CS202576B2 - Semiconductor component with the silicon semiconductor element - Google Patents

Description

Vynález se týká polovodičové - součástky s křemíkovým polovodičovým prvkem, opatřeným alespoň na okraji pasiv-ační ochrannou vrstvou z křemíku.

Ústřední problém u polovodičových součástek spočívá v udržení stabilních voltampérových ' charakteristik. U usměrňovačů a tranzistorů jde zejména o charakteristiky v závěrném směru, zatímco.- u tyristorů je třeba se zaměřit na stabilitu charakteristik v závěrném směru a v oblasti zvratu. Je známé, že povrch polovodičových prvků těchto polovodičových součástek lze pasivovat tím, že se na něj nanášejí různé organické nebo anorganické krycí vrstvy. Používá se například laků, kaučuků nebo skel. Pomocí těchto krycích vrstev lze obecně dosáhnout dostatečné -stability charakteristik. Náhodně však vznikají nestability, jejichž příčiny lze hledat v - nepoznaných změnách vlastností krycích vrstev a/nebo povrchu .polovodičového· -prvku. Tato- skutečnost vedla v minulosti velmi -často- ke značnému kolísání výtěžku použitelných polovodičových součástek.

V literatuře již -bylo popsáno, že lze -polovodičový prvek pasivovat tím, že se na něm nechá tepelně narůstat křemíková vrstva. Tento způsob pasivace je však časově velice náročný -a složitý -a -mimoto vyžaduje teplo2 ty mezi 600 a 700 °C, což znemožňuje jeho použití u polovodičových součástek opatřených kontakty a popřípadě pájených. Na místech, kde není křemík potřebný, -se musí odleptat.

Účelem vynálezu je zlepšit -polovodičovou součástku uvedeného typu tak, -aby měla stabilní charakteristiky a dala se přitom vyrobit jednoduše.

Polovodičová součástka podle vynálezu se vyznačuje tím, že pasivní ochranná vrstva je z napařeného křemíku ' -obsahujícího kyslík nebo- jiné reaktivní plyny, například dusík nebo vodík.

Napařený křemík může -sestávat z vrstev, které se vzájemně liší velikostí zrn. Napařený křemík -může přitom obsahovat dotující příměsi, jako bor nebo fosfor, a popřípadě kovy, například hliník. Tloušťka napařené křemíkové vrstvy je účelně 0,1 ftm· až 1 μαη. Ke zvýšení dielektrické přeskokové pevnosti může být na napařené křemíkové vrstvě přídavná ochranná vrstva z (kaučuku nebo ochranného laku.

Vynález bude vysvětlen na základě příkladu provedení ve -spojení s výkresem, kde obr. 1 je řez polovodičovým prvkem tyristoru -a obr. 2 znározňuje tvar oblasti prostorového náboje.

Polovodičový prvek tyristoru, znázorněný v řezu na obr. 1, má čtyři oblasti, ia to emitorovou oblast 1 přivrácenou ke katodě, oblast báze 2 přivrácenou ke katodě, vnitřní oblast báze 3 a emitorovou oblast 4 přivrácenou k anodě. Mezi těmito .oblastmi leží PN-přechody 5, 6, 7. Polovodičový prvek je z křemíku a uvedené oblasti 1, 2, 3, 4 jsou datovány obvyklým způsobem podle účelu použití polovodičové součástky.

Na. okraji polovodičového prvku je ochranná vrstva 8 z napařeného křemíku. Tato ochranná vrstva 8 může mít -tlouštíku 0,1 ^m, může však být i .silnější, například 1 μαη. Ke zvýšení dielektrické (přeskokové .pevnosti je na napařené křemíkové ochranné vrstvě 8 přídavná ochranná vrstva 9, která může být například z normálního kaučuku nebo -z ochranného laku.

Napařená křemíková ochranná vrstva 8 může obsahovat příměsi, jako je bor nebo fosfor. V křemíku mohou být obsaženy i reaktivní plyny, například .kyslík, dusík nebo· vodík. Křemíková ochranná vrstva 8 může také obsahovat jeden nebo několik kovů, jako· je například hliník. Pamocí těchto přísad lze ovlivňovat měrný odpor a typ vodivosti křemíkové ochranné vrstvy 8. Změnami měrného- odporu lze ovlivňovat napěťové poměry na -okraji polovodičového prvku. Křemíková ochranná vrstva 8 může být například dotována fosforem a může mít měrný odpor například 10⁶ ížcm.

