Мощный биполярный транзистор

 

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, а именно к мощным биполярным транзисторам. Цель изобретения - повышение устойчивости транзистора к вторичному пробою при повышенных значениях напряжения коллектор. - эмиттер. Конструкция транзистора содержит множество сильнолегированных полосок 1, находящихся вдоль зубца на расстоянии друг от друга и соединенных общей слаболегированной областью 2, частично заходящей в область базы. По периметру эмиттера расположена плавающая п+-полоска 3. Слаболегированная область 2 через контактные окна соединяется с металлизацией эмиттера 5, лежащей только над областью эмиттера , металлизация базы 6 расположена непосредственно над областью 7 р-типа, которая контактирует с высокоомной областью коллектора 8, переходящей в сильнолегированную п -подложку 9. Причем расстояние между сильнолегированными полосками одного зубца должно быть меньше, чем расстояние между упомянутыми резистивными областями, а расстояние между сильнолегированными полосками вдоль зубца должно быть не менее двух глубин эмиттерного p-rv-перехода. З ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4878044/25 (22) 30.10.90 (46) 07,01.93. Бюл. М 1 (71) Завод "Искра" . (72) А,Ф.Королев, А.И.Гордеев и Е,Е.Андреева (73) Завод "Искра" (56) Патент CLLlA М 4157561, кл. Н 011 29/72, 1979.

Мощные высокочастотные транзисторы

/ Под ред. Е,З.Мазе, М.: Радио и связь, 1985, с.29. (54) МОЩНЫЙ БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР (57) Изобретение относится к полупроводниковым приборам, а именно к мощным биполярным транзисторам. Цель изобретения — повышение устойчивости транзистора к вторичному пробою при повышенных значениях напряжения коллектор — эмиттер.

Конструкция транзистора содержит множеЮ Ы I 787296 А3 ство сильнолегированных полосок 1, находящихся вдоль зубца на расстоянии друг от друга и соединенных общей слаболегированной областью 2, частично заходящей в область базы. По периметру эмиттера расположена "плавающая" и -полоска 3. Слаболегированная область 2 через контактные окна соединяется с металлизацией эмиттера 5, лежащей только над областью эмиттера, металлизация базы 6 расположена непосредственно над областью 7 р-типа, которая контактирует с высокоомной областью коллектора 8, переходящей в сильнолегированную n+-подложку 9. Причем расстояние между сильнолегированными полосками одного зубца должно быть меньше, чем расстояние между упомянуты- Я ми резистивными областями; а расстояние между сильнолегированными полосками вдоль зубца должно быть не менее двух глубин эмиттерного р-п-перехода, 3 ил.

1787296

45 при увеличенных напряжениях коллектор—

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, Известно, что для увеличения устойчивости транзистора к вторичному пробою необходимо равномерно распределить ток эмиттера по его площади, т.е. исключить локализацию, тока в отдел ьн ых участках.

Это делается, в частности, за счет введения в эмиттер стабйлизирующих резисторов.

ОдниМ из t."ri"o ñ o áîâ создания эмиттерных стабилизирующих резисторов является создание между эмиттером и его металлизацией резистивной области одного и того же типа проводимости. Данные резисторы называются диффузионными стабилизирующими. Для практической реализации диффузионных стабилизирующих резисторов существует множество конструктивных способов.

Известен способ создания диффузионных распределенных резисторов, размещенных посередине эмиттерной гребенки (зубца). Диффузионные распределенные резисторы создаются с помощью резистивной области, расположенной между сильнолегированными областями. Резистивная область обладает меньшей концентрацией примеси и толщиной, чем сильнолегированная область эмиттера. Данная структура эмиттера позволяет равномерно распределить ток по площади эмиттера, т.е. увеличить устойчивость транзистора к вторичному пробою, Обладая таким достоинством, данная структура не позволяет добиться в достаточной степени равномерного распределения тока вдоль эмиттерного зубца и, как следствие, не приводит к максимальному увеличению устой. чивости к вторичному пробою.

