DE1171992B - Transistor mit Dotierung der Basiszone - Google Patents

Transistor mit Dotierung der Basiszone

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DE1171992B DET16518A DET0016518A DE1171992B DE 1171992 B DE1171992 B DE 1171992B DE T16518 A DET16518 A DE T16518A DE T0016518 A DET0016518 A DE T0016518A DE 1171992 B DE1171992 B DE 1171992B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: H Ol 1
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
Deutsche Kl.: 21g-11/02
T 16518 VIII c / 21 g
8. April 1959
11. Juni 1964
Der Einsatz von Halbleiterbauelementen in weiten Bereichen der Technik setzt das Bestehen technologischer Verfahren voraus, mit denen sich je nach Bedarf die verschiedensten elektrischen Werte erzielen lassen. Von entscheidendem Einfluß auf die Eigenschaften von Halbleiterbauelementen sind oft ihre geometrischen Abmessungen. Weitere Möglichkeiten, die elektrischen Daten von Halbleiterbauelementen zu beeinflussen, bestehen darin, den Halbleiterkristall je nach den Erfordernissen verschieden zu dotieren, verschieden leitende Schichten in den Kristall einzubauen oder einen Leitfähigkeitsgradienten zu erzeugen.
Die Eigenschaften von Halbleiterbauelementen lassen sich jedoch in bestimmter Hinsicht auch durch Einbau von Rekombinationsschichten verbessern, indem allgemein ein Prinzip Anwendung findet, welches als »Rekombinationsvariation« zu bezeichnen ist. Die Erfindung bezieht sich somit auf einen Transistor mit Dotierung der Basiszone. Ein solcher Transistor ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß die Basiszone außer der Dotierung Rekombinationszentren enthält, deren Dichte von der einen angrenzenden Zone zur anderen angrenzenden Zone abnimmt.
Der Einbau von Rekombinationszentren in einen Halbleiterkörper ist bereits bekannt. Bei Halbleiterdioden ist es sogar bekannt, Rekombinationszentren mit unterschiedlicher Konzentration in den Halbleiterkörper einzubauen. Es ist jedoch nicht bekanntgeworden, die Basiszone eines Transistors außer der Dotierung unterschiedlich mit Rekombinationszentren zu versehen.
Im speziellen Fall des Einbringens einer Rekombinationsschicht in die Basiszone anschließend an die Emittersperrschicht wird der /?-Wert des Transistors berührt, im umgekehrten Fall der Anordnung einer Rekombinationsschicht vor der Kollektorsperrschicht wird bei Transistoren ein Zustand vermieden, der als übersteuert bezeichnet wird und der vor allem bei Schalttransistoren unerwünscht ist.
Der Wert der Stromverstärkung in Emitterschaltung, in der Literatur mit β bezeichnet, wird bei bekannten Transistoranordnungen im wesentlichen durch zwei Größen bestimmt, nämlich durch die Lebensdauer der Ladungsträger im Halbleitermaterial der Basiszone, durch die Rekombinationsgeschwindigkeit an der Kristalloberfläche und durch die Dicke der Basiszone. Der /?-Wert steigt mit der Dünne der Basiszone und wird um so größer, je kleiner die Lebensdauer der Ladungsträger in der Basiszone ist. Dementsprechend haben Hochfrequenztransistoren wegen ihrer dünnen Basiszone relativ große /?-Werte. Bei Transistor mit Dotierung der Basiszone
Anmelder:
Telefunken
Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3
Als Erfinder benannt:
Dr. Wilhelm Engbert, Ulm/Donau
Drifttransistoren, die bekanntlich besonders gute Hochfrequenzeigenschaften haben, kommt noch hinzu, daß infolge der starken Dotierung an der Oberfläche des Halbleiterkörpers im Bereich des Emitters der Einfluß der Oberflächenrekombination unterdrückt ist. Bei Hochfrequenztransistoren mit gedrifteter Basiszone übersteigt daher der /?-Wert nicht selten die Zahl 200.
Nun sind aber derartig hohe Verstärkungsziffern für die Stromverstärkung in der Emitterschaltung
as nicht immer erwünscht; dies gilt vor allem, wenn ein Transistor als Verstärkerelement bei der Breitbandverstärkung in Emitterschaltung Verwendung finden soll. Die /?-Grenzfrequenz fß in der Emitterschaltung ist nämlich gegeben durch die Größe fxlß, d. h. durch den Quotienten aus der a-Grenzfrequenz und der Stromverstärkung in Emitterschaltung. Die /?-Grenzfrequenz ist also um so niedriger, je größer der ß-Wert ist. Aus diesem Grunde ist man bestrebt, zur Erzielung einer guten Breitbandverstärkung den /?-Wert in Grenzen zu halten, z. B. 20^^^ 50.
Der bereits bekannte Weg kleine /?~Werte zu erhalten, besteht darin, die Breite der Basiszone zu erhöhen oder die Lebensdauer der Ladungsträger durch entsprechende Zusätze zu reduzieren. Mit der Verbreiterung der Basiszone geht aber gleichzeitig die a-Grenzfrequenz herunter, und die Einbringung von Zusätzen zur Reduzierung der Lebensdauer in das Kristallmaterial hat den Nachteil, daß mit der Abnahme der Lebensdauer der Ladungsträger der /Co-Strom des Transistors proportional ansteigt. Da sowohl das Ansteigen des /Co-Stromes in dem einen Fall als auch die Herabsetzung der a-Grenzfrequenz im anderen Fall unerwünscht ist, ist eine andere Lösungsform der gestellten Aufgabe erforderlich.
