JP2013098179A

JP2013098179A - Transistor device and electronic device

Info

Publication number: JP2013098179A
Application number: JP2011236359A
Authority: JP
Inventors: Kenji Komiya; 健治小宮; Akihide Shibata; 晃秀柴田; Hiroshi Iwata; 浩岩田; Akira Takahashi; 明高橋; Kenji Ota; 賢司太田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2013-05-20

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transistor device which allows one rod element to normally operate to continue the normal operation even when another rod element breaks down.SOLUTION: A transistor device has a substrate 5 and two rod elements 1 disposed on the substrate 5. Thus, even when one of rod elements 1 breaks down, the other rod element 1 normally operates and the transistor device continues the normal operation.

Description

この発明は、トランジスタ装置および電子デバイスに関する。 The present invention relates to a transistor device and an electronic device.

従来、トランジスタ装置としては、基板と、この基板に配置された１つのチップとを備えたものがある（特開平９−２３２７１５号公報：特許文献１参照）。 Conventionally, as a transistor device, there is a transistor device including a substrate and one chip disposed on the substrate (see Japanese Patent Laid-Open No. 9-232715: Patent Document 1).

しかしながら、上記従来のトランジスタ装置では、１つのチップで構成されているため、このチップが破壊すると、トランジスタ装置は使用不可能となる。 However, since the conventional transistor device is composed of one chip, the transistor device cannot be used if the chip is broken.

特開平９−２３２７１５号公報JP-A-9-232715

そこで、この発明の課題は、１本の棒状素子が破壊しても、他の棒状素子が正常に動作し、正常動作を続けるトランジスタ装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a transistor device in which even if one rod-shaped element is destroyed, other rod-shaped elements operate normally and continue normal operation.

上記課題を解決するため、この発明のトランジスタ装置は、
基板と、
この基板上に配置された複数の棒状素子と
を備え、
上記棒状素子は、第１、第２および第３の端子を有し、上記第１の端子と上記第３の端子との間に流れる電流は、上記第２の端子への入力によって、制御され、
上記複数の棒状素子のそれぞれの上記第１の端子は、第１の共有端子に、共有に接続され、
上記複数の棒状素子のそれぞれの上記第２の端子は、第２の共有端子に、共有に接続され、
上記複数の棒状素子のそれぞれの上記第３の端子は、第３の共有端子に、共有に接続され、
上記第１の共有端子と上記第３の共有端子との間に流れる電流は、上記第２の共有端子への入力によって、制御されることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, a transistor device of the present invention includes:
A substrate,
A plurality of rod-shaped elements disposed on the substrate;
The rod-shaped element has first, second, and third terminals, and a current flowing between the first terminal and the third terminal is controlled by an input to the second terminal. ,
The first terminal of each of the plurality of rod-shaped elements is connected in common to a first shared terminal,
The second terminal of each of the plurality of rod-shaped elements is connected in common to a second shared terminal,
The third terminal of each of the plurality of rod-shaped elements is connected in common to a third shared terminal,
A current flowing between the first shared terminal and the third shared terminal is controlled by an input to the second shared terminal.

この発明のトランジスタ装置によれば、複数の棒状素子で構成されているため、１つの棒状素子が破壊しても、他の棒状素子が正常に動作し、トランジスタ装置は正常動作を続ける。このため、信頼性が上がる。 According to the transistor device of the present invention, since it is composed of a plurality of rod-shaped elements, even if one rod-shaped element is destroyed, the other rod-shaped elements operate normally and the transistor device continues normal operation. For this reason, reliability increases.

また、棒状素子を用いることでプレーナー型に比べ体積を小さくでき、内部応力を小さくできる。これにより、使用時の信頼性を上げることができる。 Further, by using a rod-shaped element, the volume can be reduced as compared with the planar type, and the internal stress can be reduced. Thereby, the reliability at the time of use can be raised.

また、一実施形態のトランジスタ装置では、上記棒状素子は、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮまたはＳｉＣの少なくとも一つを含む。 In one embodiment, the rod-shaped element includes at least one of AlGaN, GaN, InGaN, or SiC.

この実施形態のトランジスタ装置によれば、上記棒状素子は、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮまたはＳｉＣの少なくとも一つを含むので、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮやＳｉＣは、Ｓｉに比べて、バンドギャップが大きいため、破壊電解強度および電子移動度が高く、パワートランジスタや高周波トランジスタに適したものとなる。 According to the transistor device of this embodiment, since the rod-shaped element includes at least one of AlGaN, GaN, InGaN, or SiC, GaN, InGaN, AlGaN, and SiC have a larger band gap than Si. It has high breakdown electrolysis strength and electron mobility, and is suitable for power transistors and high-frequency transistors.

ここで、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮやＳｉＣは、Ｓｉに比べ結晶性が悪く、転位やトラップが多く存在する。転位やトラップは、デバイスの短期および長期信頼性に大きく関係し、Ｓｉデバイスに比べＧａＮデバイスやＳｉＣデバイスは破壊が起こりやすい。 Here, GaN, AlGaN, InGaN, and SiC have poor crystallinity compared to Si, and there are many dislocations and traps. Dislocations and traps are greatly related to short-term and long-term reliability of devices, and GaN devices and SiC devices are more likely to break than Si devices.

本発明では、複数の棒状素子で構成されているため、１つの棒状素子が破壊しても、他の棒状素子が正常に動作するため、トランジスタ装置は正常に動作する。これにより、信頼性がＳｉに比べて劣るＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮやＳｉＣを用いたトランジスタ装置であっても、高い信頼性を確保することができる。 In the present invention, since it is composed of a plurality of rod-shaped elements, even if one rod-shaped element is destroyed, the other rod-shaped elements operate normally, so that the transistor device operates normally. Thereby, even in a transistor device using GaN, AlGaN, InGaN, or SiC whose reliability is inferior to Si, high reliability can be ensured.

また、一実施形態のトランジスタ装置では、上記棒状素子は、過電流によって断線するように、構成されている。 Moreover, in the transistor device of one embodiment, the rod-shaped element is configured to be disconnected by an overcurrent.

この実施形態のトランジスタ装置によれば、複数の棒状素子を並列に接続すると、個々の棒状素子の閾値が異なるため、スイッチング時に閾値の低い棒状素子に大電流が流れ、スイッチング損失が増大する。また、プロセス不良等で棒状素子がショートする場合がある。 According to the transistor device of this embodiment, when a plurality of rod-shaped elements are connected in parallel, the threshold values of the individual rod-shaped elements are different, so that a large current flows through the rod-shaped elements having a low threshold during switching, and switching loss increases. Further, the rod-shaped element may be short-circuited due to a process failure or the like.

本発明では、上記棒状素子は、過電流によって断線するように、構成されているので、例えば、閾値が低くスイッチング損失を増大させる棒状素子や、ショート不良の棒状素子を断線することで、安全で低損失のトランジスタ装置を作成できる。 In the present invention, the rod-shaped element is configured so as to be disconnected by an overcurrent. For example, the rod-shaped element having a low threshold value and increasing the switching loss, or a rod-shaped element having a short circuit can be safely disconnected. A low-loss transistor device can be created.

また、一実施形態のトランジスタ装置では、上記棒状素子は、過電流によって上記第１の端子と上記第３の端子の間で断線するように、構成されている。 In the transistor device according to an embodiment, the rod-shaped element is configured to be disconnected between the first terminal and the third terminal due to an overcurrent.

本発明では、上記棒状素子は、過電流によって上記第１の端子と上記第３の端子の間で断線するように、構成されているので、例えば、閾値が低くスイッチング損失を増大させる棒状素子や、ショート不良の棒状素子を断線することで、安全で低損失のトランジスタ装置を作成できる。また、棒状素子内部で断線するために、配線部に断線部（ヒューズ）等を設ける必要がなく、安価に安全で低損失なトランジスタ装置を作成できる。 In the present invention, the rod-shaped element is configured so as to be disconnected between the first terminal and the third terminal due to an overcurrent. For example, the rod-shaped element having a low threshold value and an increased switching loss By disconnecting the short-circuited rod-like element, a safe and low-loss transistor device can be created. In addition, in order to break the rod-shaped element, it is not necessary to provide a broken portion (fuse) or the like in the wiring portion, so that a safe and low-loss transistor device can be produced at low cost.

また、一実施形態のトランジスタ装置では、上記複数の棒状素子の数量は、１００本以上である。 In one embodiment, the number of the plurality of rod-shaped elements is 100 or more.

この実施形態のトランジスタ装置によれば、上記複数の棒状素子の数量は、１００本以上であるので、棒状素子が１本破壊されて電流が流れなくなっても、電流変動は１％以下であり、電流値にほとんど影響を与えない。また、１０％の電流減少でスイッチング素子が使用不能になる場合、１０個のスイッチング素子が破壊されるまで通常使用可能となり、信頼性が増加する。 According to the transistor device of this embodiment, since the number of the plurality of rod-shaped elements is 100 or more, even if one rod-shaped element is destroyed and no current flows, the current fluctuation is 1% or less, Almost no effect on current value. Further, when the switching element becomes unusable due to a current decrease of 10%, the switching element can be normally used until the ten switching elements are destroyed, and the reliability is increased.

また、一実施形態のトランジスタ装置では、
上記棒状素子は、軸方向に沿って、ソース領域、チャネル領域およびドレイン領域を有し、
上記チャネル領域の断面積Ｓｂと、上記棒状素子の数量ｎと、上記基板の上記棒状素子を配置する面の面積Ｓｓとの間に、Ｓｂ×ｎ＜Ｓｓの関係式が成り立つ。 In the transistor device of one embodiment,
The rod-shaped element has a source region, a channel region, and a drain region along the axial direction,
A relational expression of Sb × n <Ss holds among the cross-sectional area Sb of the channel region, the number n of the rod-shaped elements, and the area Ss of the surface of the substrate on which the rod-shaped elements are arranged.

