DE1489055B2

DE1489055B2 - Feldeffekttransistor

Info

Publication number: DE1489055B2
Application number: DE19641489055
Authority: DE
Inventors: Minoru Kodaira 0no (Japan). HOIl
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1963-06-24
Filing date: 1964-06-24
Publication date: 1970-10-01
Also published as: GB1071383A; GB1071384A; NL6407180A; US3419766A; DE1489055A1; NL6407158A; DE1295698B

Description

ι ; ■-■.'■■' -'■ 2

Die Erfindung betrifft einen Feldeffekttransistor, gelöst, daß der Leitwert des Kanals infolge einer bestehend aus einer Stromzuleitungszone mit einer an gleichsinnigen Änderung der spezifischen Leitfähigkeit ihr angebrachten Zuleitungselektrode, aus einer Strom- des Kanalmaterials kontinuierlich zunimmt, abflußzone mit einer an ihr angebrachten Abfluß- Ein Feldeffekttransistor nach der Erfindung kann

elektrode, aus einem die Stromzuleitungszone und 5 aus einem geometrisch einfach geformten Halbleiterdie Stromabflußzone ohmisch verbindenden Ober- substrat bestehen, beispielsweise einem Plättchen, flächenleitungskanal, dessen Leitwert von einem Eine komplizierte mechanische Formgebung ist nicht Minimalwert im Bereich der Stromzuleitungszone erforderlich. Die Änderung der spezifischen Leitauf einen Maximalwert im Bereich der Stromabfluß- fähigkeit im Sinne der Erfindung kann allein durch zone kontinuierlich zunimmt und der durch eine io eine elektrische Formierungsbehandlung erfolgen, isolierte Steuerelektrode abgedeckt ist. . Die Verteilung der spezifischen Leitfähigkeit innerhalb

Bei einem solchen /Feldeffekttransistor bewirkt ein des Leitungskanals ist unsymmetrisch. Dadurch Anstieg der Abflußspannung in dem Leitungskanal vermeidet man eine Abschnürung auf der Abflußseite, den Aufbau einer ί !Raumladungsschicht, wodurch Man erreicht einen hohen Sättigungswert für den der Leitungskanal eingeschnürt wird. Dadurch erreicht 15 Abflußstrom. Außerdem werden der Verstärkungsder Abflußstrom bei einer kleineren Abflußspannung grad und auch die Steilheit in hohem Maße angehoben, seinen Sättigungswert/ und da auch der Wert des Die Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf

Sättigungsstromes selbst verkleinert wird, kann man die Zeichnung erläutert. Es stellen dar einen Feldeffekttransistor nicht für hohe Leistungen A b b. 1 und 2 schematische Querschnitte an sich

auslegen. Da jedoch die Weite (Abstand zwischen 2° bekannter Feldeffekttransistoren, Zuleitungs- und Abflußelektrode) des Leitungskanals A b b. 3 eine grafische Darstellung der Kennlinien

groß ist, ist dadurch eine mögliche Verbesserung eines Feldeffekttransistors nach A b b. 1, der Kennlinien im Sinne einer Anhebung der Emp- Abb. 4 einen schematischen Querschnitt einer

.findlichkeit (Anstieg der Kennlinie) und des Ver- bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und Stärkungsfaktors (Steilheit g_m) begrenzt. 25 A b b. 5 (a) und 5 (b) graphische Darstellungen ·

Es sind zwar Feldeffekttransistoren bekannt, bei der Kennlinien einer in Abb. 4 gezeigten Anordnung, denen der Leitungskanal über seine Länge verschiedene Ein bekannter Feldeffekttransistor ist in A b b. 1

