CS248539B1 - Výkonová polovodičová součástka - Google Patents

Abstract

fiešení se týká výkonové polovodičové součástky, obsahující v destičce výchozího polovodičového materiálu alespoň tri polovodičové Vrstvy střídavě opačného typu elektrické vodivosti. Ve směru kolmém k povrchu desky jsou vytvořeny zahloubené části struktury s větší hloubkou než.je šířka emitorové vrstvy s elektrickou vodivostí typu n, zasahující do bázové vrstvy p-typu elektrické vodivosti, přičemž rozhraní mezi emitorovou a bázovou vrstvou je kryto na povrchu pasivační vrstvou například oxidu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že bázová vrstva p-typu elektrické vodivosti obsahuje v místech přilehlých k povrchu zahloubených částí struktury a přilehlých k rozhraní s emitorovou vrstvou oblasti, jejichž šířka ve směru rovnoběřném s povrchem desky je větší než šířka pasivační vrstvy a ve kterých je koncentrace elektricky aktivních příměsí p-typu elektrické vodivosti vyšší než koncentrace elektricky aktivních příměsí p-typu elektrické vodivosti v částech bázové vrstvy přilehlých k těmto oblastem a klesá ve směru rovnoběžném s povrchem desky od povrchu zahloubených částí směrem do objemu strukturyu

Description

Vynález se týká výkonové polovodičové součástky s vertikálně členěnou strukturou, obsahující v destičce výchozího polovodičového materiálu alespoň tři polovodičové vrstvy střídavě opačného typu elektrické vodivosti, přičemž z jedné strany destičky přiléhá k jejímu povrchu emitorová polovodičová vrstva n-typu elektrické vodivosti a z této strany je vytvořeno ve směru kolmém k povrchu desky tzv. vertikální členění tak, že zahloubené části struktury mají větší hloubku než je šířka emit.orové vrstvy ve směru kolmém k povrchu desky a zasahují až do bázové vrstvy p-typu elektrické vodivosti přilehlé k emitorové vrstvě» K části povrchu řečené bázové vrstvy přiléhá v zahloubené části struktury řídící bázový kontakt, k povrchu emitorové vrstvy přiléhá první hlavní kontakt pro vedení proudu a k polovodičové vrstvě na opačné straně desky přiléhá druhý hlavní kontakt. Rozhraní mezi emitorovou a bázovou vrstvou je kryto na povrchu v místech zahloubení pasivační vrstvou např. oxidu.

Poměr koncentrací elektricky aktivních příměsí n.typu elektrické vodivosti v emitorové vrstvě a elektricky aktivních příměsí p-typu elektrické vodivosti v přilehlé bázové vrstvě je důležitým konstrukčním parametrem součástek výše popsaného typu, který výrazně ovlivňuje injekční účinnost emitorového přechodu a tím i chování součástek v propustném stavu a v dynamických režimech. Pro dosažení vysoké úrovně těchto parametrů se u součástek

248 539 známého provedení volí koncentrace v bázové vrstvě obvykle alespoň o 1,5 řádu nižší než koncentrace v emitoru. B součástek s vertikálně členěnou strukturou způsobuje relativně nízká koncentrace příměsí prtypu elektrické vodivosti v p-bázi přilehlé k povrchu zahloubených částí struktury snížení účinnosti řídícího signálu přiváděného na řídící bázový kontakt přilehlý k této vrstvě. Tento jev má za následek zpomalení rozšiřování sepnutého stavu, zvláště u součástek s vícestupňovým kaskádním spínáním a dlouhým rozhraním emitoru a báze při malých strmostech nárůstu zatěžovacího proudu, pokles zesílení u výkonových spínacích tranzistorů, zvláště v zapojení typu Darlington apod. Popsaný jev se výrazně uplatňuje zejména u součástek s vertikálně Členěnou strukturou, kde je rozhraní mezi emitorovou vrstvou a přilehlou bázovou vrstvou v místech zahloubení kryta pasivační vrstvou např. oxidu.

Konstrukce výkonové polovodičové součástky s vertikálně členěnou strukturou podle vyálezu odstra-ňuje uvedené nevýhody a řeší daný problém tak, že bázová vrstva p-typu elektrické vodivosti obsahuje v místech přilehlých k povrchu zahloubených částí struktury a přilehlých k rozhraní s emitorovou vrstvou oblasti, jejichž šířka ve směru rovnoběžném s povrchem desky je větší než šířka pasivační vrstvy a ve kterých je koncentrace elektricky aktivních příměsí p-typu vyšší než koncntrace příměsi p-typu elektrické vodivosti v částech bázové vrstvy přilehlých k těmto oblastem a klesá ve směru rovnoběžném s povrchem desky ad povrchu zahloubených Částí směrem do objemu struktury. V tenkých vrstvách p-báze přilehlých k povrchu zahloubené části struktury je zvýšená koncentrace elektricky aktivních příměsí a to nejvíce u povrchu zahloubení, kde vodivost by mohla být ještě kompenzována až překompenzována k opačnému typu elektrické vodivosti náboji , které se mohou tvořit v přilehlé pasivační vrstvě. Směrem do objemu součástky pak koncentrace elektricky aktivních příměsí p-typu elektrické vodivosti na rozhraní báze a přilehlého emitoru rychle klesá, čímž zůstává na většině plochy emitoru zachované vysoká injekční účinnost. Tímto způsobem se u součástky dosáhne současně vysoké účinnosti řídícího signálu a zlepšení spínacích charakteristik,resp. zvýšení zesílení, i vysoké úrovně propustných vlastností.

