DE1564172B1 - Schnell schaltender transistor - Google Patents

Schnell schaltender transistor

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DE1564172B1
DE1564172B1 DE19661564172 DE1564172A DE1564172B1 DE 1564172 B1 DE1564172 B1 DE 1564172B1 DE 19661564172 DE19661564172 DE 19661564172 DE 1564172 A DE1564172 A DE 1564172A DE 1564172 B1 DE1564172 B1 DE 1564172B1
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transistor
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layer
collector layer
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Orest Bilous
Paul Philip Castrucci
Tommy Dean Clark
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Description

3 4
und Elektronen bei P-leitendem Material. Bei den Die Linie 20, welche die Tiefe der Verarmungsmeisten gebräuchlichen Halbleitermaterialien, die zur schicht innerhalb der Kollektorschicht 12 bezeichnet,
Zeit beim Aufbau von Transistoren benutzt werden, ist von dem PN-Übergang 19 weiter entfernt als dies
kommt die Ladungsträgerkonzentration im allge- für die die Grenze der Verarmungsschicht innerhalb meinen zustande unter dem Einfluß irgendeiner 5 der Basiszone 14 anzeigende Linie 22 der Fall ist.
definierten Konzentration von eingebauten Stör- Diese Tatsache resultiert aus der höheren Störstellen-
stellenatomen, welche für die wirklich vorliegende konzentration innerhalb der Basiszone 14. Im Betrieb
Leitfähigkeitscharakteristik des dotierten Halbleiter- des Transistors nach dem Stande der Technik, dessen
materials verantwortlich sind. Struktur in F i g. 1 gezeigt ist, sind diejenigen Ladungs-
Im folgenden wird die Erfindung unter Zugrunde- io träger, die sich zwischen der Grenze der Verarmungs-
legung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Figuren schicht 20 und der N+-leitenden Kollektorschicht 10,
näher erläutert. In diesen bedeutet also in dem punktierten Gebiet 24, befinden, während
F i g. 1 eine Schnittdarstellung der Transistorzonen- der Zeiten eingefangen, in denen sich der Transistor
struktur nach dem Stande der Technik; die Lage der im »Aus«-Zustand befindet. Infolgedessen verursacht
Verarmungsschicht innerhalb der Kollektorzone ist 15 die Speicherzeit der Ladungsträger eine Verzögerung
angedeutet, des Schaltvorgangs, die dadurch zustande kommt,
F i g. 2 einen Seitenriß der Transistorzonenstruktur daß die Ladungsträger im Gebiet 24 eine gewisse Zeit nach der Erfindung, bei der die Verarmungsschicht benötigen, um in die Basiszone 14 zurückkehren zu innerhalb der Kollektorzone etwa gleich der Dicke können. Die eingefangenen Ladungsträger 24 werden der hochohmigen Kollektorschicht der Kollektorzone 20 sich nicht in die N+-leitende Kollektorschicht 10 hinist, einbewegen, es sei denn, sie werden dazu gezwungen,
F i g. 3 eine graphische Darstellung der Konzentra- beispielsweise durch Beschleunigung in einem starken tion der Störatome für die verschiedenen Zonen des elektrischen Feld, welches sich in der Kollektor-Transistors nach der F i g. 2 in Abhängigkeit vom schicht 10 befindet und durch eine Überschußladung Abstand von der Oberfläche des Transistorhalbleiter- 25 innerhalb der Kollektorschicht 10 erzeugt werden körpers, kann. Es ist jedoch wünschenswerter, die Ladungs-
F i g. 4 eine graphische Darstellung der optimalen träger in der Kollektorschicht 12 zu veranlassen, sich
Schaltzeiten bei einer Reihe von verschiedenen in die Kollektorschicht 10 sehr geringen spezifischen
Arbeitsspannungen (Spannungsparameter) für eine Widerstandes zu begeben, in der eine schnelle Ent-
Transistorzonenstruktur nach der F i g. 2 in Abhängig- 30 fernung der Ladungsträger möglich ist. Drei Elek-
keit von der Dicke der hochohmigen, N-leitenden troden 26 sind vorgesehen, eine an der N+-leitenden
Kollektorschicht der Kollektorzone. Kollektorschicht 10, eine an der Basiszone 14 und eine
Entsprechend der F i g. 1 besteht die Kollektor- an der Emitterzone 16. Die Elektroden 26 werden schicht 10 aus N+-leitendem monokristallinem Halb- mittels eines bekannten Verfahrens an der Oberfläche leitermaterial, beispielsweise Silicium, eines niedrigen 35 des Halbleiterkörpers befestigt, beispielsweise durch spezifischen Widerstandes, der für eine Verkürzung Aufdampfen von Aluminium auf hierfür ausgewählten der Laufzeit der in die Kollektorschicht 10 eintreten- Oberflächenteilen des Silicium-Halbleiterkörpers.
