Полупроводниковый прибор

(56) Авторское свидетельство СССРМ 786747, кл. Н 01 1. 29/70, 1981.311 агб А. ет а 1;"РегГогаапсе оГ Н 196 - .чотаде ПЛАТТЯ" Веч. Восцп, Яс 1 ТесЬп33,3. 1988, р. 297-301.(57) Использование: полупроводниковыеприборы, управляемые по базе. Сущностьизобретения: эмиттер выполнен из монокристаллической кремниевой пластины, а Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использова- но при создании запираемых и комбинированно-выключаемых тиристоров, а также биполярных транзисторов.. Известна конструкция тиристора, в базовом слое которого выполнены в виде полос или сетки участки того же, что и базовый. слой, типа проводимости с повышеннымхо- тя бы на порядок относительно базового слоя уровнем легирования. Недостатком такой конструкции является невозможность существенного увеличения выключаемой мощности из-за невозможности изготовления большогоколичества узких элементарных ячеек без. потери рабочей площади из-за малого напряжения пробоя управляемого эмиттера в местах расположения сильнолегированных областей базового слоя.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является полупроводниковый прибор, управляемый по базе,в ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВ 2сильнолегированные участки противоположного эмиттеру типа проводимости расположены в эмиттере и выполнены из поликремния с концентрацией легирующей примеси, обеспечивающей выключение прибора по длине эмиттера, и отделены от него диэлектрическим промежутком,п ричем ширина участков отвечает следующему соотношению: б(Мр+ ччп), где ЯР - толщина базового слоя р-типа; Яп . - толщина базового слоя и-типа. Изобретение может быть применено при конструировании запираемых и комбинированно-выключаемых тиристоров, а также биполярных транзисторов. 1 ил. содержащий базовый и эмиттерный слои и сильнолегированные участки противоположного эмиттерному слою типа проводимости, расположенные в базовом слое между эмиттером и базой вдоль эмиттерной . полосы. Благодаря этому сойротивление базы выключающему току "уменьщаетбя, что приводит к уменьшению времени выключения-вдвое при увелйчении отрицательного тока управления на 1 А.Недостатком как аналога, так и прототипа является небольшая величина выключаемой мощности, ограниченная причинами принципиального характера - конструктивные особенности их таковы, что увеличить рабочую площадь прибора практически невозможно.Цель изобретения -увеличение выключаемой мощности приборов, управляемых по базе,Поставленная цель достигается тем, что в полупроводниковом приборе, содержащем базовый и эмиттерный слои, между которыми сформированы сильнолегированные . участки противоположногоэмиттерному слою типа проводимости,эмиттерный слой выполнен из монокристаллической кремниевой пластины, в которой сформированы сильнолегированныеУчастки из поликРемниЯ с конЦентзоаЦиейлегирующей примеси 10 - 10см, отделеннйе от него диэлектриком, при этом ширина д сильнолегированных участковудовлетворяет соотношению:бЯр+По,где Ир -толщина базового слоя р-типа проводимостиЮ -толщина базового слоя п-типа проВОДИМОСТИ;На чертеже показан полупроводниковый прибор, где 1 - управляемый эмиттерный переход, 2 - базовый слой, 3 - эмиттер(монокристаллическая кремниевая пластина), 4- сильнолегированные участки из поликремния, 5 - слой диэлектрика, 6 . -эмиттерный контакт, 7 - базовый контакт.Суть предлагаемой конструкции состоит в том, что сильнолегированные участкипротивоположного эмиттерному слою типапроводимости выполнены не в базовом, а вэмиттерном слое, представляющем собой.монокристаллическую кремниевую пласти. ну с заданным удельным обьемным сопро-.тивлением; толщина пластины не влияет наэлектрические свойства прибора. Изготовление эмиттера сплошным позволяет увеличить рабочую площадь прибора.- Расположение сильнолегированных участ: ков в таком эмиттере может быть любым;сопротивление растекания их Й выключающему базовому току легко регулируется соответствующим выбором длины, ширины би глубины Ь, Выполнение этих участков из,поликристаллического кремния позволяетповысить концентрацию легирующей примеси в них до величины, обеспечивающейвыключение прибора по всей длине эмиттера, которая за счет уменьШения сопротивления растекания сильнолегированныхучастков может быть в 2 - 3 раза больше, чемв известных решениях. То есть в предлагаемой конструкции в сплошном эмиттере выполняются узкие. длинные, глубокиесильнолегированные участки противоположного типа проводимости, обеспечивающие эффективное выключение приборавыключающим током по всей площади эмит. тера. Благодаря выполнению диэлектрического промежутка между эмиттером исильнолегированными участками 1,5 - 2,0мкм 3102) исключается пробой на границе, 50 кремния, обеспечивающего высокую (до 10 см ) концентрацию легирующей при 21 -3меси в полосе, в предлагаемой конструкции обеспечивается выключение приборов сдлиной эмиттерной полосы в 2-3 раза большей, чем у известных аналогов, Наличие диэлектрического промежутка между сильнолегированной полосой и подэмиттер-ной базовой областью увеличивает напряжение пробоя эмиттерного перехода и тем самым повышает эффективность выключеВыбор соотношения бЮо+ В/р приводит к "заливанию" сильнолегированных участков неравновесными носителями, инжектируемыми на этапе работы прибора во 5 включенном состоянии, благодаря чему непроисходит потери рабочей площади. Ширина эмиттерных участков выбирается из общепринятых сообращений, Эмиттерная пластина той стороной, в которой выполне ны вышеупомянутые участки, "присоединяется" к остальной части прибора со стороны.