DE1514008B2 - Flaechentransistor - Google Patents
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Description
Es ist bereits eine vierschichtige Halbleiteranordnung bekannt, bei der eine Basiszone innerhalb
einer in Form von Kreisringsegmenten aufgeteilten Emitterzone an die Oberfläche eines plattenförmigen
Halbleiterkörpers geführt ist. Derartige und ähnliche Strukturen, bei denen eine oder mehrere
Zonen von einer Oberfläche eines plattenförmigen Halbleiterkörpers ausgehend in diesen eingebettet
sind, werden bekanntlich mit Hilfe von thaskierenden
Oxydschichten unter Anwendung der photolithographischen Technik hergestellt. In diesem Zusammenhang
sei auf das bekannte Verfahren zum Herstellen von Planartransistoren verwiesen.
Die Erfindung befaßt sich in erster Linie mit der Struktur eines Leistungstransistors, der besonders zur
Verwendung für den Hochfrequenzbetrieb in Schaltungen bei geerdetem Emitter geeignet ist.
Die Erfindung betrifft einen Flächentransistor, dessen Emitterzone in die eine Isolierschicht aufweisende
Oberfläche eines plattenförmigen Halbleiterkörpers in Form einer Mehrzahl von voneinander getrennten
und die Basiszone gleichmäßig überdeckenden Emitterteilzonen eingesetzt ist und bei dom auf
die Isolierschicht, die mit Durchbrüchen zu den Emitterteilzonen und der Basiszone versehen ist, getrennte
und die Emitterteilzorien sowie die Basiszone in den Durchbrüchen kontaktierende Metallschichten
aufgebracht sind, die die pn-Übergänge zwischen den Emitterteilzonen und der Basiszone nicht überdekken»
frtit Ausnahme derjenigen Teile dieser pii-Übergänge,
die zur Verbindung der Emitterteilzonen mit dem ihrer Kontaktierung dienenden Teil einer der
Metallschichten überdeckt sind. Ein derartiger Flächentransistor
war bereits äUS der Zeitschrift »Scienta Electrica«, Bd. 10 (1964), Nr. 4, S. 97 bis
122, bekannt.
Bei einem solchen Flächentransistor sind die an
einen Hochfrequenz^Leisturtgstrahsistor zu stellenden
Forderungen nach einer möglichst großen Randlänge des Emitters, einer möglichst kleinen Gesamtfläche
und einer möglichst gleichmäßig über die Fläche aufgeteilten Verlustleistung einzuhalten. Durch die Erfindung
soll eine koaxiale Struktur eines derartigen Flächentransistors, insbesondere mit einem am
Außenrand des Halbleiterplättchens kontaktierten Emitter, angegeben werden. Ferner soll die Aufgabe
gelöst werden, eine koaxiale Struktur eines solchen Flächentransistors anzugeben, dessen Kapazität zwischen
der Kollektorzone und der Emitter- oder der
Basiszone' gegenüber der bekannten Struktur verrirt- taktierung der Emitterteilzonefi 1 und def Basisgert
und weniger spannungsabhängig ist zone 2 jedes einzelnen Flächentransistors ZU efmögli-Dies'e
Aufgabe wifd bei dom aus der oberigenann- chen, weiden die pn-ÜbergäHge 8 zwischen defi
teil Literatürstelle bekannten Flächentransistor erfin^ Emitterteilzoneri 1 und der Basiszone 2 mit AuS-dungsgemäß
dadurch gelöst^ daß 5 nähme der Teile, die züf Verbindung def Efnitterteil-
die Basiszone in die Kollektorzone eingesetzt ^I1 ^* /e,m »V0^11 Fläche*teil def Metal!"
ist,- so daß sämtliche Zonen an die eine Obef- sc^lt be. döckt bleiböii>
Vön d6r SlhClUfllöXydfläche
des Halbleiterkörpers geführt sind, sc^cht * J^ '· Λ
daß die Kollektorzorie die Basiszone dürchdrifi- Die Oberflache jedes so erhaltenen FlachentrafiSigend
an die eine allen Zorieri gemeinsame Ober- 10 **>« 1&t.Jöm} blS. auf die jreigeatzten Bereiche
fläche des Halbleiterkörpers geführt ist und daß gleichmaßig mit zwei voneinander getrennten Metall·
die Isolierschicht zur getrennten Kontaktierung fG?chfri bedeCkt· Nach dem Zerteilen der HaIbder
Emitterteilzonen und der Basiszone mit zwei Jf erplatte irt einzelne Flächentransistoren durch
Metalischichten bis in unmittelbare Nähe des Zerbrechen oder unter Verwendung eines mit Ultra-Randes
der Isolierschicht bedeckt ist. 15 schal schwingenden Werkzeuges und einer Schieß
mitteldispersion werden Flächentransistoren mit
Di6 Erfindung soll art Hand der Figuren erläutert einem Zonen- und Elektrödenmuster nach den Figuwifddfi:
ren erhalten. Die Metallschicht 3 berührt also die Fig. I zeigt in Aufsicht eiiien FläChefltf ansistöf Halbleiteroberfläche nur innerhalb der Erfiitterteilzonach
der Erfindung mit einer angenähert quädfäti- 20 nenl. Je dicker die Siliciumoxydschicht ist, um so
sehen Hüllkurve des Elektrodenrttusters auf einem geringer sind die schädlichen Zuleitungskapazitäteri.