den Elektronen nützlich ist. Anschließend wird eine In der F i g. 2 sind solche Transistorteile, die den-N-leitende Kollektorschicht 12 aus monokristallinem jenigen in der F i g. 1 entsprechen mit der gleichen Material aufgebracht, die eine sehr viel geringere 40 Ziffer unter Zufügung des Buchstabens A bezeichnet. Störstellenkonzentration besitzt, als dies in der Kollek- Wie jedoch aus der F i g. 2 ersichtlich, ist die Grenztorschicht 10 der Fall ist. Dies geschieht durch epitak- linie 20,4, welche die Tiefe der Verarmungsschicht in tisches Aufwachsen auf die N+-leitende Kollektor- der Kollektorschicht UA andeutet, nun nicht mehr schicht 10. Das epitaktische Aufwachsen von N-leiten- zwischen der N+-leitenden Kollektorschicht 12,4 und den Halbleiterschichten ist in der Halbleitertechnik 45 dem Basis-Kollektor-PN-Übergang 19,4 gelegen, songut bekannt. In diesem Zusammenhang sei auf die dem diese liegt nunmehr im wesentlichen an der Arbeit von H. C. Treurer, »Epitaxial Silicon Films Grenze zwischen der N+- und der N-leitenden Kollekby the Hydrogen Reduction of Silicon Tetrachloride«, torschicht. Infolge des genannten Sachverhaltes durchin der Zeitschrift »Elektrochemical Society«, Bd. 108 laufen nunmehr die Ladungsträger, d. h. die Elek-(1961), S. 649, verwiesen. 50 tronen, die von der N-leitenden Emitterzone 16,4 her-
Unter Benutzung eines üblichen bekannten Diffu- kommen, schnell die Kollektorschicht 12,4 und gesionsverf ahrens wird eine P-leitende Basiszone 14 mit langen direkt in die N+-leitende Kollektorschicht 10,4. einer im Vergleich zur Störstellenkonzentration in Die durch Pünktchen angedeutete Fläche 24,4 in der Kollektorschicht 12 höheren Störstellenkonzen- F i g. 2 liegt nunmehr in dieser Figur in der N+-leitentration aufgebracht, die seinerseits N-leitend ist; in 55 den Kollektorschicht 10A. Nachdem der Transistor ähnlicher Weise wird auf die Basiszone 14 wiederum in den ausgeschalteten Zustand versetzt wurde, werden eine N-leitende Emitterzone 16 mit einer höheren die Ladungsträger, die bei einem Transistor nach dem Störstellenkonzentration aufgebracht, als sie in der Stande der Technik entsprechend der F i g. 1 in der Basiszone 14 vorhanden ist. Die N+-leitende Kollektor- Kollektorschicht 12 eingefangen gewesen wären, nunschicht 10 wird oft auch dadurch hergestellt, daß in 60 mehr in der Kollektorschicht 10,4 der F i g. 2 bedie Oberfläche eines Halbleiterkörpers Störstellen schleunigt. Dies geschieht infolge der Tatsache, daß eindiffundiert werden, welche N+-Leitfähigkeit her- die Tiefe der Verarmungsschicht im wesentlichen vorrufen, wobei dieses N+-leitende Diffusionsgebiet gleich der Dicke der Kollektorschicht 12,4 ist.