この実施形態のトランジスタ装置によれば、Ｓｂ×ｎ＜Ｓｓの関係式が成り立つので、単位基板面積当たりの発熱量が小さくなって、放熱構造を簡素化および低コスト化にできる。 According to the transistor device of this embodiment, since the relational expression of Sb × n <Ss is established, the amount of heat generation per unit substrate area is reduced, and the heat dissipation structure can be simplified and reduced in cost.

また、一実施形態のトランジスタ装置では、上記棒状素子は、上記棒状素子の長手方向が上記基板の上記棒状素子を配置する面に対して平行となるように、配置されている。 In the transistor device according to an embodiment, the rod-shaped elements are arranged so that a longitudinal direction of the rod-shaped elements is parallel to a surface of the substrate on which the rod-shaped elements are arranged.

この実施形態のトランジスタ装置によれば、上記棒状素子の長手方向が、上記基板の面に対して平行となっているので、棒状素子を配線しやすい。 According to the transistor device of this embodiment, since the longitudinal direction of the rod-like element is parallel to the surface of the substrate, the rod-like element can be easily wired.

また、一実施形態のトランジスタ装置では、上記第１の共有端子と上記第３の共有端子との間には、１０Ｖ以上の電圧を印加可能で、または、０．５Ａ以上の電流を流すことが可能である。 In one embodiment, a voltage of 10 V or higher can be applied between the first shared terminal and the third shared terminal, or a current of 0.5 A or higher can flow. Is possible.

この実施形態のトランジスタ装置によれば、上記第１の共有端子と上記第３の共有端子との間には、１０Ｖ以上の電圧を印加可能で、または、０．５Ａ以上の電流を流すことが可能であるので、非常に信頼性の高いパワートランジスタ装置を作成できる。 According to the transistor device of this embodiment, a voltage of 10 V or higher can be applied between the first shared terminal and the third shared terminal, or a current of 0.5 A or higher can flow. Since it is possible, a highly reliable power transistor device can be produced.

また、パワートランジスタ装置は動力に使用されることもあり、急に破壊すると危険であるが、本発明のトランジスタ装置は急に破壊せず、使用限界に達する直前に信号で知らせることもでき、安全である。 In addition, the power transistor device may be used for power, and it is dangerous to destroy it suddenly. However, the transistor device of the present invention does not break down suddenly, and can be signaled immediately before reaching the use limit, so it is safe. It is.

また、一実施形態の電子デバイスでは、
上記トランジスタ装置と、
上記トランジスタ装置の電流、電圧または温度の少なくとも一つの情報を検出する検出手段と、
上記検出手段で検出された情報を外部に伝達する伝達手段と
を備えている。 In one embodiment of the electronic device,
The transistor device;
Detecting means for detecting at least one information of current, voltage or temperature of the transistor device;
Transmission means for transmitting information detected by the detection means to the outside.

この実施形態の電子デバイスによれば、トランジスタ装置と検出手段と伝達手段とを備えているので、トランジスタ装置の電流値、電圧降下または温度から、トランジスタ装置の棒状素子の劣化や破壊状況を検出し、外部に知らせることができ、トランジスタ装置が使用限界に達する直前に交換が可能となる。 According to the electronic device of this embodiment, since the transistor device, the detection means, and the transmission means are provided, the deterioration or destruction state of the rod-shaped element of the transistor device is detected from the current value, voltage drop or temperature of the transistor device. Can be notified to the outside, and can be replaced immediately before the transistor device reaches the limit of use.

また、一実施形態の空調機では、上記トランジスタ装置を有するインバータまたはＰＦＣを備える。 Moreover, the air conditioner of one Embodiment is provided with the inverter or PFC which has the said transistor apparatus.

この実施形態の空調機によれば、上記トランジスタ装置を有するインバータまたはＰＦＣを備えるので、信頼性の高い空調機を実現できる。 According to the air conditioner of this embodiment, since the inverter or PFC having the transistor device is provided, a highly reliable air conditioner can be realized.

また、一実施形態のパワーコンディショナーでは、上記トランジスタ装置を有する。 In one embodiment, the power conditioner includes the transistor device.

この実施形態のパワーコンディショナーによれば、信頼性の高いパワーコンディショナーを実現できる。 According to the power conditioner of this embodiment, a highly reliable power conditioner can be realized.

また、一実施形態の電機自動車では、上記トランジスタ装置を有するコンバータまたはインバータを備える。 Moreover, the electric vehicle according to an embodiment includes a converter or an inverter having the transistor device.

この実施形態の電機自動車によれば、上記トランジスタ装置を有するコンバータまたはインバータを備えるので、信頼性の高い電機自動車を実現できる。つまり、電機自動車のコンバータまたはインバータに用いているトランジスタ装置が破壊すると、自動車が急に止まり危険であるが、本発明のトランジスタ装置を使用すると、トランジスタ装置の信頼性が高いため、安全な電気自動車を作ることができる。 According to the electric vehicle of this embodiment, since the converter or inverter having the transistor device is provided, a highly reliable electric vehicle can be realized. That is, if the transistor device used in the converter or inverter of the electric vehicle is destroyed, the vehicle suddenly stops and it is dangerous. However, when the transistor device of the present invention is used, the transistor device has high reliability, and thus a safe electric vehicle. Can be made.

この発明のトランジスタ装置によれば、複数の棒状素子で構成されているため、１本の棒状素子が破壊しても、他の棒状素子が正常に動作し、トランジスタ装置は正常動作を続ける。 According to the transistor device of the present invention, since it is composed of a plurality of rod-shaped elements, even if one rod-shaped element is destroyed, the other rod-shaped elements operate normally and the transistor device continues normal operation.

本発明のトランジスタ装置の第１実施形態を示す簡略構成図である。1 is a simplified configuration diagram illustrating a first embodiment of a transistor device of the present invention. 棒状素子の斜視図である。It is a perspective view of a rod-shaped element. トランジスタ装置の断線状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the disconnection state of a transistor apparatus. 本発明のトランジスタ装置の第２実施形態を示す簡略構成図である。It is a simplified block diagram which shows 2nd Embodiment of the transistor apparatus of this invention. トランジスタ装置の断線状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the disconnection state of a transistor apparatus. 他のトランジスタ装置を示す簡略構成図である。It is a simplified block diagram which shows another transistor apparatus. 他のトランジスタ装置の断線状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the disconnection state of another transistor apparatus. 本発明のトランジスタ装置の第３実施形態を示す簡略構成図である。It is a simplified block diagram which shows 3rd Embodiment of the transistor apparatus of this invention. トランジスタ装置の製造方法の第１工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 1st process of the manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の製造方法の第２工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 2nd process of the manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の製造方法の第３工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 3rd process of the manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の製造方法の第４工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 4th process of the manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の製造方法の第５工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 5th process of the manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の製造方法の第６工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 6th process of the manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の製造方法の第７工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 7th process of the manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の製造方法の第８工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 8th process of the manufacturing method of a transistor apparatus. 棒状素子とプレーナー型素子とのエッジの比較を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the comparison of the edge of a rod-shaped element and a planar type | mold element. 棒状素子を基板に配置する方法の第１工程を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the 1st process of the method of arrange | positioning a rod-shaped element to a board | substrate. 棒状素子を基板に配置する方法の第２工程を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the 2nd process of the method of arrange | positioning a rod-shaped element to a board | substrate. 棒状素子を電極対に配置したときの状態を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining a state when arrange | positioning a rod-shaped element in an electrode pair. 正方形薄型素子を電極対に配置したときの状態を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining a state when a square thin element is arrange | positioned to an electrode pair. 正方形薄型素子を電極対に配置したときの状態を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining a state when a square thin element is arrange | positioned to an electrode pair. トランジスタ装置の他の製造方法の第１工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 1st process of the other manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の他の製造方法の第２工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 2nd process of the other manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の他の製造方法の第３工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 3rd process of the other manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の他の製造方法の第４工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 4th process of the other manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の他の製造方法の第５工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 5th process of the other manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の他の製造方法の第６工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 6th process of the other manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の他の製造方法の第７工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 7th process of the other manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の他の製造方法の第８工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 8th process of the other manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の別の製造方法の第１工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 1st process of another manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の別の製造方法の第２工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 2nd process of another manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の別の製造方法の第３工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 3rd process of another manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の別の製造方法の第４工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 4th process of another manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の別の製造方法の第５工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 5th process of another manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の別の製造方法の第６工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 6th process of another manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の別の製造方法の第７工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 7th process of another manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置の別の製造方法の第８工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 8th process of another manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置のさらに他の製造方法の第１工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 1st process of the further another manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置のさらに他の製造方法の第２工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 2nd process of the further another manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置のさらに他の製造方法の第３工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 3rd process of the further another manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置のさらに他の製造方法の第４工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 4th process of the further another manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置のさらに他の製造方法の第５工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 5th process of the further another manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置のさらに他の製造方法の第６工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 6th process of the further another manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置のさらに他の製造方法の第７工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 7th process of the further another manufacturing method of a transistor apparatus. トランジスタ装置のさらに他の製造方法の第８工程を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 8th process of the further another manufacturing method of a transistor apparatus. 本発明の電子デバイスの一実施形態を示す簡略構成図である。It is a simplified lineblock diagram showing one embodiment of an electronic device of the present invention. 棒状素子の大きさを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the magnitude | size of a rod-shaped element.

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

（第１の実施形態）
図１は、この発明のトランジスタ装置の一実施形態である簡略構成図を示している。図１に示すように、トランジスタ装置は、基板５と、この基板５上に配置された２本の棒状素子１とを有する。 (First embodiment)
FIG. 1 is a simplified configuration diagram showing an embodiment of a transistor device according to the present invention. As shown in FIG. 1, the transistor device includes a substrate 5 and two rod-like elements 1 disposed on the substrate 5.

