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Feldeffekttransistor" Die Erfindung betrifft einen Feldeffekttransistor
mit einer Zug-, einer Quell- und mindestens einer Steuerelektrode auf einer Oberflächenseite
eines Halbleiterkörpers.
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Es sind beispielsweise Feldeffekttransistoren mit einem Schottky-Eqntakt
als Steuerelektrode bekannt. Bei derartigen Anordnungen weist der Halbleiterkörper
an der Halbleiteoberfläche eine meist dünne Zone bestimmten Leitungstyps auf, an
die im Abstand voneinander zwei ohmsche Elektroden als Zu- und Quellelektrode angebracht
sind. Zwischen den beiden ohmschen Elektroden ist eine unmittelbar auf
die
Halbleiteroberfläche aufgebrachte Steuerelektrode angebracht, die mit dem Halbleiterkörper
einen Schottky-Kontakt bildet. Weiterhin sind Feldeffekttransistoren mit von der
Halbleiteroberfläche durch eine Isolierschicht getrennten Steuerelektroden bekannt.
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Es sind bereits Feldeffekttransistoren bekannt geworden, bei denen
die Steuerelektrode rechteckförmig ausgebildet ist.
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Im Innern des Rechtecks ist bei diesen Transistoren die Zugelektrode
angeordnet. An den äußeren Rand der Steuerelektrode grenzt die Quellenelektrode
an. Derartige Strukturen haben den Nachteil, daß sich die Länge der Steuerelektrode
nicht beliebig verlängern läßt und daß mit jeder Verlängerung der Flächenbedarf
zunimmt. Außerdem sind streifenförmige Steuerelektroden bekannt. Bei einer streifenförmigen
Steuerelektrode sind die Quell- und die Zugelektroden gleichfalls streifenförmig
ausgebildet und verlaufen parallel zur Steuerelektrode. Eine derartige Anordnung
hat den Nachteil, daß die Länge der Steuerelektrode gleichfalls durch die zur Verfügung
stehende Fläche begrenzt ist.
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Außerdem können sich an den Enden der Elektrodenstrukturen ungesteuerte
Leckströme zwischen der Quell und der Zugelektrode ausbilden, die störend wirken.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrodenstruktur
anzugeben, die eine möglichst große Grenzfrequenz des Feldeffekttransistors ermöglichte
Außerdem sollen Leckströme zwischen der Zug- und der Quellelektrode vermieden werden0
Diese Aufgabe und ihre Lösung gilt sowohl für Feldeffekttransistoren mit Schottky
Kontakt-Steuerelektroden, (MES-FET), für Feldeffekttransistoren mit isolierten Steuerelektroden
(MIS-FET oder MOS-FET) als auch für Feldeffekttransistoren, die über eine Sperrschicht
gesteuert werden (Junction-FET). Bei den letztgenannten Feldeffekttransistoren wird
der stromführende Kanal durch die Variation der von einem pn-Übergang ausgehenden
Raumladungszone eingeengt oder erweitert.
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Diese Aufgabe wird bei einem Feldeffekttransistor dadurch gelöst,
daß die Zugelektrode aus mehreren streifenförmigen Ästen besteht, die sich von einer
allen Ästen gemeinsamen,
zentralen Stelle der Halbleiteroberfläche
ausgehend, in verschiedene Richtungen erstrecken, daß die Äste der Zugelektrode
von einer bandförmigen, in sich geschlossenen Steuerelektrode umhüllt sind, und
daß die Steuerelektrode ihrerseits von einer bandförmigen oder flächenhaften Quellelektrode
umhüllt ist Die Zugelektrode weist vorzugsweise die Form eines Balkenkreuzes, insbesondere
eines gleichmäßigen Balkenkreuzes auf.
