Полевой триод

 

1I I)435742

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СОЮЗ COgeTI;IIIIII

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авг. свпд-ву (22) Заявлено 02.10.72 (21) 1832111/26-25 с присоединением заявки,М" (51) М. Кл. с

H 01L 11/14

Опубликовано 30.07.82. Бюллетень No 28

Дата опубликования описания 30.07.82 (53) УДК 621.382.3 (088.8) ло делам изооретеиий и открытий (72) Авторы изобретения

А. И. Куртайкин и Э. A. Матсон (71) Заявитель (54) ПОЛЕВОЙ TP ИОД

ГосУааРстееииый комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, а именно к полевым триодам с вертикальным каналом.

Известен полупроводниковый полевой планарный триод с вертикальным каналом, имеющий области затвора, истока и стока.

Существенным недостатком известных полевых триодов является низкий коэффициент усиления, ограничивающий рабочий диапазон полевых триодов областью малых напряжений, а следовательно, и токов за-творов.

Цель изобретения — расширить диапазон работы по тону и повысить коэффициент усиления.

Для этого кратчайшее расстояние между областями истока и стока меньше диффузионной длины неосновных носителей заряда в области затвора. Кроме того, длина канала больше кратчайшего расстояния между областями истока и стока.

На чертеже схематично показан предлагаемый полевой планарный триод.

Триод содержит подложку 1 из кремния

II-типа проводимости с удельным сопротивлением 12,5 Ом.см, являющуюся стоком; область затвора 2 р-типа проводимости, выполненную диффузией бора в кольцевое окно (с внутренним диаметром 28 мкм и наружным 300 мкм) в выращенном пред.варительно термическом окисле 3. Толщина диффузионного слоя составляет 17—

17,5 мкм, боковая глубина диффузии—

12,5 мкм при величине поверхностного сопротивления 280 — 300 Ом/П. Область 2 образует с подложкой 1 р-и-переход 4, а боковая внутренняя поверхность области 5 затвора 2 окружает часть подложки, явл»ющуюся каналом 6. Кроме того, триод со10 держит область 7 и-типа, являющуюся истоком, выполненную диффузией фосфора на глубину 10 мкм при поверхностном сопротивлении 10 — 15 Ом/П в кольцевое окно в окисле с наружным 200 мкм и внут15 ренним 50 мкм диаметрами (на чертеже внутренний диаметр окна показан пунктиром). В процессе изготовления области истока 7 толщина диффузионного слоя области затвора увеличивается до 18,5 — 19 мкм, 20 а боковая диффузия — до 13 мкм. Последующей диффузией фосфора (поверхностное сопротивление 1 — 2 Ом/U, глубина диффузии 1 мкм) в окно диаметром

120 мкм в окисле 3 (на чертеже показано

25 .штрих-пунктиром) и нижнюю поверхность подложки сформированы подконтактныс высоколегированные области 8 и 9 соответственно к областям истока и стока; алюминиевые контакты 10 — 12 соответственно к областям стока, затвора и истока, 435742

Результирующее расстояние Ф" между горизонтальными участками 13 и 14 р-пперехода 4 составляет 6 — 5,5 мкм при эффективной диффузионной длине L электро,нов в области затвора 2, равной 10—

12 мкм. Ширина канала 6 составляет 2 мкм при толщине области 5 пространствешюго заряда р-п-перехода, равной 1,4 мкм. 11оэтому канал при отсутствии смещения на затворе перекрыт областью 5 обьсмпого заряда р-и-перехода затвора 2. 11ри подаче прямосмещающего р-и-переход 4 напряжения на контакт ll затвора 2 относительно контакта 12 истока i канал расширяется за счет сужения области 5 пространственного заряда перехода 4. 11ри этом сопротивление канала току в выходной цепи сток 1 — исток 7 при положительном смещении контакта 10 относительно контакта

l2 уменьшается.

11рямосмещающее р-п-переход 4 напряжение затвора, близкое по величине к диффузионному потенциалу (0,6 — 0,8 В), значительно снижает сопротивление участка

13 перехода. 1 ак как область истока 7 более легирована, чем область затвора 2, то из области истока 7 в область затвора 2 через участок 13 перехода 4 инжектируются электроны. Являясь неравновесными носителями в области затвора 2, электроны движутся в основном за счет диффузии к обратно-смещенному напряжением между контактами 8 и 10 участку 14 перехода 4.

Здесь электроны собираются участком l4 как коллекторным переходом. Высокая эффективность переноса электронов, инжектированных из области истока 7 (как эмиттера) в область затвора 2 (как базы), достигнута выполнением кратчайшего расстояния 1V между участками 13 и 14 менее диффузионной длины L электронов в области 2, В результате ток в цепи контактов 10—

12 при напряжении на затворе, близком по величине к диффузионному потенциалу участка 13 р-п-перехода 4, носит преимущественно диффузионный характер и возрастает с увеличением напряжения за.твора.

Соотношение диффузионного и канального токов в пользу диффузионного для заданного напряжения на затворе при В

4 — области затвора 2 — участка 14 перехода 4 по сравнению с сопротивлением канала.

Ширина канала 6 соответствует толщине слоя пространственного зарядар-п-перехода затвора и составляет величину от десятых долей до единиц микрометров в зависимости от удельного сопротивления подложки.

20 Э .Э

Так, наиболее эффективно работает триод при ширине канала не более двух толщин области пространственного заряда р-п-перехода затвора при отсутствии напряжения на нем.

Для изготовления триода используют высокоомные подложки, удельное сопротивление которых больше 6 Ом.см. (1овышение коэффициента усиления по току достигается IlpH длине канала, раппов кратчайшему расстоянию между истоком и стоком.

Существенное улучшение характеристик устройства достигается, если длина канала превышает кратчайшее расстояние между областями истока и стока. 11ри этом повышается эффективность инжекции из области истока в область затвора и эффективность переноса неосновных носителей заряда в области затвора за счет повышения градиента концентрации примесей в р-п-переходе исток — затвор и дрейфового статического ускоряющего поля в затворе.

Благодаря повышению коэффициента усиления с ростом прямого смещения на затворе достигается повышение работоспособности полевых триодов при больших токах затвора, как у биполярных транзисторов. При этом не снижается коэффициент усиления при работе с малыми прямыми ,смещениями затвора.

В этом случае коэффициент передачи по току через исток — область затвора— сток очень мал из-за низкого коэффициента инжекции перехода исток — затвор при малых напряжениях на нем. Перенос носителей заряда осуществляется при этом преимущественно через канал, как в известных полевых триодах.

Предлагаемый триод изготовляют применением планарно-эпитаксиальной и диффузионной технологии и используют в схемах с биполярными транзисторами при работе как на малых, так и на больших токах.

Ф ор мул а изобретения

1. Полевой триод с вертикальным кана. лом, площадь сечения которого меньше площади обмотки истока (стока), о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона работы по току и повышения коэффициента усиления, кратчайшее расстояние между областями истока и стока меньше диффузионной длины неоснов. ных носителей заряда в области затвора.

2. 1риод по п, 1, отличающийся тем, что длина канала больше кратчайшего расстояния между областями истока и стока, 435742

Техред А. Камышникова

Корректор Т. Трушкин»

Редактор М. Кузнецова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1022/13 Изд. № 185 Тираж 883 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5