図２に示すように、上記棒状素子１は、半導体からなる棒状コア１０と、この棒状コア１０の周囲に嵌合する環状シェル２０とを有する。 As shown in FIG. 2, the rod-shaped element 1 has a rod-shaped core 10 made of a semiconductor and an annular shell 20 that fits around the rod-shaped core 10.

上記棒状コア１０は、軸方向に沿って、ソース領域１１、チャネル領域１２およびドレイン領域１３を有する。ソース領域１１およびドレイン領域１３は、第１導電型（例えば、Ｎ型）の半導体領域である。チャネル領域１２は、第２導電型（例えば、Ｐ型あるいは真性）の半導体領域である。チャネル領域１２は、環状シェル２０に囲まれている領域である。 The rod-shaped core 10 has a source region 11, a channel region 12, and a drain region 13 along the axial direction. The source region 11 and the drain region 13 are first conductivity type (for example, N-type) semiconductor regions. The channel region 12 is a semiconductor region of the second conductivity type (for example, P type or intrinsic). The channel region 12 is a region surrounded by the annular shell 20.

上記環状シェル２０は、内層側のゲート絶縁膜２１と外層側のゲート電極２２とを有する。上記ソース領域１１には、ソース電極１５が設けられ、上記ドレイン領域１３には、ドレイン電極１６が設けられている。ソース電極１５が、棒状素子１の第１の端子を構成し、ゲート電極２２が、棒状素子１の第２の端子を構成し、ドレイン電極１６が、棒状素子１の第３の端子を構成する。 The annular shell 20 has an inner layer side gate insulating film 21 and an outer layer side gate electrode 22. A source electrode 15 is provided in the source region 11, and a drain electrode 16 is provided in the drain region 13. The source electrode 15 constitutes the first terminal of the rod-shaped element 1, the gate electrode 22 constitutes the second terminal of the rod-shaped element 1, and the drain electrode 16 constitutes the third terminal of the rod-shaped element 1. .

そして、第１の端子としてのソース電極１５と第３の端子としてのドレイン電極１６との間に流れる電流は、第２の端子としてのゲート電極２２への入力によって、制御される。つまり、棒状素子１は、電界効果トランジスタである。 The current flowing between the source electrode 15 as the first terminal and the drain electrode 16 as the third terminal is controlled by the input to the gate electrode 22 as the second terminal. That is, the rod-shaped element 1 is a field effect transistor.

上記棒状素子１の直径は１ｎｍ〜１０μｍであり、棒状素子１の長さは１０ｎｍ〜５００μｍである。より好ましくは、十分な出力が得られる（現在電界効果とランジスは４５ｎｍルールで作られている）、直径が２００ｎｍ〜１μｍ、長さが１μｍ〜５０μｍであり、さらに好ましくは、直径が５００ｎｍ〜３μｍ、長さが５μｍ〜２０μｍである。 The rod-shaped element 1 has a diameter of 1 nm to 10 μm, and the rod-shaped element 1 has a length of 10 nm to 500 μm. More preferably, sufficient output can be obtained (current field effect and Rungis are made according to the 45 nm rule), the diameter is 200 nm to 1 μm, the length is 1 μm to 50 μm, and more preferably the diameter is 500 nm to 3 μm. The length is 5 to 20 μm.

図１に示すように、上記２本の棒状素子１のそれぞれのソース電極１５は、第１の共有端子３１に、共有に接続されている。２本の棒状素子１のそれぞれのゲート電極２２は、第２の共有端子３２に、共有に接続されている。２本の棒状素子１のそれぞれのドレイン電極１６は、第３の共有端子３３に、共有に接続されている。そして、第１の共有端子３１と第３の共有端子３３との間に流れる電流は、第２の共有端子３２への入力によって、制御される。 As shown in FIG. 1, the source electrodes 15 of the two rod-shaped elements 1 are connected to the first shared terminal 31 in common. The gate electrodes 22 of the two rod-shaped elements 1 are connected to the second shared terminal 32 in common. The drain electrodes 16 of the two rod-shaped elements 1 are connected to the third shared terminal 33 in common. The current flowing between the first shared terminal 31 and the third shared terminal 33 is controlled by the input to the second shared terminal 32.

上記構成のトランジスタ装置によれば、２本の棒状素子１で構成されているため、１つの棒状素子１が破壊しても、他の棒状素子１が正常に動作し、トランジスタ装置は正常動作を続ける。このため、信頼性が上がる。また、棒状素子１を用いることでプレーナー型に比べ体積を小さくでき、内部応力を小さくできる。これにより、使用時の信頼性を上げることができる。 According to the transistor device having the above configuration, since it is composed of two rod-shaped elements 1, even if one rod-shaped element 1 is destroyed, the other rod-shaped element 1 operates normally, and the transistor device operates normally. to continue. For this reason, reliability increases. Further, by using the rod-like element 1, the volume can be reduced as compared with the planar type, and the internal stress can be reduced. Thereby, the reliability at the time of use can be raised.

上記棒状素子１は、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮまたはＳｉＣの少なくとも一つを含む。したがって、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮやＳｉＣは、Ｓｉに比べて、バンドギャップが大きいため、破壊電解強度および電子移動度が高く、パワートランジスタや高周波トランジスタに適したものとなる。 The rod-shaped element 1 includes at least one of AlGaN, GaN, InGaN, or SiC. Therefore, GaN, InGaN, AlGaN, and SiC have a larger band gap than Si, and therefore have high breakdown electrolytic strength and electron mobility, and are suitable for power transistors and high-frequency transistors.

本発明では、２本の棒状素子１で構成されているため、１つの棒状素子１が破壊しても、他の棒状素子１が正常に動作するため、トランジスタ装置は正常に動作する。これにより、信頼性がＳｉに比べて劣るＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮやＳｉＣを用いたトランジスタ装置であっても、高い信頼性を確保することができる。 In the present invention, since it is composed of two rod-shaped elements 1, even if one rod-shaped element 1 is destroyed, the other rod-shaped elements 1 operate normally, so that the transistor device operates normally. Thereby, even in a transistor device using GaN, AlGaN, InGaN, or SiC whose reliability is inferior to Si, high reliability can be ensured.

上記棒状素子１は、過電流によってソース電極１５とドレイン電極１６の間で断線するように、構成されている。つまり、棒状コア１０のソース電極１５とドレイン電極１６の間の部分が、過電流によって、断線する。なお、棒状素子１は、ソース電極１５とドレイン電極１６の間以外の部分で、過電流によって断線するように、構成されていてもよい。 The rod-shaped element 1 is configured to be disconnected between the source electrode 15 and the drain electrode 16 due to overcurrent. That is, the portion of the rod-shaped core 10 between the source electrode 15 and the drain electrode 16 is disconnected due to overcurrent. Note that the rod-shaped element 1 may be configured to be disconnected by an overcurrent at a portion other than between the source electrode 15 and the drain electrode 16.

ここで、２本の棒状素子１を並列に接続すると、個々の棒状素子１の閾値が異なるため、スイッチング時に閾値の低い棒状素子１に大電流が流れ、スイッチング損失が増大する。また、プロセス不良等で棒状素子１がショートする場合がある。 Here, when two rod-shaped elements 1 are connected in parallel, the threshold values of the individual rod-shaped elements 1 are different, so that a large current flows through the rod-shaped element 1 having a low threshold during switching, and switching loss increases. Further, the rod-shaped element 1 may be short-circuited due to a process failure or the like.

本発明では、上記棒状素子１は、過電流によって上記第１の端子と上記第３の端子の間で断線するように、構成されているので、例えば、閾値が低くスイッチング損失を増大させる棒状素子１や、ショート不良の棒状素子１を断線することで、安全で低損失のトランジスタ装置を作成できる。また、棒状素子１内部で断線するために、配線部に断線部（ヒューズ）等を設ける必要がなく、安価に安全で低損失なトランジスタ装置を作成できる。 In the present invention, the rod-shaped element 1 is configured so as to be disconnected between the first terminal and the third terminal due to an overcurrent. For example, the rod-shaped element has a low threshold and increases switching loss. 1 and a short-circuit defective rod-shaped element 1 can be disconnected to produce a safe and low-loss transistor device. Further, since the wire element 1 is disconnected, it is not necessary to provide a disconnection part (fuse) or the like in the wiring part, and a safe and low-loss transistor device can be produced at low cost.

図３に示すように、一方の棒状素子１が破壊してショート状態になった場合、破壊した棒状素子１に大電流が流れて、この棒状素子１は断線する。断線した後、他方の棒状素子１のみでトランジスタ動作を行う。 As shown in FIG. 3, when one of the rod-shaped elements 1 breaks down and becomes short-circuited, a large current flows through the broken rod-shaped element 1 and the rod-shaped element 1 is disconnected. After the disconnection, the transistor operation is performed only with the other rod-shaped element 1.

例えば、棒状素子１が保障期間内で破壊する確率が０．１％である２本の棒状素子１を１つのトランジスタ装置として使用する場合、一方の棒状素子１が破壊しても、他方の棒状素子１が正常動作し、トランジスタとしての動作を続ける。棒状素子１が２本とも破壊するとトランジスタは動作しなくなるが、棒状素子１が２本とも破壊する確率は、１０^−４％となり、スイッチング素子の信頼性が大幅にあがる。 For example, when two rod-like elements 1 having a probability of breaking 0.1% within the guarantee period are used as one transistor device, even if one rod-like element 1 breaks, the other rod-like element 1 Element 1 operates normally and continues to operate as a transistor. If both of the rod-shaped elements 1 are destroyed, the transistor does not operate. However, the probability that both of the rod-shaped elements 1 are broken is 10 ⁻⁴ %, and the reliability of the switching element is greatly increased.

