DE1297239B - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungstransistor mit größerung der Randlänge eine Ecke des Rechtecks einem Halbleiterkörper rechteckförmiger Grundfläche, mit einer herzförmigen Einbuchtung zu versehen. Die dessen eine Oberflächenseite mit einer flächenhaften Basiselektrode folgt der Randausbildung der Emitterohmschen Kontaktelektrode als Kollektorelektrode zone und weist eine entsprechende herzförmige Ausbedeckt ist und auf dessen entgegensetzter Ober- 5 buchtung an der Stelle der Einbuchtung der Emitterflächenseite eine sternförmige, vier Sternzacken auf- zone auf. Ferner ist für mittlere Stromstärken vorgeweisende Emitterelektrode und -zone angeordnet ist. sehen worden, die rechteckförmige Emitterzone an

Ein derartiger Leistungstransistor ist aus der Zeit- einer Ecke einzubuchten und gleichzeitig an einer

schrift »Radio Electronics«, Bd. 22, 1961, Nr. 11, dieser gegenüberliegenden Längsseite eine Einbuch-S. 42, bekannt. io tung vorzusehen. Auch in diesem Falle umgibt die

Transistoren für hohe Leistungen müssen groß- Basiselektrode die Emitterelektrode in gleichem Abflächige Emitter-, Basis- und Kollektorelektroden stand, indem sie an den Stellen der Einbuchtungen haben. Unter einer Elektrode wird im folgenden ein der Emitterelektrode entsprechende Ausbuchtungen flächenhafter ohmscher Metallkontakt verstanden, aufweist. Schließlich sind auch noch sternförmige und der auf der Oberfläche der Emitter-, Basis- und KoI- 15 blattförmige Strukturen der Emitterelektrode bekannt, lektorzone angebracht ist. von denen die erstere aus der obengenannten Zeit-

Es ist bekannt, daß die Emission von Ladungs- schrift »Radio Electronics«, Bd. 22 (1961), Nr. 11,

trägern vorwiegend an den Rändern der Emitterzone S. 42, bekannt ist.

stattfindet. Transistoren für hohe Ströme müssen da- Für hohe Ströme ab etwa 3 A hat sich eine Kammher eine Emitterzone mit möglichst großer Randlänge 20 oder Fingerstruktur der Emitterzone bzw. Emitterbesitzen. Wenn ein Transistor bei möglichst hohen elektrode als günstig erwiesen. Bei dieser geome-Frequenzen betrieben werden soll, muß die Gesamt- irischen Form sind fingerartige Streifen parallel fläche der Emitter- und Kollektorzone unter Berück- nebeneinander angeordnet und an einem Ende durch sichtigung der für die vorgesehenen Ströme geforder- einen Querstreifen miteinander verbunden. Wenn ten Randlänge möglichst klein sein. Ferner sollen die 25 man die Basiselektrode entsprechend ausbildet und Abstände der Emitter- und Basiselektrode vom beide Elektroden so anordnet, daß die Finger von Emitter-pn-Ubergang im Hinblick auf einen kleinen Emitter- und Basiselektrode, ohne sich zu berühren, Emitter-Basis-Serienwiderstand, soweit das techno- ineinandergreifen, liegt eine Doppelkammstruktur logisch durchführbar ist, möglichst klein sein. Außer- vor, die nach der französischen Patentschrift dem müssen die Metallelektroden an mindestens 30 1 202 426 auch für Unipolartransistoren bekannt ist. einer Stelle eine zusammenhängende Fläche besitzen, Es ist möglich, diese Doppelkammstruktur durch die das Anbringen einer Stromzuführung gestattet. Verlängerung der Finger einerseits und/oder Erhö-Schließlich wird noch aus wirtschaftlichen Gründen hung der Zahl der Finger andererseits den jeweils vordie Forderung gestellt, die für den vorgegebenen gegebenen Strömen anzupassen. Allerdings werden Strom erforderliche Randlänge auf einer möglichst 35 dabei für große Ströme verhältnismäßig große Abkleinen Oberfläche des Halbleiterkörpers unterzu- messungen erreicht, was für die Hochfrequenzeigenbringen, damit möglichst wenig Halbleitermaterial schäften und aus wirtschaftlichen Gründen von Nachbenötigt wird. teil ist. Darüber hinaus sind auch noch andere

Die Erfindung betrifft vorwiegend Transistoren des Gründe vorhanden, die gegen eine beliebige Ver-

