Биполярный свч-транзистор

 

! Pr

О П И-С - А- Н- И- Е <, 65013)

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТ©РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03.05.76 (21) 2203320 18 25 (51) M. Кл. с присоединением заявки № (23) Приоритет

Н 01L 29/70

Гооудеротеенный коинтет

СССР оо делам нзобретеннЯ н открытий

Опубликовано28.02.79Бюллетень № 8 (53) УДК 621.382 (088.8) Дата опубликования описания 02.04.79 (72) Авторы изобретения

Б. А. Головко и А. С. Тагер (71) Заявитель (54) БИПОЛЯРНЫЙ СВЧ ТРАНЗИСТОР

Изобретение относится к биполярным транзисторам диапазона высоких и сверхвысоких частот. Одним из основных путей развития полупроводниковой электроники СВЧ является повышение рабочих частот транзисторов.

Известны биполярные транзисторы, позволяющие эффективно усиливать сигналы в СВЧ-диапазоне до частот 6-8 Гц (1) .

Наиболее близким техническим реше кием к предлагаемому является биполяр« ный СВЧ транэистор, содержащий области эмиттера, базы и коллектора с металлическими электродами и объединенный слой коллекторного перехода !.21. В данном транзисторе с малыми индуктивностями выводов, малой толщиной базы и малой шириной эмиттерного перехода предельная частота т ограничивается временем пролета носителей тока через объединенный слой коллекторного переходами .

Уменьшение С путем уменьшения тол-, щины исходной эпитаксиальной пленки и увеличения концентрации легирующей примеси приводит к уменьшению пробивного напряжения коллекторного р-и-перехода и росту удельной емкости коллектора С!,, что снижает мощность, коэффициент уси ления транзистора и максимальную час

5 тоту усиления f

Ъ 4 ф

max 6 Qk )

Цель предлагаемого изобретения— увеличение предельной частоты усиления по току, максимальной частоты усиления по мощности и уменьшение удельной ем« кости коллектора.

Она достигается тем, что в биполярном

СВЧ-транзисторе объединенный слой коллекторного iiepexona выполнен из четного числа слоев двух полупроводниковых материалов, расположенных в чередую щейся последовательности, причем отношение дрейфовой скорости насыщения носит лей заряда к диэлектрической проницаемости в них удовлетворяет соотношению v /c (v ta где  Š— цттзлектрические проницае1 2 мости слоев;

6501 31 — дрейфовые скорости насы1) 2 щения.

На чертеже приведена конструкция такого планарного р-и-т ранзистора и приняты следующие обозначения: 1— эмиттерная область; 2 — базовая область; 3 - чередующиеся коллекторные слои с различными С; 4 - низкоомная подложка; 5, 6 ° 7 - эмчттерный, базовый и коллекторный электроды соответственно; 8- диэлектрическая пленка.

Ti.оретический .анализ показал, что использование коллектора со слоистой структурой позволяет значительно ослабить пролетные эффекты в коллекторной области, снижающие предельную частоту Ф . Как известно, неблагоприятное действие пролетных эффектов связано с уменьшением наведенного высокочастотного тока в цепи коллектора 3и при увеличении времени „и углами =ьЛ, пролета носителей заряда через объединенный слой коллекторного р-п-перехода.

B известных конструкциях транзисторов, в которых коллектор выполнен из одного полупроводникового материала, наведенный ток 3Н пропорционален пролетному множит елю быстро уменьшающимся от 1 до 0 при возрастании угла д от нуля до 2 . Если же объединенный слой коллектора за» нимает область, включающую )т полупроводниковых слоев, различающихся значениями диэлектрической проницаемости, то, как показывает теоретический айализ, зависимость наведенного в коллекторной цепи тока от углов пропета элект. ронов в этих слоях Я;определяется множителем м „(а) = к xl(k p((U ii„) 2 2

Вираже „) ) (g) к 1)1 (у где 9t =W t t - угол пролета носителей тока через слой полупроводника с дизпектрической проницаемостью Е; .

Формула (2) выведена для случая, когда электрическое попе в объединенной коллекторной области достаточно велико (E3 Ю к6)сй) для того, чтобы обеспечить насыщение скорости дрейфа носителей тока Ч; Ч ;, 1 (n

Я!

MÄ(8)=2 р — l{E (-i) coskQ)+

14

+ {,Н) sinkQ) ) При

2 1- /Е г (4) Таким образом, в многослойном коллекторе с определенными толшинами слоев, соответствующими равным углам пролета Ч Jl., пролетный множитель оказы- . вается независящим от числа и tl слоев, т. е. от толщины объединенного слоя коллекторного р-п-перехода. Величина пролетного множителя возрастает с увеличением разницы значений диэлектрических постоянных полупроводниковых слоев, приближаsea z. М = 2 д при Е »Е Полупроводнкковые материалы, из которых формируется многослойный коллектор, могут различаться не диэлектрическими постоянными, а значениями насыщенных скоростей дрейфа носителей заряда.

Если, например,Ст= Г С, но Ч (Vz. то при равенстве углов йролета Ц Q =Д .

2 пролетный множитель определяется выражением

iki„(g)- . ({Е (-1) cps k0) i,/ g rп

3 ()/ no (» о

У.

+ {Е (1) sinks) j (Ь) или при ф Ж

hh„(St)1+ V j y

В общем случае V < V (<

1 д 1

При заданных рабочей частоте м, толщине l объединенной коллекторной области и интервале изменения диэлектрической проницаемости С . = (.. и C =C птж 1 Illtk}t 2 наибольшее значение множитель М принимает для многослойной структуры, сос.тавленной из чередующихся слоев двух полупроводниковых материалов с диэлектрическими проницаемостями С и С

Ip и толшинами, обеспечивающими равенство углов пролета носителей тока через каждый слой. 1) 9 =4 . В этом случае

2 формула (2) дает

650131

2 /2

+ (Kl-

k=(> (8) V,Åã

12 2 1 м (М=— а,+" г 2,.

Примером полупроводниковых материалов, из которых может быть изготовлен пред-. лагаемый многослойный коллектор, могут служить арсенид галлия и твердый раствор арсенида галлия и арсенида алюминия.

В первом насыщенная скорость электронов составляет около (0,8-1).10 .см/сек, во втором (при содержании арсенида галлия около 60%) — около 0,3 10" см/сек.

Значения диэлектрической постоянной в обоих материалах примерно равны. Параметры кристаллической решетки обоих

75 материалов близки друг к другу, поэтому на границах слоев при их эпитаксиальном выращивании дефекты структуры не возникают.

Таким образом, использование много30 слойного коллектора, составленного из нескольких слоев полулроводниковых материалов, различающихся значениями ди-. электрической постоя ной или насыщенз ной скорости дрейфа носителей заряда или в общем случае значениями отношения насьнценной скорости дрейфа носителей заряда к диэлектрической проницаемости материала, позволяет значительно увеличить толщину слоя объемного заряда, не уменьшая величину наведенного тока, а следовательно, и усиления транзистора по току. Это дает возможность существенно снизить удельную емкость коллекторного перехода С, а слек . довательно, увеличить предельную частоту f (вследствие уменьшения времет ни задержки Г„Й= Рд С„, 6"- сопротивление базы), максимальную частоту усиления по мощности f f /С„и коэфЧ2 фициент усиления по мощности Х т /e

Вместе с тем увеличение толщины коллекторного слоя объемного заряда повышает пробивное напряжение коллектора, следовательно, и максимальную полезну мощность транзистора.

Отдельные слои, составляющие коллекторную область, могут иметь как одинаковый тип проводимости (например, и-тип в п-р-п-транзисторе), так и различные типы проводимости (и- или р) при условии, что коллекторный слой, примыкающий к базовому слою, имеет противоположный последнему тип проводимости. Концентрация примеси во всех слоях коллектора должна быть не слишком высокой, чтоб < прп рабочем потенциале коллектора обедненная область захватывала все слои коллекторного перехода.

Формула изобретения

Биполярный СВЧ транзистор, содержащий области эмиттера, базы и коллектора с металлическими электродами и объединенный слой коллекторного перехода, отличающийся тем,что,с целью увеличения предельной частоты усиления по току, максимальной частоты усиления по мощности и уменьшения удельной емкости коллектора, объединенный слой коллекторного перехода выполнен из четного числа слоев двух полупроводниковых материалов, расположенных в чередующейся последовательности, причем отношение дрейфовой скорости насыщения носителей заряда к диэлектрической проницаемости в них удовлетворяет соотношению .

/ г > где Ь,,й, - ди;лектрические проницаемости слоев;

Ч,,У вЂ” скорости насыщения носителей заряда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 3826956, кл. 148-33.2, 1976.

2. Волцит В. В. и др. Малошумящие

ВЧ- и СВЧ транзисторы. "Полупровод никовые приборы и их применение, 1971 вып. 25.

Составитель О. Федюкина

ТехредН. Бабурка Корректор A. Кравченко

Редактор Б. Павлов

Заказ 2270/4 Тираж 922 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж 35, Раушскзя наб., д. 4/5

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

11 г

Е1