Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР - Патент РФ 2045111
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в полупроводниковой технике при создании запираемых и комбинированно-выключаемых тиристоров, а также биполярных транзисторов. Сущность изобретения: в полупроводниковом приборе высокопроводящие участки сформированы внутри базового слоя регулярно на глубине не менее ширины области объемного заряда эмиттерного перехода и толщиной не более разности между расстоянием от поверхности участков, обращенной к эмиттерному переходу, до коллекторного перехода и шириной его области объемного заряда. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2045111
Класс(ы) патента: H01L29/73
Номер заявки: 5022843/25
Дата подачи заявки: 08.01.1992
Дата публикации: 27.09.1995
Заявитель(и): Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе
Автор(ы): Грехов И.В.; Костина Л.С.; Белякова Е.И.
Патентообладатель(и): Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе
Описание изобретения: Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано при создании запираемых и комбинированно-выключаемых тиристоров, а также биполярных транзисторов.
Известна конструкция тиристорa, в базе которого на границе с управляемым эмиттером выполнены диффузионным способом произвольно расположенные участки толщиной не более толщины самой базы того же, что и база, типа проводимости, с повышенным хотя бы на порядок относительно базы уровнем легирования.
Недостатками такой конструкции являются малое напряжение пробоя управляемого эмиттера в местах расположения высокопроводящих участков и, следовательно, невозможность существенного уменьшения времени выключения, а также невозможность увеличения выключаемой мощности из-за невозможности увеличения количества элементарных ячеек без потери рабочей площади прибора.
Наиболее близким к изобретению является полупроводниковый прибор, управляемый по базе, содержащий эмиттер, коллектор и базу с регулярно расположенными высокопроводящими участками, которые выполнены диффузионным путем под эмиттерными элементами. Размеры участков не превышают размеров эмиттерных элементов, а толщина не более толщины базы.
Недостатками известных конструкций и приборов являются невозможность получения высокого напряжения пробоя управляемого эмиттера из-за высокой проводимости сильнолегированных участков, расположенных на границе с эмиттером, и, следовательно, невозможность уменьшения времени выключения и увеличения выключаемой мощности.
Задачей изобретения является создание полупроводникового прибора с уменьшенным временем выключения при одновременном увеличении выключаемой мощности. Для этого в полупроводниковом приборе, содержащем эмиттер, коллектор и базу с регулярно расположенными высокопроводящими участками, высокопроводящие участки выполнены толщиной не более разности между расстоянием от поверхности участков, обращенной к эмиттерному переходу, до коллекторного перехода и шириной его области объемного заряда, а расстояние от поверхности высокопроводящих участков, обращенной к эмиттерному переходу, до эмиттерного перехода не менее ширины области объемного заряда эмиттерного перехода.
Эмиттер может быть выполнен в виде монокристаллической кремниевой пластины.
На фиг. 1 представлен полупроводниковый прибор; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.
На фиг.1 показаны управляемый эмиттерный переход 1, монокристаллическая кремниевая пластина 2 базы, высокопроводящие участки 3 внутри базы, часть 4 базы между высокопроводящими участками и коллекторным p-n-переходом прибора и коллекторный переход 5.
Суть предлагаемой конструкции состоит в том, что высокопроводящие участки, используемые для уменьшения сопротивления базы выключающему току, выполнены не на границе управляемого эмиттера и базы, а внутри базы на глубине не менее ширины области объемного заряда эмиттерного перехода и толщиной не более разности между расстоянием от поверхности участков, обращенной к эмиттерному переходу, до коллекторного перехода и шириной его области объемного заряда. Благодаря выполнению первого условия возникает возможность формирования управляемого эмиттерного перехода с высоким напряжением пробоя (на 1-2 порядка выше, чем в известных технических решениях). Благодаря выполнению второго условия обеспечивается высокое рабочее напряжение прибора при уменьшении в нем времени выключения и увеличении выключаемой мощности. Верхняя граница глубины формирования высокопроводящих участков и нижняя граница толщины высокопроводящих участков определяются из условия обеспечения высокого коэффициента передачи верхнего транзистора полупроводниковой структуры из общеизвестных зависимостей. Ширина и расстояние между участками также выбирается из общепринятых соображений. Высокопроводящие участки выполнены либо за счет локальной диффузии примеси с концентрацией на 1-2 порядка превышающей исходную концентрацию в базе, либо из поликремния или металла. В предлагаемой конструкции эмиттер выполнен сплошным, база на границе с эмиттером также сплошной (высокопроводящие участки внутри базы), и напряжение лавинного пробоя управляемого эмиттера определяется только удельным объемным сопротивлением и толщиной базы между эмиттерным переходом и высокопроводящими участками. При этом обеспечивается не только высокое напряжение пробоя, но и увеличение рабочей площади прибора, т.е. достигается положительный эффект.
Эмиттер в предлагаемой конструкции может быть получен диффузией примеси, эпитаксией или методом прямого соединения.
В известных решениях высокопроводящие участки выполнены на границе управляемого эмиттера и базы. Эмиттер представляет собой либо набор мелкодисперсных ячеек, окруженных базовой областью, либо является сплошным, с выполненными в нем высокопроводящими участками базы. Недостатком известных решений является невозможность получения высокого напряжения пробоя управляемого эмиттера из-за высокой проводимости сильнолегированных участков. В отличие от известных в предлагаемом решении высокопроводящие участки сформированы внутри базы на определенной глубине и определенной толщины, а эмиттер выполнен сплошным.
В предлагаемом изобретении обеспечивается высокое напряжение пробоя управляемого эмиттера, так как исключено влияние высокопроводящих участков на величину напряжения пробоя, и увеличена рабочая площадь прибора, что приводит к увеличению мощности и уменьшению времени выключения.
Предлагаемая конструкция лежит в основе как запираемого и комбинированно-выключаемого тиристора, так и транзистора.
Полупроводниковый прибор работает следующим образом.
При подаче на прибор прямого смещения благодаря его конструктивным особенностям инжекция неосновных носителей заряда в базу осуществляется по всей площади сплошного эмиттера. Перенос заряда через базу обеспечивается соответствующим выбором глубины высокопроводящих участков в базе, их шириной, расстоянием между ними, толщиной и расстоянием их до коллекторного перехода. При подаче отрицательного смещения на управляющий электрод запирающий ток, протекающий по высокопроводящим участкам в базе, обеспечивает быстрое выведение накопленного заряда благодаря малому сопротивлению этих участков и высокому напряжению пробоя управляемого эмиттера. Величина выключаемой мощности при этом определяется фактически площадью прибора.
П р и м е р. Согласно предлагаемому изобретению был изготовлен запираемый тиристор с рабочей площадью S ≈ 1 см2 по следующей технологической схеме:
1. Изготовление p-n-p-структуры в полированной пластине кремния n-типа с ρv 80 Ом.см путем диффузии галлия χ ≈ 15 мкм с поверхностной концентрацией примерно 1018 см-3.
2. Изготовление на одной из сторон p-n-p-структуры высокопроводящих участков шириной 30 мкм, длиной 100 мкм, расстоянием между участками примерно 100 мкм и толщиной участков примерно 5 мкм методом локальной диффузии бора до концентрации примерно 1020 см-3.
3. Сращивание (Silicon Direct Bonding) p-n-p структуры с полированной монокристаллической кремниевой пластиной p-типа с ρv 10 Ом.см.
4. Сошлифовка полученной после сращивания структуры со стороны монокристаллической пластины до общей толщины базы примерно 40 мкм (формирование базы).
5. Изготовление управляемого эмиттера путем диффузии фосфора в базовый p-слой на глубину примерно 10-12 мкм.
В полученной структуре глубина высокопроводящих участков составляет примерно 25-30 мкм, толщина 5 мкм, расстояние от их поверхности до коллекторного перехода 15 мкм. Интегральное удельное сопротивление 1 см длины p-базы составило при этом величину, примерно равную 2.10-3 Ом.см. Напряжение пробоя управляемого эмиттера примерно 140 В. Величина выключаемого анодного тока составила при этом примерно 400 А, что почти в 1,5 раза выше, чем в ранее известных технических решениях, при времени выключения примерно 4 мкс, что вдвое меньше, чем у прототипа.
Таким образом, из примера следует, что предлагаемое изобретение позволило увеличить выключаемую мощность приборов, управляемых по базе, уменьшить их время выключения и тем самым улучшить их коммутационные характеристики, что открывает перед потребителями новые возможности их применения.
Формула изобретения: 1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР, управляемый по базе, содержащий эмиттер, коллектор и базу с регулярно расположенными в ней высокопроводящими участками, отличающийся тем, что высокопроводящие участки выполнены толщиной не более разности между расстоянием от поверхности высокопроводящих участков, обращенной к эмиттерному переходу, до коллекторного перехода и шириной его области объемного разряда, а расстояние от поверхности высокопроводящих участков, обращенной к эмиттерному переходу, до эмиттерного перехода не менее ширины области объемного заряда эмиттерного перехода.
2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что эмиттер выполнен из пластины монокристаллического кремния.