Jak již bylo uvedeno, leží tloušťka .křemíkové ochranné vrstvy 8 například v rozmezí od 0,1 do· 1 дш. Tato vrstva byla napařena v normálním vakuovém napařovacím zařízení při tlaku 6,0.10⁴ Pa. Jako zdroj křemíku je použitelný například křemíkový špalík. Jako zdroj energie -k naparování křemíku lze použit -například elektronového paprsku. Při použití elektronového paprsku s urychlovacím napětím 8 kV a proudem asi 0,5 A bylo- dosaženo rychlosti naparování 0,25 zun/imin. Rychlost naparování lze zvyšovat zvětšováním elektronového proudu a/nebo- zvyšováním jeho- energie, například na 0,5 ^.m./min i na vyšší hodnoty. Rovněž je -možné vytvořit křemíkovou ochrannou vrstvu 8 -ták, aby sestávala z několika dílčích -vrstev se vzájemně odlišnou velikostí zrn. Tím se mění měrný odpor v tloušťce křemíkové ochranné vrstvy 8 a ovlivňují se napěťové -poměry na okrajové ploše polovodičového -prvku. Různé -velikosti zrn lze vytvořit například nestejně velkými rychlostmi narůstání křemíku.

Podstatná výhoda napařené křemíkové vrstvy spočívá v tom, že substrát, tzn. -polovodičový prvek, může zůstat při napařování chladný. I při jiných způsobech napařování, například sálavým /teplem, lze polovodičový prvek udržovat například na teplotě okolí.

Polovodičové prvky opatřené -pasivační vrstvou z napařeného- křemíku mají neočekávaně stabilní charakteristiky. To- platí jak pro závěrné charakteristiky ve zpětném směru u -diod a tranzistorů, tak pro závěrné charakteristiky ve zpětném - směru -a v oblasti zvratu u tyristoru. Tuto skutečnost lze například zjistit známou fotoelěktrickou metodou sloužící k vyšetřování oblastí -prosto, rového náboje n.a okraji polovodičového prvku.

Na obr. 2 je znázorněn tvar oblasti 10 prostorového náboje, když je PN-přechod 7 zatížen v -závěrném směru. Na začátku zatížení v závěrném směru probíhají -hranice 11, 12 oblasti 10 prostorového náboje přibližně rovnoběžně s přechody PN. Působí-li zatížení v závěrném směru -delší dobu, rozšiřuje se oblast 10 prostorového náboje tím, že se její hranice 12 na okraji polovodičového prvku posouvá směrem k PN-přechodu 6. Současně se vzdaluje hranice 11 oblasti 10 prostorového- náboje od PN-přechodu 7, avšak podstatně méně, protože emitorová oblast 4 je dotována silněji než oblast báze 3. Rozšiřování oblasti prostorového náboje 10 je -znázorněno na obr. 2 čárkovaně. Se vzrůstajícím rozšiřováním oblasti -prostorového náboje 10 vzrůstá závěrný proud, až při dosažení PN-přechodu 6 na -okraji -dojde k tzv. průrazu, při kterém PN-přechod 6 ztrácí svou závěrnou -schopnost. Rozšiřování oblasti prostorového- náboje nastává analogicky i na PN-přechodech 5 a 7, když je polo. vodičový prvek zatížen napětím v opačném směru.

Bylo zjištěno, že ipri napařené křemíkové vrstvě 8 nedochází k rozšíření oblasti 10 prostorového náboje na okraji. To- znamená, že se závěrný proud nezvyšuje, a že tedy charakteristiky zůstávají stabilní. Platí to i pro zatížení polovodičového- prvku při provozní teplotě.

Příklad

Podle vynálezu byl vyroben křemíkový polovodičový -prvek ve tvaru kotouče s průměrem 10 -mm a tloušťkou 390 μΐη. Měrný odpor byl '55 Qcm. Pasivační ochranná -vrstva 8 z napařeného křemíku měla tloušťku 0,1 jitm a -měrný odpor 108 £í_cm. Při závěrném -napětí 1800 V protékal při teplotě závěrné vrstvy 140 °C závěrný proud nižší než 5 -mA. Chování polovodičového - prvku v závěrné oblasti bylo- naprosto· stabilní.

Třebaže byl vynález vysvětlen v souvislosti s tynstenim, je použitelný i pro< - diody, tranzistory - a jiné polovodičové součástky.

Claims (6)

1. Polovodičová součástka s křemíkovým polovodičovým prvkem, opatřeným alespoň na okraji pasivační ochrannou vrstvou z křemíku, vyznačená tím, že pasivační ochranná vrstva (8) je z napařeného křemíku obsahujícího kyslík nebo jiné reaktivní plyny, například, dusík nebo vodík.

2. Polovodičová součástka podle bodu 1, vyznačená tím, že napařený křemík sestává z vrstev, které se vzájemně liší velikostí zrn.

3. Polovodičová součástka podle bodů 1, nebo 2, vyznačená tím, že napařený křemík obsahuje dotovací příměsi, jako bor nebo fosfor.

4. Polovodičová součástka podle jednohoz bodů 1 až 3, vyznačená tím, že napařený křemík obsahuje kovy, například hliník.

5. Polovodičová součástka podle jednoho z bodů 1 až 4, vyznačená tím, že tloušťka ' napařeného křemíku je 0,1 шп až 1 ₍um.

6. Polovodičová součástka podle bodu 5, vyznačená tím, že na napařeném křemíku je ke zvýšení ' dielektrické přeskokové pevnosti přídavná ochranná vrstva [9] z kaučuku nebo ochranného laku.