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Die erfindungsgemäße Geometrie der Kontakte eines Feldeffekttransistors
hat den Vorteil, daß die Länge der Steuerelektrode ohne zusätzlichen Flächenbedarf
über das bekannte Maß ausgedint werden kann0 Die Länge der Steuerelektrode geht
aber in die Steilheit des Transistors ein, die wiederum die Grenzfrequenz des Transistors
bestimmt, Durch die Verlängerung der Steuerelektrode ist es möglich, die Grenzfrequenz
des Feldeffekttransistors erheblich zu vergrößern0 Da bei der erfindungsgemäßen
Elektrodengeometrie die Zugelektrode trotz großer Randlänge in der Fläche klein
gehalten
wird, bedingt die Zugelektrode nur eine geringe Bauelementenkapazität.
Da die Steuerelektrode in sich geschlossen ist, sind ungesteuerte Leckströme zwischen
der Quell- und der Zugelektre-de ausgeschlossen.
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Die Erfindung und ihre weitere Ausgestaltung soll anhand mehrerer
Figuren noch näher erläutert werden.
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In der Figur 1 ist in der Draufsicht die Elektrodenstruktur eines
F-eld(fekttransisters mit Schottky-Kontakt-Steuerelektrode dargestellt. Der Kontakt
1 der Zugelektrode, der eine Halbleiterzone vom ersten Leitungstyp beispielsweise
ohmisch kontaktiert, hat die Form eines gleichmäßigen Balkenkreuzes0 Der Mittelpunkt
des Balkenkreuzes ist zu einer Kreisfläche 2 erweitert, die greß genug ist, um einen
draktförmigen Anschlußkontakt anschließen zu können, Die Balken 3 des Kreuzes sind
beispielsweise gleich lang und um jeweils 90 gegeneinander versetzt0 Die Balken
haben beispielsweise eine Breite von 5 /um und eine Länge von 50 µm. Diese Zugelektrode
1 ist von einer Steuerelektrode 4 umgeben, die bandförmig ausgebildet ist und
an
allen Stellen parallel zum Außearanld der Iugelektrode verläuft Die Steuerelektrode
folgt somit allen Krümmungen und Abwtnklungen der Zugelektrode. Die Steuerelektrode
4 ist beispielsweise 2 jum breit und weist vom Rand der Zugelektrode einen Abstand
von 1 Zum auf. Da die Steuerelektrot de 4 die Zugelektrode allseitig umschließt,
ist ausge schlossen, daß von der Zugelektrode zur Quellenelektrode ein ungesteuerter
Stromanteil fließt. Die Steuerelektrode hat bei dem geschilderten Verlauf die Form
eines innen hoMen Balkenkreuzes, das mit der Zugelektrode ausgefüllt ist. An jedem
Balkenende des Hohlkreuzes ist die Steuerelektrode zum, einem flächenhaften Anschlußkontakt
5 erweitert, der für den Anschluß eines Kontaktierungsdrahtes, der beispielsweise
durch Thermokompression angebracht wird, ausreichend groß ist Da auf diese Weise
an eine Elektrode mehrere Anschlüsse angebracht werden können, die praktisch parallel
geschaltet sind, läßt sich die Anschlußinduktivität des Bauelementes erheblich reduzieren.
Die Anschlußstellßn 5 an die Steuerelektrode sind beispielsweise Kreisflächen, die
über Leitbahnen 6 mit der bandförmigen Steuerelektrode 4 verbunden sind0
Die
Steuerelektrode 4 ist von der Quellelektrode 7 umgeben, die gemäß Figur 1 beispielsweise
bandförmig ausgebildet ist und an allen Stellen in geringem Abstand von der Steuerelektrode
parallel zu dieser Steuerelektrode verläuft Der Abstand zwischen der Steuerelektrode
und der Quellelektrode beträgt beispielsweise 1 /zum. So ausgebildet, hat die Quellelektrode
gleichfalls die Form eines hohlen Balkenkreuzes, das die Balkenkreuze der Steuerelektrode
und der Zugelektrode enthält. An den Enden jedes Hohlbalkenes umschließt die Quellelektrode
die Anschlußkontakte 5 der Steuerelektrode in der Form eines an einer Stelle geöffneten
Kreisringes, wobei durch diese Öffnung die Leitbahn 6 geführt ist, die den Anschlußkontakt
5 mit der Steuerelektrode 4 verbindet. An einer beliebigen Stelle oder auch an mehreren
Stellen'ist- die bandförmige Quellelektrode flächenhaft erweitert, um eine Anschlußstelle
8 für die Quellelektrode 7 zu schaffen.
