CS274238B1 - All-controlled semiconductor component - Google Patents

Description

Vynále2 ae týká celořízené polovodičové součástky s tvarovanou bází, jako je například bipolární tranzistor, vypínací tyristor, určené pro spínací provoz při středních kmitočtech.

Pro spínací provoz při středních kmitočtech se vyžaduje vypínání vysokých proudových hustot, nízké vypínací ztráty a vysoká odolnost proti druhému průrazu. Dosud známé konstrukce celořízených polovodičových součástek mají bázovou vrstvu přiléhající k členéné emitorové vrstvě vytvořenou rovnoměrnou difúzí. Případně je bázová vrstva tvořena rovnoměrnou odporovou vrstvou, která přechází směrem od členěné emitorové vrstvy do oblasti nízkoodporové vrstvy báze, která je například ve tvaru pásků kolmých na emitorové pásky jako podle patentního spisu DOS č. 3620618. Předností tohoto řešení je zejména snížení laterárního odporu báze, zvýšení vypínaného proudu i snížení vypínacích ztrát.

Nevýhodou konstrukce s bázovou vrstvou vytvořenou rovnoměrnou difúzí je nižší příčný odpor báze. Společným nedostatkem obou popsaných konstrukcí je vysoká injekční účinnost emitorového přechodu pod středy emitorových pásků. Z toho vyplývá zhoršení vypínání od středu emitorových pásků a snížená odolnost proti druhému průrazu. Další nevýhodou konstrukce podle DOS č. 3 620 618 je obtížná realizovatelnost nízkoodporové vrstvy báze vzdálené od členěné emitorové vrstvy. Konstrukce je v zásadě realizovatelná pouze použitím epitaxní technologie, která je však ve srovnání s běžnou difuzní technologií nepoměrně dražší a v oblasti výkonových polovodičových součástek je používána pouze v omezené míře.

Uvedené nevýhody odstraňuje celořízená, polovodičová součástka s tvarovanou bází podle vynálezu, jehož podatata spočívá v tom, že ve vrstvě báze pod členěnou emitorovou vrstvou vytvořené ohraničené nízkoodporové oblasti přiléhají k členěné emitorové vrstvě. Poměr koncentrace bázového dopantu ohraničených nízkoodporových oblastí a bázové vrstvy na rozhraní členěné emitorové vrstvy a vrstvy báze Je 2 až 10³.

U celořízené polovodičové součástky s tvarovanou bází podle vynálezu dochází ke snížení odporu báze a ke snížení proudové hustoty v oblastech pod středy pásků emitorové vrstvy. Předností je zlepšení vypínání struktury v místě pod středy pásků Členěné emitorové vrstvy, což ve svóm důsledku přináší zlepšení dynamických parametrů, například u tranzistorů doby poklesu tf, zvýšení provozního kmitočtu a tím snížení vypínacích ztrát a zvýšení odolnosti proti tzv. sekundárnímu průrazu.

Na výkresu jsou znázorněny příklady struktur a řezy strukturami celořízených polovodičových součástek s tvarovanou bází, kde na obr. 1, 4, 5, 6 je pohled ze stra ny emitorové vrstvy, na obr. 2, 3 jaou znázorněny příčné řezy těchto struktur.

Na obr. 1 je pohled ze strany emitoru na bipolární N+PN-N+ tranzistor, kde šrafovaná pásy značí průmět ohraničených nízkoodporových oblastí 2b do roviny rozhraní mezi členěnou emitorovou vrstvou J s bázovou vrstvou 2a. Oj a 0₂ znázorňují osy řezu, která jsou na následujících výkresech.

Na obr. 2 Je řez strukturou z obr. 1 v rovině obsahující osu Oj a kolmé na rovinu rozhraní mezi členěnou emitorovou vrstvou J s bázovou vrstvou~?a. Vrstva 1 je základní polovodičový materiál.

Obr. 3 znázorňuje řez součástkou z obr. 1 v rovině obsahující osu 0₂ a kolmé na rovinu rozhraní mezi členěnou emitorovou vrstvou J s bázovou vrstvou 2a, ve které se nachází ohraničené nízkoodporové oblasti 2b.

Obr. 4 znázorňuje další příklad atruktury s tvarovanou bází ze strany členěné emitorové vrstvy £. Oblast báze obsahuje ohraničené nízkoodporové oblasti 2b umístěné pod středy emitorových pásků členěné emitorové vrstvy £, obklopené odporovou bázovou vrstvou 2a.

CS 274238 Bl

Obr. 5 znázorňuje další příklad tvaru ohraničených nízkoodpórových oblastí 2b obklopených bázovou vratvou 2a.

Na obr. 6 jsou ohraničená nízkoodporové oblasti 2b tvořeny soustavou disjunktních útvarů, které jsou odděleny bázovou vrstvou 2a a v průmětu do roviny rozhraní mezi členěnou emitorovou vrstvou £ s bázovou vrstvou 2a neprotínají obdobně jako na obr. 4 vnější obrys emitorových pásků členěné emitorové vrstvy £.

Princip funkce celořízené polovodičové součástky s tvarovanou bází spočívá v rs gulaci skutečné efektivní šířky emitorového pásku s v regulaci hustoty vypínacího proudu procházející členěnou emitorovou vrstvou a bází. Tohoto účinku je dosaženo omezením injekční účinnosti emitorové členěné vrstvy £, v místech struktury, kde ohraničené nízkoodporové oblasti 2b přiléhají k členěné emitorové vrstvě £. Efekt je zesílen lokálním zvýšením příčné vodivosti báze v místech, kde se nachází ohraničená nízkoodporové oblast 2b, Oběma mechanismy lze velmi efektivně regulovat a zlepšit vypínací parametry celořízených struktur.

Celořízsná polovodičová součástka s tvarovanou bází podle vynálezu je vhodná zejména pro použití ve střídačích a pulsnícb měničích.

Claims (2)

1. Celořízená polovodičová součástka s tvarovanou bází, obsahující vrstvu základního polovodičového materiálu, ke které přiléhá vrstva báze opačného typu elektrické vodivosti, k niž js přilehlá členěná emitorová vrstva stejného typu elektrické vodivosti jako vrstva základního polovodičového materiálu, přičemž ve vrstvě báze pod členěnou emitorovou vrstvou jsou vytvořeny ohraničené nízkoodporové oblasti, vyznačující se tím, že ohraničené nízkoodporové oblasti /2b/ přiléhají k členěné emitorové vrstvě /3/, přičemž poměr koncentrace bázového dopantu ohraničených nízkoodporových oblastí /2b/ a bázové vrstvy /2a/ na rozhraní členěné emitorové vrstvy /3/ a vrstvy báze je 2 až lcP.

2. Celořízená polovodičová součástka podle bodu 1, vyznačující se tím, že ohraničené nízkoodporové oblasti /2b/ jsou vytvořeny ve tvaru pásků, mezikruži, nebo jejich částí, uspořádaných kolmo a/nebo rovnoběžně s pásky členěné emitorové vrstvy /3/.