Mesa- oder Planartyps. Diese Transistoren zeichnen 40 längerung der Finger oder eine Vergrößerung ihrer

sich gemeinsam dadurch aus, daß ein Halbleiter- Anzahl sprechen. Diese werden weiter unten erläutert,

körper eines Leitungstyps auf einer Oberfläche mit Auch die anfangs erwähnten Geometrien für kleinere

einer flächenhaften ohmschen Kontaktelektrode als Ströme würden bei der für größere Ströme gefor-

Kollektorelektrode versehen wird und auf der ent- derten Randlänge zu unvorteilhaft großen Abmes-

gegengesetzten Oberfläche nach dem Erzeugen einer 45 sungen führen bzw. die zur Verfügung stehende

Basis- und Emitterzone je eine flächenhafte Emitter- Fläche des Halbleiterkörpers nicht optimal aus- und Basiselektrode auf diesen Zonen angebracht is^-—nutzen, was z.B. für die stern- und blattförmigen

Die Herstellung der Kollektorelektrode bereitet Geometrien zutrifft.

keine Schwierigkeiten. Diese treten vielmehr bei der Aus der Patentschrift 33 354 des Amtes für

Konstruktion der Emitter- und Basiselektrode auf, 50 Erfmdungs- und Patentwesen in Ost-Berlin ist eine

wenn dabei die vorstehend genannten Forderungen, besondere Kammstruktur eines Transistors bekannt,

da sie nicht gleichzeitig realisierbar sind, berück- die symmetrisch zur Flächendiagonalen eines recht-

sichtigt werden. Es sind daher bereits verschiedene eckigen Halbleiterplättchens angeordnet ist und die

geometrische Formen für die Emitter- und Basis- die zur Verfügung stehende Fläche bereits relativ gut

elektrode und Zonen bekannt oder vorgeschlagen 55 ausnutzt.

worden, die für die jeweiligen speziellen Forderungen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei optimale Verhältnisse ergeben. Eine Vielfalt von teil- Transistoren für größere Ströme ab etwa 3 A die erweise gänzlich unterschiedlichen Geometrien war bei- forderliche Randlänge der Emitterelektrode auf einer spielsweise aus der Zeitschrift »Technische Rund- möglichst kleinen Fläche eines Halbleiterkörpers schau«, Nr. 30 vom 13. 7. 62, S. 3, 5 und 7, be- 60 unterzubringen.

kannt. Aus der britischen Patentschrift 935 710 ist zwar

Für relativ kleine Ströme bis etwa 0,5 A ist es vor- ein Halbleiterbauelement mit einer sternförmigen

teilhaft, die Emitterelektrode bzw. Emitterzone kreis- Elektrode bekannt, deren Zacken fingerartige An-

förmig oder quadratisch auszubilden, wobei die Basis- sätze unterschiedlicher Länge aufweisen. Bei dieser

elektrode die Emitterelektrode an der Emitterzone 65 Elektrode handelt es sich aber um eine Basiselektrode

ringförmig oder rechteckförmig umgibt. Für mittlere an einem vierschichtigen Halbleiterschalter. Außer-

Stromstärken ist vorgesehen worden, von einer recht- dem handelt es sich nicht um eine Struktur mit recht-

eckförmigen Emitterzone auszugehen und zur Ver- eckförmiger Grundfläche.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- fläche des Transistors gezeigt, auf der die Emitterlöst, daß die vier Sternzacken der sternförmigen Emit- und Basiselektrode untergebracht sind. Es liegt also terelektrode und -zone sich in Richtung der Diagona- der Grundriß des jeweiligen Transistors vor. Im len der rechteckförmigen Grundfläche des Halbleiter- Interesse einer klaren Darstellungsmöglichkeit sind körpers erstrecken und daß die Länge der Stern- 5 beide Figuren nicht im gleichen Maßstab und nicht zackenränder durch fingerartige, an beiden Schenkeln genau maßstabgerecht gezeichnet. Die wirklichen der Sternzacken angebrachte Ansätze unterschied- Maße sind in der folgenden Beschreibung angegeben, licher Länge und Breite vergrößert ist, die jeweils In F i g. 1 besitzt der Halbleiterkörper 15 eine senkrecht zum nächstgelegenen Rand des rechteck- Seitenlänge von etwa 800 μ. Auf der unterhalb der förmigen Halbleiterkörpers ausgerichtet sind und die io Zeichenebene liegenden Oberfläche ist eine groß-Dreieckflächen zwischen zwei Sternzacken und der flächige Kollektorelektrode durch einen ohmschen zwischen ihren Spitzen liegenden Randlinien des Kontakt mit dem Halbleiterkörper hergestellt. Der rechteckförmigen Halbleiterkörpers gleichmäßig aus- Kollektor-pn-Übergang ist durch die gestrichelte füllen. Linie 16 angedeutet.