sich an den Seiten 18 der Zonenstruktur bis zur Ober- In F i g. 3 stellt die Ordinatenachse die Störstellenfläche erstreckt. 65 konzentration dar und die Abszissenachse den Ab-Die in der Gegend des Basis-Kollektor-PN-Über- stand der Transistorzonen bzw. -schichten von der gangs 19 sich einstellende Verarmungsschicht ist durch Oberfläche des Halbleiterkörpers. Kurve A repräsendie Linien 20 und 22 angedeutet. tiert die Konzentration der Störatome vom N-Leit-
fähigkeitstyp, welche zur Herstellung der Emitterzone 16 A der Transistorzonenstruktur nach der F i g. 2 eindiffundiert wurden. Kurve B bedeutet die Konzentration der Störatome vom P-Leitfähigkeitstyp, welche in die epitaktisch aufgewachsene N-leitende Schicht zur Herstellung der Basiszone 14.4 eindiffundiert wurden. Kurve C bedeutet die Konzentration der Störatome vom N-Leitfähigkeitstyp, welche in die epitaktische Kollektorschicht 12 A beim Aufwachsen eingebracht wurden. Der vertikale Teil der Kurve D zeigt den abrupten Übergang zwischen der N-leitenden Kollektorschicht 12^4 und der N+-leitenden Kollektorschicht 10Ä Das abrupte Übergangsgebiet zwischen der N+-leitenden Kollektorschicht 10.4 und der N-leitenden Kollektorschicht 12^4 liegt innerhalb der Abmessung von etwa 1 μπι. Wie in F i g. 3 gezeigt ist, besitzt die Verarmungsschicht eine Tiefenabmessung, welche gleich der Dicke der Kollektorschicht 12^4 ist. Die Dickenabmessung der N-leitenden Kollektorschicht 12A zwischen der Kollektorschicht IQA und dem PN-Übergang 19^4 ist von der Höhe der Dotierungskonzentration der epitaktischen Halbleiterschicht abhängig.
Für eine festgelegte Dotierungskonzentration besteht dann ein Zusammenhang zwischen der Dickenabmessung der N-leitenden Kollektorschicht 12 A und der Durchbruchsspannung des Transistors, die wie nachstehend erklärt wird:
Es kann für den Transistor eine spezielle Durchbruchsspannung BVS bei unbelasteter Basis definiert werden, deren Größe durch den Schaltungsaufbau gefordert wird. Sie hängt somit von den Erfordernissen der Schaltung ab und muß an diese angepaßt sein, damit die Schaltung in gewünschter Weise arbeitet.
Für diese Durchbruchsspannung gilt die folgende Beziehung:
S = -OK00 [Z
Hierin bedeutet
die Durchbruchsspannung des Transistors bei unbelasteter Basis, wobei jedoch eine unendliche Dicke der N-leitenden Kollektorschicht vorausgesetzt wird,
Tc die Dicke der N-leitenden Kollektorschiclit
und
D00 die Dicke der Verarmungsschicht des Basis-Kollektor-PN-Übergangs bei unbelasteter Basis sowie bei der Durchbruchsspannung -SU7», wobei eine unendliche Dicke der N-leitenden Kollektorschicht vorausgesetzt wird.
Hieraus ergibt sich unter der Voraussetzung, daß Tc gleich der Dicke der Verarmungsschicht ist, die Tatsache, daß BVs der Durchbruchsspannung BVceo zwischen Emitter und Kollektor bei unbelasteter Basis gleicht.
Aus der obigen Beziehung läßt sich die folgende Gleichung ableiten:
1+
BVs
Für eine festgelegte Dotierungskonzentration eines epitaktisch hergestellten Halbleitermaterials sind D00 und jBFco Konstanten. Daher gibt es für einen bestimmten Wert BVs nur einen Wert Tc. Ein Anwachsen der Größe T0 bedeutet auch eine Zunahme von BVs, aber auch eine größere Schaltzeit. Daher ist es wünschenswert, die Größe Tc einem für die Schaltzeit optimalen Wert anzugleichen.