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Die Anschlußstelle ist vorzugsweise auf einer die Halbleiteroberfläche
bedeckenden Isolierschicht angeordnet.
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Bei der Geometrie nach Figur 1 handelt es sich beispielsweise um ohmsche
Kontakte 1 und 7 und um einen gleichrichtenden
Metall-Halbleiterkontakt
40 Die dargestellte Struktur ist aber in gleicher Weise für FeldeffekttranX sistoren
mit vom Halbleiterkörper isolierter Steuerelektrode oder für ohmisch angeschlossene
Steuerelektroden geeignet, wenn über den ohmschen Steuerelektrodenanschluß die Raumladungszone
eines pn>Überganges gesteuert wird0 Die in der Figur 2 dargestellte Geometrie
der Anschlußkontakte an einen Feldeffekttransistor entspricht weitgehend der Geometrie
nach Figur lo Die Zugelektrode 9 hat die Form eines Balkenkreuzes ohne eine zentrale
Erweiterung für den DrahtanschlußO Die Steuerelektrode 10 hat die Form eines hohlen
Balkenkreuzes, gleichfalls ohne Erweiterung für die Anschlußdrähte0 Die Quellelektrode
11 hat die Form eines hohlen, an einer Stelle offenen Balkenkreuzes0 An dieser offenen
Stelle 12 sind alle Anschlüsse an die drei Elektroden nach außen geführt0 Von der
in sich geschlossenen bandförmigen Steuerelektrode führt eine Leitbahn 13 durch
die offene Stelle 12 der Quellelektrode zu einem flächenhaften Anschlußkontakt 140
Die bandförmige Quellelektrode geht
an dieser Stelle gleichfalls
in eine Leitbahn 15 über, die mit dem flächenhaften Anschlußkontakt 16 in Verbindung
steht.
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Damit die Leitbahn für die Zugelektrode kurzschlußfrei über die Steuerelektrode
geführt werden kann, ist die Steuerelektrode zumindest an der Kreuzungsstelle mit
einer Isolierschicht bedeckt0 Diese Isolierschicht 17 überdeckt vorzugsweise die
gesamte Steuerelektrode um Verunreinigungen von ihr fern zu halten, Sie besteht
beispielsweise aus Siliziumdioxyd oder aus Siliziumnitrid0 An der Stelle 12 führt
eine von der Anschlußstelle i8 kommende Leitbahn 19 über die Isolierschicht 17 hinweg
zur Zugelektrode0 Alle Anschlußstellen sind vorzugsweise auf die die Halbleiteroberflächen
bedeckende Isolierschicht, die beispielsweise aus SiO2 besteht, geführt, In der
Figur 3 ist eine ähnliche Geometrie mit zwei Steuerelektroden 20 und 21 dargestellt,
die an verschiedene Potentiale angeschlossen werden können0 Die Steuerelektroden
20 und 21 haben die Form innen hohler Balkenkreuze, die ineinander geschachtelt
sind0 Für jede Elektrode ist
wenigstens ein Anschlußkontakt vorgesehen,
der jeweils von der nächstfolgenden äußeren Elektrode mit umschlossen ist, so daß
an keiner Stelle Leitbahnüberkreuzungen erforderlich sind0 Die Anschlußkontakte
an die Steuerelektroden sind vorzugsweise an einem Balkenende angeordnet0 Der Anschlußkon
takt 22 für die Quellelektrode kann beispielsweise auf den die Halbleiteroberfläche
bedeckenden Isolierschichtbelag 23 geführt werden0 Gemäß Figur 4 kann die Länge