Bei dem oben beschriebenen Leistungstransistor 15 Es kannn sich bei der in F i g. 1 dargestellten wird berücksichtigt, daß eine Erhöhung der gesamten Geometrie sowohl um die Oberfläche eines Mesa-Emitteremission durch Vergrößerung der Randlänge transistors als auch um die eines Planartransistors nicht ohne weiteres durch eine beliebige Verlange- handeln. Im einzelnen soll auf die Herstellung derrung der fingerartigen Ansätze, im folgenden Kon- artiger Transistoren nicht näher eingegangen werden, taktfinger genannt, erreicht werden kann. Wegen der 20 da diese allgemein bekannt ist. Es sei nur darauf hingeringen Dicke der Metallschicht, aus der die gewiesen, daß durch geeignete auf der Oberfläche Emitterelektrode besteht, ist deren Widerstand nicht des Halbleiterkörpers angebrachte Masken mittels vernachlässigbar klein. Es entsteht von der Strom- Diffusions- bzw. Aufdampf- und Legierungsvorzuführung der Elektrode zu den davon entfernten gangen die Basis- und Emitterzone in der gewünsch-Enden ein merklicher Spannungsabfall, der dazu *$ ten Struktur erzeugt werden. Als Masken können führt, daß die von der Stromzuführung weit ent- dabei sowohl Metallmasken verwendet werden als fernten Ränder der Emitterzone an den Kontakt- auch auf der Halbleiterfläche angebrachte Oxydfingerenden gegenüber den unmittelbar benachbarten schichten, die unter Anwendung der photolitho-Randgebieten weniger Ladungsträger emittieren. Es graphischen Technik mit entsprechenden Aussparunist also nicht mehr sinnvoll, die einzelnen Kontakt- 30 gen versehen sind.

finger einer Elektrode über eine optimale Länge hin- Die Emitterelektrode 11 wird durch die von der ausgehen zu lassen. Dieser Erkenntnis wird bei dem inneren ausgezogenen Linie umrandete Fläche ge-Leistungstransistor Rechnung dadurch getragen, daß bildet. Sie besteht aus zwei Diagonalen, die sich in nach seiner weiteren vorteilhaften Ausgestaltung das der Mitte kreuzen und jeweils eine Gesamtlänge von Verhältnis von mittlerer Länge zur mittleren Breite 35 etwa 650 μ aufweisen. In der Mitte, an der Kreuder Kontaktfinger kleiner als 10 : 1 ist. Durch diese zungsstelle der Diagonalen, ist eine ausreichend große Anordnung und Ausbildung der einzelnen Kontakt- zentrale Kontaktfläche 13 zum Anbringen des finger werden extrem lange, dünne Kontaktfinger ver- Emitterzuleitungsdrahtes vorhanden. Ein solcher Zumieden. Ferner sind in der Nähe der Zuleitungen, leitungsdraht kann z. B. unter Anwendung von Druck also an Stellen, an denen viel Strom fließt, die Kon- 4° und Wärme beim Aufsetzen eines z. B. vergoldeten taktfinger breit und an den entfernteren Stellen mit Drahtes angebracht werden. Die Breite der Diagogeringeren Strömen schmaler. Die Kontaktfinger sind nalen verjüngt sich von der zentralen Kontaktfläche also so schmal wie möglich und so breit, wie aus 13 nach außen.

Gründen der Stromdichte nötig ist, ausgebildet. An den einzelnen Zweigen der Diagonalen sind Durch die oben beschriebene Anordnung der Kon- 45 fingerartige Ansätze angebracht, die sich von dem taktfinger wird außerdem erreicht, daß die zur Ver- Ansatzpunkt an der Diagonalen nach außen verfugung stehende Halbleiteroberfläche dicht und jungen. Diese Kontaktfinger haben unterschiedliche gleichmäßig von den Kontaktelektroden bedeckt ist. Länge und sind so ausgebildet, daß sie, nebenein-Daraus ergibt sich der weitere Vorteil, daß die ander angeordnet, die von je zwei Diagonalzweigen Stellen, an denen während des Betriebes Wärme ent- 50 gebildete Dreieckfläche ausfüllen. Sie sind in ihrer steht, gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des Länge so begrenzt, daß ihre Enden etwa auf einer Halbleiterkörpers verteilt sind. Es wird dadurch ver- Verbindungslinie der beiden Enden der Diagonalhindert, daß einzelne Stellen durch Aufheizung zweige liegen. Das Verhältnis von Länge und Breite durchbrennen. Außerdem wird die Wärmeableitung der Fingeransätze ist so gewählt, daß in keinem Falle begünstigt. 55 das optimale Verhältnis von mittlerer Länge zur mitt-

Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele leren Breite von 10 : 1 überschritten wird,

des oben beschriebenen Leistungstransistors erläutert. Die eine Diagonale ist an ihrem linken oberen

Fig. 1 zeigt die geometrische Form der Emitter- Ende verkürzt ausgebildet, um eine ausreichend

und Basiselektrode eines Transistors, der für Strom- große Kontaktfläche 14 auf der Basiselektrode 12 für

stärken von etwa 2 bis 4 A geeignet ist und der außer- 60 die Anbringung des Basiszuleitungsdrahtes zu er-

dem so ausgelegt ist, daß er für verhältnismäßig hohe halten.

Frequenzen bis etwa 200 MHz verwendbar ist; Die Basiselektrode 12 bedeckt die Basiszone 19

F i g. 2 zeigt die geometrische Form der Emitter- des Transistors und umgibt die Emitterelektrode 11,

und Basiselektrode eines Transistors, der vorwiegend indem sie der Randausbildung der Emitterelektrode

für große Stromstärken über 10 bis etwa 15 A aus- 65 an allen Stellen nahezu in gleichem Abstand folgt,

gelegt ist. Ein solcher Transistor kann z. B. für die Die gestrichelte Linie 18 deutet den Emitter-pn-

Schaltung hoher Ströme verwendet werden. Übergang an, der zwischen der Emitterzone 17 und

In beiden Figuren ist die Draufsicht auf die Ober- der Basiszone 19 liegt. Der Abstand der Emitter-

elektrode 11 und der Basiselektrode 12 vom Emitterpn-Übergang 18 beträgt etwa 15 μ.

Während der für hohe Leistungen und hohe Frequenzen ausgelegte Transistor nach Fig. 1 nur einen Emitterzuleitungsdraht der Kontaktfläche 13 aufweist, ist die Geometrie des Transistors nach F i g. 2, der vorwiegend für hohe Ströme über 10 A ausgelegt ist, so ausgebildet, daß sowohl an der Basiselektrode als auch an der Emitterelektrode mehrere Anschlüsse angebracht werden können. In Fig. 2 ist mit 25 der Halbleiterkörper bezeichnet, der etwa eine quadratische Grundfläche aufweist und eine Seitenlänge von etwa 2000 μ besitzt. Die Emitterelektrode 21 besteht wiederum aus zwei sich in der Mitte kreuzenden Diagonalen, von denen die eine, die von rechts unten nach links oben verläuft, an ihren Enden verkürzt ist, um auf der Basiselektrode 22 zwei genügend große Kontaktflächen 24 zum Anbringen des Basiszuleitungsdrahtes zu erhalten.

Die Diagonalen der Emitterelektrode sind ähnlich wie bei Fig. 1 mit fingerartigen Ansätzen versehen, die sich von ihrem Ansatzpunkt nach ihrem Ende zu verjüngen und die von zwei Diagonalarmen gebildete Dreiecksfläche ausfüllen. Im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Emitterelektrode 11 ist keine zentrale am Kreuzungspunkt der Diagonalen liegende Kontaktfläche für die Anbringung des Emitterzuleitungsdrahtes vorgesehen. Statt dessen sind vier Emitterzuleitungsdrähte an je einer Kontaktfläche 23 angebracht, die sich zwischen zwei gegenüberliegenden fingerartigen Ansätzen am Diagonalstreifen befindet. Entsprechend der dadurch bedingten andersartigen Stromverteilung verjüngen sich die Diagonalen nicht von ihrem Kreuzungspunkt nach außen, sondern von den Kontaktflächen 23 der Emitterzuleitungsdrähte nach außen und nach innen.