quadratischer! Halbleiterplättchen; Die Kontaktierung der Basiszone 2, die an der Fig.2 zeigt defl Schnitt A-B durch den in Auf- Halbleiteroberfläche durch die pn-Übergänge5 besieht dargestellten Flächentransistor der F i g, 1; grenzt ist, erfolgt über die Metallschicht 4. Die Me-F i g. 3 zeigt einen besonders für koaxialen Aufbau 25 tallschicht 4 soll zuriiiridest zwischen den Emitterteilgeeigneten Flächentfansistof nach der Erfindung, mit zonen 1 die Basiszone 2 kontaktieren. Zu dieserh einem axialsymmetrisehen Elektrodenmuster; Zwecke weist die Isolierschicht 6 dort ebenfalls F i g; 4 veranschaulicht ausschnittsweise eine Durchbrüche 7 auf. Selbstverständlich kann die Me-Weiterbildung des Flächentransistors nach der tallschicht 4 auch die Basiszone 2 außerhalb der Be-F i g, 3 füf größere Hochfrequdnzäusgarigsleistung. 30 reiche zwischen den Emitterfeilzonen 1 kontaktleren. Zur Herstellung einef Mehrzahl von npri-Flächen- Die Zuleitung zur Kontaktelektrode der Basis-Transistoren nach der Erfindung kann beispielsweise zone 2 wird bei den Ausführungsbeispielen nach den wie folgt verfahren werden: Figuren am Symmetriezentrum der auf der Isolier-Zunächst wird auf einer η-leitenden Halbleiter- schicht 6 befindlichen Metallschicht 4 angebracht, platte aus Silicium durch thermische Oxydation eine 35 Dort ist die Kollektorzone 10 innerhalb der Basis-Isolierschicht aus Siliciumoxyd hergestellt. Darin zone 2 an die allen Zonen gemeinsame Oberfläche werden in bekannter Weise unter Anwendung einer der Halbleiterplatte geführt. Durch eine derartige photolithographischen Verfahrens und nachfolgender Ausbildung wird die Fläche des pn-Überganges zwi-Behandlung in einem die Oxydschicht an den nicht- sehen der Basis- und der Kollektorzone und somit maskierten Stellen angreifenden Ätzmittel öffnungen 40 die pn-Raumladungskapazität dieses pn-Uberganges hergestellt, durch die die p-leitende Basiszone 2 der vermindert. An Stelle eines Teils dieser pn-Raum-Transistoren in die Halbleiterplatte diffundiert wer- ladungskapazität, die vorhanden wäre, wenn die KoI-den. Zum Erzeugen der Emitterzonen 1 wird an- lektorzone 10 in diesem Bereich des Symmetriezenschließend wieder oxydiert, so daß eine zusammen- trums nicht innerhalb der und durch die Basiszone 2 hängende Siliciumoxydschicht entsteht. In der Oxyd- 45 hindurchgeführt wäre, liegt beim erfindungsgemäßen schicht werden in gleicher Weise wie oben erwähnt Flächentransistor dort eine Kapazität, die durch die öffnungen zur Diffusion der Emitterteilzonen 1 her- Fläche der Kollektorzone 10 am Symmetriezentrum gestellt. Danach wird die Halbleiterplatte einer und die Dicke der Isolierschicht 6 gegeben ist.
