DE2922250A1

DE2922250A1 - Lichtsteuerbarer transistor

Info

Publication number: DE2922250A1
Application number: DE19792922250
Authority: DE
Inventors: Jenoe Dipl Phys Dr Tihanyi
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-05-31
Filing date: 1979-05-31
Publication date: 1980-12-11
Also published as: FR2458148A1; FR2458148B1; GB2051479B; JPS55162282A; JPS5846190B2; US4355320A; DE2922250C2; GB2051479A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 79 P 10 9 7

Lientsteuerbarer Transistor

Die Erfindung bezieht sich auf einen lichtsteuerbaren Transistor, mit einem Halbleiterkörper, dessen Basis- und Emitterzone eine kleinere Fläche als der Halbleiterkörper aufweisen und bei dem die zwischen Basis- und Emitterzone und zwischen Basis- und Kollektorzone liegenden pn-Übergänge an der zum Lichteinfall bestimmten Fläche des Halbleiterkörpers an seine Oberfläche treten.

Ein solcher Transistor ist bereits beschrieben worden. Die Basis- und Emitterzone werden bei diesem Transistor in Planartechnik hergestellt. Dabei ist die Basis möglichst klein gehalten, um die Stromdichte zu erhöhen. Bei einem lichtsteuerbaren Transistor dieser Art ist es wichtig, daß ein möglichst großer Teil der durch das Licht erzeugten Ladungsträger zur Basis fließt. Diese Forderung ist bei den genannten Planarstrukturen insbesondere dann nicht ohne weiteres erfüllt, wenn der

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Transistor Teil einer integrierten Schaltung ist. Bei dieser kann nämlich ein großer Teil der durch den Lichteinfall erzeugten Ladungsträger unter Umgehung der Basis des Transistors zu anderen Teilen der Schaltung fließen. Außerdem besteht die Möglichkeit, daß lichtunabhängige Störströme aus der Schaltung zur Basis fließen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen lichtsteuerbaren Transistor der obengenannten Art so weiterzubilden, daß möglichst viele der in der Raumladungszone durch Lichteinfall erzeugten Ladungsträger zur Basis des Transistors fließen. Gemäß einer Weiterbildung sollen auch lichtunabhängige Störströme von der Basis ferngehalten werden.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch mindestens eine auf der genannten Fläche angeordnete, gegen sie elektrisch isolierte Hilfselektrode, die mindestens einen Teil der an die Oberfläche tretenden Basiszone und mindestens einen Teil der Kollektorzone überdeckt und die an eine Hilfsspannung anschließbar ist, die die gleiche Polarität wie die Emittervorspannung hat.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .

Die Erfindung wird an Hand zweier Ausführungsbeispiele von lichtsteuerbaren Transistoren in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 näher erläutert. Beiden Ausführungsbeispielen gleiche oder funktionsgleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

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In Fig. 1 ist ein lichtsteuerbarer Transistor im Schnitt dargestellt, der eine Kollektorzone 1, eine Emitterzone 2 und eine Basiszone 3 aufweist. Zwischen den Zonen 2 und 3 liegen pn-Übergänge 4, 5, die an der zum Lichteinfall bestimmten Fläche 12 des Transistors an seine Oberfläche treten. Die Zonen 1, 2, 3 treten damit ebenfalls an die Hauptfläche 12. Sowohl die Fläche der Emitterzone 2 als auch die Fläche der Basiszone 3 ist kleiner als die des Halbleiterkörpers. Die Emitterzone und die Kollektorzone 1 sind mit einer Emitterelektrode 6 beziehungsweise mit einer Kollektorelektrode 7 kontaktiert. Die Oberfläche des Transistors ist mit einer Isolierschicht 8, die beispielsweise aus Siliciumdioxid bestehen kann, bedeckt. Auf dieser Isolierschicht 8 sind Hilfselektroden 9 angeordnet, die die an die Oberfläche des Halbleiterkörpers tretenden Teile der Basiszone 3 und der Kollektorzone 1 überdecken.

Seitlich neben der Basis- und Emitterzone können Hilfszonen 10 in die Oberfläche des Halbleiterkörpers eingelassen sein, die vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie die Emitterzone 2 sind. Diese Hilfszonen sind durch Hilfselektroden 11 kontaktiert. Ihre Dicke ist zweckmäßigerweise größer als die der Emitterzone 2 zuzüglich der Basiszone 3.

Zum Betrieb des Transistors wird an die Elektroden 6, 7 eine Vorspannung gelegt, die im Falle einer npn-Zonenfolge am Emitter negativ gegenüber dem Kollektor ist. Gleichzeitig wird an die Hilfselektroden 9 eine Hilfsspannung angelegt, die ebenfalls negativ gegenüber dem Kollektor und beispielsweise so groß wie die Emitterspannung ist. Ist zusätzlich die Hilfszone 10 im Halbleiterkörper vorgesehen, so wird diese über die Elektro-

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den 11 ebenfalls an eine gegenüber dem Kollektor negative Spannung von beispielsweise gleicher Höhe wie die Emittervorspannung angelegt. Es bildet sich dann im Transistor eine Raumladungszone aus, deren Form durch die eingezeichneten Äquipotentiallinien angedeutet ist. Bei Weglassen der Hilfszone 10 hätten die Äquipotentiallinien zum Rand des gezeigten Ausschnitts des Halbleiterkörpers einen etwas weniger steilen Abfall. Fällt nun Licht auf die zum Lichteinfall bestimmte Fläche 12, so werden in der Raumladungszone Ladungsträgerpaare erzeugt, von denen die Löcher auf Grund der negativen Emittervorspannung zum pn-übergang 5 wandern. Sie regen dann eine Emission von Ladungsträgern aus dem Emitter 2 an und der Transistor schaltet ein. Auf Grund der Form der Äquipotentiallinien bewegen sich die Löcher aus der Raumladungszone von allen Seiten auf den pn-übergang 5 zu und fließen nur in verschwindend geringem Maße in Richtung auf im Halbleiterkörper eventuell noch integrierte weitere Strukturen zu. Damit wird der Wirkungsgrad des lichtsteuerbaren Transistors hoch, seine Verstärkung wird damit groß, so daß ein relativ schwaches Lichtsignal bereits ein starkes Signal auslöst. Außerdem wird die Basis gegen aus anderen Teilen der Schaltung stammende Störströme abgeschirmt.

Der Transistor in Fig. 2 unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß bei diesem die Emitterzone und die Basiszone in Teilzonen unterteilt sind. Die Teilemitterzonen sind jeweils mit einer Emitterelektrode kontaktiert. Auf der Fläche 12 sind dementsprechend mehrere Hilfselektroden 9 vorgesehen, die jeweils die an die Oberfläche des Halbleiterkörpers tretenden Teile der Basiszone 3 und der Kollektorzone 1 überdekken. Bei Lichteinfall auf die Fläche 12 fließen dann die

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erzeugten Löcher entsprechend der eingezeichneten Äquipotentiallinien zu den pn-Übergängen 5 und lösen dort entsprechend wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eine Emission von Elektronen aus den einzelnen Teilemittern 2 aus.

Für höhere Leistungen empfiehlt sich eine aus einer Vielzahl der in Fig. 1 oder 2 gezeigten Strukturen zu einer Anordnung zusammenzufassen» die rasterförmig auf einem großen Chip angeordnet sind. Die Emitterelektroden 6, sowie die Hilfselektroden 9 und eventuell 11 werden dann wie bei integrierten Schaltkreisen üblich durch Leiterbahnen miteinander verbunden.

Um den Lichteinfall auf die Fläche 12 nicht zu sehr zu behindern, werden die Hilfselektroden 9, die zum Beispiel aus hochdotiertem polykristallinen Silicium bestehen können, so dünn ausgeführt, daß das eingestrahlte Licht nur unwesentlich gedämpft wird. Die Hilfselektroden können zum Beispiel 0,1 bis 1 /um dick sein. Die Emitterzone 2 und die Basiszone 3 können durch Ionenimplantation zum Beispiel in einer Dicke von 0,1 /um beziehungsweise 0,4 /um hergestellt werden. Dazu gibt man den Hilfselektroden 9 zweckmäßigerweise schräg abfallende Flanken, so daß sie als Maske für die Ionenimplantation wirken und der gezeigte schräg nach oben ansteigende Verlauf von Emitterzone 2 und Basiszone 3 erzielt wird. Der Abstand der Emitterteilzonen und die Breite der Hilfselektrode 9 kann zum Beispiel 50 /um betragen, während die Breite der Emitterteilzonen 2 zum Beispiel bei 5 /um liegen kann. Die Dotierung der Emitterzone 2

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kann zwischen 10 und 10 cm~^ liegen, die mittels einer Ionenimplantation mit einer Dosis von 2 bis

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5 . 10 cm und eine Energie von zum Beispiel 150 bis 200 keV erzeugt wird. Für die Implantation der Basiszo-

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12 —2 ne 3 benötigt man eine Dosis von 2 bis 6 . 10 cm" und eine Energie von 100 bis 200 keV. Die Hilfszone 10 wird durch Diffusion hergestellt. Sie kann zum Beispiel 10 /um tief sein und an der Oberfläche eine Konzentration von 10 cm haben. Die Dicke des Halbleiterkörpers liegt zum Beispiel bei 250 bis 500 /um. Die Do-

14 ' 15 -^ tierung der Zone 1 beträgt ca. 10 bis 10 ^ cm .

Die Ausführungsbeispiele zeigen eine vollständige Überdeckung der an die Oberfläche tretenden Teile der Basiszone und der Kollektorzone durch die Hilfselektroden. Die prinzipiell gleiche, jedoch schwächere Wirkung erhält man, wenn die Hilfselektroden die genannten Zonen nur teilweise hinsichtlich ihrer Länge und/oder Breite überdecken.

6 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

Patentansprüche

\\y Lichtsteuerbarer Transistor, mit einem Halbleiterkörper, dessen Basis- und Emitterzone eine kleinere Fläche als der Halbleiterkörper aufweisen und bei dem die zwischen Basis- und Emitterzone und zwischen Basis- und Kollektorzone liegenden pn-Übergänge an der zum Lichteinfall bestimmten Fläche des Halbleiterkörpers an seine Oberfläche treten, gekennzeichnet durch mindestens eine auf der genannten Fläche (12) angeordnete, gegen sie elektrisch isolierte Hilfselektrode (9), die mindestens einen Teil der an die Oberfläche tretenden Basiszone (3) und mindestens einen Teil der Kollektorzone (1) überdeckt und die an eine Hilfsspannung anschließbar ist, die die gleiche Polarität wie die Emittervorspannung hat.
2. Lichtsteuerbarer Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode (9) aus hochdotiertem polykristallinen Silicium besteht und eine Dicke hat, die für Licht durchlässig ist.
3. Lichtsteuerbarer Transistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode (9) durch eine aus Siliciumdioxid bestehende Schicht (8) gegen die Oberfläche des Halbleiterkörpers isoliert ist.
4. Lichtsteuerbarer Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Halbleiterkörper mit seitlichem Abstand von der Emitter- und Basiszone mindestens eine Hilfszone (10)

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vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Basiszone eingelassen ist, daß diese Hilfszone dicker als die Basiszone (3) zuzüglich der Emitterzone (2) ist, und daß die Hilfszone (10) an eine Hilfsspannung gleicher Polarität wie die Emittervorspannung anschließbar ist.
5· Lichtsteuerbarer Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter- und die Basiszone (2, 3) in einer Anzahl von Teilzonen unterteilt sind und daß auf der zum Lichteinfall bestimmten Fläche (12) des Halbleiterkörpers mehrere, miteinander elektrisch verbundene Hilfselektroden (9) angeordnet sind, die die an die Oberfläche tretenden Teile der Basisteilzonen (3) und der KoI-lektorzone (1) überdecken.
6. Licht steuerbar er Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektroden (9) zum Rand hin abgeschrägte Flanken aufweisen, und daß die Emitter- und Basiszonen (2, 3) durch Ionenimplantation unter Verwendung der Hilfselektroden (9) als Masken hergestellt sind.

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