上記棒状素子１のチャネル領域１２の断面積Ｓｂと、棒状素子１の数量ｎ（本実施形態では、２本）と、基板５の棒状素子１を配置する面５ａの面積Ｓｓとの間に、Ｓｂ×ｎ＜Ｓｓの関係が成り立つ。したがって、単位基板面積当たりの発熱量が小さくなって、放熱構造を簡素化および低コスト化にできる。 Between the cross-sectional area Sb of the channel region 12 of the rod-shaped element 1, the quantity n (two in this embodiment) of the rod-shaped elements 1, and the area Ss of the surface 5 a on which the rod-shaped element 1 of the substrate 5 is arranged, The relationship Sb × n <Ss is established. Therefore, the amount of heat generated per unit substrate area is reduced, and the heat dissipation structure can be simplified and reduced in cost.

上記棒状素子１は、棒状素子１の長手方向（軸方向）が基板５の棒状素子１を配置する面５ａに対して平行となるように、配置されている。したがって、棒状素子を配線しやすい。例えば、棒状素子の長手方向が基板の表面に垂直となる場合（図６参照）、棒状素子の作成後に、少なくとも、順に、絶縁膜デポ、絶縁膜エッチング、電極エッチング、絶縁膜デポ、絶縁膜エッチング、電極デポおよび電極エッチングの工程が必要となる。一方、棒状素子１の長手方向が基板５の表面に平行である場合、棒状素子１の配置後に、順に、電極エッチング、電極デポおよび電極エッチングの工程を経て、電極を形成できる。 The rod-shaped element 1 is arranged so that the longitudinal direction (axial direction) of the rod-shaped element 1 is parallel to the surface 5 a of the substrate 5 on which the rod-shaped element 1 is arranged. Therefore, it is easy to wire rod-shaped elements. For example, when the longitudinal direction of the rod-shaped element is perpendicular to the surface of the substrate (see FIG. 6), at least after the creation of the rod-shaped element, insulating film deposit, insulating film etching, electrode etching, insulating film deposit, insulating film etching Then, electrode deposition and electrode etching steps are required. On the other hand, when the longitudinal direction of the rod-shaped element 1 is parallel to the surface of the substrate 5, an electrode can be formed through the electrode etching, electrode deposition, and electrode etching steps in order after the rod-shaped element 1 is arranged.

上記第１の共有端子３１と上記第３の共有端子３３との間には、１０Ｖ以上の電圧を印加可能で、または、０．５Ａ以上の電流を流すことが可能である。したがって、非常に信頼性の高いパワートランジスタ装置を作成できる。パワートランジスタ装置は動力に使用されることもあり、急に破壊すると危険であるが、本発明のトランジスタ装置は急に破壊せず、使用限界に達する直前に信号で知らせることもでき、安全である。 A voltage of 10 V or higher can be applied between the first shared terminal 31 and the third shared terminal 33, or a current of 0.5 A or higher can flow. Therefore, a very reliable power transistor device can be produced. The power transistor device may be used for power, and it is dangerous if it is suddenly destroyed. However, the transistor device of the present invention does not suddenly break, and can be signaled immediately before reaching the use limit, and is safe. .

（第２の実施形態）
図４Ａは、この発明のトランジスタ装置の第２の実施形態を示している。上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、この第２の実施形態では、棒状素子の数量が２本よりも多い。なお、この第２の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の符号は、上記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。 (Second Embodiment)
FIG. 4A shows a second embodiment of the transistor device of the present invention. The difference from the first embodiment will be described. In the second embodiment, the number of rod-shaped elements is larger than two. In the second embodiment, the same reference numerals as those in the first embodiment are the same as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

図４Ａに示すように、棒状素子１の数量は、１００本である。基板５上において、横向きの棒状素子１を縦方向に複数本並べて一つの列を構成し、複数の列を形成している。横向きとは、棒状素子１の長手方向が図中左右方向に一致することをいい、縦方向とは、図中上下方向をいう。 As shown to FIG. 4A, the quantity of the rod-shaped element 1 is 100 pieces. On the substrate 5, a plurality of horizontally oriented bar-shaped elements 1 are arranged in the vertical direction to form one row, thereby forming a plurality of rows. The horizontal direction means that the longitudinal direction of the rod-shaped element 1 coincides with the horizontal direction in the figure, and the vertical direction means the vertical direction in the figure.

各列において、上記基板５上では、複数の棒状素子１のそれぞれのソース電極１５は、第１の配線４１に、共有に接続されている。複数の棒状素子１のそれぞれのゲート電極２２は、第２の配線４２に、共有に接続されている。複数の棒状素子１のそれぞれのドレイン電極１６は、第３の配線４３に、共有に接続されている。そして、第１の配線４１は、第１の共有端子３１に接続され、第２の配線４２は、第２の共有端子３２に接続され、第３の配線４３は、第３の共有端子３３に接続されている。 In each row, on the substrate 5, the source electrodes 15 of the plurality of rod-shaped elements 1 are connected to the first wiring 41 in common. The gate electrodes 22 of the plurality of rod-shaped elements 1 are connected to the second wiring 42 in common. The drain electrodes 16 of the plurality of rod-shaped elements 1 are connected to the third wiring 43 in common. The first wiring 41 is connected to the first shared terminal 31, the second wiring 42 is connected to the second shared terminal 32, and the third wiring 43 is connected to the third shared terminal 33. It is connected.

上記構成のトランジスタ装置によれば、棒状素子１の数量は、１００本であるので、棒状素子１が１本破壊されて電流が流れなくなっても、電流変動は１％であり、電流値にほとんど影響を与えない。また、１０％の電流減少でスイッチング素子が使用不能になる場合、１０個のスイッチング素子が破壊されるまで通常使用可能となり、信頼性が増加する。図４Ｂに示すように、棒状素子１Ａがショート破壊すると、ショートした部分に通常流れる電流よりも大きな電流が流れて、棒状素子１Ａあるいは棒状素子１Ａの近傍の配線４１，４２，４３が焼け切れ、破壊した棒状素子１Ａは断線常態になる。 According to the transistor device having the above configuration, the number of the rod-shaped elements 1 is 100. Therefore, even if one rod-shaped element 1 is destroyed and no current flows, the current fluctuation is 1%, which is almost equal to the current value. Does not affect. Further, when the switching element becomes unusable due to a current decrease of 10%, the switching element can be normally used until the ten switching elements are destroyed, and the reliability is increased. As shown in FIG. 4B, when the rod-like element 1A is short-circuited, a current larger than the normal current flows in the short-circuited portion, and the wires 41, 42, 43 in the vicinity of the rod-like element 1A or the rod-like element 1A are burned out. The broken rod-shaped element 1A is in a disconnected state.

例えば、１０００Ｖ耐圧以下のＧａＮトランジスタのオン時の抵抗率は、０．１〜０．６ｍΩｃｍ^２であり（Ｏｋμｍｕｒａ，ＪＪＡＰ４５，７５６５）、例えば、一辺が１μｍ、長さが２０μｍの三角柱形状のＧａＮトランジスタの場合、抵抗が４．３３×１０^６Ω〜２．６×１０^７Ωとなる。絶縁膜が破壊するなどしてショート不良になった場合は，オン時の抵抗とほぼ同程度になるとする。 For example, the on-state resistivity of a GaN transistor having a withstand voltage of 1000 V or less is 0.1 to 0.6 mΩcm ² (Okμmura, JJAP45, 7565), for example, a triangular prism-shaped GaN transistor having a side of 1 μm and a length of 20 μm. In this case, the resistance is 4.33 × 10 ⁶ Ω to 2.6 × 10 ⁷ Ω. If the insulation film breaks down and becomes short-circuited, the resistance is almost the same as the on-state resistance.

そして、ソース・ドレイン間に、例えば２０Ｖの電圧が印加されると、７．７×１０^−７Ａ（１８Ａ／ｍｍ^２）の電流が流れる。通常、ＧａＮの許容電流は、２Ａ／ｍｍ^２であり、許容電流を大幅に超えているため、素子が焼き切れる。また、素子が棒状であるため、素子を容易に焼き切ることができる。 When a voltage of 20 V, for example, is applied between the source and the drain, a current of 7.7 × 10 ⁻⁷ A (18 A / mm ² ) flows. Usually, the allowable current of GaN is 2 A / mm ² , which greatly exceeds the allowable current, so that the device is burned out. Further, since the element is rod-shaped, the element can be easily burned out.

このとき、効果的に焼き切るためには、素子の断面積は、１０μｍ×１０μｍ以下がよい。あるいは、素子を連結するＡｌ配線の一部を、細くし、例えば、幅１μｍ、長さ２０μｍ、厚さ１００ｎｍにする。この配線に、５×１０^−７Ａの電流を流すと、毎秒３０ｎＪの発熱量となる。この細くなっているＡｌ配線部分が完全に熱的に独立していれば、１０ｍｓ程度で断線する。実際には細くなった部分につながっているＡｌ配線から熱が逃げるため、５０〜２００ｍｓ程度で断線する。例えば、図５Ａに示すように、棒状素子１Ｅが破壊してソース・ドレインあるいはゲート・ドレインがショートすると、大電流が破壊した棒状素子１Ｅに流れる。そして、図５Ｂに示すように、大電流が流れることにより電極が焼き切れ、ショート破壊した棒状素子１Ｅがオープンになる。 At this time, in order to burn out effectively, the cross-sectional area of the element is preferably 10 μm × 10 μm or less. Alternatively, a part of the Al wiring connecting the elements is made thin, for example, 1 μm wide, 20 μm long, and 100 nm thick. When a current of 5 × 10 ⁻⁷ A is passed through this wiring, the heat generation amount is 30 nJ per second. If this thin Al wiring part is completely thermally independent, it will break in about 10 ms. Actually, heat escapes from the Al wiring connected to the narrowed portion, so that the wire breaks in about 50 to 200 ms. For example, as shown in FIG. 5A, when the rod-shaped element 1E is broken and the source / drain or the gate / drain is short-circuited, a large current flows to the broken rod-shaped element 1E. Then, as shown in FIG. 5B, when a large current flows, the electrodes are burned out, and the rod-shaped element 1E that has undergone short circuit breakage is opened.