Querabmessungen aufweist (deutsche Auslegeschrift. dargestellt. Derselbe besteht im wesentlichen aus einem 1099 646; IRE Transactions on Electron Devices, Halbleitersubstrat!, beispielsweise aus P-leitendem Januar 1962, S. 82bis87;USA.-Patentschrift2967985). 30 Silizium mit einer Dicke von 200 μ, einer Breite von Doch handelt es sich dabei zum einen um Feldeffekt- 500 μ, einer Länge von 2000 μ sowie einem spezifischen transistoren mit einer-Steuerelektrode in Form einer Widerstand von 2 Ω cm, N-leitenden Zonen 2 und la PN-Sperrschicht. Außerdem sind die bekannten mit jeweils 100 μ, 5 μ Tiefe und einem mittleren Wider-Leitungskanäle symmetrisch zur Mittelsenkrechten ' stand von 0,05 Ω cm, welche beispielsweise mittels des Leitungskanals aufgebaut, d.h., sie besitzen 35 eines Diffusionsverfahrens auf einer Oberfläche des jeweils im Bereich der Zuleitungs- und Abflußzonen Halbleitersubstrates 1 in einem gegenseitigen Abstand große Querabmessungen und im Bereich der Mittel- von 30 μ gebildet sind, ferner einem mittels eines senkrechten kleine Querabmessungen. Infolgedessen Diffusionsverfahrens erzeugten Oberflächenleitungsmacht sich bei diesen Feldeffekttransistoren der Ein- kanal 3 mit einer Dicke von 1 μ, welcher den Abstand schnüreffekt ebenfalls nachteilig bemerkbar. 4° zwischen den N-leitenden Zonen 2 und 2a überbrückt,

Die deutsche Auslegeschrift 1066 667 beschreibt einer Zuleitungselektrode 4 sowie einer Abflußeinen Feldeffekttransistor, wo der Oberflächenleitungs- : elektrode 5, welche jeweils mit den N-leitenden Zonen 2 kanal im Bereich einer Auskehlung eines stabförmigen und 2a verbunden sind, weiter einer dielektrischen Halbleitersubstrates ausgebildet ist. Die Auskehlung Isolatorschicht 6, beispielsweise einer Siliziumdioxidhat einen veränderlichen Querschnitt, der sich von 45 schicht, die die weiteren Teile der genannten Obereinem Ende zum anderen gleichsinnig und stetig fläche bedeckt, und schließlich einer auf der Oberändert. Durch diese Querschnittsverteilung läßt sich fläche der Siliziumdioxidschicht 6 oberhalb des Leitungsder Einschnüreffekt weitgehend beseitigen. Allerdings kanals 3 angeordneten Steuerelektrode 7. bereitet die Bearbeitung des ungleichförmigen Quer- Ein Kennlinienfeld eines bekannten Feldeffektschnitts der Auskehlung Schwierigkeiten. 5° transistors ist in Abb. 3 dargestellt, wo auf der

Es ist auch bereits ein Feldeffekttransistor mit einem Ordinate der Strom I₀ und auf der Abszisse die keilförmigen Aufbau vorgeschlagen, wo der im wesent- Spannung Vb zwischen Zuleitungs- und Abflußlichen den gesamten.Querschnitt des Halbleiterkörpers elektrode aufgetragen ist. Die Kurven 8, 9, 10, 11, 12 einnehmende Leitungskanal von der Zuleitungs- zur und 13 stellen jeweils die Abflußstromkennlinien für Abflußseite eine zunehmende Dicke aufweist. Dabei 55 verschiedene Werte von 0, —0,2, —0,4, —0,6, —0,8 muß jedoch der Halbleiterkörper eine solche Kleinheit und —1,0 Volt der Gleichsteuervorspannung zwischen haben, daß diese Anordnung mit einem zulässigen Zuleitungselektrode und Steuerelektrode dar. Der Aufwand technisch nicht verwirklicht werden kann. g_m-Wert (das Verhältnis der Ausgangsstromänderung Aus »Proceedings of the IRE«, Bd. 50, Juni 1962, bezüglich der Eingangsspannungsschwankung) beträgt S. 1462 bis 1469, ist bekannt, bei einem Feldeffekt- 60 1,7 millimho.

transistor an Stelle... einer Sperrschicht zwischen Mit der Absicht, die Anordnung hinsichtlich des

Steuerelektrode und Leitungskanal eine Isolatorschicht oben beschriebenen geringen Wertes des Sättigungszu verwenden. Stromes zu verbessern, ist bereits ein Feldeffekt-

