Мощная полупроводниковая структура



Мощная полупроводниковая структура

 


Владельцы патента RU 2457576:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ГОУ ВПО ВГУ) (RU)

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть применено в конструкциях мощных полупроводниковых приборов. Сущность изобретения: мощная полупроводниковая структура содержит ряд окруженных со всех сторон областью первого типа проводимости областей второго типа проводимости в форме вписанных в прямоугольники трапеций с параллельными высотами и монотонным убыванием ширины каждой от большого основания к малому, образующих разделенную на фрагменты полосу, ограниченную по ширине основаниями трапеций, а по длине - боковыми сторонами крайних трапеций. По крайней мере, в части ряда верхние и нижние основания трапеций у края полосы чередуются, что приводит к увеличению расстояний между их наиболее разогретыми участками и снижению максимума температуры структуры. 1 ил.

 

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть применено в конструкциях мощных полупроводниковых приборов.

Известна мощная полупроводниковая структура, включающая в себя область одного типа проводимости, в пределах которой находится область второго типа проводимости (Батушев В.А. Электронные приборы. - М.: Высш. школа, 1980. - С.57, 96-97).

Недостатком такой полупроводниковой структуры является неравномерное распределение температуры по ее площади вследствие неодинаковых условий отвода выделяемой тепловой мощности от отдельных участков его активной области (p-n-перехода), приводящее к снижению выходной мощности P1 и надежности полупроводниковой структуры.

В другой полупроводниковой структуре область второго типа проводимости разделена на одинаковые прямоугольные участки, расположенные в ряд (Проектирование и технология производства мощных СВЧ-транзисторов / В.И.Никишин, Б.К.Петров, В.Ф.Сыноров и др. - М.: Радио и связь, 1989. - С.63). Это позволяет уменьшить теплообмен между участками области второго типа проводимости, тем самым снизить максимальную температуру Тмакс каждого участка по сравнению с Тмакс целой области с суммарной площадью и за счет этого повысить выходную мощность и надежность полупроводниковой структуры.

Недостатком такой полупроводниковой структуры является неравномерное распределение температуры среди прямоугольных участков ввиду взаимного теплообмена между ними. В результате участки, которые находятся в центре ряда, более интенсивно нагреваются другими аналогичными им конструктивными элементами - источниками выделяемой тепловой мощности, чем участки, находящиеся на краях ряда. Следствием этого является снижение термической устойчивости полупроводниковой структуры (Проектирование и технология производства мощных СВЧ-транзисторов / В.И.Никишин, Б.К.Петров, В.Ф.Сыноров и др. - М.: Радио и связь, 1989. - С.97-98), что ограничивает ее выходную мощность и уменьшает надежность.

Наиболее близкой по совокупности признаков является мощная полупроводниковая структура, участки области второго типа проводимости которой имеют форму вписанных в прямоугольники трапеций, ширина которых монотонно убывает от большого основания к малому (А.с. 1679922 СССР, МКИ H01L 29/72). При этом относительно меньшую ширину имеют участки областей второго типа проводимости с худшими условиями отвода тепла. Это позволяет уменьшить максимальную температуру полупроводниковой структуры или повысить равномерность ее нагрева и таким образом соответственно повысить надежность полупроводниковой структуры или увеличить P1 без ухудшения усилительных и частотных характеристик.

Уменьшение отношения площади области второго типа проводимости к полной площади структуры за счет непрямоугольной формы ее участков приводит к уменьшению отношения выходной мощности P1 полупроводниковой структуры к ее площади S.

Конфигурация и площадь области второго типа проводимости определяют конфигурацию и площадь p-n-перехода, т.е. активной области полупроводниковой структуры.

Технология резки полупроводниковых пластин в условиях массового производства и требования минимизации отходов обусловили прямоугольную форму полупроводниковых структур, монтируемых в корпусах полупроводниковых приборов или интегральных схем. Поэтому непрямоугольная форма активной области полупроводниковой структуры не позволяет обеспечить максимальное использование площади структуры, и с увеличением отклонения формы активной области от прямоугольной уменьшается отношение P1/S.

Заявляемое изобретение предназначено для увеличения отношения площади активной области мощной полупроводниковой структуры к общей площади структуры либо для увеличения максимальной тепловой мощности, рассеиваемой полупроводниковой структурой.

Технический результат заключается в увеличении отношения выходной мощности полупроводниковой структуры к ее площади.

Технический результат достигается тем, что в известной мощной полупроводниковой структуре, содержащей ряд окруженных со всех сторон областью первого типа проводимости областей второго типа проводимости в форме вписанных в прямоугольники трапеций с параллельными высотами и монотонным убыванием ширины каждой от большого основания к малому, образующих разделенную на фрагменты полосу, ограниченную по ширине основаниями трапеций, а по длине - боковыми сторонами крайних трапеций, согласно изобретению, по крайней мере, в части ряда верхние и нижние основания трапеций у края полосы чередуются.

Получаемый при осуществлении изобретения технический результат, а именно увеличение отношения выходной мощности полупроводниковой структуры к ее площади, достигается за счет того, что в ряду трапеций имеет место чередование больших и малых оснований по ширине образованных ими полосы, что позволяет без увеличения максимальной рабочей температуры полупроводниковой структуры Тмакс в пределах заданной длины ряда разместить большее количество областей второго типа проводимости, чья суммарная площадь равна активной области полупроводниковой структуры Sa, либо уменьшить длину ряда, тем самым - площадь полупроводниковой структуры S, при заданном количестве N областей второго типа проводимости.

При неизменном значении S или Sa технический результат достигается за счет увеличения максимальной тепловой мощности Рт макс, рассеиваемой полупроводниковой структурой, лимитируемой максимальной температурой полупроводниковой структуры Тмакс.

Значение Рт макс ограничивает значение P1, пропорциональное квадрату выходного тока, в свою очередь пропорционального активной площади структуры (Проектирование и технология производства мощных СВЧ-транзисторов / В.И.Никишин, Б.К.Петров, В.Ф.Сыноров и др. - М.: Радио и связь, 1989. - С.80, 86). В свою очередь Тмакс определяется наивысшей температурой среди температур Тмакс i, областей второго типа проводимости:

; i=1, …, N.

Локальные максимумы температуры приходятся на геометрические центры областей второго типа проводимости (Захаров А.Л., Асвадурова Е.И. Расчет тепловых параметров полупроводниковых приборов: Метод эквивалентов. - М.: Радио и связь, 1983. - С.10-12, 31-42). Значения Тмакс i определяются геометрией области второго типа проводимости, а также степенью близости внешних источников тепла, т.е. соседних областей второго типа проводимости, характеризующихся, например, расстоянием между геометрическими центрами трапеций.

Геометрический центр равнобедренной трапеции располагается на расстоянии (Жуковский Н.Е. Теоретическая механика: учебное пособие для вузов / Н.Е.Жуковский. - 2-е изд. - М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1952. - С.210):

от большого основания трапеции. Здесь а и b - длины большого и малого оснований трапеции, h - ее высота. При чередовании верхних и нижних оснований трапеций на краю образованной ими полосы геометрические центры трапеций смещаются по вертикали на расстояние Δу=h-2Н, что приводит к уменьшению теплообмена между областями второго типа проводимости и уменьшению Тмакс i и Тмакс и дает возможность увеличить P1 до значения, при котором достигается исходное предельное значение Тмакс.

Увеличение P1 до значения, соответствующего предельному значению Тмакс, может быть также достигнуто путем уменьшения расстояния между смежными областями второго типа проводимости, вплоть до восстановления исходного расстояния между геометрическими центрами трапеций, т.е. за счет сокращения площади S транзисторной структуры или размещения на площади S дополнительных областей второго типа проводимости и, тем самым, увеличения Sa.

В обоих случаях обеспечивается увеличение съема полезной мощности с единицы площади полупроводниковой структуры.

На фиг.1 изображена заявляемая мощная полупроводниковая структура, вид сверху.

Мощная полупроводниковая структура включает в себя область первого типа проводимости 1 длиной W и шириной D, внутри которой располагаются области второго типа проводимости 2 в форме равнобедренных трапеций с длинами больших и малых оснований соответственно а и b и высотами h. Расстояние между смежными боковыми сторонами соседних трапеций обозначено как Δ, а длина полосы, образованной областями второго типа проводимости, - d. Жирной пунктирной линией показан отрезок G1G2, соединяющий геометрические центры первой и второй областей 2 в их ряду.

Очевидно (фиг.1):

D=h+2ε,

W=d+2ε,

где ε - технологический параметр.

При чередовании верхних и нижних оснований трапеций на краю образованной ими полосы с учетом выражения (1):

Прирост расстояния между геометрическими центрами соседних трапеций за счет чередования оснований трапеций:

или

где Δ* - расстояние от края большого основания трапеции до проекции на данный край полосы смежного края большого основания соседней трапеции, обеспечивает уменьшение теплового взаимодействия между областями 2 и, тем самым, снижение величин Тмакс i (i=1, …, N) и Тмакс.

Достижение исходной величины Тмакс может быть осуществлено за счет уменьшения расстояния Δ на величину δ<ΔG1G2, приводящего к уменьшению d, соответственно - W (максимум - на N·ΔG1G2), и площади S, или за счет размещения в пределах ширины d дополнительных областей 2, что приведет к увеличению Sa и соответственно P1 или повышению P1 за счет увеличения выходного тока. Во всех трех случаях увеличивается отношение P1/S.

Мощная полупроводниковая структура, содержащая ряд окруженных со всех сторон областью первого типа проводимости областей второго типа проводимости в форме вписанных в прямоугольники трапеций с параллельными высотами и монотонным убыванием ширины каждой от большого основания к малому, образующих разделенную на фрагменты полосу, ограниченную по ширине основаниями трапеций, а по длине - боковыми сторонами крайних трапеций, отличающаяся тем, что, по крайней мере, в части ряда верхние и нижние основания трапеций у края полосы чередуются.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области мощных высоковольтных приборов и может быть использовано для создания элементной базы преобразовательных устройств. .

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть применено в конструкциях мощных СВЧ-полупроводниковых приборов. .

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть применено в конструкциях мощных СВЧ полупроводниковых приборов. .

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть применено в конструкциях мощных СВЧ полупроводниковых приборов. .

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к биполярным мощным генераторным СВЧ-транзисторам. .

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть применено в конструкциях мощных полупроводниковых приборов

Изобретение относится к электронным компонентам микросхем

Использование: для изготовления БСИТ-транзистора с охранными кольцами. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют формирование в полупроводниковой подложке на эпитаксиальном обедненном слое первый тип проводимости, формирование защитного фоторезистивного слоя, формирование карманов первого типа проводимости, формирование области затвора, формирование охранной области, формирование области затвора в уже сформированной охранной области, формирование затворной области диффундированием реагента первого типа проводимости, формирование окон второго типа проводимости, формирование истоковой области, нанесение третьего слоя фоторезиста, формирование омических контактов к истоковой области, особое напыление нескольких слоев металлов на обратную сторону пластины, а также другие операции способа, позволяющие изготовить БСИТ-транзистор с охранными кольцами. Технический результат: получены БСИТ-транзисторы с повышенным значением пробивного напряжения. 1 ил.
Наверх