Den /?-Wert kann man dadurch herabsetzen, daß man vor der Emitterzone eine Rekombinationsschicht in der Basiszone erzeugt. Diese Schicht soll aber so
409 599/232
dünn sein, daß sie nicht in die Nähe der Kollektorzone gelangt, damit die Erhöhung des /^-Stromes möglichst gering wird. Diese unerwünschte Erhöhung ist besonders klein, wenn die Basiszone in der Rekombinationsschicht in der Nähe des Emitters niederohmiger ist, wie das z. B. bei Drifttransistoren der Fall ist. Der ausgesteuerte Emitterstrom muß dabei diese dünne Schicht durchlaufen, und die Wirkung der Rekombinationsschicht muß so bemessen sein,
flachen Neigung, weil die Dichte der Ladungsträger auch an der Kollektorseite stark ansteigt. Dieser übersteuerte Zustand des Transistors ist bei Schalttransistoren nicht erwünscht, weil beim Abschalten des Transistors die erhöhte Ladungsmenge im Basisraum erst abfließen muß, bevor der Kollektorstrom tatsächlich auf Null geht; man bezeichnet dies als »storrage time« der Transistoren. Der übersteuerte Zustand des Transistors läßt sich vermeiden, wenn gemäß einer
daß durch entsprechende Rekombination des Emitter- io weiteren Ausbildung der Erfindung vor der Kollektorstromes der gewünschte /?-Wert entsteht. zone eine stärker rekombinierende Zone vorhanden
Die Rekombinationszone läßt sich z. B. dadurch ist. Unter dieser Voraussetzung kann nämlich die herstellen, daß aus der Emitterzone solche Atome in Dichte der Ladungsträger kollektorseitig nicht über den Halbleiterkristall diffundiert werden, die eine ein bestimmtes Maß hinausgehen, d. h., der ÜberReduzierung der Lebensdauer der Ladungsträger be- 15 Steuerungseffekt wird zumindest abgeschwächt und wirken, z. B. Kupfer- oder Nickelatome. die »storrage time« auf ein Mindestmaß herabgesetzt.
Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich be- Die Erfindung soll nun noch an Ausführungsbeisonders gut für den Drifttransistor. Die Anwesenheit spielen näher erläutert werden,
der Rekombinationsatome in der Nähe der Emitter- Die F i g. 1 zeigt eine Anordnung, bei der emitterzone verursacht zwar die gewünschte Reduzierung des ao seitig eine Rekombinationszone 1 in der Basiszone 2 /^-Wertes, eine Beeinflussung des /^-Stromes, der vorhanden ist. Diese Anordnung betrifft also die Re-
proportional der Größe "^, d.h. proportional duzierung des/J-Wertes; es ist darauf zu achten daß r r }> τ der Abstand zwischen der Rekombinationszone 1 und
dem Verhältnis von Minoritätsträgerdichte zu der der Kollektorzone 3 genügend groß ist. Die Rekom-Wurzel aus der Lebensdauer ist, kann aber dabei 35 binationszone 1 wird dadurch hergestellt, daß Kupfernicht stattfinden, da sich die Rekombinationszentren oder Nickelatome aus der Emitterzone 4 in die Basisin einem Bereich der Basiszone befinden, der sehr zone 2 hineindiffundiert werden,
stark dotiert ist, d. h. der nur wenige Minoritätsträger Bei der Anordnung nach F i g. 2 ist die Rekom-
enthält. Wenige Minoritätsträger bedeuten aber trotz binationszone 1 nicht auf der Emitter-, sondern auf der starken Rekombinationszentren eine geringe Ent- 30 der Kollektorseite 3, d. h., eine solche Anordnung stehungstätigkeit, d. h., der /Co-Strom bleibt praktisch eignet sich, wie bereits erwähnt, für Schalttransistoren unbeeinflußt von diesen Rekombinationszentren.
Bei ungleichmäßiger Dotierung der Basiszone eines Transistors ist eine Rekombinationszone am stärksten wirksam, wenn sie sich in der Basiszone in einem Bereich größter Ladungsträgerdichte befindet. Bei einem normalen Diffusionsvorgang, z. B. bei dem der Strom vom Emitter zum Kollektor führt, bildet sich in der Basiszone ein sogenanntes »Diffusionsdreieck« aus, d. h., die Dichte der Ladungsträger ist auf der Emitterseite groß und kollektorseitig praktisch Null. Eine Rekombinationszone ist in einem solchen Transistor also dann am wirksamsten, wenn sie sich in der Nähe der Emitterzone befindet. Würde man diese Zone an den Kollektorrand legen, so würde praktisch keine Rekombinationswirkung auftreten.
Es gibt aber Fälle, bei denen man beim Transistor auch auf der Kollektorseite in die Durchlaßrichtung der Kollektor-Basis-Diode gelangt, nämlich dann, wenn der Transistor als Schalter arbeitet und die Kollektorspannung so niedrig wie möglich gemacht wird (Restspannung). Aus dem »Diffusionsdreieck« entsteht jetzt durch Anhebung der Ladungsträgerdichte an der Kollektorseite ein Viereck mit einer
mit kurzen Schaltzeiten.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Transistor mit Dotierung der Basiszone, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszone außer der Dotierung Rekombinationszentren enthält, deren Dichte von der einen angrenzenden Zone zur anderen angrenzenden Zone abnimmt.
2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Emitterzone angrenzende Teil der Basiszone stärker mit Rekombinationszentren versehen ist.
3. Transistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Kellektorzone angrenzende Teil der Basiszone stärker mit Rekombinationszentren versehen ist.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 012 696.
1011082, 1051893;
deutsche Auslegeschrift S 43734 VIIIc/21g,
(bekanntgemacht am 18. 10, 1956); britische Patentschrift Nr. 799 670.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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