DE2742361A1 - Bipolarer lateraler transistor - Google Patents

Bipolarer lateraler transistor

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DE2742361A1 DE19772742361 DE2742361A DE2742361A1 DE 2742361 A1 DE2742361 A1 DE 2742361A1 DE 19772742361 DE19772742361 DE 19772742361 DE 2742361 A DE2742361 A DE 2742361A DE 2742361 A1 DE2742361 A1 DE 2742361A1
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Description

üie Frfindung betrifft einen neuen bipolaren lateralen Transistor und insbesondere einen PNP-Transistör.
In einem lateralen Transistor fließt der Strom vom Emitter zum Kollektor parallel zu der Oberfläche des Substrats, in das er integriert ist.
Solche Transistoren werden gewöhnlich in Oigita 1 scha 1 tun· Ken zusammen mit komplementären Transistoren, sogenannten vertikalen Transistoren, benutzt, in denen der Strom senkrecht /u Aw Oberfläche des fubstrats fließt.
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Die lateralen Transistoren sind aus technologischen Gründen praktisch immer PNP-Transistoren, während die vertikalen Transistoren NPN-Transistoren sind. Ein lateraler Transistor hat im allgemeinen zwei P-diffundierte Zonen in einem N-leitenden Substrat.
Nachteilig ist bei diesen Transistoren, daß sie eine sehr geringe Verstärkung haben, weil die in die Basis injizierten freien Ladungsträger den Kollektor nur in einem sehr kleinen Verhältnis erreichen.
Der laterale PNP-Transistor nach der Erfindung gestattet, diesen Nachteil in großem Maße zu beseitigen.
Der laterale Transistor nach der Erfindung weist zwei Zonen desselben Leitungstyps auf, die in ein und dieselbe dritte Zone diffundiert sind, deren Leitungstyp dem der ersten und der zweiten Zone entgegengesßtzt ist, wobei die erste Zone als Emitter, das Substrat al j Basis und die zweite Zone als Kollektor dient.
Er ist gemäß der Erfindung insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß in den Emitter eine sehr r-tark dotierte dritte Zone desselben Leitungstyps wie das Substrat diffundiert ist und daß ein elektrischer Kontakt wenigstens zum Teil die scheinbare Oberfläche des Überganges zwischen der dritten Zone und dem Emitter bedeckt.
Mohrerr Ausführungsboispiele der Erfindung werden im
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foLgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen bekann
ten lateralen Transistor,
Fig. 2 das Ersatzschattbild des Transistor
von Fig. 1,
die Fig. 3 und 4 im Schnitt bzw. in perspektivischer
Darstellung ein Ausführungsbeispiel des Transistors nach der Erfindung, und
Fig. 5 in perspektivischer Darstellung ein
weiteres Ausführungsbeispiel des Transistors nach der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen bipolaren lateralen PNP-Transistor. Er hat ein N-leitendes Substrat 1, in das einerseits ein Emitter 2 und andererseits ein Kollektor 3 diffundiert sind, welche beide P-leitend sind. Es sei angemerkt, daß solche Strukturen, die normalerweise bei komplementären NPN-Transistoren benutzt werden, gewisse Nachteile aufweisen. Wenn nämlich die Emitter-Basis-Übergangszone durch ein geeignetes Potential entsperrt wird, wird ein Strom in mehreren HauptrichUingen in die Basis injiziert, nämlich in den Richtungen S1 S und S , von denen die beiden erstgenannten zu der Ober-
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fläche des Substrats paraLlel sind, während die Letztgenannte zu dieser Oberfläche senkrecht ist. Von diesen drei Richtungen ist aber nur eine Richtung eine Nutzrichtung, nämlich die Richtung S ~, in der Ladungsträger injiziert werden, die den Kollektor erreichen.
Es handelt sich tatsächlich um einen geringen Anteil des injizierten Stroms. Das Ersatzschaltbild, das in Fig. 2 dargestellt ist, zeigt, daß zu der Emitter-Basis-Übergangszone zwei Dioden D und D parallel geschaltet sind. Die Verstärkung eines solchen Transistors ist sehr gering und liegt in der Größenordnung von 0,1.
Das ist ein großer Nachteil, wenn diese Transistoren in integrierten Schaltungen, insbesondere von digitalen Schaltkreisen,enthalten sind, da die Werte "θ" und "1" schlecht voneinander unterschieden werden können (Fall der in Kaskade geschalteten lateralen Transistoren).
Der bipolare laterale Transistor nach der Erfindung gestattet, diesen Nachteil zu verringern und, wenn sonst alles gleich ist, den erzielten Kollektorstrom mit einem Faktor in der Größenordnung von 5 zu multiplizieren.
DLe Fig. 3 und 4 zeigen im Schnitt bzw. Ln perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel des Transistors nach der Erfindung.
In die Emitterzone 2 ist eine stark dotierte N -leitende
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Zone 4 diffundiert. In dem Fall, in welchem die Erfindung in einer integrierten Schaltung mit komplementären bipolaren Transistoren benutzt wird, kann die Zone 4
beispielsweise gleichzeitig mit der N -Zone eines vertikalen N PN-Transistors diffundiert werden, der außerdem in der Schaltung vorgesehen ist.
Die Zone 4 ist in elektrischem Kontakt mit der Zone 2, weil eine Metallschicht 5 auf einem Teil der aus
den Zonen 2 und 4 bestehenden Anordnung angebracht ist. Die Arbeitsweise kann folgendermaßen verständlich
gemacht werden. Nahe der Oberfläche des Substrats liegen die benachbarten Teile der N -Schicht und der P-Zone auf demselben Potential. Mit zunehmender Entfernung
von dem Kontakt bleibt das Potential des stark dotierten N -Gebietes konstant, während das Potential des
schwach dotierten P-Gebietes wesentlich sinkt. Daraus
ergibt sich eine Sperrung des so gebildeten PN-Uberganges. Daraus folgt, daß die von dem Kontakt entfernten Gebiete von dem Kontakt isoliert sind. Dadurch werden die Ströme S und S . von Fig. 1 praktisch unterdrückt .
Diese Erscheinung wird auch auf andere Weise verständlich, In Fig. 4 ist die Gesamtanordnung auf einem P-leitenden Substrat 6 angebracht.
Das Schaltbild der Gesamtanordnung enthält: einen PNP-Transistor T, der als Basis denjenigen Teil der N-Zone
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hat, welcher sich zwischen den Gebieten 2 und 3 erstreckt, und als Emitter das P-leitende Gebiet I, das sich zwischen dem N -Gebiet und dem N-Gebiet befindet und sich senkrecht zu der Oberfläche des Substrats erstreckt, in Fig. 1 das Gebiet S , und das Gebiet II hat, welches der andere TeLl der P-Zone ist.
Der Emitter dieses Transistors ist mit dem Substrat durch eine Aufeinanderfolge von vertikalen PNP-Transistoren verbunden, die zwischen dem Gebiet II und Masse angeordnet sind und als Emitter aufeinanderfolgende Teile des Gebietes II, als Basis das Gebiet 1 und als Kollektor das Substrat haben. Die Emitter dieser Transistoren T -, T sind miteinander durch Widerstände R verbunden, welche Scheiben des hochohmigen P-Gebietes darstellen. Da das Basispotential gleichförmig ist und da das Potential der Emitter an der Oberfläche des Gebietes I fest ist, fließen in diesen Transistoren Ströme, die um so schwächer sind, je weiter sie von dem Gebiet IT entfernt sind.
Der Ableitstrom Ic , (Strom in dem Substrat) ist daher
0UD.
äußerst schwach.
Eine einfache Berechnung zeigt, daß für einen ausreichend starken Strom Ir und bei lateralen Abmessungen, die groß gegen die Tiefen der Übergangszonen sind, folgendes Verhältnis gilt:
Γ Α
8t)
8t) 9812/0995
wobei Ir der Kollektorstrom des Transistors, I' der Emitterstrotn und x1 die Verstärkung in Basisschaltung bei vorhandener N-Zone ist, während I„ und χ der Strom bzw. die Verstärkung eines Transistors mit derselben Abmessung ohne N-Zone sind und wobei C und A die beiden in Fig. 4 angegebenen Abmessungen sind.
Das Verhältnis kann im Prinzip leicht in der Größenordnung von 5 liegen.
Die Erfindung ist zur Herstellung von lateralen Elementartransistoren verwendbar. Fig. 5 zeigt in perspektivischer Darstellung einen solchen Transistor, der auf einem P-leitenden Substrat 6 angebracht ist.
Der Transistor ist von geschlossener Bauart, bei welcher der integrierte P-leitende Kollektor 3 den P-leitenden Emitter 2 umgibt und beide in die N-leitende Basis 1 diffundiert sind, die beispielsweise auf dem Substrat epitaxial aufgewachsen ist.
Sowohl in den Emitter als auch in den Kollektor sind zwei N -Zonen 10 bzw. 11 diffundiert. Auf diesen Diffusionen sind Kontakte 12 bzw. 13 angebracht.
Die Diffusion einer N -Zone in dem Kollektor vergrößert die Transitfrequenz des Transistors.
Die Kontakte 12 und 13 ragen, wie in den vorhergehenden Fällen, auf den Emitter bzw. den Kollektor hinüber.
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Auf diese Weise ist eine einfache Einrichtung geschaffen worden, mittels welcher die Leistungsfähigkeit von digitalen integrierten Schaltungen verbessert werden kann.
In dem FaLl, in welchem der Transistor nach der Erfindung in einer integrierten Schaltung mit komplementären bipolaren Transistoren benutzt wird, kann außerdem die N -Zone 4 durch dieselbe Operation wie die N -Zone eines vertikalen N PN-Transistors hergestellt werden. Solche Anordnungen werden in zahlreichen bekannten Digitalschaltungen benutzt.
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Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE:
    1. Bipolarer Lateraler Transistor mit einer ersten und einer zweiten Zone eines ersten I.eitungstyps, die in eine dritte Zone eines zweiten Leitungstyps, der zu dem der ersten entgegengesetzt ist, von derselben Fläche wie diese aus eingefügt sind, wobei die erste, die zweite und die dritte Zone als Emitter bzw. Kollektor bzw. Basis dienen, dadurch gekennzeichnet, daß in die erste Zone eine stark dotierte vierte Zone des zweiten I.eitungstyps eingefügt ist und daß ein elektrischer Kontakt zwischen der vierten Zone und der ersten Zone auf der genannten selben Fläche hergestellt ist.
    2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Leitungstyp der P-Typ ist.
    !. Transistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
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    ORIGINAL INSPECTED
    _2_ 2742331
    daß die zweite Zone die erste Zone umgibt.
    4. Transistor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem eine N -leitende fünfte Zi Zone diffundiert oder implantiert ist.
    daß außerdem eine N -leitende fünfte Zone in die zweite
    5. Verwendung von Transistoren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einer integrierten Schaltung.
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DE19772742361 1976-09-21 1977-09-20 Bipolarer lateraler transistor Granted DE2742361A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

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DE2742361A1 true DE2742361A1 (de) 1978-03-23
DE2742361C2 DE2742361C2 (de) 1989-03-09

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FR (1) FR2365213A1 (de)
GB (1) GB1593063A (de)

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JPS5339082A (en) 1978-04-10
GB1593063A (en) 1981-07-15
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