Aufgabe der Erfindung ist es, den Einschnüreffekt transistor nach A b b. 2 vorgeschlagen worden. Dabei bei gleichbleibendem Querschnitt des Leitungskanals 65 sind auf jeweils einander gegenüberliegenden Seiten auszuschalten, damit der Leitungskanal mechanisch des Halbleitersubstrates 14 eine Zuleitungselektrode leicht bearbeitbar bleibt. sowie eine Abflußelektrode 16 angeschlossen, wobei

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch die Dicke bzw. der Durchmesser des Leitungskanals

auf Seiten der Abflußelektrode 16 größer als auf Seiten der Zuleitungselektrode 15 ist. Ferner ist mit einem zwischen der Zuleitungselektrode 15 und der Abflußelektrode 16 gelegenen Teil des Halbleitersubstrates eine Steuerelektrode 17 verbunden, so daß eine Feldeffekthalbleiteranordnung gebildet wird.

Bei dieser Anordnung wird der Kanalbereich nicht so leicht eingeschnürt, so daß der Sättigungswert des Abflußstromes heraufgesetzt wird. Um jedoch zwecks Verbesserung des Kennlinienanstieges eine kleine Einschnürungsspannung zu erhalten und um weiterhin den Verstärkungsfaktor zu vergrößern, muß die Dicke a, wie bei der in A b b. 2 dargestellten Einrichtung gezeigt ist, gleich einem sehr kleinen Wert in der Größenordnung einiger Mikron gemacht werden. Überdies muß auch der Abstand zwischen Zuleitungs- und Abflußelektrode sehr klein sein. Hierdurch war bislang eine starke Verminderung der mechanischen Festigkeit des Halbleiterkörpers bedingt. Außerdem ergaben sich sehr große Schwierigkeiten bei der Kontaktierung der Elektroden.

Bei einem in A b b. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt die Halbleiteranordnung ein P-leitendes Siliziumhalbleitersubstrat mit einer Dicke von 200 μ, einer Breite von 500 μ, einer Länge von 2000 μ und einem Widerstand von 2 Ω cm. Auf einer Oberfläche dieses Halbleitersubstrates 1 sind nach dem Diffusionsverfahren N-leitende Zonen 2 und 2a gebildet. Auf die genannte Oberfläche wird eine als Isolatorschicht dienende Siliziumdioxidschicht 6 aufgezogen. Eine zwischen den N-leitenden Zonen 2 und 2 a und unmittelbar unterhalb der Schicht 6 vorhandene Zone in Form einer dünnen Schicht bildet einen Oberflächenleitungskanal 3 a. Eine Zuleitungselektrode 4 und eine Abflußelektrode 5 sind jeweils mit den N-leitenden Zonen 2 bzw. 2 a verbunden, und eine Steuerelektrode 7 ist oberhalb des Leitungskanals 3a mit der Schicht 6 kontaktiert.

Der Feldeffekttransistor nach der Erfindung wird in wert auf Seiten der Abflußelektrode 5 ändert. Dementsprechend wird in der P-leitenden Siliziumhalbleiterzone unmittelbar unterhalb der Oxydschicht in Abhängigkeit von der Größe und Richtung der elektrischen Feldstärke ein Kanal bereich 3 a erzeugt, innerhalb dessen der Grad der N-Leitfähigkeit fortgesetzt von der Seite der Zuleitungselektrode 4 gegen die Abflußelektrode 5 hin ansteigt. Infolgedessen kann man durch geeignete Einstellung des Schieberabgriffes des verstellbaren Widerstandes die Dicke und Leitfähigkeit des Leitungsbereichs 3 a in weitem Maße ändern.

Im allgemeinen erfahren _die Kennlinien eines Feldeffekttransistors keine Änderung, wenn Zuleitungs- und Abflußelektrode untereinander ausgetauscht werden. Bei der in den Ansprüchen gekennzeichneten Anordnung bewirkt jedoch diese Vertauschung der Elektroden eine merkliche Änderung der Kennlinien. Dieser Unterschied bestätigt die unsymmetrische Verteilung der Dicke und der Leitfähigkeit des Leitungskanals, wie sie oben beschrieben ist.