また、閾値の低い棒状素子を焼き切る方法の一例を示す。ここでは、一辺が１μｍ、長さが２０μｍ、の三角柱状のＧａＮトランジスタを考える。閾値の低い棒状素子にはスイッチング時に負荷が集中し、発熱が集中する。スイッチング周波数を、例えばパワー素子では１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚとし、高周波素子では１〜１０ＧＨｚとすることにより、スイッチング時の発熱により棒状素子を断線することができる。 In addition, an example of a method for burning out a rod-shaped element having a low threshold will be described. Here, a triangular prism-shaped GaN transistor having a side of 1 μm and a length of 20 μm is considered. A load is concentrated on a rod-shaped element having a low threshold at the time of switching, and heat generation is concentrated. For example, by setting the switching frequency to 100 kHz to 10 MHz for a power element and 1 to 10 GHz for a high frequency element, the rod-shaped element can be disconnected due to heat generated during switching.

閾値の低い素子で起こるスイッチングによる発熱量を３〜３００ｎＪに設定することで、閾値の低い素子は断線する。この時、通常閾値の素子は断線しないで閾値の低い素子のみが断線する発熱量になるように、周波数を設定することで、閾値の低い素子のみを断線できる。 By setting the amount of heat generated by switching that occurs in an element with a low threshold to 3 to 300 nJ, the element with a low threshold is disconnected. At this time, it is possible to disconnect only the element having the low threshold by setting the frequency so that the element having the normal threshold is not disconnected, and the amount of heat generated is that only the element having the low threshold is disconnected.

１本の棒状素子に流れる電流は全電流の（１／（棒状素子の数））であるため、棒状素子に通常の１０倍の電流が流れると断線する場合であっても、断線時の過電流による電流増加は前電流にあまり影響を与えない。オープンになった後、電流は（（（棒状素子の数）−１）／（棒状素子の数））となるため、デバイス特性にはほとんど影響を与えない。 Since the current flowing through one rod-shaped element is (1 / (number of rod-shaped elements)) of the total current, even if the wire breaks when a current 10 times the normal current flows through the rod-shaped element, the excess current at the time of disconnection The current increase due to the current does not significantly affect the previous current. Since the current becomes (((number of rod-shaped elements) -1) / (number of rod-shaped elements)) after being opened, the device characteristics are hardly affected.

このため、オープン破壊だけでなく、ショート破壊に対しても、ロバスト性が格段に上がる。例えば、１００本の棒状素子で構成されたＧａＮパワートランジスタ装置が１０年以内に使用限界に達する確率を計算する。 For this reason, the robustness is remarkably improved not only for the open destruction but also for the short destruction. For example, the probability that a GaN power transistor device composed of 100 rod-shaped elements will reach the use limit within 10 years is calculated.

１本の棒状素子が１０年以内に破壊する確率を１％とし、抵抗が１０％以上になると使用限界になるとする。つまり、１００本の棒状素子の場合、１０本の棒状素子が破壊すると、使用限界になる。棒状素子が１０年以内に１０本以上破壊する確率は、
_１００Ｃ_１０×（０．０１^１０）×（０．９９^９０）＋_１００Ｃ_１１×（０．０１^１１）×（０．９９^８９）＋・・・＋_１００Ｃ_９９×（０．０１^９９）×（０．９９）＋_１００Ｃ_１００×（０．０１^１００）＝７．６×１０^−８となる。 The probability that one rod-like element will be destroyed within 10 years is assumed to be 1%, and when the resistance becomes 10% or more, the use limit is assumed. That is, in the case of 100 rod-shaped elements, if 10 rod-shaped elements are destroyed, the use limit is reached. The probability that 10 or more rod-shaped elements will be destroyed within 10 years is
_{_{^{100 C 10 × (0.01 10)}}} × (0.99 90) + 100 C 11 × (0.01 11) × (0.99 89) + ··· + 100 C 99 × (0.01 99) a _{_{× (0.99) + 100 C 100}} × (0.01 100) = 7.6 × 10 -8.

１本のＧａＮ棒状素子の１０年以内の破壊確率は１％と高くても、本発明のパワートランジスタ装置では、１０年以内に使用限界以下になる棒状素子は１０^−５％以下となり、格段にロバスト性が上がっている。 Even if the probability of destruction within 10 years of a single GaN rod-shaped element is as high as 1%, the power transistor device of the present invention has a rod-shaped element that is less than the use limit within 10 years, which is not more than 10 ⁻⁵ %. Robustness is rising.

なお、上記棒状素子１の数量は、１００本以上であってもよく、この場合、棒状素子１が１本破壊されて電流が流れなくなっても、電流変動は１％以下であり、電流値にほとんど影響を与えない。 The number of the rod-shaped elements 1 may be 100 or more. In this case, even if one rod-shaped element 1 is destroyed and no current flows, the current fluctuation is 1% or less, and the current value is Has little effect.

（第３の実施形態）
図６は、この発明のトランジスタ装置の第３の実施形態を示している。上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、この第３の実施形態では、棒状素子の配置が異なる。なお、この第３の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の符号は、上記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。 (Third embodiment)
FIG. 6 shows a third embodiment of the transistor device of the present invention. The difference from the first embodiment will be described. In the third embodiment, the arrangement of the rod-like elements is different. In the third embodiment, the same reference numerals as those in the first embodiment have the same configurations as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

図６に示すように、棒状素子１は、棒状素子１の長手方向が基板５の棒状素子１を配置する面５ａに対して直交するように、配置されている。複数の棒状素子１は、互いに平行に、配列されている。棒状素子１のソース領域１１が、基板５に接触する。 As shown in FIG. 6, the rod-shaped element 1 is disposed so that the longitudinal direction of the rod-shaped element 1 is orthogonal to the surface 5 a of the substrate 5 on which the rod-shaped element 1 is disposed. The plurality of rod-like elements 1 are arranged in parallel to each other. The source region 11 of the rod-shaped element 1 is in contact with the substrate 5.

（第４の実施形態）
図７Ａ〜図７Ｈは、この発明のトランジスタ装置の製造方法を示している。このトランジスタ装置に用いられる棒状素子は、ＧａＮを含む電界効果トランジスタである。なお、この第４の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の符号は、上記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。 (Fourth embodiment)
7A to 7H show a method for manufacturing the transistor device of the present invention. The rod-shaped element used in this transistor device is a field effect transistor containing GaN. In the fourth embodiment, the same reference numerals as those in the first embodiment are the same as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

図７Ａに示すように、サファイア基板１００にＮｉ１０１を堆積し、熱処理をすることにより、Ｎｉ１０１をコロイドにする。図７Ｂに示すように、ＶＬＳ法でＧａＮ棒状コア１０２を成長し、図７Ｃに示すように、Ｎｉ１０１を除去した後に、図７Ｄに示すように、絶縁膜１０３と電極１０４を形成する。 As shown in FIG. 7A, Ni 101 is deposited on the sapphire substrate 100 and heat treated to make Ni 101 colloidal. As shown in FIG. 7B, a GaN rod-shaped core 102 is grown by the VLS method, and after removing Ni 101 as shown in FIG. 7C, an insulating film 103 and an electrode 104 are formed as shown in FIG. 7D.

その後、図７Ｅに示すように、棒状コア１０２を基板１００から分離し、図７Ｆに示すように、棒状コア１０２を、別のセラミック基板１０５に、横向きに配置する。そして、図７Ｇに示すように、リソグラフィーとエッチングにより、棒状コア１０２のソース領域１０２ａおよびドレイン領域１０２ｂを露出させ、図７Ｈに示すように、ソース領域１０２ａにソース電極１０６を設け、ドレイン領域１０２ｂにドレイン電極１０７を設け、電極１０４にゲート側電極１０８を設けて、棒状素子１を有するトランジスタ装置を製造する。つまり、棒状コア１０２、ソース電極１０６、電極１０４、ドレイン電極１０７が、図２の棒状コア１０、ソース電極１５、ゲート電極２２、ドレイン電極１６に相当する。 After that, as shown in FIG. 7E, the rod-shaped core 102 is separated from the substrate 100, and the rod-shaped core 102 is disposed sideways on another ceramic substrate 105 as shown in FIG. 7F. Then, as shown in FIG. 7G, the source region 102a and the drain region 102b of the rod-shaped core 102 are exposed by lithography and etching, and as shown in FIG. 7H, the source electrode 106 is provided in the source region 102a, and the drain region 102b is provided. A drain electrode 107 is provided, and a gate-side electrode 108 is provided on the electrode 104 to manufacture a transistor device having the rod-shaped element 1. That is, the rod-shaped core 102, the source electrode 106, the electrode 104, and the drain electrode 107 correspond to the rod-shaped core 10, the source electrode 15, the gate electrode 22, and the drain electrode 16 in FIG.

図８に示すように、上記方法によって製造された棒状素子１では、エッジＥは、棒状素子１の棒状コア１０の両端に存在するため、信頼性に影響を与えず、信頼性が高いトランジスタ装置を作成できる。これに対して、通常のプレーナー型素子６００では、エッジＥは、ソース領域６０１とドレイン領域６０２との間でゲート電極６０３の下側のチャネル領域６０４に存在する。これによって、エッジＥ付近では電界集中が起こるため、信頼性が下がる。 As shown in FIG. 8, in the rod-shaped element 1 manufactured by the above method, since the edge E exists at both ends of the rod-shaped core 10 of the rod-shaped element 1, the transistor device does not affect reliability and has high reliability. Can be created. On the other hand, in the normal planar type element 600, the edge E exists in the channel region 604 below the gate electrode 603 between the source region 601 and the drain region 602. As a result, electric field concentration occurs in the vicinity of the edge E, and reliability is lowered.

次に、上記棒状素子１を別基板に配置する方法の一例を示す。 Next, an example of a method for arranging the rod-like element 1 on another substrate will be described.

図９Ａに示すように、成長基板から分離した棒状素子１を含む溶液７０１を、棒状素子１を配置する基板７００上に満たす。棒状素子１を配置する基板７００には、予め、電極対７０２，７０３を形成する。 As shown in FIG. 9A, a solution 701 containing the rod-shaped element 1 separated from the growth substrate is filled on a substrate 700 on which the rod-shaped element 1 is arranged. Electrode pairs 702 and 703 are formed in advance on the substrate 700 on which the rod-shaped element 1 is arranged.

そして、電源７０４から電圧を印加すると、図９Ｂに示すように、電極対７０２，７０３の間に棒状素子１が配置する。電極対７０２，７０３の間に多数の棒状素子１が配置するため、一括配線が可能となる。棒状素子１を１本毎にボンディングする必要がないので、短時間に低コストで棒状素子１の配線ができる。 When a voltage is applied from the power supply 704, the rod-shaped element 1 is disposed between the electrode pairs 702 and 703 as shown in FIG. 9B. Since a large number of rod-shaped elements 1 are arranged between the electrode pairs 702 and 703, collective wiring is possible. Since it is not necessary to bond the rod-shaped elements 1 one by one, wiring of the rod-shaped elements 1 can be performed in a short time and at low cost.

図１０Ａに示すように、上記方法によって棒状素子１を電極対７０２，７０３に配置すると、棒状素子１は、電極対７０２，７０３とほぼ平行に配置される。これに対して、図１０Ｂに示すように、正方形の薄型素子８００を、上記方法によって、電極対７０２，７０３に配置する場合、正方形の薄型素子８００は、電極対７０２，７０３に対して、斜めに配置され、または、図１０Ｃに示すように、正方形の薄型素子８００は、電極対７０２，７０３に対して、ずれて配置され、配線工程での位置あわせが困難になる。 As shown in FIG. 10A, when the rod-shaped element 1 is disposed on the electrode pairs 702 and 703 by the above method, the rod-shaped element 1 is disposed substantially parallel to the electrode pairs 702 and 703. On the other hand, as shown in FIG. 10B, when the square thin element 800 is disposed on the electrode pairs 702 and 703 by the above method, the square thin element 800 is inclined with respect to the electrode pairs 702 and 703. Alternatively, as shown in FIG. 10C, the square thin element 800 is displaced with respect to the electrode pairs 702 and 703, and positioning in the wiring process becomes difficult.

ここで、棒状素子１の全体の長さが１００μｍを超え、または、棒状素子１の最も太い部分の長さが２０μｍを超えると、重力の影響が大きくなり、溶液７０１中での棒状素子１の移動の制御が困難となる。これに対して、棒状素子１の長さが１００μｍ以下となり、棒状素子１の最も太い部分の長さが２０μｍ以下となると、基板と棒状素子の熱膨張率の差、配線と棒状素子の熱膨張率の差によるストレスが極めて小さくなり、使用時の信頼性が上がる。 Here, when the entire length of the rod-shaped element 1 exceeds 100 μm, or the length of the thickest portion of the rod-shaped element 1 exceeds 20 μm, the influence of gravity increases, and the rod-shaped element 1 in the solution 701 has a large influence. It becomes difficult to control the movement. On the other hand, when the length of the rod-shaped element 1 is 100 μm or less and the length of the thickest portion of the rod-shaped element 1 is 20 μm or less, the difference in the thermal expansion coefficient between the substrate and the rod-shaped element, the thermal expansion of the wiring and the rod-shaped element. The stress due to the difference in rate is extremely reduced, increasing the reliability during use.

（第５の実施形態）
図１１Ａ〜図１１Ｈは、この発明のトランジスタ装置の他の製造方法を示している。このトランジスタ装置に用いられる棒状素子は、ＧａＮを含む高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ；High Electron Mobility Transistor）である。 (Fifth embodiment)
11A to 11H show another method for manufacturing the transistor device of the present invention. A rod-like element used in this transistor device is a high electron mobility transistor (HEMT) containing GaN.

図１１Ａに示すように、Ｓｉ基板２００にＮｉ２０１を堆積し、熱処理をすることにより、Ｎｉ２０１をコロイドにする。図１１Ｂに示すように、ＶＬＳ法でＧａＮ棒状コア２０２を成長し、図１１Ｃに示すように、Ｎｉ２０１を除去した後に、図１１Ｄに示すように、ＡｌＧａＮ２０３と電極２０４を形成する。このとき、ＧａＮ棒状コア２０２の側面には、極性面あるいは半極性面が発生している。ＧａＮ棒状コア２０２とＡｌＧａＮ２０３の間に、ＡｌＮを数ｎｍ入れることによって、２次元電子ガス層の濃度を高くできる。 As shown in FIG. 11A, Ni 201 is deposited on the Si substrate 200 and heat-treated to make Ni 201 colloid. As shown in FIG. 11B, a GaN rod-shaped core 202 is grown by the VLS method, and after removing Ni 201 as shown in FIG. 11C, an AlGaN 203 and an electrode 204 are formed as shown in FIG. 11D. At this time, a polar surface or a semipolar surface is generated on the side surface of the GaN rod-shaped core 202. The concentration of the two-dimensional electron gas layer can be increased by inserting several nanometers of AlN between the GaN rod-shaped core 202 and the AlGaN 203.

その後、図１１Ｅに示すように、絶縁膜２０５を堆積し、図１１Ｆに示すように、絶縁膜２０５をエッチングすることにより、棒状コア２０２を覆う電極２０４の一部が、絶縁膜２０５から露出した構造にする。 Thereafter, an insulating film 205 is deposited as shown in FIG. 11E, and a portion of the electrode 204 covering the rod-shaped core 202 is exposed from the insulating film 205 by etching the insulating film 205 as shown in FIG. 11F. Make the structure.

そして、図１１Ｇに示すように、絶縁膜２０５から露出している電極２０４の一部を除去し、再び、絶縁膜２０５の堆積とエッチングを行って、図１１Ｈに示すように、ドレイン電極２０６を堆積することで、棒状素子１Ｂを有するトランジスタ装置を製造する。棒状素子１Ｂは、ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）である。電極２０４は、棒状素子１Ｂの第２の端子（ゲート電極）に相当し、ソース電極は、図示しないが、ゲート電極２０４に関しドレイン電極２０６と反対側に、位置し、棒状コア２０２に接触する。 Then, as shown in FIG. 11G, a part of the electrode 204 exposed from the insulating film 205 is removed, and the insulating film 205 is deposited and etched again, so that the drain electrode 206 is formed as shown in FIG. 11H. By depositing, a transistor device having the rod-like element 1B is manufactured. The rod-shaped element 1B is a HEMT (High Electron Mobility Transistor). The electrode 204 corresponds to the second terminal (gate electrode) of the rod-shaped element 1B, and the source electrode is located on the opposite side of the drain electrode 206 with respect to the gate electrode 204 and is in contact with the rod-shaped core 202, although not shown.

（第６の実施形態）
図１２Ａ〜図１２Ｈは、この発明のトランジスタ装置の他の製造方法を示している。このトランジスタ装置に用いられる棒状素子は、ＳｉＣを含む電界効果トランジスタである。 (Sixth embodiment)
12A to 12H show another method for manufacturing the transistor device of the present invention. The rod-shaped element used in this transistor device is a field effect transistor containing SiC.

図１２Ａに示すように、ＳｉＣ基板３００にキャップ層３０１をデポ、エッチングし、棒状素子となる部分のみにキャップ層３０１を残す。図１２Ｂに示すように、エッチングによりＳｉＣ棒状コア３０２を形成し、図１２Ｃに示すように、キャップ層３０１を除去して、図１２Ｄに示すように、絶縁膜３０３と電極３０４を形成する。 As shown in FIG. 12A, the cap layer 301 is deposited and etched on the SiC substrate 300, leaving the cap layer 301 only in the portion that becomes the rod-shaped element. As shown in FIG. 12B, a SiC rod-shaped core 302 is formed by etching, and as shown in FIG. 12C, the cap layer 301 is removed, and as shown in FIG. 12D, an insulating film 303 and an electrode 304 are formed.

その後、図１２Ｅに示すように、棒状コア３０２を基板３００から分離し、図１２Ｆに示すように、棒状コア３０２を、別のセラミック基板３０５に、横向きに配置する。そして、図１２Ｇに示すように、リソグラフィーとエッチングにより、棒状コア３０２のソース領域３０２ａおよびドレイン領域３０２ｂを露出させ、図１２Ｈに示すように、ソース領域３０２ａにソース電極３０６を設け、ドレイン領域３０２ｂにドレイン電極３０７を設け、電極３０４にゲート側電極３０８を設けて、棒状素子１Ｃを有するトランジスタ装置を製造する。棒状素子１Ｃは、電界効果トランジスタである。電極３０４は、棒状素子１Ｃの第２の端子（ゲート電極）に相当する。 After that, as shown in FIG. 12E, the rod-shaped core 302 is separated from the substrate 300, and as shown in FIG. 12F, the rod-shaped core 302 is disposed sideways on another ceramic substrate 305. Then, as illustrated in FIG. 12G, the source region 302a and the drain region 302b of the rod-shaped core 302 are exposed by lithography and etching, and as illustrated in FIG. 12H, the source electrode 306 is provided in the source region 302a, and the drain region 302b is formed. A drain electrode 307 is provided, and a gate-side electrode 308 is provided on the electrode 304 to manufacture a transistor device having the rod-shaped element 1C. The rod-shaped element 1C is a field effect transistor. The electrode 304 corresponds to the second terminal (gate electrode) of the rod-shaped element 1C.

（第７の実施形態）
図１３Ａ〜図１３Ｈは、この発明のトランジスタ装置の別の製造方法を示している。このトランジスタ装置に用いられる棒状素子は、Ｓｉを含むバイポーラトランジスタである。 (Seventh embodiment)
13A to 13H show another method for manufacturing the transistor device of the present invention. The rod-shaped element used in this transistor device is a bipolar transistor containing Si.

