Полевой транзистор

 

Согоз Советскими

Социалист ическив

Республик

ОПИСА -Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ ргг585772

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-вуР М К з

Н 01 L 23/04

H 01 L 29/76 (22) Заявлено .06 02 76 (21) 2309584/25 с присоединением заявки H9— (23) ПриоритетГосударственный комитет

СССР

IIo делам изобретений и открытий (33) УДК 6 21. 382 (088. 8}

Опубликовано 301182. Бюллетень М 44

Дата опубликования описания 30 12.82 (72) Авторы изобретения

А.В. Воронин, В.А. Скакодуб и Г.И. Щербаков (71) Заявитель (54} ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР, Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, в част- . ности к полевым транзисторам, используемым в предусилителях для спектро,метров рентгеновского и гамма-излучения на основе охлаждаемых полупроводниковых детекторов (ППД}. Энергетическое и временное разрешение спектрометров с ППД в значительной степени определяется шумовыми свойствами предусилителей и применяемых s них полевых транзисторов.

В спектрометрах рентгеновского и гамма-излучения на основе ППД использование предусилителей на полевых транзисторах обусловлено необходимостью согласования импеданса ППД с входным импедансом предусилителя.

ППД, как источник сигнала, представляет собой эквивалентный генератор тока, шунтированный сравнительно малой емкостью, т.е. имеет высокий выходной импеданс, следовательно, существенное значение имеет снижение параллельного шума полевого транзистора, обусловленного шуглом тока утечки цепи затвора и диэлектрическим шумом изоляции затвора, а также последовательного шума, зависящего

or его входной емкости. 30

Известные полевые транзисторы, применяемые в предусилителях спектрометров рентгеновского и гамма-излучений, содержат полупроводниковую структуру, размещенную на кристаллодержателе с токовыводами стока, истока и затвора L 1 3.

В известных полевых транзисторах кристаллодержатели выполнены из диэлектрического материала, чаще всего из стекла в виде диска, в котором токовыводы стока, истока и затвора расположены параллельно, близко один от другого и направлены в одну сторону по отношению к структуре.

Существенным недостатком известных полевых транзисторов является высокий уровень шумов, зависящий от входной емкости (величина входной емкости полевых транзисторов определяется входной емкостью его полупроводниковой структуры и расположением токовыводов} и наличия диэлектрических шумов материала кристаллодержателя.

Известны также бескорпусные полевые транзисторы, которые содержат полупроводниковую структуру; гибкие токовыводы стока, истока и затвора, взаиморасположение которых определя585772 ется "юнтажной схемой при их установке. Для предохранения структуры и фиксации токоныводов применен эпоксидный компаунд, наличие которого вызывает дополнительно повышенный диэлектрический шум и шум от токов 5 утечки затвора (2 l.

Наиболее близким техническим решением является полевой транзистор, содержащий полупроводниковую структуру, размещенную на диэлектрическом 10 кристаллодержателе с токовыводами стока, истока и затвора, установленными в одной плоскости (3 ).

Существенным недостатком такого транзистора является высокий уровень шума, вызванный расположением токовыводов и диэлектрическим шумом материала кристаллодержателя.

Целью изобретения является уменьшение уровня шума полевого транзистора, 20

Это достигается тем, что кристаллодержатель выполнен в виде фигурной планки, например ступенчатой, из материала с низким уровнем диэлектрического шума; например нитрида бора, а токовыводы стока и истока расположены симметрично относительно токовыьода затвора, а также тем, что токовыводы стока и истока расположены перпендикулярно токовыводу затвора, 30 или тем, что токовыводы стока и истока расположены параллельно и направлены в противоположную сторону токовыводу затвора.

Кристаллодержатель также может 35 быть изготовлен из других материалов, " таких как лейкосапфир, окись магния или .окись бериллия.

На фиг. 1 и 2 схематично даны два варианта конструкции полевого тран- 40 зистора, разрез и вид сверху.

Полевой транзистор содержит полупроводниковую структуру 1, кристаллодержатель 2, токовывод 3 истока, токовывод 4 стока, токовывод 5 45 затвора. Кристаллодержатель 2 выполнен в виде ступенчатой .фигурной планки (см. фиг. 1), токовывод затвора установлен по оси симметрии планки, а токовыводы истока-и стока установлены в одной плоскости на ступенях планки перпендикулярно токовыводу затвора. При таком расположении токовыводы разнесены на расстояние, большее чем в известных в

5-6 раз, которое составляет 3-4 мм, что обеспечивает малую емкость между ними, Кристаллодержатель 2 выполнен такие в виде фигурной планки с одной ступенью (см. фиг. 2), а токовыводы,60 истока и стока установлены в одной плоскости с токовыводом затвора, параллельно ему и направлены в противоположную от него сторону по отношению к структуре. При таком располо- 65 женин токовыводы также разнесены на расстояние, большее чем в известных в 5-6 раз и которое также составляет 3-4 мм, что обеспечивает малую емкость между ними.

Прейиуществами предлагаемого полевого транзистора по сравнению с известными являются более низкий уровень последовательного шума вследствие снижения емкости между токовыводами затвора, с одной стороны, и стока и истока - с другой1 более низкий уровень параллельного шума вследствие снижения диэлектрических шумов материала кристаллодержателя, а также вследствие снижения шумов тока утечки затвора. Экспериментально установлено, что диэлектрические шумы нитрида бора, лейкосапфира, окиси бериллия и окиси магния значи тельно меньше диэлектрических шумов стекол и эпоксидных компаундов, применяемых в качестве материала кристаллодержателя в известных полевых транзисторах. Пойерхностное и. объемное удельное электросопротивле» ние названных материалов выше, чем у стекол и эпоксидных ксмпаундов, что обеспечивает их преимущества также и по шумам токов утечки.

Предлагаемый полевой транзистор может быть использован в качестве усилительного элемента первого каскада предусилителей, охлаждаемых

ППД рентгеновского и мягкого гаммаизлучения. Особенно эффективно его использование при охлаждении первого каскада предусилителя совместно с

ППД в вакуумном криостате. Охлаждение способствует снижению всех видов шумов полевого транзистора.

Формула изобретения

1. Полевой транзистор, содержаг ий полупроводниковую структуру размещенную на диэлектрическом кристаллодержателе с токовыводами стока, истока и затвора, установленными в одной плоскости, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью уменыаения уровня шума, кристаллодержатель выполнен в виде фигурной планки, например ступенчатой, из материала с низким уровнем диэлектрического шума, например нитрида бора, а токовыводы стока и истока расположены симметрично относительно токовывода затвора.

2. Транзистор по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что токовыводы стока и истока расположены перпендикулярно токовыводу затвора.

3. Транзистор по пп.1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что токов

Корректор Г. Огар

Редактор П. Горькова Техред Л.Пекарь

Заказ 10514/5 Тираж 761 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий I13035, Москва, Т(-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

a

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Полевой транзистор фирмы

"Texas Instruments" СШЛ, тип.2, 9 4416.

2. Технические условия AO. 336. 027

Ту-Лу - полевой транзистор типа

КП308А КП308Д, 3. Ричман П. физические основы полевых транзисторов с изолированным затвором". И., Советское радио, 1971, с. 87-92.