Phosphor-Diffusion unter Verwendung einer P2O5- Diese Kapazität ist aber im Gegensatz zur pn-Quelle ausgesetzt. Dabei entstehen die n-leitenden 5° Raumladungskapazität bei kleineren Kollektorspan-Emitterteilzonen 1 und in den öffnungen der maskie- nungen spannungsunabhängig und kann sehr klein renden Siliciumoxydschicht eine Phosphorglas- gehalten werden. Die gleichen Gesichtspunkte gelten schicht. Während einer anschließenden thermischen für den Fall, daß nach entsprechender Ausbildung Oxydation, bei der auf der gesamten Halbleiterober- der kontaktierenden Metallschichten die Emitterteilfläche eine zusammenhängende Siliciumoxyd- 55 zonen über dem Teil der innerhalb der Basiszone an schicht 6 entsteht, wird das Phosphorglas in den öff- die Oberfläche geführten Kollektorzone kontaktiert nungen in Siliciumoxyd umgewandelt. Darauf wer- werden. Dabei wird ein Anteil der Kapazität zwiden in gleicher Weise wie bereits erwähnt innerhalb sehen der Emitter- und der Kollektorzone unabhänder Emitterteilzonen 1 und mindestens den Emitter- gig von der Spannung zwischen Kollektor und Emitteilzonen 1 Durchbrüche 7 in der Siliciumoxydschicht 60 ter.
quadratischer! Halbleiterplättchen; Die Kontaktierung der Basiszone 2, die an der Fig.2 zeigt defl Schnitt A-B durch den in Auf- Halbleiteroberfläche durch die pn-Übergänge5 besieht dargestellten Flächentransistor der F i g, 1; grenzt ist, erfolgt über die Metallschicht 4. Die Me-F i g. 3 zeigt einen besonders für koaxialen Aufbau 25 tallschicht 4 soll zuriiiridest zwischen den Emitterteilgeeigneten Flächentfansistof nach der Erfindung, mit zonen 1 die Basiszone 2 kontaktieren. Zu dieserh einem axialsymmetrisehen Elektrodenmuster; Zwecke weist die Isolierschicht 6 dort ebenfalls F i g; 4 veranschaulicht ausschnittsweise eine Durchbrüche 7 auf. Selbstverständlich kann die Me-Weiterbildung des Flächentransistors nach der tallschicht 4 auch die Basiszone 2 außerhalb der Be-F i g, 3 füf größere Hochfrequdnzäusgarigsleistung. 30 reiche zwischen den Emitterfeilzonen 1 kontaktleren. Zur Herstellung einef Mehrzahl von npri-Flächen- Die Zuleitung zur Kontaktelektrode der Basis-Transistoren nach der Erfindung kann beispielsweise zone 2 wird bei den Ausführungsbeispielen nach den wie folgt verfahren werden: Figuren am Symmetriezentrum der auf der Isolier-Zunächst wird auf einer η-leitenden Halbleiter- schicht 6 befindlichen Metallschicht 4 angebracht, platte aus Silicium durch thermische Oxydation eine 35 Dort ist die Kollektorzone 10 innerhalb der Basis-Isolierschicht aus Siliciumoxyd hergestellt. Darin zone 2 an die allen Zonen gemeinsame Oberfläche werden in bekannter Weise unter Anwendung einer der Halbleiterplatte geführt. Durch eine derartige photolithographischen Verfahrens und nachfolgender Ausbildung wird die Fläche des pn-Überganges zwi-Behandlung in einem die Oxydschicht an den nicht- sehen der Basis- und der Kollektorzone und somit maskierten Stellen angreifenden Ätzmittel öffnungen 40 die pn-Raumladungskapazität dieses pn-Uberganges hergestellt, durch die die p-leitende Basiszone 2 der vermindert. An Stelle eines Teils dieser pn-Raum-Transistoren in die Halbleiterplatte diffundiert wer- ladungskapazität, die vorhanden wäre, wenn die KoI-den. Zum Erzeugen der Emitterzonen 1 wird an- lektorzone 10 in diesem Bereich des Symmetriezenschließend wieder oxydiert, so daß eine zusammen- trums nicht innerhalb der und durch die Basiszone 2 hängende Siliciumoxydschicht entsteht. In der Oxyd- 45 hindurchgeführt wäre, liegt beim erfindungsgemäßen schicht werden in gleicher Weise wie oben erwähnt Flächentransistor dort eine Kapazität, die durch die öffnungen zur Diffusion der Emitterteilzonen 1 her- Fläche der Kollektorzone 10 am Symmetriezentrum gestellt. Danach wird die Halbleiterplatte einer und die Dicke der Isolierschicht 6 gegeben ist.
