Униполярный транзистор

ОП ИСА ИЗОБРЕТ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВ(23) Приоритет осударственный кометеСовета Мнннстроа СССРпо делам нзобретеннйн открытий 3) Опублико но 05.03.7 088. Лата опубликования(71) Звявител 54) УНИПОЛЯРНИЙ ТРАНЗИСТОР Изобретение относи к попупроводаченным дпя с триодам, предн ене ации эпект агни достигается за счет уменьшения ширинызатвора и межэпектродных расстояний истокзатвор и затвор-сток. Это неизбежно ведетк снижению рабочего напряжения (до еди,ниц воны в наиболее высокочастотныхприборах) и мошности питания транзистора,а также к увеличению паразитных межэпектродных емкостей. В результате ограничиваются попезная мощность и динамическийдиапазон транзисторов, а также максимапьная частота усипения,Ипя того, чтобы обойти эту трудностьи увеличить расстояние между эпектродами транзистора предпагалось испольяоватьктнарастаниявопнпространственногоэаряда в материапе с отрицатепьной дифференциапьной проводимостью (ООП) типа арсенида гаппия.Известны несколько конструтранзисторов с бегушей вопной.близким техническим решениемунипопярный транзистор на плен да 1 Оо отдестоку кций таких Наиболееявпяется ке арсенн пиковым аэн у ипения и г р ром тных колебаний.Известен ппанарный попевой (унипопярный) транзистор, который состоит из пластины попупроводника одного типа проводимости, на одной из поверхностей которогораспопожены три эпектрода - исток, затвор и сток,Электрод затвора может быть ибпен от поверхности ппастины диэпектрическойппенкой (транзистор с изолированным затвором либо образовывать с этой поверхностью барьерный контакт (транзисторы сберьером Шоттки ипи с р-тт-переходом),причем затвор смешен к и и расстояние между ними меньше, чем расстояниеот затвора до стока.Унипопярные (нопевые) транзисторыотносятся к наибопее перспективным высокочастотным полупроводниковым приборам.Известны полевые транзисторы на сиенце гаппия с максимапьной частотой усипения, пежашей в коротковопновой части сантиметрового диапазона длин волн, Однаков известных конструкциях полевых транзисторов повышение рабочего диапазона частотгаллия. Он представляет собой пластинку полупроводника и расположенные на ее поверхности три коипанарные метаппические электрода - исток, затвор и сток,Усипиваемый сигнал, подаваемый между истоком и затвором, залает начапьную модуляцию потока носителей заряда которая усиливается на участке дрейфа между затвором и стоком вследствие отрицатель ной подвижности носителей. В этом транзисторе по сравнению с обычными унипопярными транзисторами зна читепьно увеличено (до нескольких десятков вольт) рабочее напряжение и уменьшены межэлектродные емкости, обуславливающие паразитную обратную связь между входом и выходом усилителя, Однако, несмотря на повышенное рабочее напряжение выходная мощность и динамический диапазон транзистора с бегущей волной невелики - не выше чем у обычных унипопярных транзисторов, а КПЛ ниже. Увеличение расстояния исток- сток и разности потенциалов между ними в известных транзисторах с бегущей волной по сравнению с обычными униполярными транзисторами не приводит к повьппению мощности и динамического диапазона этих приборов. Кроме того, транзисторы с бегущей волной имеют и ряд других недостатков, дпя их создания могут быть использованы только материапы с ОЛП (арсенид галлия, фосфид индия), максимальное усиление ограничено явпением доменной неустойчивости в полупроводниках с ОИП и т, и. Цепью изобретения является создание унипопярного транзистора с повьпденными полезной мощностью, динамическим диапазоном и максимальной рабочей частотой,В предлагаемой конструкции используется эффект увеличения эффективности взаимодействия носителей тока с высокочастотным электрическим полем при периодической пространственной модуляции этого поля в промежутке между эпектродамц Это достигается тем, что в унипопярном транзисторз с коппанарными электродами на поверхности попупроводника между затвором и стоком периодическая структура с шагом равным произведению насьпценной .скорости носителей тоха на период колебаний соответствующей центральной частоте рабочего диапазона.Причем периодическая структура может быть выполненав виде паралпепьных лиэпекз рических попосков ипи в. виде параллельных металлических попосков ипи в виде металлических попосков изолированных от поверх. ности попупроводника диэлектриком. 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 М 60 Один из вариантов предлагаемой конструкции представл на чертеже.Он содержит низкоомный слой попупроводника-типа 1, сформированный у поверхности высокоомной полупроводниковой пластины 2 . На поверхности слоя расположены три метаишческие электрода истока 3 стока 4 и затвора 5. Лля улучшения омнческого контакта электрода истока с пластиной под этим эпектродом сформирован спой полупроводника с повышенным уровнем пегирования а,. Электрод затвора 5 сдвинут в сторону истока, так что расстояние межлу истоком и затвором значительно меньше, чем расстояние от затвора до стока. Между последними двумя электродами на поверхности полупроводникового слоя 1 расположена периодическая диэлектрическая структура 6. Периодическая структура может иметь различную конфигурацию. В варианте конструкции, показанном на чертеже заявки, эта структура выполнена в виде набора узких диэлектрических полосков, шириной 1 образующих на поверхности ппастины периодичес -кую структуру с шагом 2 Й, причем отношение этого шага к насьпленной скорости носителей тока в попупроводнике Ф равняется периоду Т- высокочастотныхУкопебаний, соответствующему центральной иастоте рабочего диапазонаи не зависит от полного угла пропета носителей заряда в высокочастотном поле 8 . й р, фПп,который может намного превысить 23Существенно, что в отличие от явпения нарастания волн пространственного заряда в полупроводниках с ОЛП, используемых впрототипе, описанный эффект может быть реализован во всех попупроводниковых материалах, применяемых для изготовления транзисторов, в широком интервале эпектрическнх попей, превышающих 3-5 кв/см, при которых дрейфовая скорость носителей заряда насыщается.Возможность увеличения зазора между затвором 5 и стоком 4 транзистора (см.чертеж) обеспечивается периодической моду. пяцией высокочастотного электрического поля вдоль поверхности эпитаксиапьной пленки 1, в которой движутся носители заряда. Модуляция электрического поля создается периодической диэлектрической структурой 6, расположенной на поверхности попупроводника между затвором и стоком, Периодическая диэлектрическая структура может иметь различную конфигурацию, например (см. чертеж)597 033 6Бо всех конструктивных внри нигде нреппвгвемого трвнзисторв, который мт 1 ж гбыть назван трвнзистором с модупиниейпопя (трвмпистор) усипиваемый сигнпн ночается между истоком и затвором, н усипенный сигнал снимается пибо между истоком и стоком (вкпючение с обшим истоком),либо между стоком и затвором (вкшочениес обшим звтвором). В этом отношениитрвмпистор сушественно отпичветс отгрвнзисторв с бегушей волной, и подобенобычным полевым транзисторам, Поэтомув отличие от прототипа в предлагаемомтрвнзисторе увеличение расстояния затворсток и рабочего напряжения транзистора достигвется без потери КПО, который остается столь же высоким квк у обычных полевых транзисторов, и спедоватепьно, сопровождвется существенным увеличением динямического диапазона н выходной мощностиприборов, Вместе с тем предлагаемая конструкция сохраняет достоинства прототинв вчасти сушественного сниженн межэпектродных емкостей, позвопяюшего увепичить рабочую частоту транзистора,ц Ы =31 = 2 ив 4010 В квчестве мвтеривпв дпя периодическойдиэлектрической структуры могут быть выбраны рвзличные диэлектрики с доствточно вы соким значением диэлектрической проницвемостью 64, превышаюгцей диэлектрическуюпроницаемость попупроводникв Ядъ Рвсчет показывает, что гпубинв модуляции поля, может быть оценена по формулеж= - =й+ь - )Я , -1ЕЕсли в качестве диэпектрикв испопьзоввть высокоомный образец того же полупроводникового материала, из которого сделвнв рвбочвя часть транзистора, то дФБ Ч .Опя эффективной работы транзистора жепвтепьно иметьипи согласно 5,Опя кремния и врсенидв гвппия 6 ь= 11-12/;Я,проницаемостьввккумв) твк что следует брать диэлектрикс 25. В чвстности могут быть испопьйзоввны диэлектрики типа титвнвтв бария,титвнвтв стронция и т. и., имеющие большие Ф 103)знвчения относительной диэлектрической проницаемости 60 днвко длядостижения желаемого эффектв столь высокие значения диэлектрической проницвемости не обязвтепьны; вполне. доствточны диэлектрики с 6%6 3+5, твк квкуже притаких 6 у пролетный множитепь 1,3 оквзыввется достаточно близким к мвксимвпьному знвчению "Ч,щ,, Следует отметить, что, поскопвку, при 665 пролетный множитель, в, следовательно,.ихарактеристики транзистора спвбо зависятот вепичины диэлектрической проницвемостидиэпектрикв, то температурная и другиенестабильности параметров диэпектриквпрактически не ухудшают ствбипьность усилительных свойств транзистора,Опя модуляции электрического поля вполупроводнике могут использоваться нетолько диэлектрические, но и другие перно.дические структуры, рвспопоженные вдольповерхности попупроводника. тВозможен вариант предлвгвемой конструк- нции с металлической периодической структурой, 60 л1 30 1, Униполярный транзистор с модуляциейполя, содержвший пластинку попупроводникаи рвспопоженные на ее поверхности три коипвнврные метвппические электроде-исток,.затвор и сток, о т и и ч а ю ш и й с я 35 тем, что с целью увеличения цопезной мошности динамического диапазона, на поверхности полупроводниковой пластины междузатвором истоком рвспопожена периодическвя структура с шагом, равным произведе,нию нвсьпценной скорости носителей токи нвпериод копебвний соответствуюшей центральной частоте рабочего дивпазонв,2. Транзистор по и. 1, в котором упочянутвя периодическая структура выполненав виде параллельных диэлектрических ноносков, расположенных нв поверхности полупроводниковой пластины. 503, Транзистор по и. 1, в котором упомяйутвя периодическая структура вынопнена Ъ виде пврвппепьных металлических попосков, рвспопоженных нв поверхности полупроводниковой ппвстины. 4, Трвнзистор по пп, 1 и 3, в коором металлические полоски изолировяы от поверхности полупроводники пиэектриком,5в виде набора узких диэлектрических попосков шириной С, размещенных нврвппепьно друг другу нв поверхности эпитвксивпьйой пленки, Период диэлектрической структуры, рввный 21, выбирвется равным периоду прострвнственной модуляции А дрейфующего потокв носителей зврядв нв центральной частоте Эв рабочего диапазона,Формула изобретенияРедактор Р. Киселева Техред Э. Чужик Корректор Е. ПапиЗаказ 1159/52 Тираж 960 Подписное0 ИИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССРпо делам изобретении и открытий113035, Москва, Ж, Раушскаи наб., д. 4/5Филиал ПГГП Патент, г. Ужгород, уп. Проектная, 4