базовой области методом прямого соединения (ЯШсоп 01 гес Вопдпд). Последующей металлизации подвергается противополож- .15 ная сторона змиттерной пластины.Все это позволяет повысить эффективность выключения; увеличить рабочую площадь и тем самым достичь положительного эффекта - в полтора раза повысить величи ну выключаемой мощности.В известных решениях эмиттер представляет собой набор мелкодисперсных ячеек, окруженных базовой областью с выполненными в ней сильнолегированными 25 участками, Конструкция по изобретениюпринпициально другая - . в сплошйом эмиттере выполнены узкие, длинные, глубокие сильнолегированные участки с малым сопротивлением растекания, обеспечиваю щие протекание выключающего базовоготока и эффективное выключение.Предлагаемая конструкция лежит в ос.нове как запираемого и комбинированновыключаемого тиристоров, так и 35 транзистора.Полупроводниковый прибор работаетследующим образом, При подаче на прибор прямого смещения эмиттер инжектирует в базовый слой неосновные носители. Благо даря использованию в конструкции соотношения бЮр+ Яп работает вся площадь прибора. При подаче отрицательногоо смещения на управляющий электрод начинается вывод накопленного заряда, тем более 45 эффективный, чем меньше сопротивлениевыключающему базовому току сильнолегированной полосы и подэмиттерной базовойобласти, Благодаря использования поли1785055 оставитель В Один хред М.Моргентал Редакто ректор А.К Заказ 4369 Тираж П ВНИИПИ Государственного комитета по изобретения 113035, Москва, Ж, Раушская н., 4/5 иГК изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина ния, так же, как и сужение самой эмиттерНОЙ Полосы,Конкретный пример исполнения,Согласно предлагаемому изобретениюбыл изготовлен запираемый тиристор с элементарной ячейкой эмиттерного перехода ввиде полосы шириной 1= 200. мкм. Суммарная толщина р- и и-баз 450 мкм, поверхностная концентрация примеси в р-базейяд -1 в 10 см.з, Сильнолегированные полосы р-типа проводимости изготавливалисьв пластине ис р 0,005 Ом см ориентации 1110) в следующей последовательности:анизотропное вытравливание канавок 15шириной 50 мкм с шагом 200 мкм на глубину150 мкм, выращивание слоя 802 путем термического окисления (1250 С, 4 ч) толщиной1,5-2,0 мкм, заращивание канавок поликремнием с последующей сошлифовкой его 20с остальной части пластины и ее полировкой(толщина снятого слоя 155 мкм): концентрация примеси в полосах р-типа 10 см , изготовление .рпр-структуры в полированнойпластинеис р,80 Ом см путем диффузии Са (1250 С, 10 ч), стравливание диффузионного окисла с рпр-структуры. Прямое. соединение эмиттЕрной пластины с полосами из поликремния с рпр-структурой(Я 1 сопОгесс Вопд 1 пд), .30Удельное сопротивление 1 см длины рбазы Ъ 2 10 1 Ом см, 1 см сильнолегированной. полосы Ъ,510 Ом смНапряжение пробоя управляемого эмиттера 20,0 В, . 35Измерения показали, что при площадиприбора 31 см величина выключаемогооанодного тока составила - 250 А (при воемени выключения 10 мкс), что примерно в 1,5 раза выше. чем в ранее известных технических решениях.Аналогично было достигнуто полуторакратное увеличение выключаемой мощности по сравнению с известными техническими решениями в комбинированно-выключаемом тиристоре и биполярном транзисторе.Таким образом, из примера исполнения следует, что изобретение позволило увеличить выключаемую мощность приборов, управляемых по базе, и тем самым улучшить их коммутационные характеристики, что открывает перед потребителем новые возможности их применения в различных схемах преобразования электрической энергии.Формула изобретения .Полупроводниковый прибор, содержащий базовый и эмиттерный слои, между которыми сформированы сильнолегированные участки противоположного эмиттерному слою типа проводимости, о т л и ч а ю щ и й ся. тем, что, с целью увеличения выключаемой мощности путем увеличения рабочей площади, эмиттерный.слой выполнен иэ монокристаллической кремниевой пластины, в которой сформированы сильнолегированные участки из поликремния с коаентрацией легирующей примеси 1019 - 10см з, отделенные от него диэлектриком, при этом ширина д сильнолегированных участков удовлетворяют соотношению:д (И/р+Юп),где И/р-толщина базового слоя р-типа проводимоСти;Юп - толщина базового слоя и-типа проводимости.