Phosphor-Diffusion unter Verwendung einer P2O5- Diese Kapazität ist aber im Gegensatz zur pn-Quelle ausgesetzt. Dabei entstehen die n-leitenden 5° Raumladungskapazität bei kleineren Kollektorspan-Emitterteilzonen 1 und in den öffnungen der maskie- nungen spannungsunabhängig und kann sehr klein renden Siliciumoxydschicht eine Phosphorglas- gehalten werden. Die gleichen Gesichtspunkte gelten schicht. Während einer anschließenden thermischen für den Fall, daß nach entsprechender Ausbildung Oxydation, bei der auf der gesamten Halbleiterober- der kontaktierenden Metallschichten die Emitterteilfläche eine zusammenhängende Siliciumoxyd- 55 zonen über dem Teil der innerhalb der Basiszone an schicht 6 entsteht, wird das Phosphorglas in den öff- die Oberfläche geführten Kollektorzone kontaktiert nungen in Siliciumoxyd umgewandelt. Darauf wer- werden. Dabei wird ein Anteil der Kapazität zwiden in gleicher Weise wie bereits erwähnt innerhalb sehen der Emitter- und der Kollektorzone unabhänder Emitterteilzonen 1 und mindestens den Emitter- gig von der Spannung zwischen Kollektor und Emitteilzonen 1 Durchbrüche 7 in der Siliciumoxydschicht 60 ter.
zu den Emitterteilzonen 1 und zu der Basiszone 2 zur Innerhalb des Bereiches, der von der Fläche des
Kontaktierung desselben hergestellt. inneren Basis-Kollektor-pn-Überganges 5 umfaßt
Zur Kontaktierung der Emitterteilzonen 1 und der wird, ist die dort an die Oberfläche der Halbleiter-Basiszone
2 kann zunächst über die gesamte Ober- platte tretende Kollektorzone 10 also gegen die Me-
fläche der Halbleiterplatte, in die die Basiszone 2 65 tallschicht 4 durch die Isolierschicht elektrisch ge-
und die Emitterteilzonen 1 eindiffundiert wurden, trennt. Zur Verminderung der Kapazität zwischen
eine einzige Metallschicht, beispielsweise aus Alumi- der Metallschicht 4 und der im Bereich des inneren
nium aufgebracht werden. Um eine getrennte Kon- Kollektor-Basis-pn-Überganges 5 an die Halbleiter-
oberfläche tretenden Kollektorzone 10 kann dort eine beispielsweise nicht kontaktierte zusätzliche
Zone des in bezug auf die Kollektorzone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp in die Halbleiterplatte eingebettet
sein. An diese zusätzliche Zone kann aber auch über eine zusätzliche Elektrode zur weiteren
Verminderung der Zuleitungskapazität eine Sperrspannung in bezug auf die Kollektorzone gelegt werden.
Die Fig. 1 zeigt einen Flächentransistor nach der
Erfindung, der einen Halbleiterkörper von quadratischer Grundfläche aufweist. In den Halbleiterkörper
sind senkrecht von den Quadratseiten ausgehend streifenförmige, sich nach innen verjüngende
Emitterteilzonen 1 eingebettet, die sich bis in die Nähe der Diagonalen des Quadrates und des pn-Überganges5
zwischen Basiszone 2 und Kollektorzone 10 erstrecken. Die Verjüngung der Emitterteilzonen
1 hat den Vorteil, daß sich geringe Zuleitungswiderstände zu den emittierenden Randbereichen der
Emitterteilzonen 1 ergeben.
Die Flächentransistoren nach den F i g. 3 und 4 sind besonders zur Kontaktierung mit einer Koaxialleitung
geeignet. Dabei wird der innere Leiter der Koaxialleitung mit der Metallschicht 4 und der außere
Leiter mit der Metallschicht 3 verbunden. Die elektrische Verbindung kann über Preßkontakte erfolgen.
Der Flächentransistor nach der F i g. 3 weist eine kreisflächenförmige Halbleiterplatte und Emitterteilzonen
1 mit der Form von Kreissegmenten auf. Zur besseren Veranschaulichung ist in der F i g. 3 eine
Emitterteilzone 1 mit einer Schraffur versehen.
Für größere Hochfrequenzausgangsleistungen ist ein Flächentransistor geeignet, der in der F i g. 4 ausschnittsweise
dargestellt ist. Dabei ist jedes der Kreissegmente nach der F i g. 3 in konzentrische, Kreisringabschnitte
bildende Streifen aufgeteilt. Dadurch wird ein noch größerer emittierender Randbereich
der Emitterteilzonen erhalten. Zur besseren Veranschaulichung fehlen in der F i g. 4 bei einem Kreissegment
die kontaktierenden Teile der Metallschichten 3 und 4. Dabei wird die Form der Emitterteilzonen
1, nämlich die Form von konzentrischen Streifen, die jeweils durch einen pn-übergang 8 von der
Baisiszone 2 getrennt sind, deutlich sichtbar.
