Униполярный транзистор

 

ОП ИСА

ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИД

Союз Советских

Социалистических

Реслублик (61) Дополнительное к авт. св (22) Заявлено 09.08.76 (21) с присоедииеиием заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано Од О8 78 (45) Лата опубликования они!

)/7с>

Государственный квинтет

Совета Мнннстроа СССР по делам нзобретеннй н открытий 1.3(. 2

088.8) (72) Автор изобретении

А. С. Тагер (71) Заявитель (54) УНИПОЛЯР11ЫЙ ТРАНЗИСТОР

Изобретение относится к полупроводниковым триодам, предназначенным для усиления и генерации электромагнитных колебаний.

Известен планарный полевой (униполярный) транзистор, который состоит из пластины попупроводника одного типа проводимости, на одной из поверхностей которого расположены три электрода - исток, затвор и сток. 10

Электрод затвора может быть либо отделен от поверхности пластины диэлектрической пленкой (транзистор с изолированным затвором либо образовывать с этой поверхностью барьерный контакт (транзисторы с 15 берьером Шоттки или с р-тт-переходом), причем затвор смешен к истоку и расстояwe между ними меньше, чем расстояние от затвора до стока.

Униполярные (нолевые) транзисторы 20 относятся к наиболее перспективным высокочастотным полупроводниковым приборам.

Известны полевые транзисторы на >сиенце галлия с максимальной частотой усиления, лежашей в коротковолновой части свити-з5

2 метрового диапазона длин волн. Однако в известных конструкциях полевых транзисторов повышение рабочего диапазона частот достигается за счет уменьшения ширины затвора и межэлектродных расстояний истокзатвор и затвор-сток. Это неизбежно ведет к снижению рабочего напряжения (до еди,ниц вольт в наиболее высокочастотных приборах) и мошности питания транзистора, а также к увеличению паразитных межэлект— родных емкостей. В результате ограничиваются полезная .мошность и динамический диапазон транзисторов, а также максимальная частота усиления.

5ля того, чтобы обойти .эту трудность и увеличить расстояние между электродами транзистора предлагалось испольяовать кт нарастания волн пространственного заряда в материале с отрицательной дифференциальной проводимостью (OQIl) типа арсенида галлия.

Известны несколько конструкций таких транзисторов с бегушей волной. Наиболее близким техническим решением является униполярный транзистор на пленке арсенида

5,>гОЗЗ галлия. Он представляет собой пластинку полупроводника и распопоженпые на ее поверхности три коппанарные метаппические электрода — исток, затвор и сток.

Усипиваемый сигнал, подаваемый между истоком и затвором, залает начапьную модуляцию потока носитепей заряда, которая усиливается на участке дрейфа между затвором и стоком вследствие отрицатель. ной подвижности носителей.

В этом транзисторе по сравнению с обычными унипопярными транзисторами зна читепьно увеличено (до нескольких десятков вольт) рабочее напряжение и уменьшены межэлектродные емкости, обуспавпивающие паразитную обратную связь между входом и выходом усипитепя. Однако, несмотря на повышенное рабочее напряжение выходная мощность и динамический диапазон транзистора с бегущей волной невелики — не выше чем у обычных унипопярных транзисторов, а КПЛ ниже. Увеличение расстояния истоксток и разности потенциадов между ними в известных транзисторах с бегущей вопной по сравнению с обычными униполярными транзисторами не приводит к повьппению мощности и динамического диапазона этих приборов. Кроме того, транзисторы с бегущей вопной имеют и ряд других недостатков . дпя их создания могут быть использованы только материапы с OlE (арсенид галлия, фосфид индия), максимадьное усиление ограничено явпением доменной неустойчивости в полупроводниках с OHH и т. и.

Цепью изобретения является создание унипопярного транзистора с повышенными попезной мощностью, динамическим диапазоном и максимальной рабочей частотой.

В предлагаемой конструкции испопьзуется эффект увеличения эффективности взаимодействия носителей тока с высокочастотным электрическим попем при периодической пространственной модуляции этого попя в промежутке между эпектродамц Это достигается тем, что в унипопярном транзисторз с коппанарными электродами на поверхности попупроводника между затвором и стоком периодическая структура с шагом равным произведению насьпценной скорости носитепей тоха на период колебаний соответствующей центральной частоте рабочего диапазона.

Причем периодическая структура может быть выпопнена в виде паралпепьных лиэпекч рических попосков ипи в. виде параллельных метаппических попосков ипи в виде металлических попосков изолированных от поверхности попупроводника диэлектриком.

М

Один из вариантов предлагаемой конструкции представлен на чертеже.

Он содержит низкоомный слой попупроводника -типа 1, сформированный у поверхности высокоомной полупроводниковой п1IGcтины 2 . Ha поверхности споя распопожены три метаишческие электрода истока 3 стока 4 и затвора 5. Лля улучшения омнческого контакта электрода истока с пластиной под этим эпектродом сформирован спой полупроводника с повышенным уровнем пегирования n .. Электрод затвора 5 сдвинут в сторону истока, так что расстояние межлу истоком и затвором значитепьно меньше, чем расстояние от затвора до стока. Между последними двумя эпектродами на поверхности полупроводникового слоя 1 расположена периодическая диэлектрическая структура

6. Периодическая структура может иметь разпичную конфигурацию. В варианте конструкции, показанном на чертеже заявки, эта структура выполнена в виде набора узких диэлектрических полосков, шириной образующих на поверхности ппастины периодичес - кую структуру с шагом 2f., причем отношение этого шага к насьпленной скорости носителей тока в попупроводнике O равня1 ется периоду Т вЂ” высокочастотных

fo копебаний, соответствующему центрапьной юастоте рабочего диапазона f и не зависит от попного угла пропета носителей заряда в высокочастотном поле 9 р. =П,который может намного превысить

2С

Существенно, что в отличие от явпения нарастания волн пространственного заряда в полупроводниках с ОЛП, испопьзуемых в прототипе, описанный эффект может быть реализован во всех попупроводниковых материапах, применяемых для изготовления транзисторов, в широком интервале эпектрическнх попей, превышающих 3-5 кв/см, при которых дрейфовая скорость носителей заряда насыщается.

Возможность увеличения зазора между затвором 5 и стоком 4 транзистора (см. чертеж) обеспечивается периодической модупяцией высокочастотного электрического попя вдоль поверхности эпитаксиапьной пленки 1, в которой движутся носитепи заряда.

Модуляция электрического попя создается периодической диэлектрической структурой

6, расположенной на поверхности попупроводника между затвором и стоком. Периодическая диэлектрическая структура может иметь разпичнуюконфигурацию, например (см. чертеж) 5eV О;33

Во всех конструктивных вярияитя предлагаемого транзистора, которьп манж<.г быть назван транзистором с модупицией попя (трампистор) усипиваемьгй сигнал подается между истоком и затвором, я угипенный сигнал снимается пибо между истоком и стоком (вкпючение c бшим истоком), либо между стоком и затвором (вкшочеиие с обшим затвором). В этом отношении трампистор сушественно отпичяетс» от транзистора с бегушей волной, и подобен обычным полевым транзисторам, Поэтому в отличие от прототипа в предлагаемом транзисторе увеличение расстояния затворсток и рабочего напряжения транзистора достигается без потери КПД, который остается столь же высоким кяк у обычных полевых транзисторов, и спедовятепьно, сопровождается существенным увеличением динямического диапазона и выходной мошности приборов. Вместе с тем предлагаемая конструкция сохраняет достоинства прототипа в части сушественного снижени» межэпектродных емкостей, позвопяюшего увепичить pdбочую частоту транзистора. ц

Я»3 =2й— 4 0

В качестве материала дпя периодической диэлектрической структуры могут быть выбраны различные диэлектрики с достаточно вы-i 15 соким значением диэлектрической проницаемостью 64, превышвюгцей диэлектрическую проницаемость попупроводника Яд .. Расчет показывает, что глубина модуляции поля, может быть оценена по формуле

ƻ — 1+1 — )

ЬЕ 6„

Е

Если в качестве диэлектрика использовать высокоомный образец того же полупроводникового материала, из которого сделана рабочая часть транзистора, то a4(5 « / .

11пя эффективной работы транзистора желательно иметь > ипи согласно 5, 0пя кремния и арсенида галлия Kn.- 11-12/;Я, @ -- проницаемость ввккума) так что следует брать диэлектрик с 25. B частности могут быть испопьй зсчяны диэлектрики типа титаната бария, титаната стронция и т. и., имеющие большие (Ф 1 0 ) значения относительной диэлектрической проницаемости Однако для достижения .желаемого эффекта столь высокие значения диэлектрической проницаемости не обязательны; вполне, достаточны диэлектрики с Q/66 3+5, так какуже при таких 6у пролетный множитель (3) оказывается достаточно близким к максимальному значению "r),rrù„» . Следует отметить, что, поскопвку, при Ь Й > 5 пролетный множитепь, а, следовательно, .и характеристики транзистора слабо зависят от вепичины диэлектрической проницаемости диэлектрика, то температурная и другие нестабильности параметров диэлектрика практически не ухудшают стабильность усилительных свойств транзистора.

Йпя модуляции электрического поля в попупроводнике могут использоваться не только диэлектрические, но и другие периодические структуры, расположенные вдоль поверхности попупроводника. т

Возможен вариант предлагаемой конструк- н ции с металлической периодической структурой. 60 л

30 1. Униполярный транзистор с модуляцией поля, содержаший пластинку попупровошгикя и расположенные на ее поверхности три коиланврные металлические электроде-исток, затвор и сток, о т и и ч а ю ш и и с я

З5 тем, что с целью увеличения попезной мошности динамического диапазона, на поверхности полупроводниковой пластины между затвором и стоком рвспопоженя периодическая структура с шагом, равным произведе,нию нвсьпценной скорости носителей тока ня период копебяний соответствуюшей центральной частоте рабочего диапазона.

2. Транзистор по и. 1, в котором упочя45 нутая периодическая структура выполнена в виде параллельных диэлектрических попосков, расположенных на поверхности полупроводниковой пластины.

3. Транзистор по и. 1, в котором упомяйутая периодическая структура выпопненя

Ъ виде параллельных металлических попосков, расположенных на поверхности полупроводниковой пластины.

4, Транзистор по пп, 1 и 3, в коором металлические полоски изопировяы от поверхности полупроводника пиэектриком.

5 в виде набора узких диэлектрических попосков шириной (, размещенных параллельно друг другу нв поверхности эпитаксивпьйой пленки. Период диэлектрической структуры, равный 2t., выбирается равным периоду пространственной модуляции дрейфуюшего потс кв носителей заряда на центральной частоте Фв рабочего диапазона.

Форму па изобретения

Составитель G, Федюкина

Редактор P. Киселева Техред Э. Чужик Корректор Е. Панн

Заказ 1159/52 Тираж 960 Подписное

0ИИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по. делам изобретении и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4