DE3521059A1 - Zusammengesetzter transistor - Google Patents
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Description
3SSCHR3IBUHG
Die.Erfindung bezieht sich auf die Elektronik, insbesondere
auf zusammengesetzte Transistoren.
Die Erfindung kann mit grösserer Effektivität für Verstärker, geregelte Speisequellen, Schalterschaltungen
und andere Einrichtungen zur Steuerung und Automatisation verwendet werden.
Die bekannten zusammengesetzten Transistoren, die vorwiegend nach der Darlingtonschaltung ausgeführt werden,
sind durch einen hohen Stromverstärkungsfaktor gekennzeichnet und geben dadurch die Möglichkeit, den Aufbau
von Transistorbaugruppen wesentlich zu vereinfachen, die Zuverlässigkeit der Geräte zu erhöhen und ihr Gewicht,
ihre Abmessungen sowie ihre Kosten herabzusetzen.
Der hohe Verstärkungsfaktor und die daraus resultierende grosse Verlustleistung des zusammengesetzten
Transistors erfordern für die erwähnten Anwendungsgebiete die Gewährleistung der maximalen thermischen
Stabilität und der Schnellwirkung, eines minimalen Rückstromwertes nebst einer höchst rentablen Herstellung
der zusammengesetzten Transistoren.
Die bekannten zusammengesetzten Mesa-Planar-Transistoren
(vgl. z.B. Pirsov V.l. "Zusammengesetzte Leistungstransistoren KT 827 - KT 829" in der Zeitschrift
"Slektronnaja Promyshlennost", 1979, Nr. 3, S. 18, 19) haben ein Halbleitersubstrat, das als gemeinsamer
Kollektor dient, und bilden die zweistufige Darlingtonschaltung, bei der jede Stufe ein 3asisgebiet
mit.einer Vielzahl von Emittergebieten enthält. Das Basisgebiet und die Emittergebiete sind auf der
Fläche des Halbleitersubstrats ungleichmässig verteilt
und sind mittels metallisierter Stromzuführungskontakte in Richtung zu entgegengesetzten Oberflächenrändern
des Halbleitersubstrats hin zu Transistorstufen
vereinigt. Die zu den Emitter- und Basisgebieten führenden Montagekontakte, die zur Verbindung mit den An-
35210S9
schlussdrähten im Gehäuse bestimmt sind, stellen metallisierte
Flächen dar und befinden sich an entgegengesetzten Rändern der Halbleitersubsfcratflache, während
zur Isolierung der Basisgebiete der Transistorstufen tiefe Rillen dienen.
Diese Rillenisolierung führt zu einem Wesentlichen Mangel, und zwar zum Anstieg von 'PransistorrUckströmen
infolge von unkontrollierbaren Verunreinigungen, die an den Wänden von Rillen der pn-Ubergänge entstehen. Die
ungleichmässige Anordnung von Basis- und Emittergebieten
auf der Fläche des Halbleitersubstrats verursacht eine ungleichmässige Verteilung der Stromdichte sowie der
beim Betrieb erzeugten Wärme und folglich eine niedrige thermische Stabilität des zusammengesetzten Transistors.
Die Anordnung der Montagekontakte an den entgegengesetzten Flächenrändern des Halbleitersubstrats erfordert
eine strenge Orientierung beim Einsetzen des Kristalls ins Gehäuse dieses zusammengesetzten Transistors, wobei
ein höherer Arbeitsaufwand bei der Montage des Transi^-
stors entsteht und die Rentabilität seiner Herstellung sinkt.
Kleinere Rückstrompegel können beim Aufbau des zusammengesetzten Planartransistors erreicht werden, bei
dem die auf die planare Substratoberfläche heraustretenden pnt-Ubergänge mit einer Isolierschicht geschützt
werden. ...""*.. . . ...
... Bekannt ist- ein zusammengesetzter Transistor
•D t - O 5
(vgl. die - „ 2705183, Klasse H-Ol
L 27/08, verSff. 1978) mit einem Halbleitersubstrat,
das den gemeinsamen-Kollektor bildet und eine Vielzahl von Basis- und Emittergebieten aufweist, die mehrere-Transistorstufen
bilden, sowie mit Stromzuführungs- und
Montagekontakten .für die Basis- und Emittergebiete versehen ist. Ein Basisgebiet ist gemeinsam für die Transistorstufen*
Die-Basis- und Imittergebiete sind auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats ungleichmassig
verteilt und mittels der Strorazufiihrungskontakte in
Richtung zu entgegengesetzten Oberflächenrändern des Halbleitersubstrat hin verbunden. Die zu den Basis-
und Emittergebieten führenden Montagekontakte befinden sich auch an .den entgegengesetzten Oberflächenrändern
des Halbleitersubstrats.
Die Ausführung eines für die Transistorstufen gemeinsamen
Basisgebietes führt zur Erhöhung der parasitären Kollektorkapazität des zusammengesetzten Transistors
und folglich zur Verringerung seiner Schnellwirkung. Die ungleichmässige Verteilung des Basisgebietes
und der Emittergebiete auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats hat eine niedrige thermische Stabilität zur Folge, während die Anordnung, der Montagekontakte
an den entgegengesetzten Oberflächenrändern des Halbleitersubstrats einen hohen Arbeitsaufwand bei
der Montage des zusammengesetzten Transistors im Gehäuse erfordert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zusammengesetzten Transistor zu entwickeln, dessen Aufbau
eine bessere Schnellwirkung und eine höhere Arbeitsleistung bei seiner Montage im Gehäuse sowie seine
kompakte Topologie gewährleistet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im zusammengesetzten Transistor mit einem Halbleitersubstrat,
das als gemeinsamer Kollektor dient und eine Vielzahl von Basis- und Emittergebieten aufweist, die mehrere
Transistorstufen bilden, sowie mit Stromzuführungsund Montagekontakten für die Basis- und Emittergebiete
versehen ist, erfindungsgemäss die einzelnen Basis- und Emittergebiete gleichmässig auf der Oberfläche des
Halbleitersubstrats verteilt sind, und die gleichartigen Gebieterin jeder Transistorstufe^in Richtung von
der Peripherie zum Mittelpunkt des Halbleitersubstrats mittels der Stromzuführuhgskontakte miteinander paral-IeI
verbunden sind, und die einzelnen Basisgebiete durch das avt§ die Oberfläche des Halbleitersubstrats
heraustretende gemeinsame Kollektorgebiet voneinander
isoliert sind, wobei der zu den einzelnen Emittergebieten führende Montagekontakt im Zentrum der. Oberfläche
des Halbleitersubstrats angeordnet ist, während die zu den einzelnen Basisgebieten führenden Montagekontakte
gleichmässig an der^berflachejo-ri des Halbleitersubstrats
verteilt sind.
Die gleichmässige Anordnung einzelner Basis- und Emittergebiete auf der Fläche des Halbleitersubstrats,
ihre Verbindung mit Gebieten gleicher Art in jeder Transistorstufe parallel von der Peripherie zum Zentrum
der Substratfläche hin mittels der Stromzufiihrungskontakte
und die gegenseitige Isolierung der Basisgebiete mit Hilfe des auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats
heraustretenden gemeinsamen Kollektorgebiets geben die1 Möglichkeit,
- die Schnellwirkung des zusammengesetzten Transistors zu erhöhen, da infolge der Isolierung einzelner
Basisgebiete voneinander die Fläche des Kollektorüberganges zwischen den Kollektor- und 3asisgebieten klei-
ner wird;
- die thermische Stabilität des zusammengesetzten Transistors zu erhöhen, da eine gleichmässige Verteilung
der elektrischen Belastung auf der Fläche des Halbleitersubstrats und eine Verringerung der therraisehen
Wechselwirkung zwischen den Konstruktionselementen erreicht werden, weil diese Elemente gleichmässig
verteilt und in Bezug auf das Zentrum der Oberfläche des Halbleitersubstrats im zusammengesetzten
Transistor symmetrisch angeordnet sind. Da der zu den Emittergebieten führende Montagekontakt im Zentrum der
Oberfläche des Halbleitersubstrats liegt und die' zu den Basisgebieten führenden Montagekontakte an der Peripherie
der Oberfläche.des Halbleitersubstrats gleichmässig verteilt sind, d.h. die Montagekontakte symmetrisch angeordnet
sind, entfällt die Orientierung des Substrata bei seiner Montage im Gehäuse und erhöht sich folglich
die Arbeitsproduktivität bei der Montage des zusammen-
gesetzten Tranaistors.
Die Transistorstufen können nach der Darlingtonschaltung
zusammengeschaltet werden.
Bei derartiger Verbindung der. Transistorstufen
ergibt sich.der höchste Stromverstärkungsfaktor.
Es ist zweckmässig, wenigstens einzelne Basisgebiete
einer Transistorstufe in Form von Bögen und die Basisgebiete der letzten Transistorstufe in Form von
Sektoren auszubilden.
Bei der Ausführung der Basisgebiete wenigstens einer, z.B. der ersten Tr.ansistors.tufe, sowie aller
nachfolgenden Transistorstufen ausser der letzten in
Form von Bögen, z.B. von Bögen konzentrischer Kreise, und bei der Bildung der Basisgebiete der letzten Traneistorstufe
in Form von Sektoren, die z.B. von diesen Bögen umfasst werden, wird eine dichtere Packung der
zum zusammengesetzten Transistor gehörenden Gebiete und
dadurch eine höhere Kompaktheit seiner ganzen Topologie möglich.
Im Ergebnis der aufgeführten konstruktiven
Im Ergebnis der aufgeführten konstruktiven
Lösungen ergibt sich die Möglichkeit, die Schnellwirkung und die thermische Stabilität des zusammengesetzten
Transistors zu erhöhen und gleichzeitig die Arbeitsproduktivität bei seiner Montage zu steigern sowie
eine höhere Kompaktheit seiner Topologie zu erreichen. Die Erfindung wird in den nachstehenden Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die ee Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigeni
Fig. 1 einen zusammengesetzten Transistor gemäss der Erfindung im Vertikalschnitt;
Fig.-2 einen.zusammengesetzten Transistor, gemäss
ClI
I
der Erfindung .{Draufsicht J; u. n-o ...
- -Fig.- 3 ein elektrisches. Schaltbild des zusammengesetzten
Transistors .geraäss der. Erfindung; Der zusammengesetzte Transistor enthält gemäss
der Erfindung ein z.B. aus Silizium vom. n+-Typ gefertigtes
Halbleitersubstrat 1 (Fig. 1), auf dem ein gemein-
sames Epitaxial-Kollektorgebiet 2 gebildet ist, daa.
z.B. aus Silizium vom η-Typ besteht. Auf-dem gemeinsamen
Epitaxial-Kollektorgebiet.2.sind acht einzelne
Basisgebiete.3, 4 z.B. vom p-Typ.und zwölf einzelne Emittergebiete 5, 6 z.B. vom n++-Tyρ (Fig. 1, 2) hergestellt.
Die Anzahl der einzelnen Basisgebiete 3, 4 und
der einzelnen Emittergebiete 5, 6 kann beliebig aber nicht gleich Eins sein, um den Betrieb des zusammengesetzten
Transistors bei vorgegebenem Niveau de» elelctrisehen
Belastung- sicherzustellen. Die Oberflächen des gemeinsamen Kollektorgebiets 2 (Fig. 1), der einzelnen
Basisgebiete 3, 4 und "der einzelnen Emittergebiete 5» 6
sind mit einer z.B, aus oxidiertem Silizium bestehenden
cn Isolierschicht 7 überzogen. Die «ttf die Oberfläche
heraustretenden pn-Ubergänge, die vom gemeinsamen Kollektorgebiet 2, von den einzelnen Basisgebieten 3» 4
und von den einzelnen Emittergebieten 5> 6 gebildet sind, liegen unter der Isolierschicht 7- Durch die in
der Isolierschicht 7 vorgesehenen Fenster sind an die einzelnen Basis- und Emittergebiete (3, 4 bzw. 5f 6)
Stromzuführungskontakte 8 ^3, 10 angeschlossen, die
veuny
z.B> Aluminiummetallisierung .darstellen. Die einzelnen Basisgebiete 3, 4 und die einzelnen Emittergebiete 5» 6 sind auf der Oberfläche des Halbleitersubstrat^ 1 gleichmässig verteilt, so dass sie in Bezug auf seinen geometrischen Mittelpunkt eine symmetrische Anordnung darstellen. Die einzelnen Basisgebiete 3, 4 und die einzelnen Emittergebiete 5,6 sind mittels der Stromzuführungskontakte 8,9,10 zu zwei Transistorstufen 11, 12 (Fig. 3) zusammengeschaltet. Die Anzahl der Transistorstufen 11, 12 kann auch grosser sein, je nach dom geforderten Verstärkungsfaktor des zusammengesetzten Transistors, In der Transistorstufe 11 sind die einzelnen Basisgebiete 3 (Fig- 2) als Gebiete gleicher Art■ mit Hilfe der Stromzuführungskontakte.8 miteinander parallel verbunden. Mittels der Stromzuführungskontakte 9 sind ebenso die gleichartigen Emittergebiete 5 der
z.B> Aluminiummetallisierung .darstellen. Die einzelnen Basisgebiete 3, 4 und die einzelnen Emittergebiete 5» 6 sind auf der Oberfläche des Halbleitersubstrat^ 1 gleichmässig verteilt, so dass sie in Bezug auf seinen geometrischen Mittelpunkt eine symmetrische Anordnung darstellen. Die einzelnen Basisgebiete 3, 4 und die einzelnen Emittergebiete 5,6 sind mittels der Stromzuführungskontakte 8,9,10 zu zwei Transistorstufen 11, 12 (Fig. 3) zusammengeschaltet. Die Anzahl der Transistorstufen 11, 12 kann auch grosser sein, je nach dom geforderten Verstärkungsfaktor des zusammengesetzten Transistors, In der Transistorstufe 11 sind die einzelnen Basisgebiete 3 (Fig- 2) als Gebiete gleicher Art■ mit Hilfe der Stromzuführungskontakte.8 miteinander parallel verbunden. Mittels der Stromzuführungskontakte 9 sind ebenso die gleichartigen Emittergebiete 5 der
Transistorstufe 11 (Pig. 3) und die einzelnen Basisgebiete 4 (Pig. 2) ..der Tranai3torstufe. 12 in Richtung von
der Peripherie .zum Mittelpunkt des Halbleitersubstrata hin parallel verbunden. Die einzelnen gleichartigen
Emittergebiete 6 der Transistorstufe 12 (Pig. 3) sind miteinander über die StromzufUhrungskontakte 10 (Pig. 2)
parallel verbunden. Die Stromzuführungskontakte IO der Transistorstufe 12 (Fig. 3). sind mit dem Montagekontakt
13 (Pig. If 2) verbunden, der z."R. als Alurainiummetallisierung
hergestellt ist und den Emitteranschluss des zusammengesetzten Transistors darstellt. Die Stromzufuhr
ungskoritakte 8 der Transistorstufe 11 (Fig. 3) sind
mit vier z.Bj aus Aluminiummetallisierung bestehenden
MontagekontaTcten 14. ».17 (Pig. 2, 3)verbunden, die an
der Oberflächenperipherie des Salbleitersubstrats 1 gleichmässig verteilt liegen und in Bezug auf den geometrischen
Mittelpunkt der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 eine symmetrische Anordnung haben. Die Montagekontakte
14...17 stellen die Basisanschlüsse des zusammengesetzten Transistors dar, wobei ihre Anzahl in Abhängigkeit
von den Besonderheiten der Montage des zusammengesetzten Transistors im Gehäuse beliebig, aber
nicht gleich Eins sein kann.
Das unter der Isolierschicht 7 (Pig. D «*£ die
JPlanarpberfläche hervortretende gemeinsame Kollektorgebiet
2 isoliert die einzelnen Basisgebiete 31 4 voneinander.
Die einzelnen Basisgebiete ^ der Transistorstufe 11 (Fig. 3) sind als Bögen ausgebildet, welche
die einzelnen als Sektoren ausgeführten Basisgebiete 4 (Fig. 2) der Transistorstufe 12.(Fig. 3) umfassen. Die
Transistorstufen 11r 12 sind nach der Darlingtonschaltung
zusammengeschaltet, aber.im Prinzip ist die. Verbindung der Transistorstufen nach anderen Schaltungen,
z.B. nach der Komplementärschaltung von Shiklai
mSglich.. - . .
Der zusammengesetzte Transistor funktioniert,wie
folgt.
An den Anschluss des Halbleitersubstrats 1 (Fig.l,
2, 3) wird ein positives Potential angelegt. Die Anlegung
einer positiven.Vpr3pannung an die Anschlüsse .
der Montagekontakte 14«.·17 in Bezug auf den Montagekontakt
13 bewirkt die Öffnung der übergänge zwischen den einzelnen Basisgebieten 3 (Pig. 1, 2) und den einzelnen
Emittergebieten 5 der Transistorstufe 11 (Fig. 3)ι welche die Tranaistorstufe 12 auslöst, indem sie die
übergänge zwischen den einzelnen Basisgebieten 4 (Fig. 1,
2) und den einzelnen Emittergebieten 6 leitend macht.
Von den Transis'torstufen 11, 12 (Fig. 3) gelangt
das elektrische Signal zum Anschluss des Halbleitersubstrats 1. Da die einzelnen Emittergebiete 5 (Fig.l,\2)
der Transistorstufe 11 (Fig. 3) mit den einzelnen Basisgebieten
4 der Transistorstufe 12 verbunden sind, ist dabei der1 Verstärkungsfaktor des zusammengesetzten
Transistors praktisch gleich dem Produkt der Verstärkungsfaktoren der zur Schaltung gehörenden Transistorstufen
11, 12.
Unter Einwirkung des die übergänge des zusammengesetzten
Transistors durchfliessenden elektrischen
Stromes wird Wärme erzeugt und erfolgt die Erwärmung des Halbleitersubstrats 1. Die gleichmässige Verteilung
der einzelnen Basisgebiete 3,\4 (Fig. 1, 2)und der einzelnen Emittergebiete 5, 6 auf der Oberfläche des HaIbleitersubstrats
1 sowie ihre Parallelverbindung mittels der Stromzuführungskontakte 8^,10 in Richtung von der
Peripherie zum Zentrum der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 geben die Möglichkeit, die Verteilung der
elektrischen Belastung auszugleichen und die thermische Wechselwirkung einzelner konstruktiver Elemente des
zusammengesetzten Transistors abzuschwächen.
Die. Anlegung der elektrischen Potentiale an die Anschlüsse des Halbleitersubstrats 1 und an die Anschlüsse
der Montagekontakte 13...17 des. zusammengesetzten Transistors führt zur Bildung einer parasitäre»
α Kapazität, deren Grosse durch die durch das at*f die
pianarpberfläche hervortretende gemeinsame Kollektor-
gebiet 2 sichergestellte Isolierung der einzelnen Basisgebiete 3, 4 erniedrigt wird.
Die Anordnung des mit den einzelnen Emittergebieten 6 (Fig- I, 2) verbundenen Montagekontaktes 13 (Fig. 3)
im Zentrum der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 und die Verteilung der mit den einzelnen Basisgebieten 3
verbundenen Montagekontakte 14...17<gleichmässige^an der
Oberflächenperipherie des Kalbleitersubstrats 1 gewährleisten die Symmetrie der Montagekontakte 13...17 und
dadurch die Möglichkeit, den zusammengesetzten Transit-Stör
im Gehäuse ohne Orientierung zu montieren.
Bei der bogenförmigen Ausbildung der einzelnen
Basisgebiete 3 der Transistoretufe 11 (Fig. 3) und bei
der Ausführung öer einzelnen Basisgebiete 4 (Fig. li\2)
der Tranr is torstufe 12 (Fig. 3) in der Je·* von Sektoren
ergibt sich die Möglichkeit, die für die vorgegebene Fläohe des zusammengesetzten Transistors höchste Packung
seiner Konstruktionselemente zu erreichen.
Claims (12)
1. Evgeny Ivanovich LAPITSKY, Minsk *
2. Anatoly Iosifovich TARASEVICH, Minsk
3. Vladimir Alexandrovieh SEMIN, Minsk
4. Vladimir Iliich KABANETS, Minsk
UdSSR
ZUSAMMENGESETZTE?, TRANSISTOR Patentansprüche:
1. Zusammengesetzter Transistor auf einem Halbleitersubstrat (1), das als gemeinsamer Kollektor dient
und eine Vielzahl von, Basis- und Emittergebieten (3,-4, 5, 6)· aufweist,- die mehrere Transisto,rstufen
(11, 12) bilden, sowie mit Stromzuführungs- und Montagekontakten. (8, 9, 10, 13, 14, 15, 16, 17) für.die 3asis-
und Emittergebiete (3, 4, 5, 6) versehen ist, da- .
durch gekennzeichnet, dass die einzelnen
Basis- und Emittergebiete (3» 4 und 5» 6) gleichmässig auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats
(1) verteilt sind und in jeder Transistorstufe (11, 12)
die gleichartigen Gebiete (3t 4 und 5, 6) in Richtung
von der Peripherie zum Mittelpunkt des Halbleitersubstrats (1) mittels der Stromzuführun^skontakte (8, 9,\l0)
miteinander parallel verbunden sind, und die einzelnen Basisgebiete (3, 4) durch das aaf die Oberfläche des
Halbleitersubstrats (1) heraustretende gemeinsame KoI-lektorgebiet
(2) voneinander isoliert sind, wobei der zu den einzelnen Emittergebieten (6) führende Montagekontakt
(13) im Zentrum der Oberfläche des Halbleitersubstrats
(1) angeordnet ist, während die zu den ein-
zelnen Basisgebieten (3) führenden Montagekontakte (14, 15, 16, 17) gleichmässig an der, Peripherie der
Oberfläche, des Halbleitersubstrats (.1) verteilt sind.
2. Zusammengesetzter Transistor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die .Transistorstufen (11, 12) nach der Darlingtonschaltung
miteinander verbunden sind.
3. Zusammengesetzter Transistor nach Ansprüchen 1, 2, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens einzelne Basisgebiete (3) einer Transistorstufe (11) in Form von Bögen und einzelne 3asisgebiete
(4) äe'x letzten Transistorstufe (12) in Form von Sektoren ausgeführt sind.
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