DE3040872A1 - Bipolar transistor with schottky collector - has complete base insulated layer and metal collector side cover - Google Patents
Bipolar transistor with schottky collector - has complete base insulated layer and metal collector side coverInfo
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Abstract
Description
Transistor transistor
Die Erfindung betrifft einen Transistor mit einer Emitter-und einer Basiszone sowie mit einem Basis-Kollektor-Übergang.The invention relates to a transistor with an emitter and a Base zone as well as with a base-collector transition.
Üblicherweise haben Bipolartransistoren mit einer npn- oder pnp-Zonenfolge einen Basis-Kollektor-pn-Übergang.Usually they have bipolar transistors with an npn or pnp zone sequence a base-collector pn junction.
Dieser pn-Übergang kann auch durch einen gleichrichtenden Metall-Haibleiterkcntakt ersetzt werden, der iiblicherweise als Schottky-Kontakt bezeichnet wird. Durch diesen Schottky-Kontakt können die vom Emitter in die Basiszone injizierten Ladungsträger in ähnlicher Weise wie bei einer pn-Sperrschicht abgesaugt werden. Der Schottky-Kollektor-Kontakt hat jedoch den Vorteil, daß Rückinjektionen von Ladungsträqern, durch die Umladungen im Bereich der Sperrschicht und damit größere Umschaltzeiten bedingt werden, sicher vermieden werden. Der genannte Speichereffekt in der Basis zone bei Basis-Kollektor-pn-Übergängen beruht darauf, daß beim C,roßsignal- oder Schalterbetrieb eines Bipolartransistors die Kollektor-Basis-Sperrschicht in Durchlaßrichtung vorgespannt sein kann. In diesem Fall injiziert der Kollektor LaiuncTsträqer in die Basiszone, die dort Minoritäts-Ladungsträger bilden und bei der Umschaltung des Transistors erst wieder ausgeräumt werden müssen.This pn junction can also be achieved by a rectifying metal semiconductor contact which is commonly referred to as the Schottky contact. Through this Schottky contact can be the charge carriers injected from the emitter into the base zone suctioned in a similar way to a pn barrier layer. The Schottky collector contact however, it has the advantage that charge carriers are injected back through the charge reversals in the area of the barrier layer and thus longer switching times are required be avoided. The mentioned storage effect in the base zone with base-collector-pn-junctions is based on the fact that the C, roßsignal- or switch operation of a bipolar transistor the collector-base junction may be forward biased. In this In the case of the collector injects carrier carriers into the base zone, the minority carriers there and have to be cleared again when switching over the transistor.
Zwar wird durch den Kollektor-Schottky-Kontakt die Ladungsträgerrückinjektion und die damit verbundene Umlade- und Speicherzeit verhindert, doch hat der Schottky-Kollektor andererseits den Nachteil daß die erzielbaren Sperrspannungen sehr gering sind. ])lt?' gilt insbesondere dann, wenn es sich um npn-Transistoren handelt und die Minoritäts-Ladungsträger in der Basiszone Elektronen sind. Gerade diese Ladungsträgerart wird jedoch aus Gründen der elektischen Eigenschaften des Bauelementes besonders bevorzugt.It is true that the charge carrier re-injection is caused by the collector Schottky contact and the associated reloading and storage time prevented, but the Schottky collector on the other hand, the disadvantage that the blocking voltages that can be achieved are very low. ]) lt? ' applies in particular when it comes to npn transistors and the minority charge carriers in the base zone are electrons. Especially this type of load carrier however, for the sake of electrical Properties of the component particularly preferred.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Bipolartransistor anzugeben, bei dem Rückinjektionen von Ladungsträgern und die damit verbundenen Umlade- und Speicher zeiten sicher vermieden werden und dennoch eine erhöhte Sperrspannung des Transistors erzielt wird. Diese Aufgabe wird bei einem Bipolartransistor der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kollektor aus einer gut leitenden Deckelektrode besteht, die mit der Rasiszonc einen gleichrichtenden Übergang bildet und daß zwischen der Deckelektrode und der Basiszone eine dünne isolierende Zwischenschicht angeordnet ist.The invention is therefore based on the object of a bipolar transistor indicate when re-injections of load carriers and the associated Reloading and storage times can be safely avoided and still an increased reverse voltage of the transistor is achieved. This task is performed with a bipolar transistor initially described type solved according to the invention in that the collector from consists of a highly conductive cover electrode, which with the Rasiszonc a rectifying Forms transition and that between the top electrode and the base zone a thin insulating intermediate layer is arranged.