図１３Ａに示すように、Ｓｉ基板４００にＡｕ４０１を堆積し、熱処理をすることにより、Ａｕ４０１をコロイドにする。図１３Ｂに示すように、ＶＬＳ法で、ｎ−Ｓｉ層４０２ａを成長し、ｐ−Ｓｉ層４０２ｂを成長して、Ｓｉ棒状コア４０２を形成する。図１３Ｃに示すように、Ａｕ４０１を除去した後に、図１３Ｄに示すように、棒状コア４０２の側面にｐ−Ｓｉ層４０３とｎ−Ｓｉ層４０４を堆積して、コア・シェル・シェル構造とする。 As shown in FIG. 13A, Au 401 is deposited on the Si substrate 400 and heat-treated to make the Au 401 a colloid. As shown in FIG. 13B, an n-Si layer 402a is grown by a VLS method, and a p-Si layer 402b is grown to form a Si rod-shaped core 402. As shown in FIG. 13C, after Au 401 is removed, as shown in FIG. 13D, a p-Si layer 403 and an n-Si layer 404 are deposited on the side surface of the rod-shaped core 402 to form a core-shell-shell structure. .

その後、図１３Ｅに示すように、棒状コア４０２を基板４００から分離し、図１３Ｆに示すように、棒状コア４０２を、別のガラス基板４０５に、横向きに配置する。そして、図１３Ｇに示すように、ｐ−Ｓｉ層４０３およびｎ−Ｓｉ層４０４のシェルとして残す部分に、キャップ層４０６を堆積し、キャップ層４０６から露出している部分を酸化して酸化膜４０７を形成する。 Thereafter, as shown in FIG. 13E, the rod-shaped core 402 is separated from the substrate 400, and as shown in FIG. 13F, the rod-shaped core 402 is disposed sideways on another glass substrate 405. Then, as shown in FIG. 13G, a cap layer 406 is deposited on the portions to be left as shells of the p-Si layer 403 and the n-Si layer 404, and the portions exposed from the cap layer 406 are oxidized to oxidize the oxide film 407. Form.

その後、図１３Ｈに示すように、この酸化膜４０７を除去して、棒状コア４０２を露出させ、棒状コア４０２のｎ−Ｓｉ層４０２ａにコレクタ電極４０８を設け、棒状コア４０２のｐ−Ｓｉ層４０２ｂにベース電極４０９を設け、シェルのｎ−Ｓｉ層４０４にエミッタ電極４１０を設けて、棒状素子１Ｄを有するトランジスタ装置を製造する。棒状素子１Ｄは、バイポーラトランジスタである。コレクタ電極４０８は、棒状素子１Ｄの第１の端子に相当し、ベース電極４０９は、棒状素子１Ｄの第２の端子に相当し、エミッタ電極４１０は、棒状素子１Ｄの第３の端子に相当する。 Thereafter, as shown in FIG. 13H, the oxide film 407 is removed to expose the rod-shaped core 402, and the collector electrode 408 is provided on the n-Si layer 402a of the rod-shaped core 402, and the p-Si layer 402b of the rod-shaped core 402 is formed. Are provided with a base electrode 409, and an n-Si layer 404 of the shell is provided with an emitter electrode 410 to manufacture a transistor device having a rod-shaped element 1D. The rod-shaped element 1D is a bipolar transistor. The collector electrode 408 corresponds to the first terminal of the rod-shaped element 1D, the base electrode 409 corresponds to the second terminal of the rod-shaped element 1D, and the emitter electrode 410 corresponds to the third terminal of the rod-shaped element 1D. .

（第８の実施形態）
図１４は、この発明の電子デバイスの一実施形態を示している。図１４に示すように、この電子デバイスは、上記第２の実施形態（図４Ａ）のトランジスタ装置４と、トランジスタ装置４の電流を検出する検出手段としての電流センサ５１と、トランジスタ装置４の電圧を検出する検出手段としての電圧センサ５２と、トランジスタ装置４の温度を検出する検出手段としての温度センサ５３と、上記センサ５１，５２，５３で検出された情報を外部に伝達する伝達手段としての制御部５５とを備えている。 (Eighth embodiment)
FIG. 14 shows an embodiment of the electronic device of the present invention. As shown in FIG. 14, this electronic device includes the transistor device 4 of the second embodiment (FIG. 4A), a current sensor 51 as a detecting means for detecting the current of the transistor device 4, and the voltage of the transistor device 4. A voltage sensor 52 as a detection means for detecting the temperature, a temperature sensor 53 as a detection means for detecting the temperature of the transistor device 4, and a transmission means for transmitting the information detected by the sensors 51, 52, 53 to the outside. And a control unit 55.

上記トランジスタ装置４は、上記第２の実施形態のトランジスタ装置と同じであり、上記第１の実施形態と同一の符号は、上記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。 The transistor device 4 is the same as the transistor device of the second embodiment, and the same reference numerals as those of the first embodiment have the same configurations as those of the first embodiment, and thus description thereof is omitted. .

上記電流センサ５１は、第１の共有端子３１に接続され、上記電圧センサ５２は、第１の共有端子３１と第３の共有端子３３との間に接続され、上記温度センサ５３は、基板５に取り付けられる。 The current sensor 51 is connected to the first shared terminal 31, the voltage sensor 52 is connected between the first shared terminal 31 and the third shared terminal 33, and the temperature sensor 53 is connected to the substrate 5. Attached to.

上記制御部５５は、上記センサ５１，５２，５３によってトランジスタ装置４をモニタリングし、棒状素子１の状態を検知し、外部に信号を送って、棒状素子１の交換時期を知らせる。 The control unit 55 monitors the transistor device 4 by the sensors 51, 52, and 53, detects the state of the rod-shaped element 1, and sends a signal to the outside to notify the replacement timing of the rod-shaped element 1.

したがって、トランジスタ装置４の電流値、電圧降下または温度から、トランジスタ装置４の棒状素子１の劣化や破壊状況を検出し、外部に知らせることができ、トランジスタ装置４が使用限界に達する直前に交換が可能となる。 Therefore, it is possible to detect the deterioration or destruction state of the rod-like element 1 of the transistor device 4 from the current value, voltage drop or temperature of the transistor device 4 and notify the outside, and the replacement is performed immediately before the transistor device 4 reaches the use limit. It becomes possible.

特に、パワートランジスタ装置ではモーターを制御することもあり、急にトランジスタ装置が破壊しモーターが制御不能になると非常に危険であるが、本発明のトランジスタ装置では急にトランジスタ装置が破壊せず、外部に信号を発することで、使用限界直前に回路を取替え可能であり、極めて安全である。 In particular, the power transistor device may control the motor, and it is extremely dangerous if the transistor device suddenly breaks down and the motor becomes uncontrollable. However, in the transistor device of the present invention, the transistor device does not suddenly break down and the external By issuing a signal, it is possible to change the circuit immediately before the use limit, which is extremely safe.

なお、検出手段として、電流センサ５１、電圧センサ５２および温度センサ５３の内の少なくとも一つのセンサを有していればよく、伝達手段は、電流、電圧または温度の少なくとも一つの情報を外部に伝達するようにする。 Note that it is only necessary to have at least one of the current sensor 51, the voltage sensor 52, and the temperature sensor 53 as the detection means, and the transmission means transmits at least one information of current, voltage, or temperature to the outside. To do.

図１５に示すように、棒状素子１の長さを、少なくとも１μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上にすることにより、１０Ｖ以上の耐圧を持つ棒状素子１を基板５の表面と平行に配置し、ショートすることなく低抵抗コンタクトをとることができる。 As shown in FIG. 15, by setting the length of the rod-shaped element 1 to at least 1 μm or more, preferably 10 μm or more, the rod-shaped element 1 having a breakdown voltage of 10 V or more is arranged in parallel with the surface of the substrate 5 and short-circuited. A low resistance contact can be made without any problems.

棒状素子１はパワートランジスタであり、棒状素子１の低抵抗化のために、棒状コア１０のソース領域１１に接触するソースコンタクト６１の大きさと、棒状コア１０のドレイン領域１３に接触するドレインコンタクト６３の大きさとは、少なくとも（（幅０．２μｍ）×（棒状コア１０の外周））以上、好ましくは（（幅２μｍ）×（棒状コア１０の外周））以上が必要である。 The rod-shaped element 1 is a power transistor, and in order to reduce the resistance of the rod-shaped element 1, the size of the source contact 61 that contacts the source region 11 of the rod-shaped core 10 and the drain contact 63 that contacts the drain region 13 of the rod-shaped core 10. Is required to be at least ((width 0.2 μm) × (outer periphery of rod-shaped core 10)) or more, preferably ((width 2 μm) × (outer periphery of rod-shaped core 10)) or more.

ゲート電極２２に信号を入力するために、ゲート電極２２に接触するゲートコンタクト６２の幅は、少なくとも０．１μｍ以上、好ましくは１μｍ以上が必要である。 In order to input a signal to the gate electrode 22, the width of the gate contact 62 in contact with the gate electrode 22 needs to be at least 0.1 μm or more, preferably 1 μm or more.

ショート不良が起こらないために、ソースコンタクト６１とゲートコンタクト６２の間の距離は、少なくとも０．２μｍ以上、好ましくは２μｍが必要であり、また、耐圧が必要であるため、ゲートコンタクト６２とドレインコンタクト６３の間の距離は、少なくとも０．３μｍ以上、好ましくは３μｍが必要となる。 In order not to cause a short circuit failure, the distance between the source contact 61 and the gate contact 62 must be at least 0.2 μm, preferably 2 μm, and since a breakdown voltage is required, the gate contact 62 and the drain contact are required. The distance between 63 is required to be at least 0.3 μm, preferably 3 μm.

