DE2601131A1 - Halbleitereinrichtungen vom druckkontakt-typ - Google Patents
Halbleitereinrichtungen vom druckkontakt-typInfo
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Description
"-"?"■- i 1
Agency of Industrial Science
and Technology
3-4,1-chome, Kasumigaseki, Anwaltsakte M-3772
Chiyodaku, Tokyo, Japan 12. Januar 197 6
Halbleitereinrichtungen vom Druckkontakt-Typ <
Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckkontakthalbleitereinrichtung
und insbesondere auf einen Druckkontakttransistor, bei dem ein elektrisch leitendes Plattenbauteil gegen eine in einem Halbleitersubstrat
ausgebildete Emitterelektrode gedrückt wird, um Strom zu sammeln.
In der Figurenbeschreibung werden in allen Einzelheiten Ausführungsformen
von Druckkontakttransistoren nach dem Stande der Technik beschrieben und die Nachteile der bekannten Druckkontakthalbleitereinrichtungen
herausgearbeitet- Die bekannten Halbleitereinrichtungen weisen im wesentlichen die folgenden Nachteile
auf: Sie können die Spannungsbelastung infolge des Wärmezyklus zwischen Ein- und Auszustand der Halbleitereinrichtung
nicht vollständig aufnehmen, so daß ein einwandfreier Betrieb nicht immer gewährleistet und zumindest eine relativ
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- 2 ORIGINAL INSPECTED
-2- 26U1131
kurze Lebensdauer in Kauf genommen werden muß. Weiterhin ist bei den bekannten Anordnungen der Kontaktbereich zwischen den Emittergebieten
und den Basisgebieten der Halbleitereinrichtung im Vergleich zur für den Aufbau der Anordnung erforderlichen Halbleitersubstratfläche
recht klein.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Druckkontakthalbleitereinrichtung
anzugeben, die die durch den Wärmezyklus zwischen Betriebs- und Ruhezustand hervorgerufenen Belastungen
besser aufnehmen kann und die eine größere Kontaktfläche zwischen den Emitter- und Basisgebieten aufweist, so daß die Oberfläche
des verwendeten Halbleitersubstrats besser ausgenutzt werden kann.
Dabei soll eine Druckkontakthalbleitereinrichtung geschaffen werden,
die eine hohe Verstärkung und eine hohe Leistung aufweist.
Die zur Lösung dieser Aufgabe geschaffene erfindungsgemäße Druckkontakthalbleitereinrichtung
ist gekennzeichnet durch ein Halbleitersubstrat, ein Emittergebiet mit von einer Oberfläche des
Halbleitersubstrates vorstehenden und sich im wesentlichen in radialer Richtung von einer Position forterstreckenden Bereichen,
wobei die Position einen vorgegebenen Abstand von einem Punkt der Oberfläche aufweist, ein Basisgebiet, das auf dem Halbleitersubstrat
derart ausgebildet ist, daß es die vorstehenden Bereiche des Emittergebiets umgibt, Emitterelektroden auf den einzelnen
vorstehenden Bereichen des Emittergebietes, eine Basiselektrode ■ auf dem Basisgebiet, eine Kollektorelektrode auf der anderen
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- 3 - 26U1 131
•Seite des Halbleitersubstrats und durch eine elektrisch leitende
Platte, die zugleich gegen die Emitterelektroden gedrückt ist derart, daß Emitter-Kollektor- und Basisgebiet einen Druckkontakttransistor
aufbauen.
Vorzugsweise ist die Position durch einen um den Punkt der Oberfläche
gelegten Kreis bestimmt.