Dicke der epitaktischen
Schicht		 BVceo Rl= 80 Ω
(nsec)		 Vcc2 = 50 V
.Ri =100 Ω
tr - tf - ts
(nsec)		 rT= 140 Ω
(nsec)		 Fcc4=80V
.R£ = 160 Ω
tr —tr- ts
(nsec)		 ^"=180Ω
tr-tf- ts
(nesc)
3,2 μπα
Kollektordicke Tc
5,7 μπι Gesamtdicke		 45 V 12-32-145
zusammen 189
5,8 μπι
Kollektordicke Tc
8,3 μΐη Gesamtdicke		 55 V 12-33-171 11-30-147
zusammen 188
8,5 μηι
Kollektordicke T0
11,0 μηι Gesamtdicke		 72 V 15-40-162 12-42-171 13-43-158
zusammen 214
11,3 μπι
Kollektordicke T0
13,8 μπι Gesamtdicke		 93 V 15-48-136 13-43-148 13-55-158 14-45-150
zusammen 209
14,1 μπι
Kollektordicke Te
16,6 μπα Gesamtdicke		 103 V 19-68-133 13-62-143 13-48-176 14-57-150 14-58-153
zusammen 222
In der vorstehenden Tafel sind die verschiedenen Arbeitsspannungen mit VCc, die verschiedenen Belastungswiderstände mit Rl bezeichnet, die Gesamtschaltzeit ist als die Summe der Anstiegszeit tr, der Abfallzeit tf sowie der Ladungsträgerspeicherzeit ts definiert. Die Abnahme der Speicherzeit bei anwachsender Dickenabmessung wird durch die Tatsache erklärt, daß sich die gemessenen Transistoren nicht im gleichen Sättigungszustand befanden. Die Ordinatenachse in F i g. 4 entspricht der Gesamtschaltzeit in Nanosekunden, die in der obenerwähnten Tabelle in der Diagonalen aufgeführt sind. Die Abszissenachse in F i g. 4 entspricht der Dicke der zwischen NMeitender Kollektor schicht 10^4 und dem Basis-Kollektor*
PN-Übergang 19A gelegenen N-leitenden Kollektorschicht 12Λ. Entsprechend bedeuten die Kurven £, F, G, H. I die charakteristischen Abhängigkeiten und zeigen in eindeutiger Weise, daß lediglich ein kritischer Wert der Kollektorschicht-Dickenabmessung für jede Arbeitsspannung VCC1 bis Vccs existiert, welcher zu einer kleinsten Schaltzeit führt. Ein besonders schnell schaltender Transistor wurde für B VCeo (Durchbruchsspannung zwischen Kollektor und Emitter bei unbelasteter Basis) größer als 45 Volt bei einer maximalen Kollektorspannungsänderung von 40 Volt hergestellt. Die Kollektorspannungsänderung von 40 Volt erfordert, daß die Größe BVcbo (Durchbruchsspannung zwischen Kollektor und Basis bei offenem Emitter) bei etwa 120 Volt liegt, da der Wert BVcbo normalerweise das Zweieinhalb- bis Dreifache der Größe BVceo beträgt. Γη diesem Beispiel besaß die N-leitende epitaktisch auf eine N^-leitende Kollektorschicht aufgewachsene Kollektorschicht eine Dicke von 7,3 ±. 0,3 μ. Die N-leitende epitaktische Kollektorschicht besaß ao eine Störstellenkonzentration von 8 · 1011 Atomen/cm3 sowie einen spezifischen Widerstand von 6 Ohm · cm.
Zunächst spielt der innere Widerstand der Kollektorzone eine sehr wichtige Rolle, da ein hoher Sättigungswiderstand bei eingeschaltetem Transistor Anlaß zu einem erhöhten Energieverlust gibt, während im Falle eines niedrigen Widerstandes mit dem thermischen Durchgehen und eventueller Transistorzerstörung gerechnet werden muß. Das Vorhandensein der N+-leitenden Kollektorschicht setzt den Säitigungswiderstand weitgehend herab, so daß die in der Kollektorzone verbrauchte Energie in tragbaren Grenzen bleibt.