Die Basiszone 29 bildet mit der Emitterzone 27 den durch die gestrichelte Linie 28 angedeuteten pn-übergang. Der KoIlektor-pn-Übergang ist durch die gestrichelte Linie 26 angedeutet. Der Abstand der Emitterelektrode 21 und der Basiselektrode 22 vom Emitter-pn~Übergang28 beträgt etwa 25 μ. Die Länge der Diagonalstreifen der Emitterelektrode beträgt etwa 1800 μ.

Als Weiterbildung des oben beschriebenen Leistungstransistors wird eine Maßnahme angegeben, um die Hochfrequenzeigenschaften eines Transistors zu verbessern, ohne dabei die Strombelastbarkeit herabzusetzen. Da an der Emission von Ladungsträgern im wesentlichen die Randgebiete der Emitterzone beteiligt sind, sind die inneren Teile der Emitterzone unwichtig. Man kann auf diese Teile überhaupt verzichten und erreicht dadurch, daß die Gesamtfläche der Emitterzone vermindert wird. Man verkleinert damit gleichzeitig die durch die Emitterzone gebildete Kapazität und erhöht die Grenzfrequenz des Transistors. Praktisch kann das bei der Herstellung des Transistors dadurch erreicht werden, daß man bei der Erzeugung der Emitterzone, z. B. durch Diffusion, die Maske so ausbildet, daß nur die Ränder vorhanden sind. Wenn man zur Maskierung Oxydschichten verwendet, befinden sich an Stelle der Emitterzone innerhalb der Ränder Oxydschichten. Die Emitterzone ist dann nur noch unterhalb der Ränder der Emitterelektrode ausgebildet. Im Inneren befinden sich auf der Oberfläche an Stelle der Emitterzone Oxydschichten, so daß die Emitterelektrode teilweise auf Oxydschichten verläuft. Man kann auf diese Weise, ohne die Strombelastbarkeit des Transistors zu beeinträchtigen, die von der Emitterzone eingenommene Fläche erheblich vermindern.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Leistungstransistor mit einem Halbleiterkörper rechteckförmiger Grundfläche, dessen eine Oberflächenseite mit einer flächenhaften ohmschen Kontaktelektrode als Kollektorelektrode bedeckt ist und auf dessen entgegengesetzter Oberflächenseite eine sternförmige, vier Sternzacken aufweisende Emitterelektrode und -zone angeordnet ist, die von einer mit ihr verzahnten Basiselektrode und -zone umgeben ist, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die vier Sternzacken der sternförmigen Emitterelektrode und -zone (11, 17; 21, 27) sich in die Richtung der Diagonalen der rechteckförmigen Grundfläche des Halbleiterkörpers (15) erstrecken und daß die Länge der Sternzackenränder durch fingerartige, an beiden Schenkeln der Sternzacken angebrachte Ansätze unterschiedlicher Länge und Breite vergrößert ist, die jeweils senkrecht zum nächstgelegenen Rand des rechteckförmigen Halbleiterkörpers (15) ausgerichtet sind und die die Dreieckflächen zwischen zwei Sternzacken und der zwischen ihren Spitzen liegenden Randlinie des rechteckförmigen Halbleiterkörpers gleichmäßig voneinander entfernt ausfüllen.

2. Leistungstransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sternzacken an ihrer Kreuzungsstelle eine ausreichend große zentrale Fläche als Kontaktfläche (13,23) des Emitterzuleitungsdrahtes aufweisen.

3. Leistungstransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Kontaktfläche (23) eines Emitterzuleitungsdrahtes auf jedem Sternzacken in jeweils gleicher Entfernung vom Kreuzungspunkt der Sternzacken und an einem Abzweigungspunkt zweier gegenüberliegender fingerartiger Ansätze angebracht ist.

4. Leistungstransistor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Sternzacken sowie die fingerartigen Ansätze an den Sternzacken mit zunehmender Entfernung von den Kontaktflächen der Emitterzuleitungsdrähte verjüngen.

5. Leistungstransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von mittlerer Länge zur mittleren Breite der fingerartigen Ansätze kleiner ist als 10:1.

6. Leistungstransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schaffung von Kontaktflächen (14, 24) des Basiszuleitungsdrahtes mindestens ein Sternzacken an einem Ende verkürzt ist.

7. Leistungstransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterzone (17,27) teilweise nur unterhalb der Ränder der Emitterelektrode (11, 21) im Halbleiterkörper (15) ausgebildet, also dazwischen ausgespart ist, und daß die Emitterelektrode (11, 21) in dem Gebiet, in dem die Emitterzone (17, 27) ausgespart ist, auf einer Oxydschicht aufliegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen