенной стойкости к короткому замыканию цепи нагрузки с заданным ограничением тока, увеличение точности воспроизводимости заданного токоограничения, увеличение выхода годных транзисторов в процентном соотношении, снижение себестоимости изготовления транзисторов. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области «полевые транзисторы», в частности 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.

Известна конструкция транзистора с изолированным затвором (ТИЗ), ограничивающая максимальный ток, состоящая из полупроводниковой подложки, имеющей первую и вторую противолежащие большие поверхности, на первой из которых сформирован вертикальный N-канальный МОП-транзистор с электродами эмиттера и затвора, а на второй поверхности с высокой концентрацией примеси Р+-типа в полупроводниковой подложке - электрод коллектора (патент US 4,641,162 от 03.02.1987 МПК H01L 29/02). Достоинством описанного ТИЗ является наличие конструкции эмиттера, разделенного на несколько частей в каждой ячейке, позволяющей путем уменьшения периметра эмиттера каждой ячейки ограничивать максимальный ток коллектора, что имеет большое значение при применении его в режимах, допускающих кратковременное короткое замыкание нагрузки.

Основным недостатком ТИЗ является повышенная степень интеграции транзистора, так как при современной миниатюризации ячеек мощных транзисторов, какими являются ТИЗ, необходимо область эмиттера разделить еще на несколько частей с помощью дополнительных операций фотолитографии, что в свою очередь приведет к дальнейшей миниатюризации, снижению выхода годных приборов и удорожанию транзистора.

Известны конструкции БТИЗ с короткозамкнутым коллектором (патент US 4,841,345 от 20.06.1989, МПК H01L 29/739, US 5,070,377 от 03.12.1991, МПК H01L 29/66), состоящие из полупроводниковой подложки, имеющей первую и вторую противолежащие большие поверхности. На первой поверхности сформирован вертикальный N-канальный ДМОП-транзистор с электродами эмиттера и затвора, а на второй поверхности - чередующиеся области высокой концентрации примеси Р+ и N+-типа, прилегающие к коллекторному электроду.

Из описания этих транзисторов следует, что перемежающиеся области Р+ и N+-типа, прилегающие к коллекторному электроду, используются для встраивания обратного диода у БТИЗ, как у ДМОП-транзистора, что имеет большое значение при переключении индуктивной нагрузки и для повышения быстродействия БТИЗ, у которого неосновные носители рассасываются значительно быстрее благодаря наличию на второй поверхности областей N-типа, чередующихся с инжектирующими дырки Р-областями.

Недостатком известных транзисторов является отсутствие ограничения коллекторного тока.

Патент US 4,641,162 от 03.02.1987 МПК H01L 29/02 взят за прототип.

Целью изобретения является изготовление транзистора с заданным ограничением тока, увеличение точности воспроизводимости заданного токоогранничения, увеличение выхода годных транзисторов в процентном соотношении, снижение себестоимости изготовления транзисторов.

Технический результат достигается тем, что изготавливают транзистор с ограничением тока, содержащий подложку, имеющую первую и вторую противолежащие поверхности, ДМОП-транзистор, расположенный на первой поверхности подложки, многочисленные чередующиеся между собой области N-типа и Р-типа проводимости, расположенные на второй поверхности подложки, отличающийся тем, что ячейки ДМОП-транзистора на первой поверхности подложки имеют форму полос, многочисленные чередующиеся между собой области N-типа и Р-типа проводимости имеют форму полос на второй поверхности подложки, причем полосы на второй поверхности подложки расположены перпендикулярно относительно полос на первой поверхности подложки, в соответствии со способом изготовления транзистора с ограничением тока, заключающимся в формировании ДМОП-транзистора на первой поверхности подложки и многочисленных чередующихся между собой областей N-типа и Р-типа проводимости на второй поверхности подложки, противолежащей первой поверхности подложки, отличающийся тем, что для расчета тока ограничения коллектора IK макс, который равен IP+IN, формируют отношение площадей областей N-типа и Р-типа проводимости на второй поверхности подложки посредством маски фотошаблона в соответствии с соотношением:

IP/IN=SP/SN×1/(1/y-1),

где IP - суммарный ток инжекции дырок из Р-типа областей;

IN - суммарный ток электронов N-типа областей;

SP - суммарная площадь областей Р-типа проводимости на второй поверхности подложки;

SN - суммарная площадь областей N-типа проводимости на второй поверхности подложки;

y - коэффициент инжекции P/N переходов на второй поверхности подложки.

На чертеже изображен транзистор с ограничением тока, содержащий полупроводниковую подложку 3 N-типа с первой поверхностью 1 и второй поверхностью 2, которые противолежат друг другу, ДМОП-транзистор 4 с электродом 5 истока-эмиттера и затвора 6, сформированный на первой поверхности 1, многочисленные области 7 N-типа проводимости, смежные с областями 8 Р-типа проводимости, сформированные на второй поверхности 2, контактный металл 9 стока-коллектора, напыленный на области 7 и 8.

Для ограничения максимального тока коллектора-стока транзистора на определенном уровне для защиты его от разрушения при внезапном превышении максимального тока (например, при коротком замыкании цепи нагрузки) на время срабатывания внешней схемы защиты устройства отношение площадей области 7 N-типа и области 8 Р-типа проводимости на второй поверхности задается маской фотошаблона при формировании этих областей в соответствии с формулой:

где IP - суммарный ток инжекции дырок из Р-типа областей;

IN - суммарный ток электронов N-типа областей;

SP - суммарная площадь областей Р-типа проводимости на второй поверхности подложки;

SN - суммарная площадь областей N-типа проводимости на второй поверхности подложки;

y - коэффициент инжекции P/N переходов на второй поверхности подложки.

В других конструкциях транзисторов с короткозамкнутым коллектором ток проводимости IN растет по линейному закону, а ток инжекции IP - по квадратичному в зависимости от напряжения сток - исток (коллектор - эмиттер). После превышения на P/N переходе напряжения ~0,5 В IP может стать значительно больше как IN, так и предельного тока эксплуатации транзистора, особенно в режиме короткого замыкания нагрузки.

Однако если транзистор сконструирован в соответствии с условием формулы [1] так, что IP<IK макс (IK макс - максимальный ток коллектора, который транзистор может выдержать без разрушения более 10 микросекунд), то он сможет без разрушения выдержать время, достаточное для срабатывания внешней схемы защиты от перегрузки, то есть не менее 10 микросекунд.

Разберем принцип действия транзистора с ограничением тока по изобретению. У транзистора с короткозамкнутым коллектором при положительном напряжении затвор - исток (затвор - эмиттер), превышающем пороговое, ток стока (коллектора) нарастает линейно при нарастании положительного напряжения сток - исток (коллектор - эмиттер) от 0 до ~0,5 В, как у ДМОП-транзистора. При повышении напряжения сток - исток (коллектор - эмиттер) выше 0,5 В ток стока (коллектора) через транзистор, за счет модуляции проводимости неосновными носителями, инжектируемыми из Р+-областей на второй поверхности, растет по квадратичному закону, как у БТИЗ, и достигает высоких значений при напряжениях сток - исток (коллектор - эмиттер), значительно меньших, чем у ДМОП-транзистора. Падение напряжения в открытом состоянии у такого транзистора значительно ниже, чем у равного по площади ДМОП-транзистора, а поэтому и ток коллектора может достигать значений, значительно превышающих рабочий ток. С целью ограничения тока, что особенно важно при работе транзистора в режиме короткого замыкания нагрузки, у транзистора с ограничением тока по изобретению отношение площадей областей Р-типа и N-типа проводимости на второй поверхности изготавливаются в соответствии с формулой [1], которая связывает между собой отношение дырочного и электронного токов с соответствующими площадями областей N-типа и Р-типа проводимости на второй поверхности через коэффициент инжекции y.