Die Verwendung von zwei verschieden stark dotierten Kollektorschichten hat eine vorteilhafte Auswirkung auf das Problem der Basiserweiterung. In der Verarmungsschicht in der N-leitenden Kollektorschicht findet eine Ladungsneutralisation statt, wenn die Stromdichte des injizierten Emitterstroms der Dotierung der N-leitenden Kollektorschicht vergleichbar wird. Die die N-leitende Kollektorschicht durchsetzende hohe Stromdichte neutralisiert die Umgebung in der N-leitenden Kollektorschicht, wodurch der Basis-Kollektor-PN-Übergang (elektrisch) tiefer ins Innere der N-leitenden Kollektorschicht verlagert wird. Aus diesem Effekt resultiert gleichzeitig eine größere Basiszonendicke und ein damit verknüpfter Abfall der Grenzfrequenz sowie des ß-Wertes.
Der Effekt der Basiszonenerweiterung wird begrenzt durch die Benutzung einer epitaktischen Schicht der kritischen Dickenabmessung, da sich die Basiszone nur bis zu dem Übergang zwischen der N-leitenden Kollektorschicht und der N^-leitenden Kollektorschicht ausdehnen kann. Da die Störstellen konzentration in der N~-leitenden Kollektorschicht sehr viel größer ist als die injizierte Ladungsträgerkonzentration, sind die Ladungsträger nicht in der Lage, diese N"-leitende Kollektorschicht zu neutralisieren, und die effektive Basiszonenweite kann sich nicht weiter ausdehnen. Aus dem genannten Grund ist es wesentlich, daß die Dotierung zwischen der N- und der N+- leitenden Kollektorschicht sich abrupt ändert, wie es in F i g. 3 durch die vertikale Linie gezeigt ist, welche gleichfalls die Grenze der Verarmungsschicht andeutet.
Die Schaltzeiten variieren für verschiedene Kollektorschicht-Dickenabmessungen, was auch aus der Tafel ersichtlich ist. Um jedoch hohe Schaltgeschwindigkeiten zu erreichen, muß z. B. ein Transistor mittlerer Leistung, z. B. ein doppelt diffundierter Siliciumtreibertransistor für den Betrieb einer Ferritkernspeicherschaltung der Abmessung 1 μπι · 0,5 μπι in der Lage sein, 260 mA Kollektorstrom in 25 nsec ein- und einen Strom von 530 mA Kollektorstrom in 40 nsec auszuschalten. Die Speicherzeiten variieren von einem Transistor, der sich in Sättigungsbedingung befindet, zu einem, der sich außerhalb der Sättigungsbedingung befindet, und hängen ziemlich stark vom Grade der während der Messung bestehenden Sättigung ab.
Zur Herstellung einer Transistorzonenstruktur nach F i g. 2 wird auf ein N~-leitendes Trägerhalbleiterplättchen mit einer höheren spezifischen Leitfähigkeit, das beispielsweise aus mit Antimon dotiertem Silicium besteht, eine N-leitende epitaktische Schicht mit einer geringen spezifischen Leitfähigkeit, die z. B. mit Phosphor dotiert ist. aufgetragen. Die Oberfläche der epitaktischen Schicht wird nun oxydiert, und mit Hilfe eines photolithographischen Prozesses wird eine Öffnung in der Oxydschicht gebildet. Durch diese Öffnung wird beispielsweise Bor diffundiert, so daß in der epitaktischen Schicht der Kollektor-Basis-PN-Übergang entsteht. Dabei wird die Dicke der zwischen dem Kollektor-Basis-PN-Übergang und der N--leitenden Kollektorschicht liegenden N-leitenden Kollektorschicht in Abhängigkeit der für den Transistor vorgesehenen Betriebsspannung so gewählt, daß sie gleich der Ausdehnung der Verarmungsschicht des Kollektor-Basis-PN-Überganges in der N-leitenden Kollektorschicht ist. Nach einer erneuten Oxydation wird ein Teil der Basiszone an der Oberfläche freigelegt und hier z. B. Phosphor eindiffundiert, so daß die N-leitende Emitterzone entsteht. Anschließend werden die einzelnen Transistorzonen kontaktiert. Zusätzlich kann eine Golddiffusion von der unteren Seite des Halbleiterplättchens her vorgenommen werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen COPY
209 522/269

