Интегральная структура

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 740077 1)4 Н 011. 2 ГОСУДАРСПО ДЕЛ ЕТЕ А СТРУКТУРА, одниковой п евой транзи им затворами зистор, изо р-и переход в д и Ю 3 ТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ И СКОМУ( СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Патент франции В 2336798,кл. Н 01 1. 27/04, опублик. 1972.Патент ФРГ В 1764571.кл. 21 8 11/02 (Н 01 1. 27/08),опублик. 1971,(54) (57) ИНТЕГРАЛЬНАЯ полненная на полупро ложке, содержащая по тор с верхним и нижн биполярный р-п-р тра ванные друг от друга причем канал полевого и база р-и-ртранзисторов имеют равномерное распределение примесипротивоположногоподложке типа проводимости, верхнийзатвор полевого и эмиттер р-п-р-транзисторов, а также нижний затвор полевого и коллектор р-и-р транзисторов выполнены в виде одинаковых областей и имеют одноименный тип проводимости, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повышения максимально допустимого рабочего напряжения структуры, в базе .р-и-р транзистора выполнена дополнительная область того же типа проводимости, примыкающая к змиттеру; а градиент концентрации примеси в ней не менее5 10 см ,структура, содержащая полевой транзис "тор "с верхним и ниЖним затворами ибиполярный транзистор, изолированные друГ от друга р-и-переходом причем канал полевого и база биполярного транзисторов"ймеет равномерное распределение примеси противоположного подложке типа проводимости, верхний затвор полевого и эмиттер р-и-р-транзисторов, а также нижнйй"затвор поле 40 вого и коллектор р-и-р-транзисторов выполнены в виде одинаковых областейи имеют одноименный тип проводимости.Недостатком данной монолитнойинтегральной структуры является то,что при увеличении толщины базыр-и-р-транзистора до величины необходимой для повышения его допустимогонапряжеййя, происходит -увеличениетолщйны канала полевого транзистора,что вызывает увеличение напряжения отсечки и увеличение управляющего сиг 1наЛа. При этом снижается предельная " частота р-и-р-транзистора. Кроме того", в р-"и-р-транзисторе имеет место ЭИзобретение относится к производству интегральных микросхем и может быть использовано при создании монолитных дифференциальных операционных усилителей, аналоговых ключей, компараторов, преобразователей уровня.Известна полупроводниковая интегральная структура, включаюшая веотикальные р-и-р и о-р-и-биполярные транзисторы, где на полупроводниковой подложке р-типа проводимости образованы эпитаксиальные слои йротйвоположного типа проводимости.Недостатком данной интегральной полупроводниковой структуры является низкое допустимое напряжение коллектор-эмиттер р-п-р-транзистора. При увеличении напряжения коллектор-эмиттер происходит распространение области пространственного заряда коллекторного р-и-перехода в область эпитаксиальной базы,Для повышения допустимого рабочего напряжения коллектор-эмиттер в данной 5 полупроводниковой интегральной структуре необходимо увеличить толщину ба. зы, но при этом снизить предельную частоту коэффициента усиления по току, так как частота обратно пропор циональна толщине квазинейтральной. базы.Наиболее близким техническим реше-нием"является"монолитная интегральная модуляция базы, что понижает выход-.ное сопротивление этого транзистора,Таким образом, известная полупроводниковая структура не позволяет одновременно получать полевые транзисторы с малым напряжением отсечкии р-л-р-транзисторы с высоким допустимым рабочим напряжением и с высоким выходным сопротивлением.Цель изобретения - повышение максимально допустимого рабочего напряжейия структуры за счет повышениядопустимого напряжения коллектор-,эмиттер, выходного сопротивления ипредельной частоты р-и-р-транзисторапри сохранении малого управляющегонапряжения полевого транзистора.Цель достигается тем, что в базер-и-р-транзистора выполнена дополнительная область того же типа проводимости, примыкающая к эмиттеру, а градиент концентрации примеси в ней неменее 510 см ,Интегральная структура содержит полупроводниковую подложку 1 р-типа с образованными на ней эпитаксиальными слоями 2 и 3 противоположного типа проводимости, В верхнем эпитаксиальном слое 2 выполнены области/р-и-р-транзистора: эмиттер 4, база 5, коллектор 6 (часть коллектора расположена в эпитаксиапьном слое 3).В эпитаксиальной базе транзистора выполнена дополнительная область 7 того же типа проводимости с поверхностной концентрацией донорной примеси М 1 = 6 10 см . Указанная концент 17 -3рация примеси дополнительной области превышает концентрацию примеси в остальной области базы, которая составляет М р = 5 10 см ; Область 8, выполненнаяна границе эпитаксиального слоя 3 и подложки 1 предотвращает смыкание области коллектора с подложкой. Для получения омических контактов к базе и коллектору выполнены области 9 и 10 соответственно.Аналогично в верхнем эпитаксиальном слое 2 выполнены области полевого транзистора. области стоки (истока) 11, канал 12 верхнего затвора 13 и нижнего затвора 14, Скрытый слой 15, совпадающий по типу проводимости с эпитаксиальными слоями, образованв подложке для предотвращения смыкания области нижнего затвора полевого транзистора с подложкой.Редактор Н,Сильнягина Техред А.Кравчук Корректор М. Цемчик Заказ 3375 Тираж 746 ПодписноеВНИЙПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Л74007При подаче и дальнейшем повышениинапряжения коллектор-эмиттер р-и-ртранзистора происходит распространение области пространственного зарядав эпитаксиальной части базы быстрее,чем в области коллектора, так какконцентрация примеси в коллекторнойобласти выше, чем в эпитаксиальнойбазе. При некотором напряжении коллектор-эмиттер область пространственного заряда достигает дополнительной области, которая уменьшаетбыстрое распространение обедненногослоя коллекторного р-п=перехода, так 15как концентрация дополнительной области выше концентрации базы. Поэтомучтобы произошло смыкание коллекторас эмиттером ("прокол" базы), необходимо приложить более высокое напряжение коллектор-эмиттер, чем в структуре прототипа,Введение дополнительной областив эпитаксиальную базу при малой толщине базы, позволяет повысить допустимое напряжение коллектор-эмиттер,предельную частоту усиления тока вр-и-р-транзисторе при сохранении малого управляющего сигнала полевоготранзистора с р-п-переходом. ЭОКроме этого в р-п-р-транзисторе,за счет введения дополнительной области, снижается эффект модуляциибазы, вследствие чего повышается выходное сопротивление транзистора,Э 5Таким образом, предложенное конструктивное решение позволяет повысить,допустимое напряжение коллектор-эмиттер, выходное сопротивление и предельную частоту усиления тока р-и-р 40транзистора, при сохранении малогоуправляющего напряжения полевоготранзистора,Электрофизические параметры предложенной полупроводниковой структуры45следующие:подложка р-типа проводимости судельным сопротивлением = 10 Ом см;первый эпитаксиальный слой и-типапроводимости толщиной 4 мкм и удельным сопротивлением р= 1,0 Ом см;50 74второй эпитаксиальный слой п -типа проводимости толщиной 6 мкм и удельным сопротивлением р = 1,0 Ом см;скрытый слой и -типа проводимости с поверхностным сопротивлением Кз = ,= 30 Ом/а;поверхностное сопротивление разделительной диффузии р+-типа проводимости К = 8 Ом/иповерхностное сопротивление "скрыслоя р-типа проводимости Н160 Ом/а (коллектор р-и-р и нижний затвор полевого транзистора);поверхностное сопротивление дополнительной области базы и-типа про. водимости р-и-р-транзистора К з=.240 Ом/оповерхностное сопротивление эмиттерной области р -типа проводимости р-и-р-транзистора и верхнего затвора полевого транзистора Н25 Ом/Оповерхностное сопротивление подлегирующих областей исток (сток) поле- . вого и базы р-п-р-транзисторов, а также эмиттера и-р-и-транзистора и "- -типа проводимости - Нз = 12 Ом/ оповерхностное сопротивление базы и-р-и-транзистора . - К з = 200 Ом/РПараметры предложенной интегральной структуры значительно превышают параметры известной структуры, На основе предложенной полупроводниковой интегральной структуры были разработаны ряд дифференциальных операционных усилителей, аналоговые ключи и преобразователи уровня.Реализация интегральных схем, например, операционных усилителей с полевыми транзисторами на входе, на основе предложенной структуры позво" лила повысить следующие выходные параметры:увеличить выходное напряжение в три раза;расширить диапазон питающих напряжений (вместо +9 В) до +18 В;повысить коэффициент усиления впять раз,повысить частоту единичного усиления в два раза.