Полевой триод

) Заявлено 02.10.72 (2 51) М. Кг 1.И 011. 11/ 1 РПСОСДИНЕППСМ За 51 ВКН Мо Государственный комите 23) Приоритет СССР ло делам нзооретений(088.8) н открыт Дата опубликования описания 30.07.8 72) Авторы изобретени А. Матсо таикин Заявитель 4) ПОЛЕВОЙ ТРИОД гаем Изобретение относится к полупроводниковым приборам, а именно к полевым триодам с вертикальным каналом.Известен полупроводниковый полевой планарный триод с вертикальным каналом, имеющий области затвора, истока и стока.Существенным недостатком известных полевых триодов является низкий коэффициент усиления, ограничивающий рабочий диапазон полевых триодов областью малых напряжений, а следовательно, и токов затворов.Цель изобретения - расширить диапазон работы по тону и повысить коэффициент усиления.Для этого кратчайшее расстояние между областями истока и стока меньше диффузионной длины неосновных носителей заряда в области затвора, Кроме того, длина канала больше кратчайшего расстояния между областями истока и стока.На чертеже схематично показан предлаый полевой планарный триод.Триод содержит подложку 1 из кремния гг-типа проводимости с удельным сопротивлением 12,5 Ом см, являющуюся стоком; область затвора 2 р-типа проводимости, выполненную диффузией бора в кольцевое окно (с внутренним диаметром 28 мкм и наружным 300 мкм) в выращенном предварительно термическом окисле 3, Голщина дифгрузионного слоя составляет 1 в 17,5 мкм, боковая глубина диффузии - 12,5 мкм при величине поверхностного сопротивления 280 - 300 Ом/П. Область 2 образует с подложкой 1 р-гг-переход 4, а боковая внутренняя поверхность области 5 затвора 2 окружает часть подложки, явл- гощуюся каналом 6. Кроме того, триод со держит областьгг-типа, являющуюся истоком, выполненную диффузией фосфора на глубину 10 мкм при поверхностном сопротивлении 10 - 15 Ом/П в кольцевое окно в окисле с наружным 200 мкм и внут ренним 50 мкм диаметрами (на чертежевнутренний диаметр окна показан пунктиром). В процессе изготовления области истока 7 толщина диффузионного слоя области затвора увеличивается до 18,5 - 19 мкм, 20 а боковая диффузия - до 13 мкм. Последующей диффузией фосфора (поверхностное сопротивление 1 - 2 Ом/Г 3, глубина диффузии 1 мкм) в окно диаметром 120 мкм в окисле 3 (на чертеже показано 25 штрих-пунктиром) и нижнюю поверхностьподложки сформированы подконтактныс высоколегированные области 8 и 9 соответственно к областям истока и стока; алюминиевые контакты 10 - 12 соответствспно к областям стока, затвора и истока,Результирующее расстояние Ф" между горизонтальными участками 13 и 14 р-и- перехода 4 составляет 6 - 5,5 мкм при эффективной диффузионной длине Ь электро,нов в области затвора 2, равной 10 - 12 мкм, Ширина канала 6 составляет 2 мкм при толщине области 5 пространствешюго заряда р-п-перехода, равной 1,4 мкм. 11 оэтому канал при отсутствии смещения на затворе перекрыл областью 5 обьсмпого заряда р-и-перехода затвора 2. 11 ри подаче прямосмещающего р-г-переход 4 напряжения на контакт 11 затвора 2 относительно контакта 12 истока 7 канал расширяется за счет сужения области 5 пространственного заряда перехода 4. 11 ри этом сопротивление канала току в выходной цепи сток 1 - исток 7 при положительном смещении контакта 10 относительно контакта 12 уменьшается.11 рямосмещающее р-п-переход 4 напряжение затвора, близкое по величине к диффузионному потенциалу (0,6 - 0,8 В), значительно снижает сопротивление участка 13 перехода. 1 ак как область истока 7 более легирована, чем область затвора 2, то из области истокав область затвора 2 через участок 13 перехода 4 инжектируются электроны. Являясь неравновесными носителями в области затвора 2, электроны движутся в основном за счет диффузии к обратно-смещенному напряжением между контактами 8 и 10 участку 14 перехода 4. Здесь электроны собираются участком 14 как коллекторным переходом. Высокая эффективность переноса электронов, инжектированных из области истока 7 (как эмиттера) в область затвора 2 (,как базы), достигнута выполнением кратчайшего расстояния К между участками 13 и 14 менее диффузионной длины Ь электронов в области 2,В результате ток в цепи контактов 10 - 12 при напряжении на затворе, близком по величине к диффузионному потенциалу участка 13 р-и-перехода 4, носит преимущественно диффузионный характер и возрастает с увеличением напряжения за.твора.Соотношение диффузионного и канального токов в пользу диффузионного для заданного напряжения на затворе при В(1. обеспечено меньшим на два и более порядков сопротивлением участка 13 перехода 4 - области затвора 2 - участка 14 перехода 4 по сравнению с сопротивлением канала,Ширина канала 6 соответствует толщине слоя пространственного зарядар-и-перехода затвора и составляет величину от десятых долей до единиц микрометров в зависимости от удельного сопротивления подложки. 5 10 20г 30 35 40 ,15 50 55 60 Так, наиболее эффективно работает триод при ширине канала не более двух толщин области пространственного заряда р-п-перехода затвора при отсутствии напряжения на нем.Для изготовления триода используют высокоомные подложки, удельное сопротивление которых больше 6 Ом см.11 овышение коэффициента усиления по току достигается при длине канала, раппов кратчайшему расстоянию между истоком и стоком.Существенное улучшение характеристик устройства достигается, если длина канала превышает кратчайшее расстояние между областями истока и стока. 11 ри этом повышается эффективность инжекции из области истока в область затвора и эффективность переноса неосновных носителей заряда в области затвора за счет повышения градиента концентрации примесей в р-а-переходе исток - затвор и дрейфового статического ускоряющего поля в затворе.Благодаря повышению коэффициента усиления с ростом прямого смещения на затворе достигается повышение работоспособности полевых триодов при больших токах затвора, как у биполярных транзисторов, При этом не снижается коэффициент усиления при работе с малыми прямыми ,смещениями затвора.В этом случае коэффициент передачи по току через исток - область затвора - сток очень мал из-за низкого коэффициента инжекции перехода исток - затвор при малых напряжениях на нем. Перенос носителей заряда осуществляется при этом преимущественно через канал, как в известных полевых триодах.Предлагаемый триод изготовляют применением планарно-эпитаксиальной и диффузионной технологии и используют в схемах с биполярными транзисторами при работе как на малых, так и на больших токах. Формула изобретения 1. Полевой триод с вертикальным кана лом, площадь сечения которого меньше площади обмотки истока (стока), о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью расшире. ния диапазона работы по току и повышения коэффициента усиления, кратчайшее расстояние между областями истока и сто. ка меньше диффузионной длины неоснов ных носителей заряда в области затвора,2. 1 риод по п, 1, отличающийся тем, что длина канала больше кратчайшего расстояния между областями истока и стока,435742 й 7 д Редактор М. Кузнецова Техред А, Камышникова Корректор Т. Трушкин типография, пр. Сапунова, 2 аказ 1022/13 Изд,185 НПО Поиск Государственного коми 113035, Москва, ЖТираж 883та СССР по делам изобретений и5, Раушская наб., д. 4/5 одписн крытн