Заявленный транзистор можно изготавливать несколькими способами. В первом варианте способа изготовление начинается с формирования на второй поверхности подложки методами микроэлектроники (ионное легирование, фотолитография, высокотемпературные обработки) многочисленных областей N-типа проводимости, смежных с областями Р-типа проводимости с дальнейшим формированием на первой поверхности подложки ДМОП-транзистора с электродами истока и затвора.

Во втором варианте способа изготовление транзистора начинается с формирования ДМОП-транзистора с электродами истока и затвора на первой поверхности подложки с последующим формированием многочисленных областей N-типа проводимости, смежных с областями Р-типа проводимости на второй поверхности подложки.

В третьем варианте способа изготовление транзистора начинается с формирования областей N-типа и Р-типа проводимости на второй поверхности подложки перед последней высокотемпературной обработкой, применяемой при изготовлении ДМОП-транзистора на первой поверхности подложки.

При изготовлении транзистора используется монокристаллический кремний, который в 1,5-2 раза дешевле эпитаксиального, используемого при изготовлении БТИЗ и ДМОП-транзисторов.

С целью повышения воспроизводимости уровня ограничения тока транзистора с ограничением тока по изобретению преимущественно используется полосковая топология как ДМОП-ячеек на первой поверхности, так и областей Р-типа и N-типа проводимости на второй стоковой (коллекторной) стороне, причем их ориентация на первой и второй стороне взаимоперпендикулярна.

1. Транзистор с ограничением тока, содержащий подложку, имеющую первую и вторую противолежащие поверхности, ДМОП-транзистор, расположенный на первой поверхности подложки, чередующиеся между собой области N-типа и Р-типа проводимости, расположенные на второй поверхности подложки, отличающийся тем, что ячейки ДМОП-транзистора на первой поверхности подложки имеют форму полос, чередующиеся между собой области N-типа и Р-типа проводимости имеют форму полос на второй поверхности подложки, причем полосы на второй поверхности подложки расположены перпендикулярно относительно полос на первой поверхности подложки.

2. Способ изготовления транзистора с ограничением тока, заключающийся в формировании ДМОП-транзистора на первой поверхности подложки и чередующихся между собой областей N-типа и Р-типа проводимости на второй поверхности подложки противолежащей первой поверхности подложки, отличающийся тем, что для расчета тока ограничения коллектора IK макс., который равен IP+IN, формируют отношение площадей областей N-типа и Р-типа проводимости на второй поверхности подложки посредством маски фотошаблона в соответствии с соотношением
IP/IN=SP/SN×1/(1/γ-1),
где IP - суммарный ток инжекции дырок из Р-типа областей;
IN - суммарный ток электронов N-типа областей;
SP - суммарная площадь областей Р-типа проводимости на второй поверхности подложки;
SN - суммарная площадь областей N-типа проводимости на второй поверхности подложки;
γ - коэффициент инжекции P/N переходов на второй поверхности подложки.

3. Способ изготовления транзистора по п.2, отличающийся тем, что сначала формируют области N-типа и Р-типа проводимости на второй поверхности подложки, после чего формируют ДМОП-транзистор на первой поверхности подложки.

4. Способ изготовления транзистора по п.2, отличающийся тем, что сначала формируют ДМОП-транзистор на первой поверхности подложки, после чего формируют области N-типа и Р-типа проводимости на второй поверхности подложки.

5. Способ изготовления транзистора по п.2, отличающийся тем, что формируют области N-типа и Р-типа проводимости на второй поверхности подложки перед последней высокотемпературной обработкой, применяемой при изготовлении ДМОП-транзистора на первой поверхности подложки.