Существует структура, позволяющая более равномерно распределить ток по площади эмиттера. Это достигается тем, что вокруг эмиттера создается кольцо того же

" типа проводимости, что и он сам, которое полностью повторяет конфигурацию эмиттера, при этом кольцо не соединено ни с чем, т.е. имеет плавающий потенциал. Данная структура называется структурой с плавающим эмиттером (ПЭ). Структура с ПЭ способствует снижению концентрации тока по периферии эмиттера и расширяет область безопасной работы в активном режиме.

Наиболее близкой к изобретению является конструкция транзистора, описанная в 5 кн, "Мощные высокочастотные транзисторы", / Под ред. Е.Ç.Мазеля, — M.; Радио и связь, 1985, с.29, у которой эмиттер создается в виде множества отдельных областей в форме кольца или рамки, внутри которых

40 расположены слаболегированные области, к которым осуществляется омический контакт, база общая. Отдельные эмиттеры создаются посредством общей металлизации.

Это так называемй overlay-транзистор. До-. стоинство overlay-структуры заключается в большем отношении периметра к площади эмиттера, следовательно, она обладает большим максимальным током и, следовательно, более равномерным токораспределением, Преимущество overlay-структуры по сравнению с гребенчатой состоит также в том. что если рассматривать тепловые потоки в обеих структурах, то перекрытие их в первой структуре меньше, чем во второй, отсюда тепловое сопротивление первой структуры меньше. Недостатком overlayструктуры является то, что металлизация эмиттера лежит над эмиттерным. р — и — переходом, перекрывая р-области между. ячейками, что требует специальных мер по защите р — и — перехода от закорачивания металлизацией эмиттера. Кроме того, находящиеся под металлизацией ячейки влияют друг на друга, ухудшая мощностные и переключательные характеристики транзистора, Перечисленные конструкции, позволяющие получить более равномерное токораспределение, каждая в отдельности или в совокупности, хотя и дают положительный эффект, но оставляют возможность дальнейшего совершенствования структуры.

Целью изобретения является повышение устойчивости транзистора к вторичному пробою при повышенных значениях напряжения коллектор-эмиттер.

Данная конструкция обладает преимуществами overlay-структуры и одновременно преимуществами гребенчатой структуры, при этом у нее отсутствуют их недостатки, Структура кристалла обладает таким распределением тока по площади, которое позволяет увеличить устойчивость транзистора к прямому вторичному пробою эмиттер. Это достигается тем, что ток эмиттера из-за улучшенного токораспределения меньше стягивается к центру при больших напряжениях коллектор — эмиттер.

Для достижения цели в приведенной

overlay-конструкции отдельные резистивные эмиттерные области объединяются общей резистивной областью, частично заходящей в область базы. а вдоль всей периферии зубцов эмиттера располагается замкнутая сильнолегированная полоска того же типа проводимости, что и эмиттер. При этом сильнолегированные эмиттерные полоски должны быть удалены друг от друга на расстояние d не менее чем две глубины диф1787296 фузии эмиттера. Смысл этого расстояния заключается в том, чтобы при боковой диффузии, равной глубине диффузии (предельный случай), соседние полоски не смыкались. Поперечный размер резистивной области между сильнолегированными полосками одного зубца эмиттера должен быть не более чем расстояние между упомянутыми резистивными областями, так как при смещениях коллектор-эмиттер максимум плотности тока смещается к центру эмиттера, При наличии в эмиттере сильнолегированных полосок и центральной слаболегированной области максимум плотности тока смещается к краям сильнолегированных полосок, прилежащих к центру эмиттера, убывая от периферийных участков. Соответственно под этими местами в коллекторном р — n-переходе выделяется больше тепла. Из картины токораспределения при больших напряжениях коллектор — эмиттер следует, что для того, чтобы равномерно распределить тепловыделение в коллекторе по кристаллу, необходимо сделать поперечный размер резистивной области W< не более расстояния между слаболегированными областями Wz.