Nunmehr wird auf die die Kennlinienfelder eines derartigen Feldeffekttransistors zeigende Abb. 5 Bezug genommen. A b b. 5 (a) zeigt die Kennlinien bei Benutzung der Anordnung in normaler Schaltung. A b b. 5 (b) gilt bei Verwendung der Abflußelektrode als Zuleitungselektrode und bei Verwendung der Zuleitungselektrode als Äbflußelektrode. In A b b. 5 sind auf der Ordinate der Abflußstrom Id und auf der Abszisse die Spannung Vb zwischen Zuleitungsund Abflußelektrode aufgetragen. Die Kurven 17, 18, 19, 20, 21 und 22 stellen die Kennlinien für die Werte 0, -0,2, -0,4, -0,6, -0,8 und -1,0VoIt der Gleichvorspannung dar.

Die Steilheit g_m dieser Anordnung beträgt 5,7 millimho. Bezüglich der Stromsättigungskennlinien, der Empfindlichkeit und der Verstärkung zeigt sich eine erhebliche Verbesserung gegenüber einer bekannten

folgender Weise behandelt. Eine Gleichspannungs- 40 Feldeffekthalbleiteranordnung nach A b b. 1. quelle von beispielsweise 4 Volt wird an die Zuleitungselektrode 4 und die Abflußelektrode 5 mit einer solchen Polung angeschlossen, daß die Zuleitungselektrode 4 positiv wird. Gleichzeitig wird parallel zu diesen Elektroden ein verstellbarer 50-Ω-Widerstand mit 45 einem bei linearer Verschiebung eine gleichförmige Widerstandsänderung bewirkenden Schieberabgriff angeschlossen. Der Schieberabgriff ist mit der Steuerelektrode 7 verbunden und so eingestellt, daß das Abstandsverhältnis bezüglich der der Zuleitungs- 5° elektrode 4 bzw. der Abflußelektrode 5 entsprechenden Punkte beispielsweise den Wert 6 : 1 hat. Sodann wird die Anordnung unter den genannten Anschlußbedingungen für eine Dauer von 30 Minuten bei einer Temperatur von beispielsweise 350° C behandelt, 55 wodurch sich der Kanalbereich 3 a unterhalb der Oxydschicht 6 von der in gestrichelten Linien in Abb. 4e eingezeichneten Form in die mit ausgezogenen Linien eingetragene Form ändert.

Man kann annehmen, daß diese Formänderung von folgender Ursache herrührt. Auf alle Teile der Steuerelektrode 7 wird ein konstantes Potential übertragen/In den unterhalb der Steuerelektrode 7 angeordneten und derselben zugekehrten Teilen des Halbleitersubstrates 1 und der Oxydschicht 6 wird ein elektrisches Feld erregt, dessen Feldstärke sich fortschreitend von einem positiven Größtwert auf Seiten der Zuleitungselektrode 4 zu einem negativen Größt-

Claims

Patentansprüche:

1. Feldeffekttransistor, bestehend aus einer Stromzuleitungszone mit einer an ihr angebrachten Zuleitungselektrode, aus einer Stromabflußzone mit einer an ihr angebrachten Abflußelektrode, aus einem die Stromzuleitungszone und die Stromabflußzone ohmisch verbindenden Oberflächenleitungskanal, dessen Leitwert von einem Minimalwert im Bereich der Stromzuleitungszone auf einen Maximalwert im Bereich der Stromabflußzone kontinuierlich zunimmt und der durch eine isolierte Steuerelektrode abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitwert des Kanals infolge einer gleichsinnigen Änderung der spezifischen Leitfähigkeit des Kanalmaterials kontinuierlich zunimmt.

2. Feldeffekttransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldeffekttransistor aus einem Halbleitersubstrat des einen Leitfähigkeitstyps mit einem darin ausgebildeten Kanalbereich des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps aufgebaut ist.

3. Feldeffekttransistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat aus Silizium besteht und P-Leitfähigkeit aufweist, wogegen der Leitungskanal N-Leitfähigkeit besitzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen