Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом

оз) А 1 1) б Н 01 Ь 29/808 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельству(22) 30,05.91 Ф Комитет Российской Федераци по патентам и товарным знакам(57) Использование: микроэлектроника.Сущность изобретения: на полупроводниковой подложке первого типа проводимостисформирован полупроводниковый слой второго типа проводимости. Подложка содержитконцентрацию примеси не менее, чемполупроводниковый слой на ней. С помощьюобласти первого типа проводимости, смыка(19) ЯЗ (11) 1828340 ющейся с подложкой, сформирована изолированная область, в которой сформированы области истока, стока второго типа проводимости, области первого и второго и второго затворов первого типа проводимости. Область истока имеет гальваническую связь с 00 областью второго затвора. Первый затвор выполнен в виде замкнутой области, окружающей область источника. Область второго затвора соприкасается с изолирующей обла- Й стью, образуя замкнутый контур вокруг области истока. Транзистор всегда работает на линейном участке выходной ВАХ, т.е.реализуется резистивный режим работы, снижаются токи утечки. 5 ил.Изобретение относится к полупроводниковым приборам, а именно к конструкции полевых транзисторов с управляющим р-и- переходом (ПТУП) и двумя затворами,Цель изобретения - расширение динамического диапазона напряжения сток-исток при одновременном улучшении электрофизических параметров,На фиг. 1 представлен поперечный разрез структуры ПТУП; на фиг. 2 - его топология: на фиг. 3 - выходная вольт-амперная характеристика (ВАХ) - зависимость тока стока 1, от напряжения сток-исток Бсдля ПТУП по прототипу; на фиг. 4 - ВАХ ПТУП по изобретению; на фиг. 5 - эквивалентная электрическая схема устройства,На эквивалентной схеме (фиг. 5) ПТПУ 1 основной транзистор - соответствует первому затвору, ПТУП 2 - задающий режим транзистора-соответствует второму затвору настоящего решения. В прототипе (фиг, 3) линейный участок на выходной ВАХ реализуется при 1), 1),о, (1.1 -напряжение отсечки основного транзистора).Перечень позиций на фиг. 1, 2: полупроводниковая подложка 1 первого типа проводимости, полупроводниковый слой 2 второго типа проводимости, изолирующая область 3 первого типа проводимости; замкнутая область первого затвора 4 первого типа проводимости; второй затвор 5 первого типа проводимости, пересекающийся концами с изолирующей областью, область б истока второго типа проводимости, область 7 второго типа проводимости, окно 8 в пассивирующем покрытии изолирующей области, соединяющей область второго затвора с подложкой, металлические контакты 9 к области источника, стока, первого и второго затворов, а также шина, соединяющая шток с вторым затвором и подложкой. Принцип работы конструкции заключается в следующем, Поскольку подложка выполнена из полупроводникового материала, а область второго затвора через изолирующие области соединена с ней, то управление толщиной происходит одновременно - сверху и снизу. В результате, эффективная толщина канала ПТУП 2 - задающего режим транзистора меньше, чем у ПТУП 1 - основноготранзистора, - и, следовательно, напряжение отсечки у основного транзистора больше, чем у задающего режим транзистора, т.е, 11отс 1. НО ДЛЯ ТОГО, Чтобы ОСНОВНОЙ транзистор находился на линейном участке, независимо от напряжения сток-исток всего устройства, начальный ток с тока по первому затвору должен быть больше, чем по второму затвору (ПТЦП 2 - задающий режим тран олько аряда зистора), (фиг. 4). В результате, в основном транзисторе линейный участок реализуется в диапазоне напряжения 1)си всего устройства от нуля до пробивных напряжений. А при изменении 11 устройства от 1),= Б до пробивных изменение напряжения сток- исток основного транзистора составит мизерную величину ЛЛ (фиг. 4),Низкоомная полупроводниковая подложка первого типа проводимости обеспечивает выполнение условия 1) ,11 З а изменения концентрации примеси в подложке регулируют требуемое отношение И, . При концентрации примеси первого типа проводимости в подложке, превышающей на порядок концентрацию в полупроводниковом слое второго типа проводимости (канале) и при соединении второго затвора с подложкой справедливо следующее соотношение:)эиотс 2 эиотс 1 к эиотс 1 к о где р, - контактная разность потенциалов р-п-перехода затвор-канал ( р,8 В). Из (1) 1), , , = (2,2 - 2,5)При одинаковой концентрации т 50; области пространственного з (ОПЗ) р-и-перехода распространяется в канал, а остальная часть ОПЗ распространяется в подложку, Это приведет к увеличению 11 по первому затвору, а следовательно, к увеличению неравномерности преобразования на резистивном участке ВАХ, В этом случае 11, = (1,6 - 1,9) (1, , , если же концентрация примеси в канале превышает концентрацию примеси в подложке, то почти вся ОПЗ р-п-перехода будет распространяться в подложку, что еще больше увеличит Б,по первому затвору, а(1 1 1 3 1 Ззи отс 2В настоящем решении выполняются основные требования, предъявляемые к ПТУП - входным транзистором электрометрического усилителя: обеспечение на выходной ВАХ линейного участка при изменении в широком диапазоне напряжения сток-исток: минимизация токов утечки затвора.1.В настоящем решении 11,о, связано с (.1 зо, соотношением (2) У = 4 +у - (Б +р )р ) (2) зиотс 1 зиотс 2 к зиотс 1 к оВ настоящем решении 1)зо, = (2,2 2,5) 1)так как 11,и о, определяет только одна область затвора, а Б,определяет как область второго затвора, так и подложка. При любом изменении значения 11 1),всегда в (2,2 - 2,5) раз будет больше, т.е. ПТУП 1- основной транзистор всегда будет работать на линейном участке выход1828340 б ной ВАХ, И реализуется резистивный режимработы основного транзистора ПТУП 1. Требования к замкнутой области первого затворасвязаны с ключевым режимом ПТУП. Ваналоговом режиме требование к областипервого затвора одно; располагаться междуистоком и вторым затвором, то есть, какправило, транзистор в этом случае работаетпри напряжении затвор-исток 11 близкомк нулю,2. Минимизация токов утечки затвороврешается одновременно по двум путям. 2.1ПТУП 1 - основной транзистор - образованкак и в прототипе (2), верхним затвором,при близкой площади и одинаковой крутизнеони имеют близкие значения утечки. 2.2,Так как и в прототипе(2). и в настоящемрешении второй затвор соединен с истоком,то максимальное напряжение сток-исток (3= Б, В прототипе (2)1), 11а в настоящем решениипоэтому при одинаковых напряжениях всоответствии с выражениями (1), (2) более,чем в 4 раза ниже в настоящем решении,чем в прототипе, Соответственно в нашемрешении уменьшается напряжение 1.)иснижается значение 1 в активном (рабочем) режиме П ТУП, Кроме уменьшенияабсолютного значения 1) , в решении поизобретению осуществляется более жесткаястабилизация режима работы на участкенасыщения - участок М) (фиг, 4).На подложке 1 р-типа (фиг. 1. 2)кремниевой монокристаллической пластине сориентацией 111, толщиной 360 мкм иудельным сопротивлением р = 0,5 Омфсмвыращивают эпитаксиальный слой 2 и-типапроводимости толщиной 3,5 - 4,0 ммк и р=0,8 Омфсм (марка пластины4 КЭ 7 О, 83803 КПБ 0,5111). В эпитаксиальном слое 2путем локальной диффузии бора в две стадиипри температуре Т = 1000 С длительностью1 = 27 - 30 мин на первой стадии и при Т1200 С и длительностью 4 ч на второйстадии создают изолирующую область 3р-типа проводимости с поверхностным сор = 70 ОмГппротивлением д и глубиной 3,7- 4,2 мкм. Последующей локальной диффузия бора и две стадии при Т = 950 С и 1 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Полевой транзистор с управляющим р-п-переходом, содержащий подложку со сформированным на ее поверхности полупроводниковым слоем второго типа проводимости, изолированную область первого типа= 27 - 30 мин на первой стадии при Т = 1100 С с 1 = 60 мин на второй стадии одновременно создают область первого 4 и второго 5 затворов р-типа проводимости с поверхностным сопротивлением р = 80 Ом/ии глубиной 1,0 - 1,5 мкм. Затем путем локальной диффузии фосфора при Т = 1000 С и 1 = 30 мин одновременно создают области б и 7 истока и стока п типа-проводимости с глубиной залегания 0,8 - 1,3 мкм с поверхностным сопротивлением р = 20 Ом/и.К затвору 4 и области 7 изготавливают омические контакты 9, а к областям 3 (через окно 8 в диэлектрике) и б формируют один общий металлический контакт 9. Все контакты выполняют из пленки алюминия толщиной 1,0 мкм. Область (второй затвор 5) не имеет собственного омического контакта, так как она контактирует с изолирующей областью 3 (фиг. 1), которая, в свою очередь, соединена с подложкой 1 р-типа, выполняющей функцию нижнего затвора ПТУП 2 каскадной схемы ПТУП 1 + ПТУП 2,Таким образом, преимуществами конструкции ПТУП с двумя затворами по сравнению с прототипом являются: расширение динамического диапазона напряжения сток-исток свыше напряжения отсечки по первому затвору при работе на резистивном участке ВАХ всего устройства; снижение максимальною напряжения сток-исток (сток- затвор) по первому значительно уменьшает ток утечки первого затвора; выполнение областей первого и второго затворов в одном процессе значительно сокращается длительность технологического процесса, при этом уменьшается количество дислокаций и нарушений кристаллической решетки, увеличивающих ток утечки; выполнение подложки из полупроводника первого типа проводимости с концентрацией, превышающей концентрацию примеси в слое второго типа проводимости, позволяет уменьшить величину Б по которому стабилизируется (.1, первого затвора, что также уменьшает как ток утечки, так и его зависимость от напряжения стокзатвор (сток-исток). проводимости, смыкающуюся с подложкой, в слое второго типа проводимости сформированы области истока и стока второго типа проводимости, области первого и второго затворов первого типа проводимости, причем1828340 писное каз 15 п ВНИИПИ Рег ЛР Ме 040720 3834, ГСП, Москва, Раушская наб., 4121873, МоскваБережковская наб., 24 стр. Производственное предприятие Патент область истока имеет гальваническую связь с областью второго затвора, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического напряжения сток-исток при одновременном улучшении электрофизических параметров, подложка выполнена из полупроводникового материала первого типа проводимости с концентрацией примеси не меньшей, чем у полупроводникового слоя второго типа проводимости, первый затвор выполнен в виде замкнутой области, окружающей область истока, область второго затвора соприкасается с изолирующей областью, образуя замкнутый контур вокруг области стока,