6. Способ изготовления транзистора по п.2, отличающийся тем, что формируют ячейки ДМОП-транзистора на первой поверхности подложки в виде полос, расположенных перпендикулярно относительно чередующихся между собой в виде полос областей N-типа и Р-типа проводимости на второй поверхности подложки.

7. Способ изготовления транзистора по п.2, отличающийся тем, что изготавливают транзистор из монокристаллического кремния.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гетероструктурам полупроводниковых приборов, главным образом полевых транзисторов. .

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

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

Изобретение относится к электронной технике, преимущественно к производству МДП СБИС. .

Изобретение относится к аналоговой технике и может быть использовано в МДП-усилительных и коммутационных устройствах, предназначенных для функционирования при криогенных температурах.

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

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

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.

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.

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.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве активных элементов СВЧ-устройств различного назначения. Мощный транзистор СВЧ содержит базовую подложку из кремния, теплопроводящий поликристаллический слой алмаза, эпитаксиальную структуру на основе широкозонных III-нитридов, буферный слой, исток, затвор, сток и омические контакты. При этом базовая подложка из кремния выполнена толщиной менее 10 мкм, слой теплопроводящего поликристаллического алмаза имеет толщину по меньшей мере, равную 0,1 мм, а на поверхности эпитаксиальной структуры последовательно размещены дополнительный слой теплопроводящего поликристаллического алмаза и барьерный слой из двуокиси гафния толщиной 1,0-4,0 нм, который в области затвора размещен под затвором, непосредственно на эпитаксиальной структуре в виде слоя из твердого раствора AlGaN n-типа проводимости. Технический результат заключается в повышении выходной СВЧ-мощности, эффективном отводе тепла от активной области транзистора и минимизации утечек тока. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу получения циклопропановых производных фуллеренов общей формулы 2 путем нагревания немодифицированного фуллерена с тозилгидразоном в присутствии растворителя и основания. При этом процесс ведут с тозилгидразоном эфира α-кетоуксусной кислоты общей формулы 1 где в общих формулах 1 и 2 радикал R обозначает линейный или разветвленный алифатический радикал Cn, где n находится в пределах от 1 до 50; радикал R1 обозначает ароматический радикал С6; Fu представляет собой фуллерен С60 или фуллерен С70, или высший фуллерен С>70, или смесь фуллеренов С60 и С70 (суммарное содержание 95.0-99.999% по весу) и высших фуллеренов (С>70, содержание 0.001-5.0% по весу). Способ позволяет получать производные фуллеренов, содержащие в своей структуре сложноэфирную группу, непосредственно присоединенную к циклопропановому фрагменту на фуллереновой сфере, используя доступные эфиры α-кетоуксусной кислоты. Изобретение также относится к применению циклопропановых производных фуллеренов общей формулы 2 в качестве полупроводниковых материалов для электронных полупроводниковых устройств, материалов для органического полевого транзистора и материалов для органической фотовольтаической ячейки. 6 н.п. ф-лы, 13 ил., 3 пр.