Vorzugsweise weist die Druckkontakthalbleitereinrichtung mehrere Transistoren auf, die gemäß Darlington zusammengeschaltet sind;
dabei werden die Zwischenverbindungen zur Verbindung der Elektroden zwischen den mesaförmigen Teilen des Emittergebiets eines
*
Transistors der vorhergehenden Stufe so ausgelegt, daß sie durch
Transistors der vorhergehenden Stufe so ausgelegt, daß sie durch
hohe Strombelastung nicht zerschmelzen.* und dem Basisgebiet eines Transistors einer folgenden Stufe
Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Druckkontakthalbleitereinrichtung
vorgesehen, daß ein Druckkontakttransistor und ein zweiter Transistor in einer Darlington-Schaltung zusammengeschaltet
sind, wobei der Druckkontakttransistor ein Halbleitersubstrat, ein erstes Emittergebiet mit von der einen Oberfläche
des Halbleitersubstrats vorstehenden und sich im wesentlichen radial von einer Position, die einen vorgegebenen Abstand von
einem Punkt auf der Oberfläche des Substrats aufweist, forterstreckenden Bereichen, ein auf dem Halbleitersubstrat ausgebildetes
und die vorragenden Bereiche des ersten Emittergebietes umgebendes erstes Basisgebiet, auf den vorstehenden Bereichen des
,ersten Emittergebietes angeordnete erste Emitterelektroden, ;
ieine auf dem ersten Basisgebiet ausgebildete erste Basiselektrode,
6H98U/0777
ί eine auf der anderen Oberfläche des Halbleitersubstrats montierte
Kollektorelektrode und eine elektrisch leitende Platte aufweist, die zugleich gegen die ersten Emitterelektroden gepreßt
ist f und wobei der zweite Transistor ein zweites Emittergebiet,
das ein ringförmiges und in dem von dem ersten Emittergebiet umgebenen Bereich des HalbleiterSubstrats ausgebildetes ringförmiges
und von der Oberfläche des Halbleitersubstrats vorragendes Segment einschließt,ein das zweite Emittergebiet umgebendes
und in radialer Richtung von der Mitte des Halbleitersubstrates sich erstreckende Teile aufweisendes zweites Basisgebiet, eine
auf dem zweiten Basisgebiet angeordnete zweite Basiselektrode und eine Kollektorelektrode aufweist, die gemeinsam mit der
ersten Kollektroelektrode ausgebildet ist.
Weitere Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltung
der Druckkontakthalbleitereinrichtung.
Der nächstkommende Stand der Technik und eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckkontakthalbleitereinrichtung sollen
nun anhand der beigefügten Figuren genauer beschrieben werden. Es zeigt
Figur 1 einen Schnitt längs der Linie I-I in Figur 2 zur
Darstellung der Grundkonstruktion einer zum Stand der Technik gehörigen Druckkontakthalbleitereinrichtung;
4 4/0727
j Figur 2 eine Aufsicht längs der Linie II-II in Figur 1
zur Darstellung der konzentrischen Anordnung der Emitter- und Basisgebiete;
Figur 3 eine Aufsicht auf eine andere Ausführungsform einer
zum Stand der Technik gehörigen Druckkontakthalbleitereinrichtung in radialer Anordnung der Emitter-
und Basisgebiete;
Figur 4 einen Längsschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Druckkontakthalbleitereinrichtung;
Figur 5 eine Aufsicht auf eine Anordnung der Emitter- und Basisgebiete auf einem Halbleitersubstrat, wobei
das gegen die Emitterelektroden gedrückte Platten- · bauteil fortgelassen ist,
Figur 6 das Diagramm einer Darlington-Schaltung unter
Benutzung der Bezugszeichen aus den Figuren 4 und 5;
Figuren zwei Beispiele von anderen Ausführungsformen der und 8 Emittergebiete
Figur 9 einen Teilschnitt zur Darstellung einer möglichen Verstärkung der elektrischen Leitfähigkeit der
Leiterschicht, die zur Verbindung der Emitterelektrpde auf einem von dem Halbleitersubstrat eines
! · Transistors der vorgehenden Stufe vorragenden \
60984 4/0727
ι Emittergebiet mit der Basiselektrode auf dem Basis
gebiet eines Transistors der nachfolgenden Stufe verwendet wird, wenn beide Transistoren in einer
Darlington-Schaltung zusammengeschaltet sind.