このため、少なくとも１μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上の長さの棒状素子１を使うことにより、１０Ｖ以上の耐圧をもつ棒状素子１を基板５の表面と平行に配置しても、ショートが起こらず低抵抗なコンタクトを実現することができる。 For this reason, even if the rod-shaped element 1 having a withstand voltage of 10 V or more is arranged in parallel with the surface of the substrate 5 by using the rod-shaped element 1 having a length of at least 1 μm or more, preferably 10 μm or more, a short circuit does not occur and low Resistive contact can be realized.

また、棒状コア１０の断面積を、０．２μｍ^２より大きくすることで、一般的に使用されているパッケージを使用することができる。通常１０Ａを流す６００Ｖ耐圧のトランジスタには、ＴＯ２２０にパッケージングが使用される。 Moreover, the package generally used can be used by making the cross-sectional area of the rod-shaped core 10 larger than 0.2 micrometer < ² >. For a transistor with a withstand voltage of 600 V that normally passes 10 A, packaging is used for TO220.

ＳｉＣやＧａＮの最大電流密度は２Ａ／ｍｍ^２である。１０Ａを流すために必要な基板５の面積は５ｍｍ^２になる。断面積０．２μｍ^２の棒状コア１０を使用すると、１０Ａを流すためには、２．５×１０^７本の棒状素子１が必要となる。 The maximum current density of SiC or GaN is 2 A / mm ² . The area of the substrate 5 necessary for flowing 10A is 5 mm ² . When the rod-shaped core 10 having a cross-sectional area of 0.2 μm ² is used, 2.5 × 10 ⁷ rod-shaped elements 1 are required to flow 10 A.

棒状素子１を並べた場合、横に並ぶ棒状素子１の距離は、５μｍ以上が必要である。横に並ぶ棒状素子１の距離が５μｍ以下であると、電極や絶縁膜を等方エッチングするときに、棒状素子１の裏面がエッチングできずに残り、ゲートとソースの間のショートやゲートとドレインの間のショートの原因となる。 When the bar-shaped elements 1 are arranged, the distance between the bar-shaped elements 1 arranged side by side must be 5 μm or more. When the distance between the bar-shaped elements 1 arranged side by side is 5 μm or less, the back surface of the bar-shaped element 1 remains unetched when the electrode or the insulating film is isotropically etched, and a short circuit between the gate and the source or the gate and drain Cause a short circuit between.

また、長手方向に並ぶ棒状素子１の距離は、位置ばらつきによるショート不良を起こさないために、１０μｍ離す必要がある。以上のことから、１本の棒状素子１が占有する面積は、少なくとも１００μｍ^２となる。 Further, the distance between the rod-like elements 1 arranged in the longitudinal direction needs to be 10 μm apart so as not to cause a short-circuit failure due to positional variations. From the above, the area occupied by one bar-shaped element 1 is at least 100 μm ² .

このため、棒状素子１の断面積が０．２μｍ^２（円筒形であれば直径５００ｎｍ）よりも大きくなると、１０Ａを流すデバイスは、５ｍｍ×５ｍｍの面積を有する基板５で作成でき、ＴＯ２２０あるいはＴＯ２４７にパッケージングすることができる。例えば、直径１００ｎｍの棒状コア１０を使用すると、２５ｍｍ×２５ｍｍの面積を有する基板５となり、使用が制限される。 For this reason, when the cross-sectional area of the rod-shaped element 1 becomes larger than 0.2 μm ² (diameter 500 nm if it is a cylindrical shape), a device that flows 10 A can be formed with the substrate 5 having an area of 5 mm × 5 mm, and TO220 or TO247 Can be packaged. For example, when the rod-shaped core 10 having a diameter of 100 nm is used, the substrate 5 has an area of 25 mm × 25 mm, and its use is restricted.

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記第１から上記第８の実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment. For example, the feature points of the first to eighth embodiments may be variously combined.

また、棒状素子の数量は、３本以上であってもよく、１本または２本の棒状素子が破壊しても、他の棒状素子が正常に動作し、トランジスタ装置は正常動作を続ける。このため、信頼性が上がる。 Further, the number of rod-shaped elements may be three or more, and even if one or two rod-shaped elements are destroyed, the other rod-shaped elements operate normally and the transistor device continues normal operation. For this reason, reliability increases.

また、棒状素子が電界効果トランジスタである場合、棒状素子は、ＮＰＮ型のトランジスタ以外に、ＰＮＰ型のトランジスタであってもよい。また、棒状素子は、電界効果トランジスタやバイポーラトランジスタ以外のトランジスタであってもよい。 Further, when the rod-shaped element is a field effect transistor, the rod-shaped element may be a PNP type transistor in addition to the NPN type transistor. The rod-shaped element may be a transistor other than a field effect transistor or a bipolar transistor.

また、本発明のトランジスタ装置を、エアコン等の空調機に用いてもよく、この場合、トランジスタ装置を、インバータまたはＰＦＣ（Power Factor Correction）に用いる。したがって、信頼性の高い空調機を実現できる。 The transistor device of the present invention may be used for an air conditioner such as an air conditioner. In this case, the transistor device is used for an inverter or PFC (Power Factor Correction). Therefore, a highly reliable air conditioner can be realized.

また、本発明のトランジスタ装置を、ソーラーパネルに用いられるパワーコンディショナーに用いてもよい。したがって、信頼性の高いパワーコンディショナーを実現できる。 Moreover, you may use the transistor apparatus of this invention for the power conditioner used for a solar panel. Therefore, a highly reliable power conditioner can be realized.

また、本発明のトランジスタ装置を、ＥＶ、ＨＥＶ、ＰＨＥＶ等の電気自動車に用いてもよく、この場合、トランジスタ装置を、コンバータまたはインバータに用いる。したがって、信頼性の高い電機自動車を実現できる。つまり、電機自動車のコンバータまたはインバータに用いているトランジスタ装置が破壊すると、自動車が急に止まり危険であるが、本発明のトランジスタ装置を使用すると、トランジスタ装置の信頼性が高いため、安全な電気自動車を作ることができる。 In addition, the transistor device of the present invention may be used for an electric vehicle such as EV, HEV, and PHEV. In this case, the transistor device is used for a converter or an inverter. Therefore, a highly reliable electric vehicle can be realized. That is, if the transistor device used in the converter or inverter of the electric vehicle is destroyed, the vehicle suddenly stops and it is dangerous. However, when the transistor device of the present invention is used, the transistor device has high reliability, and thus a safe electric vehicle. Can be made.

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ棒状素子
４トランジスタ装置
５基板
５ａ面
１０棒状コア
１１ソース領域
１２チャネル領域
１３ドレイン領域
１５ソース電極（第１の端子）
１６ドレイン電極（第３の端子）
２０環状シェル
２１ゲート絶縁膜
２２ゲート電極（第２の端子）
３１第１の共有端子
３２第２の共有端子
３３第３の共有端子
４１第１の配線
４２第２の配線
４３第３の配線
５１電流センサ（検出手段）
５２電圧センサ（検出手段）
５３温度センサ（検出手段）
５５制御部（伝達手段） 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E Rod-shaped element 4 Transistor device 5 Substrate 5a Surface 10 Rod-shaped core 11 Source region 12 Channel region 13 Drain region 15 Source electrode (first terminal)
16 Drain electrode (third terminal)
20 annular shell 21 gate insulating film 22 gate electrode (second terminal)
31 1st shared terminal 32 2nd shared terminal 33 3rd shared terminal 41 1st wiring 42 2nd wiring 43 3rd wiring 51 Current sensor (detection means)
52 Voltage sensor (detection means)
53 Temperature sensor (detection means)
55 Control unit (transmission means)

Claims

A substrate,
A plurality of rod-shaped elements disposed on the substrate;
The rod-shaped element has first, second, and third terminals, and a current flowing between the first terminal and the third terminal is controlled by an input to the second terminal. ,
The first terminal of each of the plurality of rod-shaped elements is connected in common to a first shared terminal,
The second terminal of each of the plurality of rod-shaped elements is connected in common to a second shared terminal,
The third terminal of each of the plurality of rod-shaped elements is connected in common to a third shared terminal,
A transistor device, wherein a current flowing between the first shared terminal and the third shared terminal is controlled by an input to the second shared terminal.

The transistor device according to claim 1,
The rod-shaped element includes at least one of AlGaN, GaN, InGaN, or SiC.

The transistor device according to claim 1 or 2,
A transistor device, wherein the rod-shaped element is configured to be disconnected by an overcurrent.

The transistor device according to claim 3.
The transistor device, wherein the rod-shaped element is configured to be disconnected between the first terminal and the third terminal due to an overcurrent.

The transistor device according to any one of claims 1 to 4,
The number of the plurality of rod-shaped elements is 100 or more.

The transistor device according to claim 1,
The rod-shaped element has a source region, a channel region, and a drain region along the axial direction,
A relational expression of Sb × n <Ss is established among the cross-sectional area Sb of the channel region, the number n of the bar-shaped elements, and the area Ss of the surface of the substrate on which the bar-shaped elements are arranged. Transistor device.

The transistor device according to any one of claims 1 to 6,
The transistor device, wherein the rod-shaped element is arranged so that a longitudinal direction of the rod-shaped element is parallel to a surface of the substrate on which the rod-shaped element is arranged.

The transistor device according to any one of claims 1 to 7,
A transistor device, wherein a voltage of 10 V or more can be applied between the first shared terminal and the third shared terminal, or a current of 0.5 A or more can flow. .

A transistor device according to any one of claims 1 to 8,
Detecting means for detecting at least one information of current, voltage or temperature of the transistor device;
An electronic device comprising: a transmission unit that transmits information detected by the detection unit to the outside.

An air conditioner comprising an inverter or PFC having the transistor device according to any one of claims 1 to 8.

A power conditioner comprising the transistor device according to claim 1.

An electric vehicle comprising a converter or an inverter having the transistor device according to any one of claims 1 to 8.