Изобретение относится к нитрид-галлиевым транзисторам с высокой подвижностью электронов (GaN HEMT) и в частности к конструкции GaN НЕМТ для высоковольтных применений. Нитрид-галлиевый транзистор с высокой подвижностью электронов выращивается на кремниевой подложке с нанесенной на нее темплейтной структурой толщиной 700-800 нм, состоящей из чередующихся слоев GaN/AlN толщиной не более 10 нм, между буферным и барьерным слоями внедряется спейсерный слой AlN толщиной не более 1 нм, на пассивационный слой наносится полевая пластина, электрически соединенная с затвором, расстояние между затвором и стоком и длина полевой пластины - взаимосвязанные величины и подбираются исходя из требуемого значения напряжения пробоя. Изобретение обеспечивает получение высоковольтного нитрид-галлиевого транзистора с высокой подвижностью электронов с высокими рабочими характеристиками при упрощении технологического цикла его создания, а также снижении требуемых для этого материальных затрат. 4 ил.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к полупроводниковым приборам, предназначенным для усиления СВЧ-электромагнитных колебаний. Гетероструктурный модулировано-легированный полевой транзистор содержит фланец, пьедестал, гетероэпитаксиальную структуру, буферный слой, исток, затвор, сток и омические контакты. Пьедестал имеет толщину 30-200 мкм и выполнен из теплопроводящего слоя CVD поликристаллического алмаза с имплантированным Ni и с отожженными приповерхностными слоями с двух сторон. Поверх пьедестала расположена подложка из монокристаллического кремния толщиной 10-20 мкм, буферный слой. На поверхности гетероэпитаксиальной структуры, между истоком, затвором и стоком, последовательно размещены дополнительные слои теплопроводящего поликристаллического алмаза, барьерный слой из двуокиси гафния и барьерный слой из оксида алюминия. При этом барьерные слои выполнены с суммарной толщиной 1,0-4,0 нм. Кроме того, в области затвора барьерные слои размещены под затвором, непосредственно на эпитаксиальной структуре в виде слоя из твердого раствора AlGaN. Технический результат заключается в повышении теплоотвода от пьедестала и активной области транзистора, обеспечении минимальных утечек тока затвора и достижении наименьшего коэффициента шума в ГГц-диапазоне частот. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к полупроводниковым приборам, предназначенным для усиления СВЧ-электромагнитных колебаний. Гетероструктурный модулировано-легированный полевой транзистор содержит фланец, пьедестал, гетероэпитаксиальную структуру, буферный слой, исток, затвор, сток и омические контакты. Пьедестал имеет толщину по меньшей мере равную 150 мкм и изготовлен из теплопроводящего слоя CVD поликристаллического алмаза, выполненного с имплантированным Ni и отожженным. Поверх пьедестала расположена базовая подложка из GaAs, буферный слой, гетероэпитаксиальная гетероструктура на основе GaAs/AlGaAs/InGaAs, а на поверхности гетероэпитаксиальной структуры, между истоком, затвором и стоком, последовательно размещены дополнительные слои теплопроводящего поликристаллического алмаза, барьерный слой из двуокиси гафния и дополнительный барьерный слой из оксида металла, при этом барьерные слои выполнены с суммарной толщиной 1,0-4,0 нм. В области затвора барьерные слои размещены под затвором, непосредственно на эпитаксиальной структуре в виде градиентного слоя из GaAs n-типа проводимости. Технический результат заключается в повышении теплоотвода от пьедестала и активной области транзистора, обеспечении минимальных утечек тока затвора и достижении наименьшего коэффициента шума в ГГц-диапазоне частот. 4 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой зонд на основе полевого транзистора с наноразмерным каналом и может быть использовано при определении физико-химических и электрических параметров наноразмерных объектов физической, химической и биологической природы. Зонд включает наноразмерный чувствительный элемент, размещенный на острие и образующий канал транзистора, электроды, размещенные по одну сторону от острия, связанные с чувствительным элементом и выполняющие функции стока и истока транзистора. Чувствительный элемент выполнен в тонкопленочной структуре кремний-на-изоляторе, образованной на подложке. Слой кремния имеет градиентно изменяющуюся концентрацию легирующей примеси и выполнен так, что со стороны свободной поверхности, по меньшей мере на половине толщины, обладает металлической, а на оставшейся толщине до слоя изолятора - полупроводниковой проводимостью. Электроды выполнены на упомянутой свободной поверхности, разделены зазором и имеют сужающуюся к острию площадь, а чувствительный элемент представляет собой размещенный между электродами фрагмент слоя кремния, имеющего полупроводниковую проводимость, образованный путем удаления части кремния, имеющего металлическую проводимость. Техническим результатом является улучшение пространственного разрешения зонда при сохранении чувствительности и упрощении технологии изготовления. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

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

Наверх