Полупроводниковое устройство

1 11 640686 ОП ИСАНИ ЕИЗОБРЕТЕНИЯК ПАТЕНТУ 1:о)ое Сосетских Со)гиалистических Реслублик(72) Авторы изобр стен и ностра еиЦ (Япон нцыюки Тадахаруя)фирмаорейшня) Яги Хад) Заявитель нос они ор 4) ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ УСТРО Изобретение относится к полупроводниковым переходным приборам, а именно к многопереходным полупроводниковым приборам (биполярный транзистор или тири- стор).Известны полупроводниковые устройства, содержащие области полупроводника чередующегося типа проводимости и имеющие по крайней мере два р - п-перехода, например тиристор 1.В известных полупроводниковых приоорах с чередующимся типом цроводпмосгц концентрация легцрованця эмцттера делается вьппе, чем у базы. Когда это различие стацовится оольшим, то эффективносгь эмиттера приближается к единице. Однако высокая концентрация легирующей примеси увеличивает дефекты кристаллической решетки. В результате уменьшается диффузионная длина неосновных носителей. При уменьшениировня легирования происходит уменьшение коэффициента усиления.Известен также полупроводниковый прибор с низкой концентрацией примесей в эмиттерцой, базовой ц коллекторной областях 2.В этом случае диффузионная дл)ша цсосновных носцтелеи меньше, чем ширина гц)ласти эмцттера, ц цеосцовцые носители 1) и л и ц с 11 р у ютс 51;1 ц 11) 11) 1 з по ц ц ы м токо к и цжектированных неосновных носителеи, протекающим от базы через эмиттер.Цель изобретения - увеличение коэффициента усиления по току и уменьшение5 уровня шума.Поставленная цель достигается тем, чтопервая область полупроводника выполненацз двух зон различной концентрации, образующих 1, - Н-переход, причем зона, приле 10 гающая к р - гг-переходу, имеет меньшуюконцентрацию, чем вторая, и разность концентраций обеспечивает встроенное поле впервой области, уравновешивающее диффузионный ток неосновных носителей тока,15 инжектцруемых в нее из первого р - гг-перехода, а толщина первой области меньшедиффузионной длины неосновных носителейв ней,Диффузионная длина н20 лей в,первой области леж50 до 100 мкм.Концентрация примеси в первой зоне первой области меньше 10" ат/см.На фиг. 1 схематически показан ЮРЖ 25 транзистор в разрезе; на фиг. 2 представлен уровень концентрации примесей в приборе, показанном ца рцс. 1, и концснтрацця неосновных носителей в области эмцттера; на фцг. 3 дана интегральная схема,30 имеющая ЛРЛ-транзистор предлагаемойконструкции и дополнительный РУР-транзистор известной конструкции; на фиг. 4 приведен график для коэффициента Ье усиления по току в схеме с заземленным эмиттером как функция коллекторного тока; на фиг. 5 - график для шумового фактора, как функция частоты с входным импедансом 1000 см; на фиг. 6 - график для шумового фактора, как функция частоты с входным импедансом 30 ом; на фиг. 7 дана диаграмма шума, составленная для шумового фактора, как функция коллскторного тока.Транзистор УРУ-типа (фиг. 1) содержит подложку 1, сильно легированную примесями У-типа, например, это,может быть кремний, сильно легированный сурьмой, Уровень легирования должен составлять 4)(108 см-, что соответствует величине сопротивления приблизительно 0,01 Омсм. При этом величины сопротивления могут варьироваться от 0,008 до 0,12 Ом см. Толщина подложки составляет величину порядка 250 мкм. Эпитаксиальный слой 2 кремния Утипа образован на подложке 1 для совместного использования с ней в качестве коллектора.Эпитаксиальный слой 2, слабо легированный сурьмой, имеет концентрацию легирующей примеси порядка 7(10" см-, сопротивление этого слоя приблизительно от 8 до 10 Ом см, оптимальная толщина эпитаксиального слоя порядка 20 мкм.Эпитаксиальный слой 3 кремния Р -типа образован на слое 2 для создания активной базы транзистора. Легирование может быть обеспечено достаточным количеством бора для получения уровня легирования порядка 1 К 106 см . Это соответствует сопротивлению 1,5 Ом см, толщине слоя 3 приблизительно 5 мкм.Эпитаксиалвный слой 4 кремния У -типа формируется на Р - -слое 3 для получения эмиттера. Слой 4 слегка легирован сурьмой, концентрация легирования соответствует сопротивлению приблизительно 1 Ом см, толщина слоя составляет примерно от 2 до 5 мкм.Диффузионный слой 5 У+-типа представляет собой область, сильно легированную фосфором, и имеет уровень концентрации примеси приблизительно 10" см - , а толщину порядка 1,0 мкм.Диффузионная область 6 У+-типа, сильно легированная фосфором, окружает УРУ- транзистор, Легирование проводится до уровня концентрации примеси приблизительно ЗК 10" см в . Примесь проникает через слой 3 Р -тапа в слой 2 У - -типа до тех пор, пока не достигнет области 1 У+-подложки. Таким образом, она окружает базовую область 3.Диффузионная область 7 Р+-типа используется как проводящая часть базовой области 3. Область 7 легируется бором с концентрацией, примеси па поверхности при 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4близительно ЗК 10" сМ - , Диффузионная область 7 проходит через слой 4 У - -типа в базовый слой 3 Р - -типа, который ограничивает всю эмиттерную область 4.Диффузионная область 8 Ртипа обеспечивает общий контакт всей площади и представляет собой сильно легированную бором область. Содержание примесей на поверхности приблизительно 5 К 10" см .Алюминиевый коллекторный электрод 9 формируется под поверхностью подложки 1. Алюминиевый базовый электрод 10 образуется на базавой области 8, алюминиевый эмиттерный электрод 11 - на сильно легированный эмиттерной области 5.Слой из двуокиси кремния служит для пассирования и покрывает сверху всю поверхность прибора.Слой 2 У в -типа и слой 3 Р -типа образует коллекторно-базовый переход 12. Слой 3 и слой 4 У в -типа образует эмиттерно-базовый переход 13. Слой 4 и слой 5 У+-типа образует 1. - Н-переход 14 для примесей того же типа (1. - Н определяет две граничащих области с примесью того же самого типа, одна из которых слабо легирована, а вторая сильно легирована). Ширина Р между эмиттерно-базовым переходом 13 и Ь - Н-переходом 14 составляет приблизительно 6 мкм.На фиг. 2 представлен уровень концентрации примесей и концентрация неосновных носителей в эмиттере прибора. В верхней части показано относительное расположение эмиттера, базы и коллектора, в средней части - концентрация носителей в атомах на кубический сантиметр в направлении от внешней поверхности к областиподложки 1, в нижней части - относительное количество концентрации неосновных носителей последовательно в различных областях, начиная с области 5 У+-типа. Если диффузионная длинна неосновных носителей меньше, чем ширина эмиттера Р, профилю определения концентрации неосновных носителей соответствует пунктирная линия (пунктирной кривой а показан профиль распределения концентрации неосновных носителей для малых величин встроенного поля), 1. - Н-переход образуется слабо легированными и сильно легированными областями с одним типом проводимости и через Ь - Н-переход проходят лишь основные носители.Значения коэффициента Ье усиления в схеме с заземленным эмиттером представлены на фиг. 4, Кривые 15 и 16 соответствуют различным планерным конфигурациям. Обе кривые показывают очень высокую величину коэффициента усиления по току в схеме с заземленным эмиттером.Кривая 17 на фиг. 5 представляет собой зависимость от частоты для прибора, изображенного на фпг. 1, кривая 18 является типичной шумовой характеристикой извест640686 10 и+ 5ных приборов. Кривые 19 и 20 на фиг, 6 представляют собой шумовые характеристики прибора для различных входных импедансов.На фиг. 7 кривой 21 показана шумовая характеристика известных приборов, а кривой 22 - шумовая характеристика предлагаемого прибора, Кривые 21 и 22 являются шумовыми факторами при 3 дб, Область внутри параболы имеет шум ниже 3 дб. Из сравнения фигур 4, 5, 6 и 7 следует, что предлагаемый прибор имеет значительные преимущества перед известными.На фиг. 3 приведен второй вариант предлагаемого прибора.УРЮ-транзистор, показанный на фиг, 1, сформирован в интегральной схеме с одним или несколькими полупроводниковыми элементами, например РУР-транзисторами обычного типа, На подложке Р - -типа ИРН- транзистор формируется по тем же самым принципам, что и транзистор на фиг. 1. Он включает сильно легированный коллектор 1, слабо легированный коллектор 2, слабо легированную базу 3, слабо легированный эмиттер 4, сильно легированную область 5, коллекторную управляющую площадку 6, коллекторную контактную площадку 7, базовую контактную площадку 8, коллекторный электрод 9, базовый электрод 10 и эмиттерный электрод 11, На той же самой подложке формируется обычный транзистор РМР-типа, который имеет коллектор Р - -типа, базу У-типа, эмиттер Р-типа, управляющий коллектор Р-типа, коллекторную контактную площадку Р-типа, базовую контактную площадку Л 1-типа, коллекторный электрод и эмиттерный электрод. Два транзистора электрически изолированы Р - Ж-переходами. Площадь изоляции Р-типа связана с подложкой и окружает как ЖРУ-транзистор, так и РУР-транзистор. Области У-типа образуют изолирующую площадь в форме чаши вокруг транзистора РНР-типа. В приведенной интегральной схеме многие соединения формируются одновременно,Все сказанное выше о ЖРУ-транзисторев такой же степени относится и к РИР транзистору с сравнимой структурой и характеристиками. Кроме того, можно легко представить это изобретение как полупроводниковый тиристор ИРНР-типа. Формула изобретения 1. Полупроводниковое устройство, содержащее по крайней мере три области полупроводника чередующегося типа проводи мости, образующие два р - л перехода, отличающееся тем, что, с целью увеличения коэффициента усиления по току и уменьшения уровня шума, первая область полупроводника выполнена из двух зон 20 различной концентрации, образующих 1. -О-переход, причем зона, прилегающая к р - п-переходу, имеет меньшую концентрацию примеси, чем вторая, и разность концентраций обеспечивает встроенное поле в 25 первой области, уравновешивающее диффузионный ток неосновных носителей тока, инжектируемых в нее из первого р - и-перехода, а толщина первой области меньше диффузионной длины неосновных носителей З 0 в ней2. Полупроводниковое устройство по п. 1,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что диффузионная длина неосновных носителей в первой области лежит в диапазоне от 50 до 100 мкм.35 3. Полупроводниковое устройство по п. 1,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что концентрация примеси в первой зоне первой области меньше 10" ат/см 40 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Зи С. М. Физика полупроводниковыхприборов. М., Энергия, 1973, с. 263.2. Патент США3591430, кл. 317 в 2,45 опублик. 1970,707 77. 7 й,)= Пдг г;А) Роя 2 иг. бРыбало сктор Л. Бракнииа с к рсд С. Ант к сдакто 1 3 акаа 2455/711 ПО Госуд 11 а 1 Ъ 8 го Тирак )22гневного комитета СССР по делам изобретений113035, Москва, )К, Раушскяи наб., д. 4/5 Подписноекрытий Типографн р, Сапунова,