Высоковольтный транзистор

 

Использование: полупроводниковая техника, использующая высоковольтные транзисторы. Сущность изобретения: в биполярный транзистор введены полевой электрод над областью коллектора на защитном диэлектрике вне зоны области пространственного заряда охранных колец. Полевой электрод соединен с контактом к базовой области. Дополнительно можно ввести второй полевой электрод, расположенный над базовой областью между электродом к базе и первым полевым электродом. Второй полевой электрод соединен также с базовым контактом. 2 ил.

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к высоковольтным транзисторам. В настоящее время в промышленности широко используются высоковольтные полупроводниковые приборы, в частности быстродействующие высоковольтные переключающие транзисторы. Для обеспечения в таких приборах требуемых высоких значений максимального тока, малого сопротивления насыщения и высоких частотных свойств необходимо, чтобы они обладали высоким пробивным напряжением при минимально возможном удельном сопротивлении исходного кремния. В высоковольтных полупроводниковых приборах пробой p-n-перехода происходит практически всегда на поверхности. Для повышения поверхностного пробивного напряжения существует ряд методов. Известен высоковольтный биполярный транзистор [1], содержащий области эмиттера, базы и коллектора. В приповерхностной зоне последней сформированы кольцевые области того же, что и область базы, типа проводимости. Благодаря тому, что расстояние от основного p-n-перехода до первой кольцевой области и между последующими кольцевыми областями выбирают меньше ширины пространственного заряда, соответствующей началу поверхностного пробоя основного p-n-перехода (при отсутствии вокруг него кольцевых областей), возникает возможность "прокола" между основным переходом и первой кольцевой областью, затем первой и второй кольцевыми областями и т.д. Когда "прокол" возник, электрическое поле в "проколотом" зазоре перестает расти при увеличении напряжения, поданного на p-n-переход, и в этом зазоре поверхностного пробоя не происходит. Затем начинает расти поле во втором зазоре и т.д. В результате напряжение поверхностного пробоя повышается. В этом устройстве не учтено наличие неизбежных разбросов таких величин, как глубина p-n-перехода, удельное сопротивление исходного полупроводникового материала в объеме и на поверхности (поверхностное сопротивление может неконтролируемым образом уменьшаться за счет наличия примесей в защитном покрытии и на поверхности полупроводника и быть в несколько раз ниже объемного), а также наличие продольного поля, вызывающего перераспределение зарядов в защитном покрытии. Все это приводит к тому, что такие приборы имеют недостаточно высокое пробивное напряжение, далекое от объемного пробивного напряжения. Эти недостатки обусловлены самим принципом устройства, который не учитывает побочных факторов (разброс глубины p-n-перехода, уд. сопротивления, поверхностное продольное поле и т.п.). Известен высоковольтный прибор, выбранный в качестве прототипа (2), содержащий области базы и коллектора, в приповерхностной зоне последней сформированы кольцевые области того же, что область базы, типа проводимости, области выполнены на расстоянии (Y) друг от друга, которое монотонно увеличивается к периферии и удовлетворяет следующему соотношению: Y_n = (1,4X_jмин - 1,8X_jмакс) + d˙n, где X_jмин - минимально допустимая глубина кольцевой области; X_jмакс - максимально допустимая глубина кольцевой области; К - коэффициент, равный 0,1-0,2; d - минимальная ширина области пространственного заряда, соответствующего поверхностному пробою; n - номер кольцевой области. За счет такой конструкции расположения кольцевых областей частично компенсируется разброс глубины диффузии и удельного сопротивления исходного полупроводникового материала в объеме и на поверхности. Известная конструкция не учитывает продольного электрического поля на защитном покрытии между металлизацией базовой области и коллектором. Под действием этого поля на поверхности защитного покрытия сформировывается определенное распределение зарядов, в том числе и над областью распространения пространственного заряда кольцевых структур. Чем ближе кольцевая структура к базовой области, тем больше заряд на защитном покрытии над этой структурой. Этот заряд вызывает инверсию поверхности коллектора между кольцевыми областями, замыкая их инверсным каналом, что приводит к неработоспособности ближайших к базе колец. Тем самым снижается пробивное напряжение база-коллектор. И чем больше коллекторное напряжение, тем больший заряд наводится на защитном слое, тем большее количество кольцевых структур не работает и тем меньше пробивное напряжение. Цель изобретения - повышение пробивного напряжения за счет устранения электрического поля вдоль поверхности защитного слоя. Указанная цель достигается тем, что в высоковольтном транзисторе, содержащем области эмиттера, базы коллектора, слой защитного диэлектрика с окнами для контактов к активным областям, при этом в области коллектора расположены кольцевые охранные области противоположного коллектору типа проводимости, согласно изобретению на защитном диэлектрике дополнительно сформирован полевой электрод, расположенный под коллекторной областью вне области распространения пространственного заряда охранных колец и соединенный с контактом к базовой области или над базовой областью. Между контактом к базовой области и первым дополнительным электродом можно ввести второй дополнительный полевой электрод, который в этом случае имеет одинаковый потенциал с вторым. Сопоставление с прототипом показывает, что данный транзистор отличается наличием на защитном диэлектрике дополнительно сформированного полевого электрода, расположенного над коллекторной областью вне области распространения пространственного заряда охранных колец и соединенного с контактом к базовой области или введением над базовой областью второго дополнительного полевого электрода, расположенного между контактом к базовой области и первым дополнительным электродом, имеющим в этом случае одинаковый с вторым потенциал. Таким образом, данный транзистор соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение предлагаемого решения с другими техническими решениями в исследуемой области (повышение пробивных напряжений), позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом транзисторе, и признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия". На фиг. 1 показано возникновение инверсионных каналов, снижающих пробивное напряжение конструкции транзистора. На фиг.2 показана конструкция транзистора с зоной нулевого продольного поля. Высоковольтный транзистор, фиг. 2а, содержит эмиттер 1, базу 2, коллектор 3, в приповерхностной зоне которого сформированы кольцевые охранные области 4, противоположного коллектору типа проводимости. На защитном покрытии (SiO₂) 5, лежащем над областью распространения объемного заряда, расположена зона с нулевым продольным электрическим полем 6. Эта зона образована за счет подачи одинакового потенциала между базовым и дополнительным 7 электродами U _δ= U₁. Причем дополнительный электрод 7 расположен над коллекторной областью вне области пространственного заряда охранных колец 4 и соединен с контактом к базовой области. Другой вариант высоковольтного транзистора (фиг.2б) предусматривает формирование еще одного дополнительного электрода 8, лежащего над базовой областью 2. Первый 7 и второй 8 дополнительные электроды имеют одинаковые потенциалы. Поэтому между ними на поверхности защитного слоя образуется зона 6 с нулевым продольным полем, которая препятствует возникновению инверсионных каналов. Зона с большим продольным электрическим полем может образоваться между вторым дополнительным электродом 8 и базовым электродом, но она уже не внесет вклад в снижение пробивного напряжения, т.к. лежит не под коллекторной, а над более высоколегированной базовой областью. Использование предлагаемого высоковольтного транзистора позволяет за счет устранения продольного электрического поля на поверхности защитного слоя убрать инверсионные каналы, шунтирующие кольцевые области, что дает возможность повысить пробивное напряжение транзистора. Кроме того, такая конструкция позволяет увеличить процент выхода годных при изготовлении транзисторов и повысить их надежность при контроле и эксплуатации за счет устранения эффекта накопления зарядов на защитном слое над областью распространения объемного заряда между базой и коллектором.

Формула изобретения

1. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ТРАНЗИСТОР, содержащий области эмиттера, базы и коллектора, слой защитного диэлектрика с окнами для контактов к активным областям, при этом в области коллектора расположены кольцевые охранные области противоположного коллектору типа проводимости, отличающийся тем, что, с целью повышения пробивного напряжения за счет устранения электростатического поля вдоль поверхности защитного слоя, на защитном диэлектрике дополнительно сформирован полевой электрод, расположенный над коллекторной областью вне области пространственного заряда охранных колец и соединенный с контактом к базовой области. 2. Транзистор по п.1, отличающийся тем, что над базовой областью вводят второй дополнительный полевой электрод, расположенный между контактом их базовой области и первым дополнительным электродом и соединенный с электродом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000        

---