Claims (2)

Rekombinationszentren zur Herabsetzung der Lebens-Patentansprüche: dauer der Ladu^gstfäger zu steuern. Es Würde früher der Versuch zur Reduzierung der Lauf zeit der Ladungs-
1. Schnell schaltender Transistor mit einer zwei träger durch die Basiszone gemacht, indem man einen verschieden stark dotierte Kollektorschichten glei- 5 Konzentrationsgradienten von Störatomen innerhalb chen Leitfähigkeitstyps aufweisenden Kollektor- der Basiszone einbaute. Hierdurch wird ein elektro- -zone, dessen niederohmige Kollektorschicht mit statisches Feld erzeugt, welches einen beschleunigenden der der Basiszone benachbarten hochohmigen Effekt auf die Ladungsträger innerhalb dieser Zone Kollektorschicht einen sich über eine Tiefen- ausübt. Jedoch wurde das Problem der Ladungsträgerabmessung von etwa 1 μηι erstreckenden, abrupten io speicherung in der Kollektorzone eines Transistors Übergang bildet, dadurch gekennzeich- durch dieses Vorgehen nicht gelöst. Insbesondere net, daß die Dicke der hochohmigen Kollektor- füllt sich im ausgeschalteten Zustand des Transistors schicht (12 k) gleich der Dicke der Verarmungs- der Teil der KoUektorzone außerhalb der Verschicht (204) des Kollektor-Basis-PN-Übergangs armungszone des PN-Überganges zwischen Basis-(194) in der KoUektorzone (10,4, 124) bei der 15 und KoUektorzone mit Majoritätsladungsträgern an, für den Transistor vorgesehenen Betriebsspannung welche nicht in der Lage sind, in die benachbarte bemessen ist. niederohmige Kollektorschicht abzuwandern.
2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Im USA.-Patent 3 165 811 ist ein Transistoraufbau zeichnet, daß die niederohmige Kollektorschicht beschrieben, in dem eine epitaktische Schicht hohen (10 A) N+-, die hochohmige Kollektorschicht 20 Widerstandes aus monokristallinem Halbleitermaterial Q-2Ä) N-, die Basiszone (144) P- und die Emitter- auf eine monokristalline Halbleiterunterlage niedrigen zone (164) N-leitend ist. Widerstandes aufgewachsen wird. Anschließend werden Basis- und Emitterzone in die epitaktisch gewachsene Schicht eindiffundiert, derart, daß sich eine
25 Zonenstruktur ergibt mit einer Kollektorschicht eines
hohen spezifischen Widerstandes und einer Kollektorschicht eines niedrigen spezifischen Widerstandes.
Die Erfindung bezieht sich auf einen schnell schal- Durch die Dicke der epitaktisch aufgewachsenen tenden Transistor mit einer zwei verschieden stark Schicht wird auch die Dicke der Kollektorschicht dotierte Kollektorschichten gleichen Leitfähigkeits- 30 hohen spezifischen Widerstandes festgelegt, welche typs aufweisenden Kollektorzone, dessen nieder- seinerseits wieder für die Schaltzeit des Transistors ohmige Kollektorschicht mit der der Basiszone be- ausschlaggebend ist.
nachbarten hochohmigen Kollektorschicht einen sich Es wurde nun bei den der Erfindung zugrunde-
über eine Tiefenabmessung von etwa 1 μηα erstrecken- liegenden Untersuchungen herausgefunden, daß bei den, abrupten Übergang bildet. 35 einer solchen Transistorzonenstruktur nur eine be-
Bei der Konstruktion von Halbleiterbauelementen stimmte Dicke der Kollektorschicht hohen spezifischen mit hohen Schaltgeschwindigkeiten ist es wesentlich, Widerstandes die kleinste Schaltzeit ergibt. Überdaß die Gesamtsehaltgeschwindigkeit, welche aus der raschenderweise hat sich dabei gezeigt, daß die kürzeste Anstiegszeit, der Abfallzeit sowie aus der Speicherzeit Schaltzeit nicht durch die durch die vorgegebene für die Ladungsträger besteht, auf ein minimales Maß 40 Durchbruchsspannung bestimmte kleinstmögliche für die jeweils benutzte Arbeitsspannung herabgesetzt Dicke der hochohmigen Kollektorschicht erreicht wird. Die Speicherzeit für die Ladungsträger entspricht wird.