Der Kollektor besteht dabei vorzugsweise aus einer Metallschicht, die mit der Basis zone einen qleichrichtenden Schottky-Kontakt bildet. Die Isolierschicht zwischen dem Schottky-Kontakt und der Basis-7ne ist nur so dick, daß die gleichrichtenden Eigenschaften des Metall-Halbleiterkontaktes bestehen bleiben und die Minoritätsladungsträger aus der Basis zone diese Isolierschicht bei entsprechend anliegender Spannung durchtunneln können.The collector preferably consists of a metal layer, which forms a rectifying Schottky contact with the base zone. The insulating layer between the Schottky contact and the base 7ne is just so thick that the rectifying Properties of the metal-semiconductor contact remain and the minority charge carriers Tunnel through this insulating layer from the base zone when the voltage is applied accordingly can.
Daher wird die Isolierschicht vorzugsweise eine Dicke von ca. 1 - 50 nm aufweisen. Durch eine derart zwischen den Schottky-Kollektor und die Basiszone gelegte Isolierschicht wird die Sperrspannung des Transistors gegenüber den Transistoren mit fehlender Isolierschicht zwischen dem Schottky-Kontakt und der Basis zone wesentlich erhöht.Therefore, the insulating layer will preferably have a thickness of approx. 1 - 50 nm. By such a way between the Schottky collector and the base zone The applied insulating layer is the reverse voltage of the transistor with respect to the transistors essential with the lack of an insulating layer between the Schottky contact and the base zone elevated.
Die Isolierschicht besteht vorzugsweise aus Siliziumdioxid, Síliziumnitrld oder aus Aluminiumoxid. Thermisch gewachsenes SiO2 wird man insbesondere dann vorziehen, wenn der Transistor aus einem Silizium-Halbleiterkörper besteht.The insulating layer preferably consists of silicon dioxide, silicon nitride or made of aluminum oxide. Thermally grown SiO2 will be preferred in particular, when the transistor consists of a silicon semiconductor body.
Bei GalliumarsenidtransistoreLn wird die Isolierschicht beispielsweise aus aufgespultertem Siliziumnitrid oder aus Aluminiumoxid bestehen, das durch Cracken erzeugt wird Die Erfindung und ihre weitere Ausgestaltung wird nachstehend noch auhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.In the case of gallium arsenide transistors, for example, the insulating layer consist of wound-on silicon nitride or aluminum oxide, which by cracking is produced The invention and its further development are described below explained on the basis of an exemplary embodiment.
In der Figur 1 ist im Schnitt ein Transistor nach der Erfindung dargestellt, Der Halbleiterkörper 1, der zugleich die Basis zone des Transistors bildet, besteht beispielsweise aus einkristallinem Silizium oder aus Galliumarsenid. In diesen Halbleiterkörper 1, beispielweise vom p-Leitunqsty!, wird eine n-leitende Emitterzone 2 eingebracht.In the figure 1 a transistor according to the invention is shown in section, The semiconductor body 1, which also forms the base zone of the transistor, is made for example from single crystal silicon or from gallium arsenide. In this semiconductor body 1, for example from the p-type conductor, an n-type emitter zone 2 is introduced.
Dies geschieht vorzugsweise durch Diffusion unter Verwendunq einer Diffusionsmaske 5, die beispielsweise aus Siliziumdioxid besteht. Die Rasis- und die Emitterzone weisen eine Dotiert uf, die der herkömmli r Transistoren entspricht.This is preferably done by diffusion using a Diffusion mask 5, which consists for example of silicon dioxide. The Rasis and the emitter zones have a doping which corresponds to that of conventional transistors.
Auf die der Ernitter-Basissperrschicht gegenüberliegende Oberflächenseite des Halbleiterkörpers 1 wird sodann eine Isolierschicht 3 aufgebracht, die sehr dünn, vorzugsweise nicht dicker als 50 nm ist. Wenn der Halbleiterkörper 1 aus Silizium besteht, läßt sich die Isolierschicht 3 am einfachsten durch thermische Oxidation erzeugen. Andererseits kann die Oxidschicht auch aus aufgesputtertem Siliziumnitrid oder aus qecracktem Aluminiumoxid bestehen.On the opposite side of the surface from the emitter base barrier of the semiconductor body 1, an insulating layer 3 is then applied, which is very thin, preferably not thicker than 50 nm. When the semiconductor body 1 made of silicon exists, the insulating layer 3 can be easiest by thermal oxidation produce. On the other hand, the oxide layer can also consist of sputtered silicon nitride or of cracked alumina.
Die beiden zuletzt genannten Schichten eignen sich auch für Galliumarsenid-Halbleiterkörper. Schließlich wird auf die Isolierschicht 3 ein großflächiger Metallkontakt 4 aufgebracht, der mit der Basiszone 1 einen gleichrichtenden Metall-Halbleiterübergang bildet. Bei einer p-leitenden Basiszone eignet sich als Schottky-Kontakt beispielsweise Aluminium. Bei n-leitendem Siliziumhalbleiterkörper 1, eignet sich als Schottky-Kontakt Platin.The last two layers mentioned are also suitable for gallium arsenide semiconductor bodies. Finally, a large-area metal contact 4 is applied to the insulating layer 3, which forms a rectifying metal-semiconductor junction with the base zone 1. In the case of a p-conducting base zone, a Schottky contact is suitable, for example Aluminum. In the case of n-conducting silicon semiconductor body 1, it is suitable as a Schottky contact Platinum.
In der Figur 2 ist eine Kennlinienschar des Transistors gemäß der Figur 1 dargestellt. Dabei handelt es sich um das Uct/I c -Kennlinienfeld. Die gestrichelt eingetragene Linie zeigt an, wo die Kollektor-Emitterspannung U@@gleich groß wie die Basis-Emitterspannung BE ist. Links von dieser gestrichelten Linie gilt CE < UBE. Bei einer Transistoraussteuerung in diesen Bereich liegt am Kollektor-Basisübergang eine Spannung in Durchlaßrichtung. Der Schottky-Kontakt 4 kann jedoch keine Minoritätsladungsträger in die Basiszone injizieren, sondern nur Ladungsträger vom Majoritätsladungsträgertyp. Somit entsteht in der Basiszone auch keine vom Kollektor injizierte Ladung, die bei der Umschaltung des Transistors zunächst aus der Basiszone ausgeräumt werden müßte.FIG. 2 shows a family of characteristics of the transistor according to FIG Figure 1 shown. This is the Uct / I c characteristic field. The dashed The registered line shows where the collector-emitter voltage U @@ equals great how the base emitter voltage BE is. To the left of this dashed line applies CE <UBE. If the transistor is driven into this range, there is a collector-base junction a forward voltage. The Schottky contact 4 cannot, however, have minority charge carriers inject into the base zone, but only charge carriers of the majority charge carrier type. This means that there is no charge injected by the collector in the base zone, the first cleared from the base zone when switching the transistor would have to.
Die .Sperrkennlinie des Transistors nach der Erfindung im III. Ouadranten des Kennlinienfeldes ist in der Figur 2 mit b bezeichnet. Weitere Sperrkennlinien sind mit den Buchstaben a und c bezeichnet. Die Sperrkennlinie a gilt für einen Bipolartransistor mit einer npn- bzw. pnp-Zonenfolge, also mit einem Rasis-Kollektor-pn-Übergan. Dieser Transistor weist naturgemäß eine relativ hohe Durchbruchsspannunq auf, wie man am Durchbruchsknick der Kennlinie bei relativ hohen Sperrspannungen erkennt. Die Durchbruchskennlinie c gilt für einen Bipolartransistor mit einem Basis-Kollektor-Schottky-Übergang, wobei zwischen dem Schottky-Konlakt und der Basiszone keine Isolierschicht angeordnet ist. Wie man aus der Figur 2 erkennt, weist dieser Transistor nur eine äußerst geringe Durchbruchsspannung auf.The blocking characteristic of the transistor according to the invention in III. Ouadrants of the family of characteristics is denoted by b in FIG. Further blocking characteristics are denoted by the letters a and c. The blocking characteristic a applies to one Bipolar transistor with an npn or pnp zone sequence, i.e. with a base-collector pn junction. This transistor naturally has a relatively high breakdown voltage, such as can be recognized by the breakdown kink of the characteristic curve at relatively high blocking voltages. The breakdown characteristic c applies to a bipolar transistor with a base-collector-Schottky junction, wherein no insulating layer is arranged between the Schottky conlact and the base zone is. As can be seen from FIG. 2, this transistor has only an extremely low level Breakdown voltage.
Der Transistor gemäß der Erfindung hat demgegenüber einen Kennlinienverlauf im Durchbruchsbereich gemäß der Kurve h.In contrast, the transistor according to the invention has a characteristic curve in the breakthrough area according to curve h.
Die Durchbruchsspannung liegt hierbei zwischen den Werten für den Bipolar-npn-Transistor und den Transistor mit einem Schottky-Kollektor. i einem Gallium-Arsenid-Transistor wurde beispielsweise eine Sperrspannung von 6 V erreicht.The breakdown voltage lies between the values for the Bipolar npn transistor and the transistor with a Schottky collector. i a Gallium arsenide transistor, for example, a reverse voltage of 6 V was achieved.
Der fertige Transistor gemäß der Figur 1 weist noch die Anschlußkontakte 7 an die Basis zone 1 und den Emitter-Kontakt 6 an der Emitterzone 2 auf. Diese Kontakte können beispielsweise innerhalb von Offnungen in der Oxidmaskierungsschicht 5 angeordnet werden. Beim Transistor nach der Figur 1 erstreckt sich der Emitter-Basis-pn-Übergang zur Halbleiteroberflächenseite in der in der Planartechnoloqie üblichen Weise. Selbstverständlich kann es sich auch um einen völlig ebenen pn-Übergang handeln, wobei dann die Emitterzone sich vorzugsweise mesaförmig über den Basishalbleiterkörper erheben wird. Bei einem derartigen Mesatransistor läßt sich die Basiszone leicht kontaktieren.The finished transistor according to FIG. 1 still has the connection contacts 7 to the base zone 1 and the emitter contact 6 to the emitter zone 2. These Contacts can for example within openings in the oxide masking layer 5 can be arranged. In the transistor according to FIG. 1, the emitter-base-pn junction extends to the semiconductor surface side in the usual way in planar technology. Of course it can also be a completely flat pn junction, in which case the emitter zone will preferably rise in a mesa shape over the base semiconductor body. At a such a mesa transistor can easily contact the base zone.
Die Emittrzone kann auch durch partielle Epitaxie oder durch Epitaxie mit nachfolgender Ätzung auf einen Halbleiterkörper vom Leitungstyp der Basiszone aufgebracht werden. Der den Kollektor bildende Schottky-Metall-Kontakt kann auch durch eine extrem gut leitende Elektrode aus einem anderen Material, das mit der Basiszone einen gleichrichtenden Übergang bildet, ersetzt werden.The emission zone can also be produced by partial epitaxy or by epitaxy with subsequent etching on a semiconductor body of the conductivity type of the base zone be applied. The Schottky metal contact forming the collector can also by an extremely good conductive electrode made of a different material that is connected to the Base zone forms a rectifying transition.
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