Удаление сильнолегированных областей и расположение под центром металлизации эмиттера резистивной области исключает в этих областях инжекцию электронов в базу, следовательно, уменьшает взаимное влияние ячеек друг на друга. Кроме того, отсутствие р-области базы под металлизацией эмиттера исключает вероятность закорачивания эмиттерного р-и-перехода. По сути дела данная структура является многоэмиттерной, хотя отдельные ячейки и соединены между собой общей резистивной областью.

На фиг.1 изображена конструкция транзистора (вид сверху); на фиг.2 — разрез структуры и картина токораспределения при больших напряжениях коллектор-эмиттер; на фиг.3 представлена принципиальная электрическая схема.

Структура содержит множество сильнолегированных полосок 1 п-типа, находящихся вдоль зубца на расстоянии d друг от друга и соединенных общей слаболегированной областью 2 и-типа. Причем W> — размер резистивной области, расположенной между сильнолегированными полосками одного зубца, а W2 — расстояние между резистивными областями, По периметру эмиттера 5 расположена "плавающая" n+ — полоска 3.

Слаболегированная область 2 через контактные окна 4 соединяется с металлизацией эмиттера 5, лежащей только над областью эмиттера, металлизация базы 6 расположена непосредственно над областью 7 р-типа, 1 которая контактирует с высокоомйой областью коллектора 8, переходящей в сильнолегиро ва н ную и -подложку 9.

Принципиальная электрическая схема

5 предложенной структуры имеет следующие обозначения. Re — распределенное сопротивление базы; Ra — распределенное сопротивление эмиттера; n — номер ячейки.

Пример реализации. В исходных одно10 слойных эпитаксиальных структурах или пластинах со встречной диффузией с толщиной и сопротивлением высокоомного слоя 8 соответственно d< = 90 мкм и рг = 40 Ом см и подложкой 9 диффузией бора создается

15 база с параметрами Х1» = 15 — 16 мкм, Ks6 =

100 Ом/и. После этого создаются и -полоски 1 эмиттера и плавающий эмиттер глубиной Х1, = 7 — 9 мкм и поверхностным сопротивлением 1 — 2 Ом/и, затем ионным

20 легированием с последующим отжигом создается резистивная область 2 с параметра- ми Rs = 40 Ом/п и Х1, = 2 мкм, После формирования диффузионных областей создаются контактные окна 4 к резистивной

25 области 2 эмиттера и базы, затем создается металлизация эмиттера 5, базы 6 и коллектора 8.

Удалось реализовать значение максимальной постоянной рассеиваемой мощно30 сти коллектора Рк.макс = 250-350 Вт при напряжениях коллектор — эмиттер 100 В.

Достигнутые значения по Р . по крайней мере в несколько раз превышают значения мощности известных отечественных и зару35 бежных транзисторов данного класса. При этом транзистор имеет время спада тс

<0,3 мкс при! к = 5 А,!б1= Im = 1 А, Укэ = 100

В, граничную частоту fr@ = 5 — 10 МГц, граничное напряжение 0кэо гр = 400 В, пробивное

40 напряжение Окбо пр = 600 В.

Формула изобретения

Мощный биполярный транзистор, содержащий гребенчатую структуру с множеством отдельных эмиттерных областей в

45 виде сильнолегированных полосок, соединенных друг с другом резистором, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения устойчивости транзистора к вторичному пробою при повышенных значениях напряжения

50- коллектор-эмиттер, резисторы, соединяющие эмиттерные области каждого зубца,выполнены в виде общей резистивной области, частично заходящей в область базы, причем размер той части резистивной области, которая расположена между сильнолегированными полосками одного зубца, меньше, чем расстояние между резистивными областями, соединяющими эмиттерные области, принадлежащие соседним зубцам, а рассто1787296

Корректор О,Юрковецкая

Составитель А.Королев

Техред М.Моргентал

Редактор

Заказ 274 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 яние между сильнолегированными полосками вдоль зубца не меньше двух глубин змиттерного р — п — перехода, причем по периферии

I зубцов эмиттера расположена замкнутая, сильнолегированная того же типа проводимости, что и эмиттер, узкая область.