der Wiederholungszeit, die zur Herstellung des quasi- Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe
stationären Zustandes der Ladungsträger erforderlich zugrunde, eine Transistorzonenstruktur mit einer sehr ist, bevor der Transistor in den »Aus«-Zuständ versetzt 45 kleinen Schaltzeit aufzuzeigen. Diese Aufgabe wird werden kann. Im eingeschalteten Zustand wird der bei dem anfangs genannten Transistor erfindungs-PN-Übergang zwischen der Kollektor- und der Basis- gemäß dadurch gelöst, daß die Dicke der hochohmigen zone in Flußrichtung von einem Strom durchflossen, Kollektorschicht gleich der Dicke der Verarmungsweicher eine starke Injektion von Ladungsträgern in schicht des Kollektor-Basis-PN-Übergangs in der die KoUektorzone bewirkt. Bevor der umgekehrte 50 Kollektorzone bei der für den Transistor vorgesehenen Schaltzustand, d. h. der »Aus«-Zustand erhalten wer- Betriebsspannung bemessen ist.
den kann, müssen diese Ladungsträger entfernt Bei der nachfolgenden Beschreibung des Transistors
werden. nach der Erfindung wird die übliche Terminologie
Die Lebensdauer der Ladungsträger, insbesondere benutzt, welche in der Halbleitertechnik gebräuchlich diejenige der Minorhätsladungsträger kann durch 55 ist. Wenn von Konzentrationen die Rede ist, so be-Hinzufügung geeigneter Dotierungsmaterialien in das zieht sich dies auf die Majoritäts- oder auf die Minori-Halbleitermaterial herabgesetzt werden. Für Ger- tätsladungsträger. Unter Ladungsträgern im allgemanium ist es bekannt, für diesen Zweck Eisen, meinen sind quasifreie Defektelektronen oder Elek-Nickel, Kupfer und Gold zu benutzen. Für Silicium tronen gemeint, welche für das Zustandekommen ist es entsprechend dem USA.-Patent 3 067 485 be- 60 eines Stromflusses durch das Halbleitermaterial verkanntgeworden, zur Herabsetzung der Lebensdauer antwortlich sind. Die Bezeichnung Majoritätsladungsder Ladungsträger Gold zu benutzen. Um jedoch träger bezieht sich auf diejenigen Ladungsträger, einen hohen Verstärkungsgrad zu erhalten, is c ins- welche bei dem betrachteten Material in der Überzahl besondere innerhalb der Basiszone eine lange Lebens- vorhanden sind, d. h. Defektelektronen bei P-leitendem dauer der Minoritätsladungsträger anzustreben. Wegen 65 und Elektronen bei N-leitendem Material. Mit der dieses widersprechenden Erfordernisses ist es schwierig, Bezeichnung Minoritätsladungsträger sind diejenigen die Speicherzeit eines Transistors während des ein- Träger gemeint, die in der Minderheit vorhanden sind, bzw. ausgeschalteten Zustandes durch Zusatz von d. h. in diesem Falle Defektelektronen bei N-leitendem
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3600649A (en) * 1969-06-12 1971-08-17 Rca Corp High power avalanche diode
GB2171555A (en) * 1985-02-20 1986-08-28 Philips Electronic Associated Bipolar semiconductor device with implanted recombination region

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3067485A (en) * 1958-08-13 1962-12-11 Bell Telephone Labor Inc Semiconductor diode
US3165811A (en) * 1960-06-10 1965-01-19 Bell Telephone Labor Inc Process of epitaxial vapor deposition with subsequent diffusion into the epitaxial layer

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL91725C (de) * 1952-12-16
US3319138A (en) * 1962-11-27 1967-05-09 Texas Instruments Inc Fast switching high current avalanche transistor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3067485A (en) * 1958-08-13 1962-12-11 Bell Telephone Labor Inc Semiconductor diode
US3165811A (en) * 1960-06-10 1965-01-19 Bell Telephone Labor Inc Process of epitaxial vapor deposition with subsequent diffusion into the epitaxial layer

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