Die in den Figuren 1 und 2 gezeigte und zum Stand der Technik gehörige Druckkontakthalbleitereinrichtung weist ein N-leitendes
Halbleitersubstrat 11 auf, das einen großen Durchmesser besitzt und z.B. aus einem Siliciumplättchen hergestellt worden ist. Zur
Ausbildung eines Kollektor-Gebietes ist eine N -Verunreinigung in eine Oberfläche des Substrats 11 unter Zuhilfenahme einer der
bekannter Techniken eindiffundiert worden. Eine P-leitende Verunreinigung
ist zur Ausbildung einer Schicht 12, die als Basisgebiet benutzt werden soll, in die gesamte Fläche der anderen
Seite des HalbleiterSubstrats 11 eindiffundiert worden. Ein N Diffusionsgebiet
wird in der P-leitenden Diffusionsschicht 12
wd 13
ausgebildet und die N -Diffusionsschicht wird dann selektiv geätzt,
um vorstehende N -Diffusionsgebiete/auszubilden, die als Emitter-Gebiete benutzt werden. Für das Basis-Gebiet sind Basiselektroden
15 und für die vorstehenden Bereiche der Emittergebiete 1 3 sind Emitterelektroden 16 vorgesehen; zum Aufbringen der
Elektroden 15 und 16 werden bekannte Techniken benutzt. Für die
Verstärkung des zerbrechlichen Halbleitersubstrats 11 ist eine
Verstärkungsplatte 18 mittels einer Lötschicht 19 an der einen
Oberfläche des Substrats befestigt, die das Kollektor-Gebiet ,
, bestimmt. Die Verstärkungsplatte 18 wird aus einem festen Material
< j hergestellt, das imvesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungs- :
j koeffizienten aufweist wie das Material des Halbleitersubstrats
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-7- 2ÖÜ1131
Obwohl die Verstärkungsplatte als Strompfad und gegebenenfalls als
Kühlbauteil benutzt werden kann, wird aus ökonomischen Gründen ein
■Kupferblock 21 mittels einer Lötschicht 20 an der Verstärkungs-
iplatte 18 befestigt. Ein Plattenbauteil 22, welches vorzugsweise
aus Wolfram hergestellt ist, wird gegen die Emitterelektroden 16
gedrückt und an der Rückseite des Plattenbauteils 22 ist ebenfalls ein Kupferblock 23 befestigt. Die vorstehend beschriebene Halbleitereinrichtung
wird in ein rundes Keramikgehäuse eingebracht, um zu einem einsetzbaren Druckkontakttransistor zu gelangen. Die Basiselektroden
15 werden durch die Wandung des Gehäuses nach außen geführt.
Die vorstehend beschriebene zum Stand der Technik gehörige Druckkontakthalbleitereinrichtung
weist eine Anzahl von Problemen auf, die noch der Lösung bedürfen. Z.B. weisen die Emitterelektroden
16 und die Basiselektroden 15 das in der Figur 2 gezeigte flache
Muster auf. Insbesondere sind die Emitterelektroden 16 und die
15
Basiselektroden/abwechselnd und konzentrisch zueinander angeord-. net. Jede Emitterelektrode 16 ist in Umfangsrichtung in vier Segmente eingeteilt und die zugeordneten Basiselektroden 15 sind durch die Lücken in den einzelnen Emitterelektroden hindurchge-,führt. Bei dieser Elektrodenbauart werden infolge zyklischer
Basiselektroden/abwechselnd und konzentrisch zueinander angeord-. net. Jede Emitterelektrode 16 ist in Umfangsrichtung in vier Segmente eingeteilt und die zugeordneten Basiselektroden 15 sind durch die Lücken in den einzelnen Emitterelektroden hindurchge-,führt. Bei dieser Elektrodenbauart werden infolge zyklischer
[ Wärmebeaufschlagung Spannungen in radialer Richtung von der Mitte
des Halbleitersubstrats 11 aufgebaut und wirken zwischen , den Emitterelektroden und dem Plattenbauteil 22. Darüber hinaus
■ sind die Spannungen in dem Umfangsbereich des Halbleitersubstrats ; größer als in dessen mittigem Bereich. Eine derartige zyklische
rd aufgebaut, da
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■ Wärmebeaufschlagung wird aufgebaut, da während des Betriebs die
Temperatur der Halblexterexnrxchtung ungefähr 150° und während
der Ruhezeit ungefähr 20° beträgt. Wenn Silicium für das Halbleitersubstrat 11 und Wofram für das Plattenbauteil 22 benutzt
werden, für welche Werkstoffe die Wärmeausdehnungskoeffizienten
3 χ 10~6/°C (Si) und 5 χ 10 /0C (W) betragen, tritt beim Durchlaufen
des Wärmezyklus eine wesentlicherelative Verschiebung zwischen den Emitterelektroden 16 und dem Plattenbauteil 22 auf.
Wenn die Basis- und Emitterelektroden konzentrisch angeordnet sind, werden insbesondere die Spannungen in einer Richtung senkrecht
zu den einzelnen Elektroden aufgebracht; da der radiale Zwischenraum zwischen benachbarten Elektroden extrem klein ist,
werden die Emitterelektroden sehr häufig deformiert oder zerstört.
Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten solcher Schäden nimmt von der Mitte des Substrats zu dessen Umfang hin zu.
Zur Lösung dieses Problems ist bereits vorgeschlagen worden, die Elektroden in radialer Richtung und damit in der Richtung der
von dem Wärmezyklus aufgebrachten Spannungen anzuordnen, wie dies in der Figur 3 dargestellt ist. Bei dieser Anordnung erstrecken
sich die Basiselektroden 3 0 in radialer Richtung und das Emittergebiet 32 erstreckt sich in die sektorartigen Zwischenräume zwischen
den Basiselektroden 30 ausgehend vom Umfangsbereich des Halbleitersubstrats 31 hinein.
Bei dieser Bauart ist jedoch der Kontaktbereich zwischen den Emitter- und Basis-Gebieten kleiner als bei der Bauart gemäß
Figuren 1 und 2. Weiterhin ist es dabei nicht möglich, das Emittergebiet effektiv zu benutzen, obwohl die Fläche des Emitter-
fi η q ς /, /4 / o 7 ? 7
-9- 260113I
gebietes wesentlich vergrößert worden ist. Die Kontaktfläche
zwischen den Emitter- und Basisgebieten kann durch Erhöhung der Anzahl sich in radialer Richtung erstreckender Basiselektroden
erhöht werden. Bei einer solchen Bauart ist es aber nicht möglich, das zwischen den Basisgebieten ausgebildete Emittergebiet
zu Punkten in der Nähe der Mitte des Halbleitersubstrats 31 vorzutreiben. Daher kann der mittige Bereich des Halbleitersubstrats
11 nicht betriebsmäßig als Halbleitereinrichtung ausgenutzt werden. Selbst wenn das Emittergebiet bis zur Nähe des
Mittelpunktes des Substrats hin ausgebildet ist, wird der Abstand der Elektroden doch so klein werden, daß Kurzschlüsse auftreten
müssen. Diese Schwierigkeiten nehmen natürlich zu, wenn die Anzahl der sich in radialer Richtung erstreckenden Basiselektroden
zunimmt.
In den Figuren 4 und 5 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Druckkontakthalbleitereinrichtung dargestellt, die aus zwei in einer Darlington-Schaltung zusammengeschalteten
Transistoren besteht. Die Halbleitereinrichtung gemäß Figuren 4 und 5 weist ein kreisrundes N-leitendes Halbleitersubstrat 41
auf, das einen großen Durchmesser besitzt und vorzugsweise aus einem Siliciumblättchen besteht. Zur Ausbildung einer Kollektorschicht
ist eine N -Verunreinigung in eine Oberfläche des Halbleitersubstrats 41 nach einem bekannten Verfahren eindiffundiert
worden. Ein ringwulstartiges erstes Basisgebiet (doughnut shaped)
erstreckt 43. das sich in radialer Richtung von einem Kreis fort,der
'- einen vorgegebenen Abstand von der Mitte des Halbleitersubstrats
umj werden
■ 41 aufweist, ein kreisförmiges zweites Basisgebiet 45 auf der
609844/0727
-10-
anderen Substratoberfläche ausgebildet, wobei das Gebiet 45 von dem
Gebiet 43 umgeben ist. Beide Basisgebiete werden auf der von der Kollektorschicht abgewandten Seite des Halbleitersubstrats
41 ausgebildet, in-*dem eine zu P-Leitung führende Verunreinigung
eindiffundiert wird. Nach einem Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein Emittergebiet innerhalb des ersten Basisgebietes
43 ausgebildet, welches Emittergebiet mehrere vorstehende Bereiche 46 aufweist. Bei dem gezeigten Beispiel weist das Emittergebiet
vier ^^
vorstehende Bereiche auf. Diese Emitterbereiche werden durch
Diffusion einer zur P-Leitung führenden Verunreinigung in die Oberfläche des Halbleitersubstrats 41, durch Eindiffusion einer
zur N-Leitung führenden Verunreinigung in die mit der zur P-Leitung führenden Verunreinigung diffundierten Oberfläche und durch
anschließendes selektives Ätzen der mit der zur N-Leitung führenden Verunreinigung diffundierten Schicht zur Ausbildung des radialen
Musters ausgebildet. Aus diesem Grunde ist das Emittergebiet vom MESA-Typ, so daß ihre Hauptbereiche 46 sich über das Basisgebiet
43 erheben und von diesem umgeben werden. Der Grund für die Schaffung des radialen Emittergebietes ist die Eliminierung
der von dem Wärmezyklus hervorgerufenen und längs der Zwischenfläche zwischen dem Halbleitersubstrat, auf dem die Emitterelektroden
ausgebildet sind, und dem gegen die Emitterelektroden gedrückten Plattenbauteil wirkenden Spannung zu eliminieren.
Emitterelektroden 47 werden auf den einzelnen vorstehenden Bereichen 46 des Emittergebiets aufgebracht und eine Basiselektrode
48 ist für das erste Basisgebiet 43 vorgesehen, um die zugeordneten Emitterelektroden zu umgeben. Diese Elektroden können
durch Vakuumaufdampfen von vorzugsweise Aluminium erstellt werden!.
609844/0 7 27
- 11 -
Eine gemeinsame ringartige Scheibe 50, die vorzugsweise aus WoIf-
■ ram hergestellt ist, wird gegen die einzelnen Emitterelektroden
47 gedrückt. Vorzugsweise sollte das Material der ringförmigen
! Scheibe einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, der so
weit als möglich an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleitersubstrats 41 angepaßt ist. Ein mit einer mittigen öffnung
51 versehener Kupferblock 52 ist an der Ringscheibe 50 befestigt, vorzugsweise durch Löten.
Im folgenden soll nun das zweite Basisgebiet 44 betrachtet werden,
das innerhalb des ringartigen ersten Basisgebietes 43 ausgebildet und gegenüber diesem isoliert ist. Das zweite Basisgebiet
44 weist zwei zueinander konzentrische ringartige Emittergebiete 55 und 56 auf. Das Emittergebiet 56 ist in vier Segmente
56a bis 56d unterteilt und jedes Segment ist mit dem Emittergebiet 55 durch ein Verbindungselement 57 verbunden. Emitterelektroden
58 sind auf den Emittergebieten 55,56 und 57 ausgebildet die ebenfalls durch Vakuumaufdampfen von Aluminium erzeugt werden
können. Wenn die Emittergebiete in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet werden, wird ein ringartiges Basisgebiet
59 mit vier Segmenten 59a - 59d zwischen den Emittergebieten 55 und 56 freigelassen. Diese Segmente sind mit einem kreisförmigen
Basisgebiet 60 im mittleren Bereich 42 des Halbleitersubstrats 41 über Verbindungselemente 61 verbunden. Eine Basiselektrode
62 wird auf den Basisgebieten 59,60 und 61 durch Vakuumaufdampfen von vorzugsweise Aluminium ausgebildet.
B Π 9 B K Ul 0 7 ?7
- 12 -
- 12 - 2601 1 3 T ;
Bei dieser Ausführungsform ist eine elektrisch leitende Schicht
63 durch Vakuumaufdampfen aufgebracht worden, um das Basisgebiet 48 eines Druckkontakttransistors 64, der von dem ersten Basisgebiet
43,dem Emittergebiet 46 und der Kollektorschicht des Halbleitersubstrats
aufgebaut ist, mit der Emitterelektrode 58 eines zweiten Transistors 65 zu verbinden, der von dem zweiten Basisgebiet
44, dem Emittergebiet 55 und dem Kollektorgebiet des
Halbleitersubstrats 41 gebildet wird. Auf diese Weise wird eine Halbleitereinrichtung mit hoher Verstärkung und hoher Leistung
durch zwei Transistoren aufgebaut, die gemäß Figur 6 in einer Darlington-Schaltung zusammengeschaltet sind. Ein Bauteil 66,
das vorzugsweise aus Wolfram hergestellt ist, wird gegen die Basiselektrode 62 gedrückt. Ein Kupferblock 67 ist mit dem Bauteil
66 verbunden, vorzugsweise durch Löten. Weiterhin wird eine Verstärkungsplatte 69, die ebenfalls vorzugsweise aus
Wolfram hergestellt ist, an der Unterseite des HalbleiterSubstrats
41 durch eine Lötschicht 7 0 befestigt. Ein als Strompfad und als Wärmeableiter dienender Kupferblock 71 ist durch eine Lötschicht
72 an der Verstärkungsplatte 67 befestigt.
Die bisher beschriebene Halbleiterbaugruppe 68 ist in ein Ringförmiges
Keramikgehäuse 74 eingebracht und eine Zuleitung 7 6 zu der Basiselektrode 48 des Druckkontakttransistors 64 erstreckt
sich durch eine öffnung 77 in der Seitenwand des Gehäuses 77 um die Halbleiterbaugruppe zu kompletieren. Wenn die Halbleitereinrichtung
40 gemäß Figuren 4 und 5 in einer Darlington-Schaltung eingesetzt wird, wird ein Eingangssignal auf eine Klemme
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-13-
T1 (diese entspricht dem Kupferblock 67 in Figur 4) gegeben, die
! mit der Basiselektrode 62 des Transistors 65 in Figur 6 ver-
' bunden ist. Das Ausgangssignal steht an der Klemme T3 (diese
entspricht dem Kupferblock 52 gemäß Figur 4) an, die mit der Emitterelektrode verbunden ist. Es kann aber auch ein Ausgangssignal
an der Klemme T2 (diese entspricht dem Kupferblock 71 in Figur 4) abgegriffen werden, die mit der Kollektorelektrode
verbunden ist. Wenn nur der Druckkontakttransistor 64 benutzt wird, wird das Eingangssignal auf die Klemme T4 (diese entspricht
der Zuleitung 76, die sich durch die Wandung des ringartigen Gehäuses 74 erstreckt) gegeben, die mit der Basiselektrode
48 verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Halbleitereinrichtung weist die folgenden Vorteile auf:
1) Da die Emitterelektroden 47, die als Druckkontaktelektrode des Druckkontakttransistors 64 wirken, radial angeordnet
sind, besteht keine Gefahr, daß durch die Wärmezyklusbelastung infolge der Unterschiede in den Wärmeausdehnungskoeffizienten
des HalbleiterSubstrats 41 und der gegen die Emitterelektroden 47 gedrückten ringförmigen Scheibe oder
Platte 50 die Elektroden beschädigt werden.
2) Obwohl die Emittergebiete des Druckkontakttransistors 64
; radial angeordnet sind, ist es möglich, den Kontaktbereich ι zwischen den Gebieten 43 und 46 gegenüber der bekannten
! Bauart zu erhöhen und damit wirkungsvoller zu machen, da
609844/0727
-14-
die Emittergebiete vollständig von dem Basisgebiet 43 umgeben sind.
3) Da der Druckkontakttransistor 64 im Randbereich des Halbleitersubstrats
41 liegt, ist es darüber hinaus möglich, einen weiteren Transistor oder passive Elemente,wie einen
Kondensator oder Widerstände in dem mittigen Bereich des HalbleiterSubstrats auszubilden, wie dies im Beispiel näher
erläutert worden ist. Bei dem gezeigten Beispiel erstreckt sich der Druckkontakttransistor über den Bereich zwischen
der Hälfte des Radius und dem Randbereich des Substrats. Es ist aber auch durchaus möglich, daß er sich zwischen
1/3 des Radius und dem Randbereich erstreckt. Wenn sich der Druckkontakttransistor bis zu einem Punkt erstreckt,
der näher an der Mitte des Substrats liegt, würde eine wirksame Ausnutzung der Oberfläche des Halbleitersubstrats
schwieriger werden, wie dies aus der Erläuterung der vorstehenden üblichen Transisoranordnung in der Mitte hervorgeht
.
4) Wenn der Druckkontakttransistor nur den Umfangsbereich des Halbleitersubstrats benutzt und ein anderer Transistor
in dem mittigen Bereich des Halbleitersubstrats ausge- ■ bildet wird, kann bei Einsatz des mittigen Transistors
in einer Vorstufe und des Druckkontakttransistors in der nachfolgenden Stufe eine Halbleitervorrichtung hoher
Verstärkung und großer Leistung erzielt werden. Insbesondere, wenn das Emittergebiet des mittigen Transistors ringartig j
6098U/072 7
ausgebildet ist, wird dessen Muster relativ einfach, wodurch eine Halbleitervorrichtung höherer Verstärkung und höherer
Leistung erzielt wird.
Obwohl bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die Emitterelektroden
des Druckkontakttransistors in radialer Richtung angeordnet worden sind, treten keine Probleme auf, solange die relative Verschiebung
zwischen den Emitterelektroden und dem gegen sie gedrückten Plattenbauteil infolge von Kontraktion und Expansion
in einem Bereich von 30° liegt. Wenn die relative Versetzung überschreitet (relative displacement exceeds 30°) - selbst wenn
die Emitterelektroden in einem radialen Muster angerichtet sind -, treten die Schäden infolge der durch die Kontraktion und
Elongation des Plattenbauteils und der Emitterelektroden hervorgerufenen Spannung häufig auf, so daß die Ausbeute auf 80 % absinkt.
Wenn andererseits die relative Versetzung auf weniger als 30° beschränkt wird, kann die Ausbeute auf 95% erhöht werden.
Obwohl bei der beschriebenen Ausführungsform ein N-leitendes
Siliciumblättchen (silicon wafer) mit einem großen Durchmesser
als Halbleitersubstrat benutzt wurde, ist es natürlich auch möglich, ein p-leitendes Siliciumblättchen zu benutzen. Weiterhin
ist es nicht erforderlich, daß das Siliciumblättchen immer exakt kreisförmig sein muß. Wenn das Siliciumblättchen nicht
kreisförmig ist, kann das Muster des Emittergebietes des Druck- :kontakttransistors so modifiziert werden, daß es zu der Konfiguration des Blättchens paßt. Das Muster muß also nicht unbedingt
609844/07??
-16-
- ie - 26Ü1131 j
ein punktsymmetrisches Muster sein.
Die Figuren 7 und 8 zeigen Muster für die Emittergebiete, wie sie in den erfindungsgemäßen Druckkontakthalbleitereinrichtungen benutzt
werden können. Die schraffierten Bereiche zeigen die Emittergebiete,
während die verbleibenden Teile dem Basisgebiet entsprechen. Es sollte klar sein, daß die Mitte des radialen Musters
der Emittergebiete gegenüber der Mitte des Scheibchens versetzt angeordnet sein kann.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Basiselektrode 48 des im Umfangsbereich des Halbleitersubstrats
41 ausgebildeten Druckkontakttransxstors 64 und die Emitterelektrode 58 des Transistors 65 im mittigen Bereich des Halbleitersubstrats
41 ausgebildet und sind durch das Aufdampfen von Aluminium im Vakuum miteinander verbunden. Da jedoch die Emitterelektrode
58 auf dem von dem Halbleitersubstrat 41 vorstehenden Emitterbereich ausgebildet ist, wird die Dicke der zur Bewerkstelligung
dieser Verbindung aufgebrachten Schicht an einigen Stellen, insbesondere auf der Schulter und dem geneigten Bereich
des Emittergebiets dünner als erforderlich. Aus diesem Grunde würde beim Durchfluß eines Stromes von einigen 10 Ampere durch
die leitende Schicht diese infolge der Widerstandsverluste in der leitenden Schicht zerstört werden. Um dies zu vermeiden,
können die dünnen Stellen der leitenden Schicht durch Metallbrücken 80 überbrückt werden, die eine größere Stromführungskapazität
als die zulässige Stromzuführungskapazxtät der leitenden Schicht aufweisen. Dies ist in der Figur 9 dargestellt. Die
609RAA/07?7
- 17 -
2BU 1
Metallbrücke 80 kann an der leitenden Schicht oder beiden
j Elektroden mittels Ultraschallschweißen angeheftet werden.
Diese Bauart führt zu einer noch verläßlicheren Halbleitereinrichtung
mit einer größeren Lebensdauer.
Obwohl die Erfindung nur an einem einzigen Beispiel beschrieben worden ist, sollte doch klar sein, daß Abweichungen von
dem beschriebenen Ausführungsbexspiel möglich sind. Z.B. wurde bei der beschriebenen Ausführungsform zunächst das
Basisgebiet ausgebildet und die Emitter-Verunreinigung wurde in das gesamte Basisgebiet eindiffundiert. Danach
wurde das diffundierte Gebiet selektiv geätzt, um das von dem Basisgebiet vorstehende Emittergebiet auszubilden. Es
ist jedoch auch möglich, das Basisgebiet selektiv zu ätzen, um auf diese Weise ein Emittergebiet vom Mesa-Typ auszubilden.
6098 U4/0727
Claims (9)
- Agency of Industrial Scienceand Technology3-1,1-chome, Kasumigaseki, Anwaltsakte M-3772Chiyodaku, Tokyo,Japan 12. Januar 1976Patentansprüche(1.)Druckkontakthalbleitereinrichtung, gekennzeichnet durch ein Halbleitersubstrat (41), ein Emittergebiet mit von einer Oberfläche des Halbleitersubstrates (41) vorstehenden und sich im wesentlichen in radialer Richtung von einer Position forterstreckenden Bereichen (46), wobei die Position einen vorgegebenen Abstand von einem Punkt der Oberfläche aufweist, ein Basisgebiet (43), das auf dem Halbleitersubstrat derart ausgebildet ist, daß es die vorstehenden Bereiche (46) des Emittergebiets umgibt, Emitterelektroden (47) auf den einzelnen vorstehenden Bereichen (46) des Emittergebietes, eine Basiselektrode auf dem Basisgebiet, eine Kollektorelektrode (70,71) auf der anderen Seite des Halhleitersubstrats (41) und durch ,(52) feine elektrisch leitende Platte d'ie zugleich gegen die Emitterelektroden (47) gedrückt ist derart, daß Emitter-jKollektor- und Basisgebiet einen Druckkontakttransistor aufbauen.ÖU9844/0727
- 2. .Druckkontakthalbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (41) kreisförmig ist und der Punkt in der Mitte des Halbleitersubstrats liegt und der vorgegebene Abstand größer ist als 1/3 des Radius des HalbleiterSubstrats (41).
- 3. Druckkontakthalbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterelektroden in einem radialen Richtungsbereich angeordnet sind, welcher Bereich kleiner als 3 0° bezüglich der Richtung der Expansion und Kontraktion des Plattenbauteiles (52) ist.
- 4. Druckkontakthalbleitereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches Halbleiterelement (62) auf dem Teil der Oberfläche des halbleitenden Substrates (41) ausgebildet ist, das nicht von dem Emittergebiet eingenommen wird.
- 5. Druckkontakthalbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Halbleiterelement ein Transistor (46) ist, der mit dem Druckkontakttransistor (64) in einer Darlington-Schaltung zusammengeschaltet ist.
- 6. Druckkontakthalbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Transistor (62) ein zweites Basisgebiet (45) aufweist, das von dem Basisgebiet des Druckkontakttransistors (64)diesem umgeben i 6098A4/0727er unabhängig und von diesem umgeben ist, daß ein ringförmiges26Π1131zweites Emittergebiet besitzt, das in dem zweiten Basisgebiet (45) ausgebildet ist und von dem Halbleitersubstrat (41) vorsteht, daß eine zweite Basiselektrode auf dem zweiten Basisgebiet ausgebildet ist, daß eine zweite Emitterelektrode (58) auf dem zweiten Emittergebiet ausgebildet ist und daß auf der anderen Oberfläche des halbleitenden Substrats der zugeordnete Kollektor ausgebildet ist.
- 7. Druckkontakthalbleitereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode (48) des Druckkontakttransistors (64) und die Emitterelektrode (58) des zusätzlichen Transistors (65) durch eine elektrisch leitende Schicht miteinander verbunden sind.
- 8. Druckkontakthalbleitereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallbrücke (80) mit einer größeren Stromführungskapazität als die der elektrisch leitenden Schicht vorgesehen ist, welche Metallbrücke paralell zu der elektrisch leitenden Schicht geschaltet ist.
- 9. Druckkontakthalbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckkontakttransistor (64) und ein zweiter Transistor (65) in einer Darlington-Schaltung zusammengeschaltet sind, wobei der Druckkontakttransistor (64) ein Halbleitersubstrat (41)^ein erstes Emittergebiet mit von der einen Oberfläche des Halbleiter-6098 hh /01?T-4--ν-2BU ! 13 ISubstrats (41) vorstehenden und sich im wesentlichen radial von einer Position, die einen vorgegebenen Abstand von einem Punkt auf der Oberfläche des Substrats aufweist, forterstreckenden Bereichen, ein auf dem Halbleitersubstrat ausgebildetes und die vorragenden Bereiche des ersten Emittergebietes umgebendes erstes Basisgebiet (43),auf den vorstehenden Bereichen des ersten Emittergebietes angeordnete erste Emitterelektroden (47), eine auf dem ersten Basisgebiet ausgebildete erste Basiselektrode (62) , eine auf der anderen Oberfläche des HalbleiterSubstrats (41) montierte Kollektor-elektrode (69,71) und eine elektrisch leitende Platte (52) aufweist, die zugleich gegen die ersten Emitterelektroden (47) gepreßt ist.und wobei der zweite Transistor (65) ein zweites Emittergebiet, das ein ringförmiges und in dem von dem ersten Emittergebiet umgebenen Bereich des HalbleiterSubstrats (41) ausgebildetes ringförmiges und von der Oberfläche des Halbleitersubstrats vorragendes Segment (56) einschließt, ein das zweite Emittergebiet umgebendes und in radialer Richtung von der Mitte des Halbleitersubstrates (41) sich erstreckende Teile aufweisendes zweites Basisgebiet (45), eine auf dem zweiten Basisgebiet angeordnete zweite Basiselektrode und eine Kollektorelektrode aufweist, die gemeinsam mit der ersten Kollektorelektrode (69,71) ausgebildet ist.609844/0727Leerseite
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Date | Code | Title | Description |
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