der Steuerelektrode erweitert werden, indem jeder Balken 24 mit der Zugelektrode
25 an seinem freien Ende zu einem Förmigen Balken (26) erweitert isto Die bandförmige
Steuerelektrode 27 ist dem T-förmigen Balken nachgeführt und dadurch verlängert
An jedem Balkenende ist wiederum eine flächenhafte, für die Kontaktierung vorgesehene
Erweiterung 28 angeordnet Die Querbalken 26 dürfen höchstens so lang sein, daß die
vier Ecken 29 der rechteckförmigen Geometrie offen bleiben, so daß an diesen Stellen
die Quellelektrode 30 um die Querbalken herum nach innen zu den Längsbalken geführt
werden kann0 Auch bei dem in der Figur 4 dargestellen Ausführungsbeispiel
ist
die Quellelektrode 30 bandförmig ausgebildet0 Sie kann an den vier Eckpunkten der
Geometrie mit Anschlußflächen 31 versehen werden0 Bei einem Feldeffekttransistor
mit Schottky-Kontakt-Steuerelektrode kann die stromführende Zone auf die von der
Zug- und der Quellelektrode bedeckte Fläche beschränkt werden. In diesem Fall bestehen
die vier von der Quellelektrode umschlossenen kontaktfreien Halbleiterbereiche 32
aus Separationszonen mit einem Leitungstyp, der dem Leitungstyp der stromführenden
Zone entgegengesetzt ist0 Die Anschlußflächen 28 an die Steuerelektrode werden hier,
wie auch bei den anderen geschilderten Geometrien, zur Reduzierung der Eigenkapazität
vorzugsweise auf eine Oxydschicht geführt, die die Halbleiteroberfläche bedeckt0
In gleicher Weise befinden sich die Anschlußkontakte 31 für die Quellelektrode gleichfalls
auf einer Oxydschicht oder auf einer anderen Isolierschicht.
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In der Figur 5 ist dargestellt, wie die Länge der Steuerelektrode
noch stärker erweitert werden kann0 Jeder Balken 32 der Zugelektrode ist durch einen
oder mehrere Querbalken 33 an beliebiger Stelle erweitert0 Zusätzlich können
einer
oder mehrere Querbalken 33 parallel zum Grundbalken verlaufende Seitenäste 34 aufweisen
Die Seitenäste 34 müssen in solchem Abstand vom nächsten Grundbalken enden, daß
durch den Zwischenraum noch die Quellelektrode 35 geführt werden kann Bes der in
der Figur 5 dargestellten Anordnung füllt die Qullelektrode die gesamte von der
Zug und Steuerelektrode nicht ausgefüllte Fläche der rechts ckförmigen Gesamtstruktur
aus0 Bei dieser Halbleiteranordnung wird somit von einer rechteckförmigen und stromführenden
Zone vom ersten Leitungstyp ausgegangen, deren Oberfläche von einer Zug- und einer
QuelXelektrode bedeckt ist, wobei Zug- und Quellelektrode an jeder Stelle durch
die Steuerelektrode 36 voneinander getrennt sind0 Wie bereits ausgeführt wurde,
eigenen sich die beschriebenen Geometrien insbesondere für Feldeffekttransistoren
mit Schottky-Kontakt-Steuerelektroden, Diese Geometrien sind jedoch in gleicher
Weise für Feldeffekttransistoren mit vom Halbleiterkörper isolierter Steuerelektrode
geeignet, wobei dann die Steuerelektrode über einem Kanalgebiet im Halbleiterkörper
auf einer das Kanalgebiet bedeckenden
Isolierschicht angeordnet
ist0