Ein wesentlicher Vorteil des Flächentransistors nach der Erfindung besteht noch darin, daß er
emitterseitig induktivitätsarm auf einen Transistorsockel aufgebaut werden kann, da die Emitterzuleitung
kurz gehalten werden kann.
Mit einem Flächentransistor nach der Fig. 1, dessen Halbleiterplatte eine Kantenlänge von etwa 1 m
auf 1 m aufweist, kann beispielsweise bei 200 MHz und einer Kollektorspannung von 30 V eine Ausgangsleistung
von etwa 4,5 W bei einer Leistungsverstärkung von etwa 1OdB erreicht werden. Dabei ist
die Halbleiterplatte mit einem metallischen Gehäuseteil des Flächentransistors verlötet, so daß dieses mit
dem Kollektor in gut wärmeleitendem Kontakt steht. Über das metallische Gehäuse wird für eine ausreichende
Ableitung der Verlustwärme gesorgt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Flächentransistor, dessen Emitterzone in die
eine Isolierschicht aufweisende Oberfläche eines plattenförmigen Halbleiterkörpers in Form einer
Mehrzahl von voneinander getrennten und die Basiszone gleichmäßig überdeckenden Emitterteilzonen
eingesetzt ist und bei dem auf die Isolierschicht, die mit Durchbrüchen zu den Emitterteilzohörl und der Basiszone versehen ist*
getrennte und die Emitterteilzonen sowie die Basiszone in den Durchbrüchen kontaktierende Metallschichten
aufgebracht sirid, die die pii-Übergänge
zwischen den Emitterteilzonen und der Basiszone
nicht überdecken, mit Ausnahme derjenigen Teile dieser prl-Ubefgänge, die zur Verbindung
der Emitterteilzonen mit dem ihrer Kontaktierung dienenden Teil einer der Metallschichten
überdeckt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Basiszone (2) in die Kollektorzone (10) eingesetzt ist, so daß sämtliche Zonen
an die eine Oberfläche des Halbleiterkörpers geführt sind, daß die Kollektorzone (10) die Basiszone (2)
durchdringend an die eine allen Zonen gemeinsame Oberfläche des Halbleiterkörpers
geführt ist und
daß die Isolierschicht zur getrennten Kontaktierung der Emitterteilzonen' (1) und
der Basiszone (2) mit zwei Metallschichten bis in unmittelbare Nähe des Randes der
Isolierschicht bedeckt ist.
35
2. Flächentransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Emitterteilzone (1)
kontaktierende Metallschicht (3) die die Basiszone (2) kontaktierende Metallschicht (4) umgibt.
3. Flächentransistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung zur Kontaktelektrode
der Basiszone (2) am Symmetriez'enffuiri
der auf der Isolierschicht angeordneten Metallschicht (4) angebracht ist.
4. Flächentransistor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einen
Halbleiterkörper mit quadratischer Grundfläche senkrecht von den Quadratseiten ausgehend streifenförmige,
sich nach inrien verjüngende Erilitterteilzonen
(1) eingebettet sind, die sich bis in die Nähe der Diagonalen des Quadrates und des
pn-Überganges (5) zwischen Basis- und Kollektöfzöne erstrecken (Fig. 1).
5. Flächentransistor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterteilzonen
(1) in Form von Kreisringsegmenten in dem Halbleiterkörper eingebettet sind (F i g. 3).
6. Flächentransistor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kreisringsegment in
konzentrische Streifen aufgeteilt ist (F i g. 4).
7. Flächentransistor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen zu
den Metallschichten (3,4) als Koaxialleitung ausgebildet sind, deren innerer Leiter mit der inneren
Metallschicht (4) und deren äußerer Leiter mit der äußeren Metallschicht (3) elektrisch verbunden
sind.
8. Flächentransistor nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der innere Leiter mit der inneren Metallschicht (4) und der äußere Leiter mit
der äußeren Metallschicht (3) über Preßkontakte elektrisch verbunden sind.
9. Flächentransistor nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des
Oberflächenbereiches der an die Oberfläche des Halbleiterkörpers tretenden Kollektorzone (10)
mindestens eine zusätzliche Zone des in bezug auf die Kollektorzone (10) entgegengesetzten
Leitfähigkeitstyps in die Kollektorzone (1Ö) eingebettet
ist.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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