Dva příklady výkonových polovodičových součástek s vertikálně členěnou strukturou podle vynálezu jsou na přiloženém výkresu,

248 539 kde na obr. 1 je schematicky znázorněna část struktury bipolárního výkonového spínacího tranzistoru v řezu kolmém k povrchu desky a na obr. 2 je rovněž v řezu část struktury tyristoru určeného pro práci při vyšších frekvencích.

Na obr. 1 jsou tři polovodičové vrstvy střídavě opačného typu elektrické vodivosti n-p-n 1, 2» 6> vertikálně zahloubené části struktury 2 o hloubce větší než šířka emitorové vrstvy 1, zasahující do přilehlé bázové vrstvy 2» ke které přiléhá v místech zahloubení řídící bázový kontakt £. K emitorové vrstvě 1 přiléhá první hlavní kontakt 2 P^ro vedení proudu a k polovodičové vrstvě 6 na opačné straně destičky přiléhá druhý hlavní kontakt Rozhraní mezi emitorovou vrstvou 1 a bázovou vrstvou 2 je v místech zahloubení kryto pasivační vrstvou 8. V bázové vrstvě 2 jsou v místech přilehlých k povrchu zahloubené části struktury a k rozhraní s emitorovou vrstvou 1 vyznačeny tečkované oblasti 2 o šířce větší než je šířka pasivační vrstvy 8, ve kterých je koncentrace aktivních příměsí p-typu elektrické vodivosti vyšší než v částech bázové vrstvy 2» přilehlých k oblastem 2 ^a klesá ve smě ru rovnoběžném s povrchem desky od povrchu zahloubených částí 2, tj. též od rozhraní s pasivační vrstvou 8, směrem do objemu struk tury.

Struktura na obr. 2 obsahuje čtyři polovodičové vrstvy 1, 2» IQ « 6 střídavě opačného typu elektrické vodivosti n-p-n-p.

Značení jednotlivých částí struktury /s výjimkou vrstvy 10/ je stejné jako u obr. 1.

Vynález se uplatni při výrobě výkonových polovodičových součástek s vertikálně členěnou strukturou, určených zejména pro práce při vyšších frekvencích, jako středofrekvenčních tyristorů, zpětně propustných tyristorů, výkonových spínacích tranzistorů apod.

Claims (1)

1. Předmět vynálezu

   248 539

   Výkonová polovodičová součástka obsahující v destičce výchozíh· polovodičového materiálu alespoň tři polovodičové vrstvy střídavě opačného typu elektrické vodivosti, přičemž z jedné strany destičky přiléhá k jejímu povrchu emitorová polovodičová vrstva n-typu elektrické vodivosti a z této strany je vytvořeno ve směru kolmém k povrchu desky tzv. vertikální členění tak, že zahloubené části struktury mají větší hloubku než je šířka emitorové vrstvy ve směru kolmém k povrchu desky a zasahují až do bázové vrstvy p-typu elektrické vodivosti přilehlé k emitorové vrstvě, přičemž k části povrchu bázové vrstvy přiléhá v zahloubené části struktury řídící bázový kontakt, k části povrchu emitorové vrstvy přiléhá první hlavní kontakt pro vedení proudu a k polovodičové vrstvě umístěné na opačné straně destičky než emitorová vrstva, přiléhá druhý hlavní kontakt pro vedení proudu a dále rozhraní mezi emitorovou vrstvou a bázovou vrstvou je kryto na povrchu v místech zahloubení pasivační vrstvou např. oxidu, vyznačená tím , že bázová vrstva p-typu elektrické vodivosti obsahuje v místech přilehlých k povrchu zahloubených částí struktury a přilehlých k rozhraní s emitorovou vrstvou oblasti, jejichž Šířka ve směru rovnoběžném s povrchem desky je větší než šířka pasivační vrstvy a ve kterých je koncentrace elektricky aktivních příměsí p-typu elektrické vodivosti vyšší než koncentrace elektricky aktivních příměsí p-typu elektrické vodivosti v částech bázové vrstvy přilehlých k těmto oblastem a klesá ve směru rovnoběžném s povrchem desky od povrchu zahloubených částí směrem do objemu-struktury.